ARM 与 x86-64 笔记本级处理器的对比分析：架构、汇编级性能与能效

基于 ARM 与 x86-64 的笔记本处理器不仅在指令集设计上存在差异，在内存层次结构、核心组织、系统集成以及功耗管理机制方面也有所不同。本研究对 Apple M3 系统与 AMD Ryzen 7 3750H 系统进行了架构与实验相结合的对比。架构分析对比了 AArch64 的定宽加载-存储设计与变长、富含内存操作数的 x86-64 指令模型，并讨论了寄存器组织、调用约定、异构核心组织、内存行为以及低功耗机制如何影响所观测到的性能与能耗特征。实验部分使用了两个原生汇编基准测试：递归 Fibonacci 工作负载与整数矩阵乘法工作负载。该分析结合了重复计时测量、处理器能耗测量，以及来自匹配的可移植 C 性能分析运行的跨平台微架构计数器测量。在分支密集的 Fibonacci 基准测试中，Ryzen 平台明显更快，而在矩阵乘法中，当前测量显示两个平台均无显著的计时优势。相比之下，Apple 平台的能效显著更高，在 Fibonacci 上将求解能耗降低约 5.82 倍，在矩阵乘法上降低 6.38 倍。这些结果被解释为平台层面的发现，而非纯粹的指令集架构（ISA）效应，反映了除指令集结构外，在实现、系统集成和测量方法上的差异。