پردازنده بازو چی. تجزیه و تحلیل مقایسه ای میکروکنترلرها با هسته ARM

با توجه به افزایش مداوم تعداد برنامه های کاربردی که تقاضاهای افزایشی را برای عملکرد پردازش داده ها ایجاد می کنند، روند در حال ظهور افزایش تقاضا برای 32 بیتی وجود دارد. میکروکنترلرها این نتیجه گیری توسط شرکت بازاریابی Semico انجام شده است که پیش بینی می کند غلبه 2 برابر ظرفیت بازار 32 بیتی باشد. میکروکنترلرهای 8 و 16 بیتی در سال 2007 در این راستا، هدف این مقاله ارائه روندهای کلی در توسعه یکی از رایج ترین 32 بیتی است. هسته های ARM و ارزیابی مقایسه ای میکروکنترلرها بر اساس آنها از مقرون به صرفه ترین تولید کنندگان در بازارهای کشورهای مستقل مشترک المنافع.

نمای کلی معماری ARM

هسته میکروکنترلر ARM توسط شرکت انگلیسی به همین نام که در سال 1990 تاسیس شد، توسعه یافت. نام ARM از «ماشین‌های پیشرفته RISC» گرفته شده است. لازم به ذکر است که این شرکت صرفاً در توسعه هسته های ریزپردازنده و واحدهای جانبی تخصص دارد، در حالی که امکانات تولیدی برای تولید میکروکنترلر ندارد. ARM طرح های خود را به صورت الکترونیکی عرضه می کند که مشتریان میکروکنترلرهای خود را از آن طراحی می کنند. مشتریان این شرکت شامل بیش از 60 شرکت تولید کننده نیمه هادی است که از جمله آنها می توان به تولید کنندگان محبوب در بازار قطعات نیمه هادی در کشورهای CIS مانند Altera، دستگاه های آنالوگ، Atmel، Cirrus Logic، Fujitsu، MagnaChip (Hynix)، Intel، Motorola، National Semiconductor اشاره کرد. ، فیلیپس، ST Microelectronics و Texas Instruments.

در حال حاضر، معماری ARM جایگاه پیشرو را به خود اختصاص داده و 75 درصد از بازار 32 بیتی را پوشش می دهد. ریزپردازنده های RISC تعبیه شده شیوع این هسته با استانداردسازی آن توضیح داده شده است، که این فرصت را برای توسعه‌دهنده فراهم می‌کند تا با انعطاف‌پذیری بیشتری از پیشرفت‌های نرم‌افزاری خود و شخص ثالث، هم هنگام انتقال به یک هسته پردازشگر جدید ARM و هم هنگام مهاجرت بین انواع مختلف ARM استفاده کند. میکروکنترلرها

در حال حاضر شش خانواده اصلی توسعه یافته اند (شکل 1 را ببینید): ARM7™، ARM9™، ARM9E™، ARM10™، ARM11™ و SecurCore™. خانواده های XScale™ و StrongARM® نیز به طور مشترک با اینتل توسعه یافته اند.

چندین افزونه را می توان به عنوان افزودنی به معماری ARM ادغام کرد:

• Thumb® - 16 بیتی مجموعه ای از دستورالعمل ها که کارایی استفاده از حافظه برنامه را بهبود می بخشد.
• DSP - مجموعه ای از دستورالعمل های حسابی برای پردازش سیگنال دیجیتال.
• Jazelle™ - افزونه برای اجرای مستقیم سخت افزاری دستورالعمل های جاوا.
• رسانه - افزونه ای برای 2-4 برابر سرعت پردازش سیگنال های صوتی و تصویری.

شکل 1. هسته های پردازنده ARM

سطوح رکوردی که معماری ARM از آن عبور کرده است سرعت بیش از 1 گیگاهرتز و مصرف ویژه 1 μW/MHz است. پردازنده های ARM بسته به هدفشان به سه گروه تقسیم می شوند (شکل 2 را ببینید):

• پردازنده های سیستم عامل پلت فرم باز برای ارتباطات بی سیم، تصویربرداری و کاربردهای الکترونیک مصرف کننده.
• پردازنده‌های سیستم‌عامل‌های زمان واقعی تعبیه‌شده برای برنامه‌های ذخیره‌سازی، صنعتی، خودرو و شبکه.
• سیستم حفاظت از داده ها برای کارت های هوشمند و سیم کارت.

0.18 میکرومتر (0.13 میکرومتر)
هسته	حافظه کش	مساحت، میلی متر 2	مصرف ویژه mW/MHz	فرکانس، مگاهرتز
ARM7TDMI	-	0,53 (0,26)	0.24 (0,06)	100 (133)
ARM7TDMI-S	-	0,62 (0,32)	0,39 (0,11)	80-100 (100-133)
SC100	-	0,50	0.21	80
SC200	-	0,70	0.30	110
ARM7EJ-S	-	1,25 (0,65)	0,45 (0,16)	80-100 (100-133)
ARM946E-S	8k + 8k	5,8 (3,25)	0,9 (0,45)	150-170 (180-210)
ARM966E-S	16k+16k TCM	4,0 (2,25)	0,65 (0,4)	180-200 (220-250)
ARM1026EJ-S	8k + 8k	7,5 (4,2)	1,15 (0,5)	190-210 (266-325)
ARM1136J(F)-S	16k/16k+ 16/16k TCM	- (8,2; 9,6)	1,30 (0,4)	250-270 (333-400)

شکل 2. داده های فنی برای هسته های پردازنده
VSE - شبیه ساز در مدار، RT - زمان واقعی، DSP - پردازنده سیگنال دیجیتال، SIMD - داده های متعدد در یک دستورالعمل، TCM - حافظه جفت شده متراکم (کش)، ETM - ماکروسل های ردیابی داخلی، VIC - کنترل کننده وقفه برداری، ASB , AHB - انواع لاستیک داخلی

وعده هسته ARM پس از اعلام انقلابی Atmel در کنفرانس توسعه دهندگان میکروکنترلر ARM، که در سانتا کلارا (ایالات متحده آمریکا) در اکتبر 2004 برگزار شد، آشکار می شود. ماهیت این اعلامیه قصد Atmel برای تولید 32 بیتی بود. میکروکنترلرهای AT91SAM7S با قیمت 8 بیتی، 8 بیتی را هدف قرار می دهند. برنامه های کاربردی برای گسترش عملکرد پردازش اطلاعات، در حالی که هزینه رقابتی خود را در همان سطح حفظ می کند.

مجموعه آموزش انگشت شست

32 بیتی پردازنده های ARM از 16 بیت قبلی پشتیبانی می کنند. توسعه از طریق پشتیبانی از مجموعه دستورالعمل Thumb. با استفاده از 16 بیت دستورالعمل ها می توانند تا 35 درصد حافظه را در مقایسه با 32 بیتی معادل ذخیره کنند. کد، با حفظ تمام مزایای 32 بیتی. سیستم ها، به عنوان مثال، دسترسی به حافظه با 32 بیتی. فضای آدرس

تکنولوژی SIMD

فناوری SIMD (داده های متعدد در یک دستورالعمل) در پسوند رسانه استفاده می شود و هدف آن افزایش سرعت پردازش داده ها در برنامه هایی است که نیاز به مصرف برق کم دارند. پسوندهای SIMD برای طیف وسیعی از نرم افزارها، از جمله. کدک های صوتی/تصویری، جایی که به شما امکان می دهند سرعت پردازش را تا 4 برابر افزایش دهید.

مجموعه دستورات DSP

بسیاری از برنامه ها تقاضای افزایش سرعت پردازش سیگنال بلادرنگ را دارند. به طور سنتی، در چنین شرایطی، توسعه‌دهندگان به استفاده از پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP) متوسل می‌شوند که مصرف انرژی و هزینه ساخت و ساز و دستگاه نهایی را افزایش می‌دهد. برای رفع این کاستی ها، تعدادی از پردازنده های ARM دستورالعمل های DSP را که 16 بیتی اجرا می کنند یکپارچه می کنند. و 32 بیتی عملیات حسابی

تکنولوژی Jazelle®

فناوری ARM Jazelle برنامه هایی را هدف قرار می دهد که از زبان برنامه نویسی جاوا پشتیبانی می کنند. این ترکیبی منحصر به فرد از عملکرد بالا، هزینه سیستم کم و نیازهای مصرف انرژی کم را ارائه می دهد که نمی توان به طور همزمان با استفاده از یک پردازنده مشترک یا یک پردازنده اختصاصی جاوا به آن دست یافت.

فناوری ARM Jazelle توسعه ای برای 32 بیت است. معماری RISC، که به پردازنده ARM اجازه می دهد تا کد جاوا را در سخت افزار اجرا کند. در همان زمان، سرعت اجرای بی نظیر کد جاوا با استفاده از معماری ARM به دست می آید. بنابراین، توسعه دهندگان این فرصت را دارند که آزادانه برنامه های جاوا را پیاده سازی کنند، از جمله. سیستم عامل و کد برنامه روی یک پردازنده.

فناوری Jazelle در حال حاضر در پردازنده های ARM زیر ادغام شده است: ARM1176JZ(F)-S، ARM1136J(F)-S، ARM1026EJ-S، ARM926EJ-S و ARM7EJ-S.

پردازنده های سنتی ARM از 2 مجموعه دستورالعمل پشتیبانی می کنند: حالت ARM از دستورالعمل های 32 بیتی پشتیبانی می کند و حالت Thumb محبوب ترین دستورالعمل ها را به 16 بیت فشرده می کند. قالب فناوری Jazelle این مفهوم را با افزودن سومین مجموعه دستورالعمل جاوا که در حالت جاوا جدید فعال می شود، گسترش می دهد.

فناوری مدیریت هوشمند انرژی

یکی از اصلی‌ترین وظایفی که توسعه‌دهندگان دستگاه‌های قابل حمل (به عنوان مثال، تلفن‌های هوشمند، دستیارهای دیجیتال شخصی و پخش‌کننده‌های صوتی/تصویری) حل می‌کنند، بهینه‌سازی مصرف انرژی است که امکان بهبود ویژگی‌های عملکرد دستگاه نهایی را با افزایش عمر باتری یا کاهش اندازه فراهم می‌کند. از دستگاه

یک روش سنتی برای کاهش مصرف انرژی استفاده از حالت‌های عملکرد اقتصادی است، به عنوان مثال، حالت بیکار یا خواب، که در عمق غیرفعال کردن عناصر داخلی متفاوت است. به عنوان یک قاعده، حالت عملکرد فعال چنین سیستمی برای بدترین شرایط عملیاتی طراحی شده است و با حداکثر بار مشخص می شود، در نتیجه به طور غیر قابل توجیهی عمر باتری را کاهش می دهد. بنابراین، برای بهینه سازی بیشتر مصرف انرژی باتری، توسعه دهندگان توجه ویژه ای به مدیریت انرژی در حالت فعال دارند.

برای تسهیل این فرآیند، فناوری مدیریت انرژی هوشمند (IEM) برای پردازنده های ARM توسعه یافته است. این فناوری ترکیبی از قطعات سخت افزاری و نرم افزاری است که با هم کار می کنند تا مقیاس قدرت پویا را انجام دهند.

ماهیت روش کنترل ولتاژ تغذیه دینامیک بر اساس بیان مصرف انرژی پردازنده های CMOS است:

که در آن P کل مصرف برق، C ظرفیت سوئیچ، fc فرکانس پردازنده، ولتاژ تغذیه، جریان نشتی در حالت استاتیک است. از این بیان به دست می آید که فرکانس و ولتاژ تغذیه را می توان برای تنظیم مصرف برق تغییر داد.

کاهش فرکانس برای کاهش مصرف برق به طور گسترده در میکروکنترلرها و سیستم های روی تراشه ها (PSoC) استفاده می شود، اما این روش ضرری در کاهش عملکرد ندارد. روش کنترل دینامیک ولتاژ منبع تغذیه مبتنی بر تغییر ولتاژ تغذیه است، اما اگر امکانات تنظیم تمام شود، از روش اضافی تنظیم فرکانس پردازنده استفاده می شود.

میکروکنترلرهای مبتنی بر معماری ARM

جدول 1 مشخصات مقایسه ای کلی میکروکنترلرهای ARM از معروف ترین و در دسترس ترین سازندگان را نشان می دهد: دستگاه آنالوگ، Atmel، فیلیپس Semiconductors و Texas Instruments، و جدول 2 اطلاعات فنی آنها را با جزئیات بیشتری ارائه می دهد.

جدول 1. مقایسه میکروکنترلرهای ARM از سازندگان مختلف با توجه به ویژگی های کلیدی

TMS 470 (Texas Instruments)	AT91 (Atmel)	مبدل میکرو (میلادی)	LPC2000 (Philips)
سیستم:
هسته ARM7TDMI تقسیم‌کننده ساعت خارجی (ECD) به شما امکان می‌دهد یک دستگاه خارجی را با فرکانس دلخواه ساعت کنید	هسته ARM7TDMI/ARM920T اسیلاتور RC کالیبره شده داخلی اختیاری DMA برای تبادل داده بین دستگاه های جانبی و حافظه به طور قابل توجهی باعث تسکین پردازنده می شود همگام‌سازی روشن/خاموش جداگانه برای هر دستگاه جانبی (250 µA اگر همه خاموش باشند) تثبیت کننده داخلی 1.8 ولت	هسته ARM7TDMI اسیلاتور RC کالیبره داخلی (3±%)	هسته ARM7TDMI-S (مصرف خاص کمی در مقایسه با ARM7TDMI) نسخه هایی برای محدوده دمایی -40...+105 درجه سانتی گراد
حافظه:
حافظه فلش تا 1 مگابایت ماژول حفاظت از حافظه (MSM)	رم استاتیک اقتصادی (مثلاً AT91M40800 در 40 مگاهرتز با رم خارجی (12 ثانیه) 120 میلی آمپر مصرف می کند و AT91R40807 با رم داخلی در شرایط مشابه 50 میلی آمپر مصرف می کند).	برنامه فلش / حافظه داده تا 62 کیلوبایت با ذخیره سازی اطلاعات تا 100 سال و دوام 100 هزار چرخه نوشتن / پاک کردن	فلش مموری با 128 بیت رابط شتاب دهنده برای کار در 60 مگاهرتز
لوازم جانبی آنالوگ:
ADC چند بافر: - 10 بیت، 16 کانال، 1.75 میکرو ثانیه (نمونه ذخیره، تبدیل). - توانایی سازماندهی گروهی از کانال ها؛ - مدل های برنامه نویسی: سازگاری با TMS470R1X ADC و بافر کردن نتیجه تبدیل (FIFO). - حالت های عملیاتی: تبدیل، کالیبراسیون (جستجو برای نقطه میانی خطای افست ADC). - خودآزمایی (بررسی نقص در ورودی های آنالوگ)؛ خاموش شدن - سه کانال DDP؛ - راه اندازی تحول، از جمله. گروه، توسط رویداد خارجی یا تایمر. - پین هایی برای تعیین هر دو مرز تبدیل (پین های ADREFHI و ADREFLO).		سنسور دمای داخلی (± 3 درجه سانتیگراد) 12 بیتی ADC - 1 میلیون مبدل در هر ثانیه - حالت های نامتقارن یا دیفرانسیل کامل 12 بیتی DAC - سیگنال خروجی: ولتاژ - تقویت کننده بافر خروجی اختیاری. - منبع تغذیه کامل (راه آهن به ریل) مقایسه کننده (K) - 2 ورودی و یک خروجی به پین ​​های ریز مدار متصل می شوند.	10 بیتی ADC مالتی پلکس: - زمان تبدیل 2.44 میکرو ثانیه (400 هزار تبدیل در ثانیه) - محدوده تبدیل 0 ... 3 ولت - توسط یک سیگنال یا تایمر خارجی فعال می شود
لوازم جانبی دیجیتال:
تایمر با کیفیت بالا (HET): - مجموعه ای از 21 دستورالعمل تخصصی برای کنترل تایمر. - یک میکروماشین تایمر از پیش تعریف شده تخصصی مرتبط با خطوط ورودی-خروجی. ژنراتور زاویه سخت افزاری (HWAG) برای حل مشکلات کنترل موتور: - کار مشترک با NO	ساعت واقعی با ورودی برق پشتیبان جداگانه تایمر دوره ای (PIT) برای تولید وقفه های همگام سازی شده با زمان	ماتریس منطقی قابل برنامه ریزی - دو بلوک که 16 ورودی و 14 خروجی را به هم متصل می کند - عنصر منطقی 2 ورودی با هر تابع تبدیل مشخص سه فاز 16 بیتی ژنراتور PWM برای کنترل اینورترها / موتورها - خروجی های ضد فاز در هر فاز با مکث غیر همپوشانی قابل تنظیم - فرکانس PWM قابل تنظیم	32 بیتی تایمر (کانال های ضبط لبه و کانال های مقایسه)، واحد PWM (6 خروجی)، ساعت بلادرنگ
رابط ها:
رابط های سریال کلاس 2 (C2SIa و C2SIb) - دریافت و انتقال داده ها در یک شبکه چند کارشناسی ارشد. - ارتباط TMS470R1Vx با میکرو مدارهای رابط آنالوگ خارجی؛ - بافر، تشخیص خطاها و خرابی ها، کالیبراسیون و غیره. کنترلرهای CAN - استاندارد (SCC): صندوق پستی برای 16 پیام؛ - کیفیت بالا (HECC): صندوق پستی برای 32 پیام. رابط با DSP - مگاماول TMS470R1x و TMS320C54x DSP را متصل می کند ماژول توسعه باس (EBM): - پشتیبانی از 8 یا 16 بیت. حافظه خارجی؛ - عملکرد ورودی/خروجی عمومی در صورت عدم استفاده از گذرگاه خارجی	رابط USB 2.0 رابط حافظه خارجی با خروجی های قابل تنظیم برای انتخاب تراشه های خارجی کنترلر برنامه نویسی با سرعت بالا: - حالت های برنامه نویسی فلش سریال و موازی رابط های فلش کارت (RM9200)	رابط های سریال استاندارد (UART، SPI، I2C)	UART سازگار با 16C550 - از سیگنال های مودم در یکی از UART ها پشتیبانی می کند رابط حافظه خارجی قابل تنظیم با 4 بانک و عرض داده 8/16/32

جدول 2. داده های فنی برای میکروکنترلرهای ARM از Atmel، دستگاه آنالوگ، تگزاس اینسترومنتز، فیلیپس نیمه هادی

نام	هسته	قاب	حافظه		لوازم جانبی						I/O	حداکثر h-ta، مگاهرتز
			فلش، کیلوبایت	رم، کیلوبایت	تایمر	ADC، ch/bit	SPI/U(S)APP/ I2C	USB Dev/Host	می توان	دیگر
میکروکنترلرهای خانواده TMS470 از Texas Instruments
TMS470R1A64	ARM7TDMI	80 LQFP	64	4	13	8/10	2/2/-	-	2	C2SI	40	48
	ARM7TDMI	100 LQFP	128	8	16	16/10	2/2/-	-	1	C2SI	50	48
	ARM7TDMI	100 LQFP	256	12	16	16/10	2/2/-	-	1	C2SI	50	48
	ARM7TDMI	100/144 LQFP	288	16	12	12/10	2/2/1	-	2	C2SI، DDP، EBM، MSM	93	48
	ARM7TDMI	144 LQFP	512	32	32	16/10	2/2/-	-	2	RAP	87	60
	ARM7TDMI	144 LQFP	768	48	32	16/10	5/2/-	-	3	RAP	87	60
TMS470R1A1024	ARM7TDMI	144 LQFP	1024	64	12	12/10	5/2/1	-	2	DMA، EBM، MSM	93	60
Atmel AT91 ARM Thumb Family
	ARM7TDMI	QFP100	-	8	3		-/2/-			EBI	32	40
	ARM7TDMI	QFP100	-	256	3		-/2/-			EBI	32	70
	ARM7TDMI	BGA121	512	256	3		-/2/-			EBI	32	70
	ARM7TDMI	BGA121	2048	256	3		-/2/-			EBI	32	70
	ARM7TDMI	QFP144 BGA144	-	8	6		2/2/-			EBI، PIT، RTT	54	33
	ARM7TDMI	QFP176 BGA176	-	8	6	8/10	1/3/-			EBI، RTC، 2x10 rub. DAC	58	33
	ARM7TDMI	QFP100	256	96	6	1/4/1	1/-			SSC، PIT، RTC، RTT	63	66
	ARM7TDMI	BGA256	1	16	3		1/2/-			EBI، بین‌المللی SDRAM، 2xEthernet	48	36
	ARM7TDMI	QFP144	-	4	9	8/10	1/3/-			EBI، 4 PWM، CAN	49	40
	ARM7TDMI	QFP176	-	16	10	16/10	1/2/-		4	EBI	57	30
	ARM7TDMI	QFP100	256	32	9	16/10	2/4/1	1/-	1	8 PWM، RTT، PIT، RC-gen.، SSC، MCI	62	60
	ARM7TDMI	QFP48	32	8	3	8/10	1/1/1				21	55
	ARM7TDMI	QFP64	64	16	3	8/10	1/2/1	1/-		4 PWM، RTT، PIT، RC gen.، SSC	32	55
	ARM7TDMI	QFP64	128	32	3	8/10	1/2/1	1/-		4 PWM، RTT، PIT، RC gen.، SSC	32	55
	ARM7TDMI	QFP64	256	64	3	8/10	1/2/1	1/-		4 PWM، RTT، PIT، RC gen.، SSC	32	55
	ARM7TDMI	QFP100	128	32	3	8/10	1/2/1	1/-	1	4 PWM، RTT، PIT، RC-gen.، SSC، اترنت	60	55
	ARM920T	QFP208 BGA256	128	16	6		1/4/1	1/2		EBI، RTC، RTT، PIT، SDRAM، 3xSSC، MCI، اترنت	94	180
AT91SAM9261	ARM7TDMI	BGA217	32	160	3		3/3/1	1/2		EBI، RTT، PIT، int.SDRAM، 3xSSC، MCI	96	200
میکروکنترلرهای خانواده MicroConverter دستگاه آنالوگ
	ARM7TDMI	CP-40	62	8		5/12	1/1/2			4 x 12p. DAC، K، PLM	14	45
	ARM7TDMI	CP-40	62	8		8/12	1/1/2			2 x 12p. DAC، K، PLM	13	45
	ARM7TDMI	CP-40	62	8		10/12	1/1/2			K، PLM	13	45
	ARM7TDMI	CP-64	62	8		10/12	1/1/2			2 x 12p. DAC، 3ph. PWM، K، PLM	30	45
	ARM7TDMI	CP-64	62	8		12/12	1/1/2			3f. PWM، K، PLM	30	45
	ARM7TDMI	ST-80	62	8		12/12	1/1/2			4 × 12 کانال DAC، 3 فاز PWM، K، PLM	40	45
	ARM7TDMI	ST-80	62	8		16/12	1/1/2			3f. PWM، K، PLM	40	45
میکروکنترلرهای خانواده LPC2000 از شرکت فیلیپس Semiconductors
	ARM7TDMI-S	LQFP48	128	16	4		1/2/1			6 کانال PWM	32	60
	ARM7TDMI-S	LQFP48	128	32	4		1/2/1			6 کانال PWM	32	60
	ARM7TDMI-S	LQFP48	128	64	4		1/2/1			6 کانال PWM	32	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	128	16	4	4/10	2/2/1			6 کانال PWM	46	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	128	16	4	4/10	2/2/1			6 کانال PWM	46	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	256	16	4	4/10	2/2/1			6 کانال PWM	46	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	256	16	4	4/10	2/2/1			6 کانال PWM	46	60
2/2/1			6 کانال PWM	112	60
	ARM7TDMI-S	LQFP144	256	16	4	8/10	2/2/1		2	6 کانال PWM	112	60
	ARM7TDMI-S	LQFP144	256	16	4	8/10	2/2/1		4	6 کانال PWM	112	60

علیرغم استفاده از یک هسته مشترک ARM7TDMI در اکثر میکروکنترلرها، میکروکنترلرهای سازنده های مختلف دارای یک پرتره نسبتا واضح هستند. دستگاه آنالوگ با داشتن 12 بیتی در زرادخانه خود پیشرو بی چون و چرای لوازم جانبی آنالوگ است. کلاس ADC و DAC 1 مگاهرتز. در این راستا، Atmel به طور قابل توجهی عقب مانده است، که در توسعه ADC های فردی خود قبلاً مانع 2 گیگاهرتز را گرفته است، اما یک ADC مناسب را در 32 بیت ادغام کرده است. میکروکنترلر، من نتوانستم. با این حال، این اشکال میکروکنترلرهای Atmel از "دوستانه بودن" آنها (در هنگام استفاده از یک نوسان ساز داخلی و تثبیت کننده RC، تنها یک ولتاژ تغذیه برای راه اندازی میکروکنترلر مورد نیاز است)، راندمان و مهمتر از همه، کم هزینه بودن آنها بیشتر است. در میان میکروکنترلرهای بررسی شده، میکروکنترلرهای Atmel تنها مواردی هستند که دارای رابط USB هستند. میکروکنترلرهای TI با نمایندگی اضافی با هزینه متوسط ​​مشخص می شوند. هنگام کار با میکروکنترلرهای TMS470 می توانید از کافی بودن منابع جانبی مطمئن شوید. میکروکنترلرهای LPC2000 (Philips) را می توان با توجه به معیارهای مورد بررسی، میانگین طلایی نامید. آنها با وجود UART ساخته شده در سنت فیلیپس و سازگار با استاندارد 16C550 UART متمایز می شوند و همچنین دارای یک رابط مودم و یک حالت کنترل ارتباط سخت افزاری با بافر FIFO است. در میان میکروکنترلرهای ARM فیلیپس می‌توانید نمایندگانی برای دامنه دمایی -40...+105 درجه سانتی‌گراد پیدا کنید.

32 بیتی میکروکنترلرها با هسته های جایگزین

وقتی صحبت از 32 بیت می شود. میکروکنترلرها، بی انصافی است که دیگر 32 بیتی را ذکر نکنیم. جایگزین هایی برای هسته ARM در این راستا، باید هسته FR از فوجیتسو و M68000/M68300 از موتورولا را برجسته کنیم.

هسته FR در طیف گسترده ای از میکروکنترلرها (بیش از 40) در چندین خانواده استفاده می شود و دارای یک حالت مجموعه دستورالعمل 16 بیتی برای بهینه سازی استفاده از حافظه برنامه با حداقل کاهش عملکرد است که مشابه هسته ARM است. اندازه ROM و RAM تا 512 KB می رسد، بسته به نوع، انواع دستگاه های جانبی استاندارد از جمله پشتیبانی می شود. 10 بیتی ADC، 12 بیتی PWM، رابط CAN، UART، و غیره. درست مانند میکروکنترلرهای ARM، میکروکنترلرهای مبتنی بر هسته FR با سنت‌های کلی که توسعه‌دهنده تعریف می‌کند، متمایز می‌شوند و در کل خط میکروکنترلرها قابل تشخیص هستند. در مورد فوجیتسو، این پشتیبانی سخت‌افزاری برای اندیانیسم، عملکرد جستجوی بیت سخت‌افزاری، بسیاری از کانال‌های دستگاه‌های جانبی مشابه، و ورودی وقفه غیرقابل پوشش است. بسیاری از میکروکنترلرها دارای 10 بیت بسیار مناسبی هستند که در آنها ادغام شده است. ADC (زمان تبدیل 1.7 µs) و DAC (0.9 µs). خانواده FRLite رکورد مصرف انرژی ویژه 1mA/MHz را به ثبت رسانده است. خانواده FR 65E حداکثر کارایی را با فرکانس ساعت تا 66 مگاهرتز دارد.

32 بیتی میکروکنترلرهای موتورولا با پیاده سازی آنها از مجموعه ای از ماژول های عملکردی استاندارد مشخص می شوند. خانواده میکروکنترلرهای 68300 شامل: یک پردازنده 32 بیتی (CPU32)، ماژول های حافظه داخلی، یک ماژول رابط یکپارچه سازی سیستم (SIM)، یک ماژول رابط سریال (QSM)، یک واحد پردازش زمان (TPU) یا یک ماژول زمان (GPT) است. یک مبدل دیجیتال آنالوگ (ADC) و تعدادی دیگر. ماژول ها از طریق یک گذرگاه intermodule به یکدیگر متصل می شوند. پردازنده CPU32 مورد استفاده در خانواده میکروکنترلرهای 68300 در کارکردهای اصلی خود مشابه ریزپردازنده 32 بیتی MC68020 از خانواده 68000 است.برای استفاده در سیستم های ارتباطی، میکروکنترلرهایی تولید می شوند که حاوی یک ماژول پردازشگر ارتباطی RISC است که دارای مجموعه ای از ویژگی های خاص است. ابزارهایی برای تبادل اطلاعات چنین کنترل کننده های ارتباطی (68360، 68302، 68356) نیز بخشی از خانواده 68300 هستند. یکی از ویژگی های پردازنده CPU32 عملکرد آن با یک گذرگاه داده 16 بیتی و یک گذرگاه آدرس 24 بیتی (حافظه آدرس پذیر 16 مگابایت) است. اصل اصلی معماری عملکرد پردازنده های خانواده 68000 تقسیم منابع و قابلیت های آنها بسته به کلاس وظایف حل شده است. این امر مستلزم اجرای دو دسته از وظایف است: مدیریت عملکرد خود سیستم ریزپردازنده با استفاده از نرم افزار سیستم (سیستم عامل - سرپرست) و حل مشکلات کاربردی کاربر. این باعث ایجاد حالت های عملیاتی می شود: حالت سرپرست یا حالت کاربر. بسته به حالت، هنگام اجرای برنامه ها، دسترسی به تمام یا بخشی از منابع میکروکنترلر مجاز است. حالت Supervisor امکان اجرای هر دستورالعملی را که توسط پردازنده اجرا می شود و دسترسی به همه رجیسترها را فراهم می کند. در حالت کاربر، اجرای تعدادی از دستورات و دسترسی به رجیسترهای خاص به منظور محدود کردن امکان تغییرات وضعیت سیستم که می تواند در اجرای برنامه های دیگر اختلال ایجاد کند یا حالت عملکرد پردازنده تنظیم شده توسط سرپرست را نقض کند، ممنوع است. یک استدلال قوی برای انتخاب میکروکنترلرهای موتورولا، محبوبیت بالای خانواده M68000 در یک زمان و سازگاری نرم افزاری میکروکنترلرهای M68000 و مدرن تر M68300 است که امکان استفاده از پیشرفت های نرم افزاری موجود در پیشرفت های جدید را فراهم می کند و در نتیجه زمان طراحی را کاهش می دهد.

• مزیت بدون شک هسته ARM استاندارد بودن آن است که به شما امکان می دهد از نرم افزارهای سایر میکروکنترلرهای سازگار استفاده کنید، دسترسی بیشتری به ابزارهای طراحی داشته باشید یا راحت تر بین میکروکنترلرها مهاجرت کنید.
• علیرغم استفاده از هسته ARM یکسان در میکروکنترلرهای سازنده های مختلف، هر یک از آنها هنوز هویت خاص خود را دارند که با "دستور العمل" اصلی دستگاه های جانبی و اشغال موقعیت های پیشرو در برخی از انواع دستگاه های جانبی، به عنوان مثال، به دست می آید. دستگاه آنالوگ این مبدل دیجیتال آنالوگ است.
• هسته‌های ARM دارای یک نام‌گذاری و پویایی توسعه هستند، با این حال، از مقایسه به دست می‌آید که عمدتاً میکروکنترلرهای مبتنی بر هسته ARM7TDMI در دسترس عموم هستند. این را می توان به عنوان مثال با این واقعیت توضیح داد که حوزه اصلی مصرف میکروکنترلرهای ARM دستگاه ها و تجهیزات الکترونیکی خانگی، اداری و مصرفی است که متأسفانه عمدتاً توسط سازندگان OEM خارجی تولید می شوند.
• بازار میکروکنترلرهای 32 بیتی از ظرفیت بالایی برخوردار است که در سال های آینده به صورت پویا افزایش خواهد یافت، بنابراین ما تنها می توانیم مبارزه تولیدکنندگان میکروکنترلر برای سهمی از این بازار را دنبال کنیم، اطلاعیه ها را دنبال کنیم و موفق به تسلط بر فناوری های جدید شویم.

ادبیات

1. جی. ویلبرینک. تسهیل مهاجرت از میکروکنترلرهای 8 بیتی به 32 بیتی/Atmel Corporation -2004.
2. "Atmel اولین میکروکنترلر فلش زیر 3 دلاری ARM7 جهان را معرفی می کند"، اخبار Atmel از 04/10/19، www.atmel.com.
3. Processor Cores Flyer//Ref: ARM DOI 0111-4/05.03، صادر شده: می 2003.
4. مواد سایت www.arm.com

مورد علاقه جدید در مسابقه تسلیحات پردازنده، شرکتی نه از سیلیکون ولی، بلکه از شهر علمی انگلیسی کمبریج است. با این حال، موفقیت او یک چیز ناگهانی نیست و یک تاریخ سی ساله پشت آن وجود دارد.

ما از دهه هشتاد در کنار اینتل زندگی می کنیم - نام این شرکت به قدری در اخبار ظاهر می شود که نام نسل فعلی پردازنده های آن حتی برای افراد دور از فناوری نیز شناخته می شود. اما زمانه تغییر کرده است و تبلت‌های دارای گوشی‌های هوشمند کم کم توجه و کاربران را از رایانه‌های شخصی دور می‌کنند و هسته‌های آن‌ها در کارخانه‌های اینتل پخش نمی‌شود. شرکت انگلیسی ARM که تا چندی پیش فقط متخصصان نام آن را شنیده بودند، ناگهان به میدان آمد. چه نوع افرادی پشت ایجاد پردازنده هایی هستند که راه را برای نسل جدیدی از رایانه ها هموار کردند؟

به طور رسمی، ARM Holdings در سال 1990 ایجاد شد و به طور خاص، در لحظه ای که توافق نامه ای بین سه شرکت امضا شد: Apple Computer، Acorn Computers و VLSI Technology. اپل نیازی به معرفی ندارد، اما ارزش آن را دارد که در مورد Acorn و VLSI با جزئیات بیشتری صحبت کنیم.

بلوط کمبریج

تاریخچه Acorn با یکی دیگر از شرکت های معروف بریتانیایی - Sinclair Research که در آن کامپیوتر معروف ZX Spectrum ایجاد شد، مرتبط است. کریس کوری، یکی از بنیانگذاران آینده بلوط، کار خود را در Sinclair Radionics (که بعداً پژوهشی) انجام داد. در آن زمان، کوری و سینکلر با هم دوست بودند و روی یک ماشین حساب جیبی و پروژه‌های دیگر با هم کار می‌کردند، اما در سال 1978، در طول آماده‌سازی نمونه اولیه ZX80 (یکی از پیشینیان ZX Spectrum)، آنها به شدت در مورد آینده آن اختلاف نظر داشتند. کامپیوتری که کوری سینکلر و شرکتش را ترک کرد. و به زودی او خود را تأسیس کرد - همراه با کارآفرین، مخترع و سرمایه گذار هرمان هاوزر. این شرکت واحد پردازشگر کمبریج یا به سادگی CPU نام داشت.

در آن زمان هاوسر قبلاً موفق شده بود یک دانشجوی برجسته را در دانشگاه کمبریج به نام راجر ویلسون استخدام کند. او به معنای واقعی کلمه عاشق الکترونیک بود، کتاب‌های مرجع مؤلفه‌ها را از حافظه نقل‌قول می‌کرد و برنامه‌ها را با کد ماشین بدون یک خطا می‌نوشت - حداقل این افسانه است. ویلسون تجربه کاری واقعی کمی داشت - او فقط ساخت یک تغذیه خودکار گاو بر اساس تراشه MOS Technology 6502 را داشت. اما وقتی هاوسر از ویلسون دعوت کرد تا در ایجاد یک نوت بوک الکترونیکی (که هرگز متولد نشد) شرکت کند، او بلافاصله موافقت کرد.

کری دانشجوی دیگری از کمبریج را با خود به شرکت جدید آورد - دانشجوی سال دوم استیو فربر. فربر، مانند کری، قبلاً برای سینکلر کار کرده بود و در حال توسعه کیت MK14 بود که هر کسی می توانست از آن یک کامپیوتر خانگی ساده بسازد. در ابتدا، فربر مجبور شد کار در CPU را با تحصیلات خود ترکیب کند، اما شک نداشت که پس از دریافت دیپلم می‌تواند به انجام کاری که دوست داشت، یعنی اختراع کامپیوتر، ادامه دهد.

در سال 1979، CPU به Acorn تغییر نام داد (که به "acorn" ترجمه می شود)، ظاهراً در دفترچه تلفن قبل از اپل ذکر شده است. اما مهمتر از همه، این شرکت اولین محصول خود را در همان سال عرضه کرد، Acorn System 1. این یک کامپیوتر بسیار متوسط ​​برای محاسبات علمی بود، یک صفحه نمایش LCD یک خطی داشت و به قیمت 80 پوند فروخته می شد. برای مقایسه، ZX80، که بسیار ارزان نیز در نظر گرفته می شد، هنگام مونتاژ صدها قیمت داشت.

موفقیت واقعی در انتظار Acorn دو سال بعد بود، زمانی که همراه با بی بی سی (بله، همان شرکت پخش بریتانیایی که تا به امروز اخبار خود و سریال Doctor Who را به تمام دنیا عرضه می کند)، کری و هاوسر موفق به برنده شدن در مناقصه ای برای عرضه شدند. کامپیوتر به مدارس بریتانیا، و BBC Micro متولد شد. کلایو سینکلر نیز در این مناقصه شرکت کرد و از این شکست به قدری عصبانی بود که به دوست و همکار سابق خود کریس کوری در میخانه ای در کمبریج حمله کرد و با یک روزنامه رول شده شلاق زد.

مدارهای مجتمع در مقیاس بسیار بزرگ

در حالی که صنعت در حال تجربه رونق محاسبات خانگی بود، پیشرفت‌های به همان اندازه هیجان‌انگیز دیگری در بخش علمی صنعت رخ می‌داد. یکی از آنها ارتباط مستقیمی با ظهور ARM دارد.

همه می دانند که اینترنت توسط آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده (دارپا) اختراع شده است، اما این تنها پروژه دارپا نیست که تأثیر قدرتمندی بر کل صنعت داشته است. پروژه VLSI یکی از این پیشرفت‌ها است: محبوبیت نسبتاً کم آن به سادگی با اهمیت آن تناسب ندارد. VLSI مخفف Very-large-scale integration - ultra-large integrated circuit یا VLSI است. در اوایل دهه هشتاد، همه چیز به سمت انتقال به چنین طرح هایی پیش می رفت، اما در طول توسعه آنها، مهندسان با مشکلات جدی مواجه شدند.

با افزایش تعداد ترانزیستورها در یک تراشه مدار مجتمع، طراحی پردازنده‌ها به طور فزاینده‌ای مشکل شد و زمانی که تعداد ترانزیستورها از صد هزار گذشت، روش‌های قدیمی شروع به ایجاد خطا کردند. روش جدیدی از طراحی مورد نیاز بود و جای تعجب نیست که راه حل استفاده از رایانه بود.

پروفسور کارور مید و برنامه‌نویس آزمایشگاه Xerox PARC، لین کانوی، پیشنهاد ایجاد یک سیستم طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) را ارائه کردند که به ساخت پردازنده‌هایی با هر پیچیدگی کمک می‌کند. در آن زمان، برای کار با چنین برنامه‌ای به یک ابرکامپیوتر نیاز بود، بنابراین دارپا نه تنها برای ایجاد CAD، بلکه همه چیز اطراف آن را تأمین مالی می‌کرد: توسعه ایستگاه‌های کاری و حتی سیستم عامل. بعدها، Sun Microsystems و Silicon Graphics از این پروژه‌ها رشد کردند و شاخه جدیدی از یونیکس، نرم‌افزار توزیع برکلی (BSD)، به عنوان یک سیستم عامل ایجاد شد.

مید و کانوی معتقد بودند که اگر طراحی پردازنده‌ها به صورت خودکار بهتر باشد، شرکت‌های کوچک یا حتی دانش‌آموزان می‌توانند آنها را به عنوان بخشی از آموزش خود بسازند. این ایده نه تنها درست، بلکه بسیار موفق نیز بود: با کمک ابزارهای جدید، طراحی پردازنده ها بسیار ساده تر شد و انجام این کار جدا از تولید امکان پذیر شد. علاوه بر این، نرم افزار جدید این امکان را فراهم می کند تا ویژگی های ساختاری پنهان پردازنده ها را آشکار کند.

RISC یک دلیل شریف است

معماری های مدرن پردازنده معمولاً به دو دسته تقسیم می شوند: CISC (محاسبات مجموعه دستورالعمل های پیچیده) و RISC (محاسبات مجموعه دستورالعمل های کاهش یافته). تفاوت اساسی بین این رویکردها وجود دارد، اما بلافاصله ظاهر نشد.

پردازنده های اولیه هشت بیتی مانند Intel 8080 یا Motorola 6800 فقط می توانستند چند دستورالعمل ساده را اجرا کنند. به عنوان مثال، دستورالعمل خاصی برای ضرب اعداد وجود نداشت؛ این عمل به چندین دستورالعمل پردازنده نیاز داشت - افست و اضافات. این رویکرد ناخوشایند به نظر می رسد، و بنابراین تصمیم برای افزودن دستورالعمل های جامع تر بصری بود.

همچنین اعتقاد بر این بود که عملیاتی که مستقیماً در سخت‌افزار پیاده‌سازی می‌شوند، بسیار سریع‌تر از عملیات‌هایی که در قالب برنامه‌ها انجام می‌شوند، اجرا می‌شوند. بنابراین در پیشرفت‌های بعدی، سازندگان پردازنده شروع به اضافه کردن پشتیبانی برای دستورالعمل‌های بیشتر و بیشتر کردند. به عنوان مثال، ضرب دو عدد به یک فرمان تبدیل شد، اما طراحی ریزمدار پیچیده تر شد، زیرا شروع به شامل یک زیر سیستم جداگانه طراحی شده برای ضرب کرد. اینگونه بود که پردازنده هایی با مجموعه ای پیچیده از دستورالعمل ها ظاهر شدند. این خانواده شامل تراشه های بعدی اینتل و سایر پردازنده هایی است که در دهه هشتاد محبوبیت داشتند.

نمی توان گفت که مجموعه دستورات جامع مزیت های خود را ندارد، اما آنها قیمت خوبی دارند. اگر اولین پردازنده‌ها یک دستور ساده را در یک تیک مولد فرکانس ساعت اجرا می‌کردند، دستورالعمل‌های پیچیده‌تر شروع به نیاز به چندین چرخه ساعت می‌کردند.

به عنوان بخشی از همان پروژه VSLI، دیوید پترسون، استاد دانشگاه کالیفرنیا برکلی، تحقیقاتی را انجام داد که در آن رویکرد متفاوتی را برای طراحی پردازنده کشف کرد که آن را RISC نامید. مشخص شد که اگر مجموعه دستورالعمل‌ها را فقط به مواردی محدود کنید که می‌توانند در یک چرخه ساعت اجرا شوند، می‌توانید سرعت اجرای آنها را افزایش دهید و در نتیجه عملکرد کلی را بهبود بخشید. منطق روزمره حکم می کند که این اتفاق نیفتد: بالاخره برنامه ها طولانی تر می شوند! اما وقتی صحبت از سیستم هایی با صدها هزار جزء می شود، منطق روزمره می تواند استراحت کند و مدل سازی و شبیه سازی پاسخ صحیح را ارائه می دهد.

در همان زمان، پترسون موفق شد تأثیر "گلوگاه" معماری فون نویمان را به میزان قابل توجهی کاهش دهد - کانال آهسته بین پردازنده و RAM. RISC تعداد رجیسترهای بیشتری نسبت به CISC دارد و این امکان دسترسی کمتری به RAM را فراهم می کند - به خصوص اگر برنامه از طریق یک کامپایلر بهینه سازی اجرا شود و از منابع به خوبی استفاده کند. این رویکرد در سیستم‌های چند هسته‌ای یا چند پردازنده‌ای، که در آن رایانه‌های متعدد به حافظه یکسان دسترسی دارند، حتی بهتر عمل می‌کند. هرچه کمتر این کار را انجام دهند، کمتر هر یک از آنها باید منتظر نوبت خود باشند و بر این اساس، افزایش بهره وری بیشتر می شود.

طبق قانون ارشمیدس

با این حال، اجازه دهید به تاریخچه Acorn بازگردیم. جدای از مشاجره ناخوشایند با پدر ZX Spectrum، شرکت در سال 1983 عملکرد خوبی داشت: BBC Micro یک و نیم میلیارد نسخه فروخت و سود Acorn از سه هزار پوند به تقریباً نه میلیون رسید. بیل گیتس حتی پیشنهاد داد که هاوسر MS-DOS و مترجم اختصاصی BASIC را به BBC Micro منتقل کند، اما هاوسر نپذیرفت.

تیم توسعه خود Acorn در حال رشد بود و بنیانگذاران فکر کردند که زمان آن فرا رسیده است که به مرحله جدیدی از توسعه حرکت کنند: به جای رایانه های مبتنی بر تراشه های هشت بیتی، ماشین های قدرتمندتری تولید کنید - با CPU های شانزده بیتی.

پردازنده‌های نیمه‌رسانای ملی به‌عنوان یک گزینه در نظر گرفته شدند، اما رابرت ویلسون از مقر اسرائیلی این شرکت بازدید کرد و ناراضی بود: «آن‌ها در آنجا صد نفر روی تراشه کار می‌کنند و هنوز هم هرازگاهی خطاهایی وجود دارد». سپس، ویلسون به شرکت آمریکایی Western Design Center رفت، جایی که دقیقاً تصویر مخالف را دید: پردازنده‌ها توسط گروه‌های کوچکی از مهندسان، تقریباً در خانه توسعه داده شدند. ویلسون تعجب کرد: اگر می‌توانید پردازنده‌های خود را بسازید، آیا خرید پردازنده شخص دیگری ضروری است؟ مثال WDC نشان داد که این کار آنقدرها هم که به نظر می رسد دشوار نیست.

این ایده در Acorn مورد استقبال قرار گرفت و کار شروع به جوشیدن کرد. ویلسون مجموعه ای از دستورالعمل ها را ارائه کرد و فربر و یک تیم کوچک معماری پردازنده آینده را توسعه دادند. در آن زمان بود که تصمیم سرنوشت ساز برای استفاده از اصل جدید RISC گرفته شد.

اولین پردازنده ARM (Acorn RISC Machine) در سال 1985 منتشر شد، اما کامپیوتر مبتنی بر آن هرگز ظاهر نشد. این نسخه به عنوان مکمل BBC Master فروخته شد - این نسخه پیشرفته BBC Micro دارای یک رابط ویژه برای اتصال پردازنده های مشترک بود. این کیت همچنین شامل یک کیت توسعه نرم افزار RISC بود.

تجسم بعدی پردازنده، ARM 2، سرنوشت بسیار جالب تری داشت: اساس ماشینی منحصر به فرد به نام ارشمیدس را تشکیل داد که اولین بار در سال 1987 به فروش رسید. ARM 2 دارای معماری 32 بیتی بود و گذرگاه آدرس از 26 بیت پشتیبانی می کرد و بنابراین تا 64 مگابایت RAM می توانست آدرس دهی شود (فضای بزرگ در آن روزها، اما امروز بیهوده). فرکانس ARM 2 نیز بعید است در حال حاضر کسی را شگفت زده کند، و حتی در سال 1985، 8 مگاهرتز را می توان یک میانگین در نظر گرفت. اینتل 80368 که تقریباً در همان زمان عرضه شد، با فرکانس دو برابر کار می کرد، اما این بدان معنا نیست که دو برابر کارآمدتر بود. 386 تنها یک میلیون عملیات بیشتر انجام داد - پنج در مقابل چهار برای ARM 2. این مزیت RISC است!

ارشمیدس هزینه زیادی دارد - از 800 پوند استرلینگ (با در نظر گرفتن تورم و بر حسب روبل امروز حداقل صد هزار روبل است)، اما به دلیل قدرت، آداپتور ویدئویی خوب (حالت های تا 256 رنگ) از محبوبیت زیادی برخوردار شد. ) و یک کارت صدای هشت کاناله. در اصل، این یک نوع مکینتاش بریتانیایی بود - ایستگاه کاری برای انتشارات و استودیوهای تلویزیونی.

امپراتوری اولیوتی

اگرچه ارشمیدس با نام تجاری Acorn تولید می شد، اما این شرکت در آن زمان دیگر تجارت خصوصی Houser و Curry نبود. یک سال موفق 1983 با سال 1984 فاجعه آمیزی همراه شد، زمانی که بازار کامپیوترهای خانگی بیش از حد اشباع شد. این عواقب غم انگیزی برای بسیاری از بازیکنان داشت: آتاری و کومودور دست به دست شدند و اپل (برای اولین بار) با احتمال ورشکستگی روبرو شد.

Acorn همچنین برای این نسخه آلفا از سقوط دات کام آماده نبود: این شرکت به تازگی سهامی عام شده بود، و پول به دست آمده از آن برای برآوردن تقاضای رو به رشد مداوم تا آن نقطه کافی بود. در نتیجه، 250 هزار کامپیوتر در انبارهای Acorn انباشته شد که به طور ناگهانی فروش آنها غیرممکن شد.

و سپس شرکت ایتالیایی Olivetti در افق ظاهر شد. مدیریت آن قبلاً تلاش هایی را برای تغییر از تولید ماشین تحریر به رایانه انجام داده بود. از سال 1983 تا 1985، Olivetti مدل هایی را بر اساس Zilog Z8000 و Intel 8088 تولید کرد. اما ARM، Archimedes و سیستم عامل RISC OS آن برای مدیران Olivetti یک لقمه خوشمزه به نظر می رسید: داشتن فناوری های خود همیشه بهتر است - حداقل در این مورد چنین به نظر می رسید. زمان.

به زودی قراردادی منعقد شد که به اولیوتی 80 درصد از سهام Acorn را داد و هرمان هاوزر رئیس بخش تحقیقات شد. بنیانگذار دوم Acorn، کریس کوری، با دریافت سود سهام از فروش، تصمیم گرفت یک شرکت جدید - General Information Systems را تأسیس کند. هنوز فعال است و با کارت های هوشمند، انتقال پول الکترونیکی و سیستم های امنیتی سروکار دارد.

با این حال، ایتالیایی ها آینده را به اشتباه پیش بینی کردند: در پایان دهه هشتاد، راهپیمایی پیروزمندانه رایانه شخصی IBM و کلون های آن آغاز شد. مشخص شد که هر چیزی که با رایانه شخصی سازگار نیست به زودی به زباله دان تاریخ ختم می شود و شرکت ها به جای پرورش فناوری های خود، به طور انبوه به مونتاژ رایانه ها از قطعات آماده روی آوردند. اقدامات Olivetti در آن زمان را می توان با HP مقایسه کرد، که سه سال پیش Palm را خریداری کرد، اما سپس آن را رها کرد و به اندروید فراگیر روی آورد.

هاوزر به فروش شرکت خود نیز افتخار نکرد. در یکی از مصاحبه‌های خود، او شکایت می‌کند: می‌توان مانند IBM عمل کرد - به شرکت‌های شخص ثالث فرصت تولید قطعات و مونتاژ رایانه‌ها را داد. و سپس، شاید Acorn و ARM، به جای IBM و Intel، در مرکز صنعت جدید قرار گیرند. اما تصمیم لازم به موقع گرفته نشد و قرار نبود که Acorn به IBM بریتانیا تبدیل شود. اما هاوزر یک طرح پشتیبان داشت.

برادری "پروتسا"

این واقعیت که اولیوتی ایده توسعه پلت فرم کامپیوتری خود را کنار گذاشت، به هیچ وجه برای ARM به معنای مرگ نبود. هاوسر راهی پیدا کرد تا تجارت پردازنده را به یک شرکت جداگانه تقسیم کند و دو شریک علاقه مند پیدا کرد. این شرکت ترکیبی همان معماری پردازنده - ARM نامگذاری شد، اما رمزگشایی از Acorn RISC Machines به Advanced RISC Machines تغییر یافت.

چه کسی در آن لحظه به مشارکت با یک توسعه دهنده پردازنده RISC نیاز دارد؟ بدیهی است که شرکتی که بر اساس آنها دستگاه تولید می کند. اپل بود: در سال 1990، آنها در حال طراحی دستگاه دستی نیوتن آینده بودند و پردازنده ARM به دلیل کارایی آن در رابطه با شارژ باتری، برای آن عالی بود.

VLSI Technologies به عنوان شریک سوم انتخاب شد. این جانشین مستقیم پروژه VLSI است که در زمینه طراحی و تولید مدارهای مجتمع فعالیت می کرد. برای سرمایه گذاری مشترک آینده مهم بود که VLSI بتواند سیستم طراحی به کمک کامپیوتر خود را ارائه دهد.

خود VLSI به یک مشتری پردازنده جدید نیاز داشت. این در خالص‌ترین شکل خود تجسم ایده کانوی و مید است، زمانی که توسعه‌دهنده و سازنده VLSI به طور جداگانه کار می‌کنند (و در این مورد حتی در طرف‌های مخالف اقیانوس اطلس قرار دارند). هاوسر که از شکست Acorn درس گرفته بود، تعدیل دیگری انجام داد: به جای عرضه خود محصول، او پیشنهاد داد که پردازنده‌ها را به طور انحصاری طراحی کرده و مالکیت معنوی - یعنی طرح‌های تراشه‌ها و مجوزهای ساخت آنها را بفروشند.

در حالی که اینتل به داشتن ده ها کارخانه در سراسر جهان مشهور است، ARM هیچ کارخانه ای ندارد. این امر مانع از آن نشد که ARM امروزی نه تنها با اینتل و AMD برابری کند، بلکه کم کم به تهدیدی جدی برای آنها تبدیل شود.

زندگی جدید برای ARM

رشد سریع فروش کلون‌های رایانه شخصی IBM در دهه نود بهترین تأثیر را بر محبوبیت RISC نداشت. جایی که اینتل و مایکروسافت شروع به حکومت کردند، عملا هیچ جایگزینی برای پردازنده های خانواده x86 وجود نداشت. اما برنامه‌های حرفه‌ای باقی ماندند: سرورها و ایستگاه‌های کاری IBM و Sun Microsystems که به ترتیب از معماری‌های PowerPC و SPARC «خطرناک» استفاده می‌کنند و همچنین بازار میکروکنترلرها که مدت‌ها منبع اصلی درآمد برای ARM بوده است.

اولین طراحی پردازنده ای که پس از جدا شدن از Acorn توسط ARM Holdings منتشر شد، ARM6 بود که به طور خاص برای نیوتن دستی و با همکاری اپل طراحی شد. مشخصات ARM6 اولین بار در سال 1992 منتشر شد و در سال 1993 این شرکت اولین سود خود را اعلام کرد.

از آن زمان، رشد و بهبود معماری ARM متوقف نشد و در سال 1998 این شرکت با موفقیت وارد بازار سهام شد. در همان زمان، به هر حال، اپل بخشی از سهام خود را فروخت: برای آن سال یک بحران شدید بود و واگذاری سهام خود در ARM به خروج از آن کمک کرد. آیا استیو جابز می توانست حدس بزند که محصولات ARM ده سال بعد چقدر برای اپل اهمیت خواهند داشت؟

امروزه، مشتریان ARM شامل بیش از چهار دوجین تولیدکننده بزرگ الکترونیک است. پردازنده‌های مبتنی بر طرح‌های ARM را می‌توان در انواع مختلفی از دستگاه‌ها یافت - از هارد دیسک گرفته تا ماشین‌ها و از کنسول‌های بازی گرفته تا دوربین‌ها و تلویزیون‌ها. حتی اینتل در یک زمان پردازنده های مبتنی بر ARM تولید می کرد (این سری XScale نام داشت، اما در سال 2006 همراه با بخش فروخته شد).

با این حال، بزرگترین شهرت ARM از توسعه دستگاه های تلفن همراه حاصل شد. دستی های اپل نیوتن و کامپیوتر جیبی تنها مقدمه ای بود برای آنچه پس از عرضه آیفون در سال 2007 و آی پد در سال 2010 رخ داد. مصرف برق معماری RISC کلید ساخت دستگاه های قابل حمل است و هر چقدر اینتل تلاش می کند با ARM در این زمینه رقابت کند، هنوز امکان ساخت یک پردازنده رقابتی برای تبلت ها و تلفن های هوشمند وجود ندارد. بر اساس x86.

به لطف ARM، معماری RISC در نهایت شکوهی را که شایسته آن بود دریافت کرد، اما داستان به همین جا ختم نمی شود. کارشناسان با علاقه در حال تماشای محبوبیت فزاینده راه حل های سرور چند پردازنده مبتنی بر ARM هستند (برای مثال، آنها به طور فعال در مراکز داده فیس بوک پیاده سازی می شوند) و در مورد ظهور اخیر ARMv8 64 بیتی بحث می کنند. بنابراین آینده ARM بسیار جالب به نظر می رسد. تا کنون، این هنوز «آی‌بی‌ام بریتانیا» نیست که هاوزر رویای آن را در سر می‌پروراند، بلکه یک شرکت پر رونق است که به شدت به سمت این عنوان حرکت می‌کند.

همه کسانی که به فناوری های موبایل علاقه دارند، در مورد معماری ARM شنیده اند. با این حال، برای اکثر افراد این با پردازنده های تبلت یا گوشی های هوشمند مرتبط است. دیگران آنها را تصحیح می کنند و توضیح می دهند که این خود سنگ نیست، بلکه فقط معماری آن است. اما تقریباً هیچ یک از آنها مطمئناً علاقه ای به این نداشتند که این فناوری واقعاً از کجا و چه زمانی ایجاد شده است.

در همین حال، این فناوری در میان گجت‌های مدرن متعددی که هر ساله تعداد آنها بیشتر می‌شود، رواج دارد. علاوه بر این، در مسیر توسعه شرکتی که شروع به توسعه پردازنده های ARM کرده است، یک مورد جالب وجود دارد که ذکر آن گناه نیست؛ شاید برای کسی درسی برای آینده شود.

معماری ARM برای آدمک ها

مخفف ARM یک شرکت انگلیسی نسبتا موفق ARM Limited را در زمینه فناوری های IT پنهان می کند. این مخفف Advanced RISC Machines است و یکی از توسعه دهندگان و مجوز دهندگان اصلی معماری پردازنده RISC 32 بیتی است که اکثر دستگاه های قابل حمل را تامین می کند.

اما مشخصاً این شرکت خود ریزپردازنده تولید نمی کند، بلکه فقط فناوری خود را توسعه داده و به سایر طرف ها مجوز می دهد. به طور خاص، معماری میکروکنترلر ARM توسط سازندگان زیر خریداری می شود:

• اتمل.
• منطق سیروس.
• اینتل.
• سیب.
• nVidia.
• HiSilicon.
• مارول.
• سامسونگ.
• کوالکام
• سونی اریکسون.
• تگزاس اینسترومنتز
• Broadcom.

برخی از آنها برای مخاطبان گسترده ای از مصرف کنندگان ابزارهای دیجیتال شناخته شده است. به گفته شرکت بریتانیایی ARM، تعداد کل ریزپردازنده های تولید شده با استفاده از فناوری آنها بیش از 2.5 میلیارد است. چندین سری سنگ متحرک وجود دارد:

• ARM7 - فرکانس ساعت 60-72 مگاهرتز، که برای تلفن های همراه ارزان قیمت مناسب است.
• ARM9/ARM9E - فرکانس در حال حاضر بالاتر است، حدود 200 مگاهرتز. تلفن های هوشمند کاربردی تر و دستیارهای دیجیتال شخصی (PDA) به چنین ریزپردازنده هایی مجهز هستند.

Cortex و ARM11 در مقایسه با معماری قبلی میکروکنترلر ARM، خانواده‌های ریزپردازنده‌های مدرن‌تری هستند، با سرعت کلاک تا 1 گیگاهرتز و قابلیت‌های پردازش سیگنال دیجیتال پیشرفته.

ریزپردازنده‌های محبوب xScale مارول (تا اواسط تابستان 2007، این پروژه در اختیار اینتل بود) در واقع نسخه توسعه‌یافته‌ای از معماری ARM9 هستند که با مجموعه دستورالعمل‌های بی‌سیم MMX تکمیل شده‌اند. این راه حل از اینتل بر روی پشتیبانی از برنامه های چند رسانه ای متمرکز بود.

فناوری ARM به معماری ریزپردازنده 32 بیتی اشاره دارد که شامل یک مجموعه دستورالعمل کاهش یافته است که به آن RISC می گویند. طبق محاسبات، استفاده از پردازنده‌های ARM 82 درصد از کل پردازنده‌های RISC تولید شده است که نشان‌دهنده پوشش نسبتاً وسیعی از سیستم‌های 32 بیتی است.

بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی به معماری پردازنده ARM مجهز هستند و اینها نه تنها PDA و تلفن‌های همراه، بلکه کنسول‌های بازی دستی، ماشین‌حساب، لوازم جانبی رایانه، تجهیزات شبکه و موارد دیگر هستند.

سفری کوچک به گذشته

بیایید یک ماشین زمان خیالی را به چند سال پیش برگردانیم و سعی کنیم بفهمیم همه چیز از کجا شروع شد. به جرات می توان گفت که ARM در زمینه خود یک انحصارگر است. و این با این واقعیت تأیید می شود که اکثریت قریب به اتفاق گوشی های هوشمند و سایر دستگاه های دیجیتال الکترونیکی توسط ریزپردازنده های ایجاد شده با استفاده از این معماری کنترل می شوند.

در سال 1980، Acorn Computers تأسیس شد و شروع به ایجاد رایانه های شخصی کرد. بنابراین ARM قبلاً با عنوان Acorn RISC Machines معرفی شده بود.

یک سال بعد، یک نسخه خانگی از BBC Micro PC با اولین معماری پردازنده ARM به مصرف کنندگان ارائه شد. موفقیت آمیز بود، با این حال، تراشه نتوانست از عهده وظایف گرافیکی برآید، و گزینه های دیگری در قالب پردازنده های Motorola 68000 و National Semiconductor 32016 نیز برای این کار مناسب نبودند.

سپس مدیریت شرکت به فکر ایجاد ریزپردازنده خود افتاد. مهندسان به معماری پردازنده جدیدی که توسط فارغ التحصیلان یک دانشگاه محلی اختراع شده بود علاقه مند بودند. فقط از مجموعه دستورات کاهش یافته یا RISC استفاده کرد. و پس از ظهور اولین رایانه، که توسط پردازنده Acorn Risc Machine کنترل می شد، موفقیت بسیار سریع به دست آمد - در سال 1990، توافق نامه ای بین برند انگلیسی و اپل منعقد شد. این آغاز توسعه یک چیپست جدید بود که به نوبه خود منجر به تشکیل یک تیم توسعه کامل به نام Advanced RISC Machines یا ARM شد.

از سال 1998، این شرکت نام خود را به ARM Limited تغییر داد. و اکنون دیگر متخصصان در تولید و اجرای معماری ARM دخالتی ندارند. چه چیزی داد؟ این امر به هیچ وجه بر توسعه شرکت تأثیری نداشت، اگرچه مسیر اصلی و تنها شرکت توسعه فناوری ها و همچنین فروش لایسنس به شرکت های شخص ثالث بود تا بتوانند از معماری پردازنده استفاده کنند. در همان زمان، برخی از شرکت ها حقوق هسته های آماده را به دست می آورند، در حالی که برخی دیگر پردازنده ها را به هسته های خود تحت مجوز خریداری شده مجهز می کنند.

بر اساس برخی داده ها، درآمد این شرکت در هر راه حل 0.067 است $. اما این اطلاعات متوسط ​​و قدیمی است. تعداد هسته ها در چیپست ها هر سال افزایش می یابد و بر این اساس، هزینه پردازنده های مدرن از مدل های قدیمی تر بیشتر می شود.

منطقه برنامه

این توسعه دستگاه های تلفن همراه بود که محبوبیت زیادی را برای ARM Limited به ارمغان آورد. و هنگامی که تولید تلفن های هوشمند و سایر دستگاه های الکترونیکی قابل حمل گسترده شد، پردازنده های کم مصرف بلافاصله مورد استفاده قرار گرفتند. من تعجب می کنم که آیا لینوکس در معماری بازو وجود دارد؟

اوج توسعه ARM در سال 2007 رخ داد، زمانی که همکاری آن با برند اپل تجدید شد. پس از آن، اولین آیفون مبتنی بر پردازنده ARM به مصرف کنندگان ارائه شد. از آن زمان، چنین معماری پردازنده ای تبدیل به یک جزء ثابت تقریباً هر گوشی هوشمند تولید شده ای شده است که فقط در بازار موبایل مدرن یافت می شود.

می توان گفت که تقریباً هر دستگاه الکترونیکی مدرنی که نیاز به کنترل توسط یک پردازنده دارد، به نوعی مجهز به تراشه های ARM است. و این واقعیت که چنین معماری پردازنده ای از بسیاری از سیستم عامل ها، اعم از لینوکس، اندروید، iOS و ویندوز پشتیبانی می کند، یک مزیت غیرقابل انکار است. در میان آنها CE 6.0 Core تعبیه شده در ویندوز است؛ معماری بازو نیز توسط آن پشتیبانی می شود. این پلت فرم برای رایانه های دستی، تلفن های همراه و سیستم های تعبیه شده طراحی شده است.

ویژگی های متمایز x86 و ARM

بسیاری از کاربرانی که در مورد ARM و x86 زیاد شنیده اند، کمی این دو معماری را با یکدیگر اشتباه می گیرند. با این حال، آنها تفاوت های خاصی دارند. دو نوع معماری اصلی وجود دارد:

• CISC (محاسبات مجموعه دستورالعمل های پیچیده).
• محاسبه).

CISC شامل پردازنده های x86 (اینتل یا AMD) است، RISC، همانطور که قبلاً متوجه شده اید، شامل خانواده ARM است. معماری x86 و بازو طرفداران خود را دارند. به لطف تلاش های متخصصان ARM که بر بهره وری انرژی و استفاده از مجموعه ای ساده از دستورالعمل ها تأکید داشتند، پردازنده ها از این امر بسیار سود بردند - بازار تلفن همراه به سرعت شروع به توسعه کرد و بسیاری از تلفن های هوشمند تقریباً با قابلیت های رایانه ها برابری کردند.

به نوبه خود، اینتل همیشه به دلیل تولید پردازنده هایی با کارایی و پهنای باند بالا برای رایانه های شخصی رومیزی، لپ تاپ ها، سرورها و حتی ابر رایانه ها مشهور بوده است.

این دو خانواده به روش خود دل کاربران را به دست آوردند. اما تفاوت آنها چیست؟ چندین ویژگی یا حتی ویژگی متمایز وجود دارد؛ بیایید به مهمترین آنها نگاه کنیم.

قدرت پردازش

بیایید شروع به تجزیه و تحلیل تفاوت های معماری ARM و x86 با این پارامتر کنیم. تخصص اساتید RISC این است که تا حد امکان از آموزش کمتر استفاده کنند. علاوه بر این، آنها باید تا حد امکان ساده باشند، که به آنها مزایایی نه تنها برای مهندسان، بلکه برای توسعه دهندگان نرم افزار می دهد.

فلسفه در اینجا ساده است - اگر دستورالعمل ها ساده باشند، مدار مورد نظر به ترانزیستورهای زیادی نیاز ندارد. در نتیجه، فضای اضافی برای چیزی آزاد می شود یا اندازه تراشه کوچکتر می شود. به همین دلیل، ریزپردازنده های ARM شروع به ادغام دستگاه های جانبی مانند پردازنده های گرافیکی کردند. یکی از نمونه‌های آن رایانه رزبری پای است که دارای حداقل تعداد قطعات است.

با این حال، دستورالعمل های ساده هزینه دارد. برای انجام برخی وظایف، دستورالعمل های اضافی مورد نیاز است که معمولاً منجر به افزایش مصرف حافظه و زمان تکمیل کارها می شود.

برخلاف معماری پردازنده بازویی، دستورالعمل‌های تراشه‌های CISC، مانند راه‌حل‌های اینتل، می‌توانند کارهای پیچیده را با انعطاف‌پذیری زیاد انجام دهند. به عبارت دیگر، ماشین‌های مبتنی بر RISC عملیات‌هایی را بین رجیسترها انجام می‌دهند و معمولاً برنامه را ملزم می‌کنند تا قبل از انجام عملیات، متغیرها را در ثبات بارگذاری کند. پردازنده های CISC قادر به انجام عملیات به روش های مختلفی هستند:

• بین ثبت ها؛
• بین ثبت نام و مکان حافظه؛
• بین سلول های حافظه

اما این تنها بخشی از ویژگی‌های متمایز است؛ بیایید به تحلیل سایر ویژگی‌ها بپردازیم.

مصرف برق

بسته به نوع دستگاه، مصرف برق ممکن است درجات مختلفی از اهمیت داشته باشد. برای سیستمی که به یک منبع برق ثابت (شبکه برق) متصل است، به سادگی هیچ محدودیتی در مصرف انرژی وجود ندارد. با این حال، تلفن های همراه و سایر ابزارهای الکترونیکی کاملاً به مدیریت انرژی وابسته هستند.

تفاوت دیگر بین معماری بازو و x86 این است که اولی مصرف برق کمتر از 5 وات دارد، از جمله بسیاری از بسته‌های مرتبط: GPU، لوازم جانبی، حافظه. این توان کم به دلیل تعداد کمتر ترانزیستور همراه با سرعت های نسبتا کم است (اگر با پردازنده های دسکتاپ موازی داشته باشیم). در عین حال، این بر بهره وری تأثیر می گذارد - عملیات پیچیده زمان بیشتری برای تکمیل شدن دارد.

هسته های اینتل ساختار پیچیده تری دارند و در نتیجه مصرف انرژی آنها به میزان قابل توجهی بالاتر است. به عنوان مثال، یک پردازنده Intel I-7 با کارایی بالا حدود 130 وات انرژی مصرف می کند، نسخه های موبایل - 6-30 وات.

نرم افزار

مقایسه این پارامتر بسیار دشوار است، زیرا هر دو مارک در محافل خود بسیار محبوب هستند. دستگاه هایی که مبتنی بر پردازنده های معماری بازویی هستند با سیستم عامل های موبایل (اندروید و غیره) کاملاً کار می کنند.

ماشین هایی که پردازنده های اینتل را اجرا می کنند، قادر به اجرای پلتفرم هایی مانند ویندوز و لینوکس هستند. علاوه بر این، هر دو خانواده ریزپردازنده ها با برنامه های نوشته شده در جاوا سازگار هستند.

با تجزیه و تحلیل تفاوت در معماری ها، یک چیز را می توان با اطمینان گفت - پردازنده های ARM عمدتاً مصرف انرژی دستگاه های تلفن همراه را مدیریت می کنند. هدف اصلی راه حل های دسکتاپ ارائه عملکرد بالا است.

دستاوردهای جدید

شرکت ARM با توجه به سیاست شایسته خود کنترل کامل بازار موبایل را در دست گرفته است. اما در آینده او به همین جا متوقف نخواهد شد. چندی پیش، توسعه جدیدی از هسته ها ارائه شد: Cortex-A53 و Cortex-A57، که یک به روز رسانی مهم را دریافت کردند - پشتیبانی از محاسبات 64 بیتی.

هسته A53 جانشین مستقیم ARM Cortex-A8 است که اگرچه عملکرد آن چندان بالا نبود اما مصرف انرژی کمتری داشت. همانطور که کارشناسان خاطرنشان می کنند، مصرف برق این معماری 4 برابر کاهش می یابد و از نظر عملکرد کمتر از هسته Cortex-A9 نخواهد بود. و این در حالی است که سطح هسته A53 40٪ کوچکتر از A9 است.

هسته A57 جایگزین Cortex-A9 و Cortex-A15 خواهد شد. در همان زمان، مهندسان ARM ادعا می کنند که عملکرد فوق العاده ای افزایش یافته است - سه برابر بیشتر از هسته A15. به عبارت دیگر ریزپردازنده A57 6 برابر سریعتر از Cortex-A9 و بازده انرژی آن 5 برابر بهتر از A15 خواهد بود.

به طور خلاصه، سری کورتکس، یعنی a53 پیشرفته تر، در عملکرد بالاتر در پس زمینه بهره وری انرژی به همان اندازه با مدل های قبلی خود متفاوت است. حتی پردازنده های Cortex-A7 که بر روی اکثر گوشی های هوشمند نصب می شوند نیز نمی توانند رقابت کنند!

اما آنچه ارزشمندتر است این است که معماری قشر بازو a53 مؤلفه ای است که به شما امکان می دهد از مشکلات مرتبط با کمبود حافظه جلوگیری کنید. علاوه بر این، دستگاه باتری را کندتر تخلیه می کند. به لطف محصول جدید، این مشکلات اکنون به گذشته تبدیل خواهند شد.

راه حل های گرافیکی

علاوه بر توسعه پردازنده ها، ARM روی پیاده سازی شتاب دهنده های گرافیکی سری Mali نیز کار می کند. و اولین آنها Mali 55 است. گوشی LG Renoir مجهز به این شتاب دهنده بود. و بله، این معمولی ترین تلفن همراه است. فقط در آن GPU مسئول بازی ها نبود، بلکه فقط رابط را ارائه می کرد، زیرا با قضاوت بر اساس استانداردهای مدرن، پردازنده گرافیکی دارای قابلیت های اولیه است.

اما پیشرفت به طور اجتناب ناپذیری به جلو می رود و بنابراین، برای همگام شدن با زمان، ARM مدل های پیشرفته تری نیز دارد که مربوط به گوشی های هوشمند با قیمت متوسط ​​است. ما در مورد GPU معمولی Mali-400 MP و Mali-450 MP صحبت می کنیم. اگرچه عملکرد پایین و مجموعه محدودی از APIها دارند، اما این مانع از آن نمی‌شود که در مدل‌های موبایل مدرن کاربرد پیدا کنند. یک مثال قابل توجه گوشی Zopo ZP998 است که در آن تراشه هشت هسته ای MTK6592 با یک شتاب دهنده گرافیکی Mali-450 MP4 جفت شده است.

رقابت پذیری

در حال حاضر، هیچ کس هنوز با ARM مخالف نیست و این عمدتا به این دلیل است که در آن زمان تصمیم درستی گرفته شده است. اما روزی روزگاری، در ابتدای راه، تیمی از توسعه دهندگان روی ساخت پردازنده برای رایانه های شخصی کار کردند و حتی تلاش کردند تا با غولی مانند اینتل رقابت کنند. اما حتی پس از تغییر جهت فعالیت، شرکت کار سختی را پشت سر گذاشت.

و هنگامی که نام تجاری کامپیوتر معروف مایکروسافت با اینتل به توافق رسید، دیگر تولید کنندگان به سادگی هیچ شانسی نداشتند - سیستم عامل ویندوز از کار با پردازنده های ARM خودداری کرد. چگونه می توان در برابر استفاده از شبیه سازهای gcam برای معماری بازو مقاومت نکرد؟! در مورد اینتل نیز با مشاهده موج موفقیت ARM Limited سعی کرد پردازنده ای ایجاد کند که رقیب شایسته ای باشد. برای این منظور تراشه اتم اینتل در دسترس عموم قرار گرفت. اما مدت زمان بسیار بیشتری نسبت به ARM Limited طول کشید. و این تراشه تنها در سال 2011 به تولید رسید، اما زمان گرانبها قبلاً از دست رفته بود.

اساسا، Intel Atom یک پردازنده CISC با معماری x86 است. متخصصان موفق به دستیابی به مصرف انرژی کمتری نسبت به راه حل های ARM شدند. با این حال، تمام نرم افزارهایی که برای پلتفرم های موبایل منتشر می شوند، با معماری x86 سازگاری ضعیفی دارند.

در نهایت، این شرکت بزرگی کامل این تصمیم را تشخیص داد و متعاقباً تولید پردازنده برای دستگاه های تلفن همراه را کنار گذاشت. تنها سازنده اصلی تراشه های اتم اینتل ایسوس است. در عین حال، این پردازنده‌ها به فراموشی سپرده نشده‌اند؛ نت‌بوک‌ها، نت‌تاپ‌ها و سایر دستگاه‌های قابل حمل به‌طور انبوه به آن‌ها مجهز شده‌اند.

با این حال، این احتمال وجود دارد که شرایط تغییر کند و سیستم عامل ویندوز مورد علاقه همه از ریزپردازنده های ARM پشتیبانی کند. علاوه بر این اقداماتی در این راستا در حال انجام است، شاید واقعا چیزی شبیه شبیه سازهای gcam در معماری ARM برای راه حل های موبایل ظاهر شود؟! چه کسی می داند، زمان نشان می دهد و همه چیز در جای خود قرار می گیرد.

یک نکته جالب در تاریخچه توسعه شرکت ARM وجود دارد (در همان ابتدای مقاله منظور این بود). روزی روزگاری، ARM Limited مبتنی بر اپل بود و به احتمال زیاد تمام فناوری ARM متعلق به آن بود. با این حال، سرنوشت غیر از این بود - در سال 1998، اپل در بحران بود و مدیریت مجبور شد سهام خود را بفروشد. در حال حاضر، آن را با دیگر سازندگان برابری می کند و همچنان به خرید فناوری از ARM Limited برای دستگاه های iPhone و iPad خود ادامه می دهد. چه کسی می توانست بداند اوضاع چگونه می تواند رقم بخورد؟!

پردازنده های مدرن ARM قادر به انجام عملیات پیچیده تری هستند. و مدیریت این شرکت در آینده نزدیک قصد ورود به بازار سرور را دارد که بدون شک به آن علاقه مند است. علاوه بر این، در دوران مدرن ما، زمانی که عصر توسعه اینترنت اشیا (IoT) از جمله لوازم خانگی «هوشمند» نزدیک می‌شود، می‌توان تقاضای بیشتری برای تراشه‌های با معماری ARM را پیش‌بینی کرد.

بنابراین ARM Limited آینده‌ای بسیار تاریک در پیش دارد! و بعید است که در آینده نزدیک کسی باشد که بتواند جای این غول موبایل را در توسعه پردازنده های گوشی های هوشمند و سایر دستگاه های الکترونیکی مشابه، بدون شک داشته باشد.

به عنوان نتیجه گیری

پردازنده‌های ARM به‌سرعت بازار دستگاه‌های تلفن همراه را تصاحب کردند، همه اینها به لطف مصرف انرژی کم و اگرچه نه چندان بالا، اما عملکرد خوب است. در حال حاضر، وضعیت امور در ARM فقط قابل حسادت است. بسیاری از تولیدکنندگان از فناوری‌های آن استفاده می‌کنند که ماشین‌های پیشرفته RISC را با غول‌هایی در زمینه توسعه پردازنده مانند اینتل و AMD برابری می‌کند. و این در حالی است که این شرکت تولید خود را ندارد.

مدتی رقیب برند موبایل، شرکت MIPS با معماری به همین نام بود. اما در حال حاضر، هنوز تنها یک رقیب جدی در شخص اینتل وجود دارد، اگرچه مدیریت آن معتقد نیست که معماری بازو بتواند سهم بازار آن را تهدید کند.

همچنین به گفته کارشناسان اینتل، پردازنده های ARM قادر به اجرای نسخه های دسکتاپ سیستم عامل ها نیستند. با این حال ، چنین بیانیه ای کمی غیر منطقی به نظر می رسد ، زیرا دارندگان رایانه های شخصی اولترا موبایل از نرم افزار "سنگین" استفاده نمی کنند. در بیشتر موارد، شما نیاز به دسترسی به اینترنت، ویرایش اسناد، گوش دادن به فایل های رسانه ای (موسیقی، فیلم) و سایر کارهای ساده دارید. و راه حل های ARM به خوبی با چنین عملیاتی کنار می آیند.

دنیای کامپیوتر به سرعت در حال تغییر است. رایانه‌های شخصی رومیزی جایگاه اول را در رتبه‌بندی فروش به لپ‌تاپ از دست داده‌اند و می‌خواهند بازار را به تبلت‌ها و سایر دستگاه‌های تلفن همراه بدهند. 10 سال پیش ما برای مگاهرتز خالص، قدرت واقعی و عملکرد ارزش قائل بودیم. حال برای تسخیر بازار، پردازنده نه تنها باید سریع، بلکه اقتصادی نیز باشد. بسیاری از مردم بر این باورند که ARM معماری قرن بیست و یکم است. آیا اینطور است؟

جدید - قدیمی به خوبی فراموش شده

روزنامه نگاران، به دنبال افراد روابط عمومی ARM، اغلب این معماری را به عنوان چیزی کاملاً جدید معرفی می کنند که باید x86 موهای خاکستری را مدفون کند.

در واقع، ARM و x86 که پردازنده های Intel، AMD و VIA نصب شده در لپ تاپ ها و رایانه های شخصی رومیزی بر اساس آنها ساخته شده اند، تقریباً هم سن هستند. اولین تراشه x86 در سال 1978 عرضه شد. پروژه ARM به طور رسمی در سال 1983 شروع شد، اما بر اساس پیشرفت هایی بود که تقریباً همزمان با ایجاد x86 انجام شد.

اولین ARM ها متخصصان را با ظرافت خود تحت تأثیر قرار دادند، اما با عملکرد نسبتاً پایین خود نتوانستند بازاری را فتح کنند که به سرعت بالا نیاز داشت و به کارایی توجهی نداشت. برای افزایش محبوبیت ARM باید شرایط خاصی وجود داشت.

در اواخر دهه هشتاد و نود، با روغن نسبتاً ارزان خود، SUVهای عظیم با موتورهای قدرتمند 6 لیتری مورد تقاضا بودند. تعداد کمی از مردم به ماشین های الکتریکی علاقه مند بودند. اما در زمان ما که قیمت هر بشکه نفت بیش از 100 دلار است، خودروهای بزرگ با موتورهای پرقدرت فقط برای ثروتمندان مورد نیاز است؛ بقیه عجله دارند تا به خودروهای اقتصادی روی بیاورند. مشابه این اتفاق در مورد ARM افتاد. هنگامی که مسئله تحرک و کارایی مطرح شد، معماری تقاضای زیادی داشت.

پردازنده "ریسک".

ARM یک معماری RISC است. از مجموعه ای کاهش یافته از دستورات استفاده می کند - RISC (کامپیوتر مجموعه دستورالعمل کاهش یافته). این نوع معماری در اواخر دهه هفتاد ظاهر شد، تقریباً در همان زمانی که اینتل x86 خود را ارائه کرد.

مهندسان در حین آزمایش با کامپایلرها و پردازنده‌های میکروکد مختلف متوجه شدند که در برخی موارد، دنباله‌ای از دستورات ساده سریع‌تر از یک عملیات پیچیده اجرا می‌شوند. تصمیم گرفته شد معماری ایجاد شود که شامل کار با مجموعه محدودی از دستورالعمل های ساده باشد که رمزگشایی و اجرای آن حداقل زمان می برد.

یکی از اولین پروژه های پردازشگر RISC توسط گروهی از دانشجویان و معلمان دانشگاه برکلی در سال 1981 انجام شد. درست در این زمان، شرکت بریتانیایی Acorn با چالش زمان مواجه شد. این شرکت کامپیوترهای آموزشی میکرو بی بی سی را بر اساس پردازنده 6502 تولید کرد که در Foggy Albion بسیار محبوب بودند. بلوط در خطر از دست دادن بازار بود. مهندسان این شرکت که با کار دانشجویی روی پردازنده‌های RISC آشنا شدند، به این نتیجه رسیدند که ایجاد تراشه خودشان بسیار ساده است. در سال 1983 پروژه Acorn RISC Machine راه اندازی شد که بعدها به ARM تبدیل شد. سه سال بعد اولین پردازنده عرضه شد.

اولین ARM

او فوق العاده ساده بود. اولین تراشه‌های ARM حتی فاقد دستورالعمل‌های ضرب و تقسیم بودند که با مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های ساده‌تر نشان داده می‌شدند. یکی دیگر از ویژگی های تراشه ها اصول کار با حافظه بود: تمام عملیات با داده ها فقط در رجیسترها انجام می شد. در همان زمان، پردازنده با به اصطلاح پنجره ثبت کار می کرد، یعنی فقط می توانست به بخشی از تمام ثبات های موجود دسترسی داشته باشد که عمدتاً جهانی بودند و عملکرد آنها به حالتی که پردازنده در آن قرار داشت بستگی داشت. این امکان رها کردن کش را در اولین نسخه های ARM فراهم کرد.

علاوه بر این، با ساده‌سازی مجموعه‌های دستورالعمل، توسعه‌دهندگان معماری توانستند بدون تعدادی بلوک دیگر کار کنند. به عنوان مثال، اولین ARM ها کاملاً فاقد میکروکد و همچنین واحد ممیز شناور (FPU) بودند. تعداد کل ترانزیستورها در اولین ARM 30000 بود.در x86های مشابه چندین بار یا حتی یک مرتبه بیشتر بود. صرفه جویی انرژی اضافی از طریق اجرای مشروط دستورات حاصل می شود. یعنی اگر یک واقعیت مربوطه در رجیستر وجود داشته باشد این یا آن عملیات انجام می شود. این به پردازنده کمک می کند تا از "حرکات غیر ضروری" جلوگیری کند. تمام دستورالعمل ها به صورت متوالی اجرا می شوند. در نتیجه، ARM عملکرد خود را از دست داد، اما نه به طور قابل توجهی، در حالی که مصرف انرژی به طور قابل توجهی افزایش یافت.

اصول اولیه معماری مانند اولین ARM باقی می ماند: کار با داده ها فقط در ثبات ها، مجموعه ای از دستورالعمل ها کاهش یافته، حداقل ماژول های اضافی. همه اینها معماری را با مصرف برق کم و عملکرد نسبتاً بالا فراهم می کند.

به منظور افزایش این میزان، ARM چندین مجموعه دستورالعمل اضافی را در سال های اخیر معرفی کرده است. همراه با ARM کلاسیک، Thumb، Thumb 2، Jazelle وجود دارد. دومی برای سرعت بخشیدن به اجرای کد جاوا طراحی شده است.

Cortex - پیشرفته ترین ARM

Cortex - معماری های مدرن برای دستگاه های تلفن همراه، سیستم های تعبیه شده و میکروکنترلرها. بر این اساس، CPU ها به عنوان Cortex-A، تعبیه شده - Cortex-R و میکروکنترلرها - Cortex-M تعیین می شوند. همه آنها بر اساس معماری ARMv7 ساخته شده اند.

پیشرفته ترین و قدرتمندترین معماری در خط ARM Cortex-A15 است. فرض بر این است که عمدتاً مدل های دو یا چهار هسته ای بر اساس آن تولید می شوند. Cortex-A15 از تمام ARM های قبلی از نظر تعداد و کیفیت بلوک ها نزدیک به x86 است.

Cortex-A15 مبتنی بر هسته‌های پردازنده مجهز به یک واحد FPU و مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های NEON SIMD است که برای سرعت بخشیدن به پردازش داده‌های چندرسانه‌ای طراحی شده‌اند. هسته‌ها دارای خط لوله 13 مرحله‌ای هستند، از اجرای دستور آزاد و مجازی‌سازی مبتنی بر ARM پشتیبانی می‌کنند.

Cortex-A15 از سیستم آدرس دهی حافظه پیشرفته پشتیبانی می کند. ARM یک معماری 32 بیتی باقی مانده است، اما مهندسان این شرکت یاد گرفته اند که آدرس های 64 بیتی یا سایر آدرس های پیشرفته را به 32 بیتی سازگار با پردازنده تبدیل کنند. این فناوری Long Physical Address Extensions نام دارد. به لطف آن، Cortex-A15 از نظر تئوری می تواند تا 1 ترابایت حافظه را آدرس دهی کند.

هر هسته مجهز به کش سطح اول است. علاوه بر این، تا 4 مگابایت حافظه پنهان L2 با تاخیر کم توزیع شده وجود دارد. این پردازنده مجهز به یک گذرگاه منسجم 128 بیتی است که می توان از آن برای برقراری ارتباط با سایر واحدها و تجهیزات جانبی استفاده کرد.

هسته هایی که زیربنای Cortex-A15 هستند، توسعه Cortex-A9 هستند. ساختار مشابهی دارند.

Cortex-A9 برخلاف Cortex-A15 در دو نسخه چند هسته ای و تک هسته ای قابل تولید است. حداکثر فرکانس 2.0 گیگاهرتز است، Cortex-A15 امکان ایجاد تراشه هایی با فرکانس 2.5 گیگاهرتز را پیشنهاد می کند. تراشه‌های مبتنی بر آن با استفاده از 40 نانومتر و فرآیندهای فنی نازک‌تر تولید خواهند شد. Cortex-A9 در فناوری های فرآیندی 65 و 40 نانومتری تولید می شود.

Cortex-A9، مانند Cortex-A15، برای استفاده در گوشی های هوشمند و تبلت های با کارایی بالا در نظر گرفته شده است، اما برای برنامه های جدی تر، به عنوان مثال، در سرورها مناسب نیست. فقط Cortex-A15 دارای مجازی سازی سخت افزاری، آدرس دهی حافظه پیشرفته است. علاوه بر این، مجموعه دستورات NEON Advanced SIMD و FPU در Cortex-A9 اختیاری هستند، در حالی که در Cortex-A15 مورد نیاز هستند.

Cortex-A8 در آینده به تدریج از صحنه محو خواهد شد، اما در حال حاضر این نوع تک هسته ای در گوشی های هوشمند ارزان قیمت استفاده می شود. راه حل کم هزینه، از 600 مگاهرتز تا 1 گیگاهرتز، معماری متعادلی را ارائه می دهد. دارای واحد FPU است و از اولین نسخه SIMD NEON پشتیبانی می کند. Cortex-A8 یک فرآیند فناوری واحد را در نظر می گیرد - 65 نانومتر.

ARM نسل های قبل

پردازنده های ARM11 در بازار موبایل بسیار رایج هستند. آنها بر اساس معماری ARMv6 و تغییرات آن ساخته شده اند. با خطوط لوله 8-9 مرحله ای، پشتیبانی Jazelle، که به سرعت بخشیدن به پردازش کد جاوا، دستورالعمل های جریان SIMD، Thumb-2 کمک می کند، مشخص می شود.

پردازنده های XScale، ARM10E، ARM9E بر اساس معماری ARMv5 و تغییرات آن ساخته شده اند. حداکثر طول خط لوله 6 مرحله است، Thumb، Jazelle DBX، Enhanced DSP. تراشه های XScale یک کش سطح دوم دارند. این پردازنده ها در گوشی های هوشمند اواسط دهه 2000 مورد استفاده قرار می گرفتند؛ امروزه می توان آنها را در برخی از تلفن های همراه ارزان قیمت یافت.

ARM9TDMI، ARM8، StrongARM - نمایندگان ARMv4، که دارای خط لوله 3-5 مرحله ای است و Thumb را پشتیبانی می کند. به عنوان مثال، ARMv4 را می توان در اولین آی پادهای کلاسیک یافت.

ARM6 و ARM7 متعلق به ARMv3 هستند. در این معماری، واحد FPU برای اولین بار ظاهر شد؛ آدرس دهی حافظه 32 بیتی پیاده سازی شد، و نه 26 بیتی، مانند اولین نمونه های معماری. ARMv2 و ARMv1 از نظر فنی تراشه های 32 بیتی بودند، اما در واقعیت فقط به طور فعال با فضای آدرس 26 بیتی کار می کردند. کش برای اولین بار در ARMv2 ظاهر شد.

نام آنها لژیون است

Acorn در ابتدا قصد نداشت در بازار پردازنده تبدیل به یک بازیگر شود. وظیفه پروژه ARM ایجاد تراشه ای از تولید خود برای تولید رایانه بود - این ایجاد رایانه های شخصی بود که Acorn تجارت اصلی خود را در نظر گرفت.

ARM به لطف اپل از یک گروه توسعه به یک شرکت تبدیل شده است. در سال 1990، اپل به همراه VLSI و Acorn شروع به توسعه یک پردازنده ارزان قیمت برای اولین کامپیوتر جیبی، نیوتن کردند. برای این اهداف، یک شرکت جداگانه ایجاد شد که نام پروژه داخلی Acorn - ARM را دریافت کرد.

با مشارکت اپل، یک پردازنده ARM6 ایجاد شد که به تراشه های مدرن یک توسعه دهنده انگلیسی نزدیک است. در همان زمان، DEC توانست معماری ARM6 را به ثبت برساند و شروع به تولید تراشه با نام تجاری StrongARM کرد. چند سال بعد، این فناوری به عنوان بخشی از یک اختلاف حق اختراع دیگر به اینتل منتقل شد. غول ریزپردازنده، آنالوگ مخصوص به خود، پردازنده XScale را بر اساس ARM ایجاد کرده است. اما در اواسط دهه قبل، اینتل با تمرکز انحصاری بر روی x86، از شر این "دارایی غیر اصلی" خلاص شد. XScale به دست مارول منتقل شد که قبلاً مجوز ARM را صادر کرده بود.

در ابتدا ARM که در دنیا جدید بود قادر به تولید پردازنده نبود. مدیریت آن راه متفاوتی را برای کسب درآمد انتخاب کرد. معماری ARM ساده و انعطاف پذیر بود. در ابتدا، هسته حتی حافظه پنهان نداشت، بنابراین متعاقباً ماژول‌های اضافی، از جمله FPU، کنترل‌کننده‌ها از نزدیک در پردازنده ادغام نشدند، اما، همانطور که بود، به پایه متصل شدند.

بر این اساس، ARM به یک طراح هوشمند دست یافت که به شرکت‌های دارای فناوری پیشرفته اجازه می‌داد تا پردازنده‌ها یا میکروکنترلرهایی را مطابق با نیازهای خود ایجاد کنند. این کار با استفاده از به اصطلاح coprocessors انجام می شود که می تواند عملکرد استاندارد را گسترش دهد. در مجموع، معماری تا 16 پردازنده مشترک (اعداد از 0 تا 15) را پشتیبانی می کند، اما عدد 15 برای پردازنده مشترکی که عملکردهای حافظه پنهان و مدیریت حافظه را انجام می دهد، رزرو شده است.

لوازم جانبی به تراشه ARM متصل می شوند و رجیسترهای خود را به فضای حافظه پردازنده یا پردازنده کمک می کنند. به عنوان مثال، یک تراشه پردازش تصویر ممکن است از یک هسته نسبتا ساده مبتنی بر ARM7TDMI و یک پردازنده کمکی تشکیل شده باشد که رمزگشایی سیگنال HDTV را ارائه می دهد.

ARM مجوز معماری خود را آغاز کرد. شرکت‌های دیگر قبلاً آن را در سیلیکون پیاده‌سازی کرده‌اند، از جمله Texas Instruments، Marvell، Qualcomm، Freescale، اما همچنین شرکت‌های کاملا غیر هسته‌ای مانند سامسونگ، نوکیا، نینتندو یا کانن.

عدم وجود کارخانه های خود و همچنین هزینه های مجوز چشمگیر به ARM اجازه داد تا در توسعه نسخه های جدید معماری انعطاف پذیرتر باشد. این شرکت آنها را مانند کیک داغ پخت و وارد طاقچه های جدید شد. علاوه بر گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها، این معماری در پردازنده‌های تخصصی، به عنوان مثال، در ناوبری GPS، دوربین‌های دیجیتال و دوربین‌های ویدئویی استفاده می‌شود. کنترل کننده های صنعتی و سایر تراشه ها برای سیستم های تعبیه شده بر اساس آن ایجاد می شوند.

سیستم مجوز ARM یک هایپرمارکت واقعی میکروالکترونیک است. این شرکت نه تنها به معماری های جدید، بلکه به معماری قدیمی مجوز می دهد. دومی می تواند برای ایجاد میکروکنترلر یا تراشه برای دستگاه های کم هزینه استفاده شود. به طور طبیعی، سطح هزینه های مجوز بستگی به درجه تازگی و پیچیدگی نوع معماری مورد علاقه سازنده دارد. به طور سنتی، فرآیندهای فنی که ARM برای آنها پردازنده‌ها را توسعه می‌دهد، 1-2 پله عقب‌تر از فرآیندهایی هستند که برای x86 مرتبط در نظر گرفته می‌شوند. بهره وری انرژی بالای معماری باعث می شود که کمتر به گذار به استانداردهای تکنولوژیکی جدید وابسته باشد. اینتل و AMD در تلاش هستند تا تراشه‌های نازک‌تری بسازند تا فرکانس‌ها و تعداد هسته‌ها را افزایش دهند و در عین حال اندازه فیزیکی و مصرف انرژی را حفظ کنند. ARM ذاتاً نیاز به توان کمتری دارد و همچنین سطوح بالاتری از عملکرد را در هر وات ارائه می دهد.

ویژگی های پردازنده های NVIDIA، TI، Qualcomm، Marvell

با صدور مجوز ARM چپ و راست، توسعه‌دهندگان موقعیت معماری خود را به هزینه شایستگی‌های شرکای خود تقویت کردند. یک مثال کلاسیک در این مورد NVIDIA Tegra است. این خط از سیستم‌های روی یک تراشه مبتنی بر معماری ARM است، اما NVIDIA قبلاً پیشرفت‌های بسیار جدی خود را در زمینه گرافیک سه بعدی و منطق سیستم داشته است.

ARM به مجوز دهندگان خود اختیارات گسترده ای برای طراحی مجدد معماری می دهد. بر این اساس، مهندسان NVIDIA توانستند نقاط قوت ARM (محاسبات CPU) و محصولات خود را در Tegra ترکیب کنند - کار با گرافیک سه بعدی و غیره. در نتیجه، Tegra بالاترین عملکرد سه بعدی را برای کلاس پردازنده های خود دارد. آنها 25-30٪ سریعتر از PowerVR هستند که توسط سامسونگ و تگزاس اینسترومنت استفاده می شود و تقریباً دو برابر سریعتر از Adreno هستند که توسط Qualcomm توسعه یافته است.

سایر تولیدکنندگان پردازنده‌های مبتنی بر معماری ARM در حال تقویت بلوک‌های اضافی خاص و بهبود تراشه‌ها برای دستیابی به فرکانس‌ها و عملکرد بالاتر هستند.

به عنوان مثال، کوالکام از طراحی مرجع ARM استفاده نمی کند. مهندسان این شرکت به طور جدی آن را بازسازی کردند و آن را Scorpio نامیدند - این اساس تراشه های اسنپدراگون است. این طرح تا حدی دوباره طراحی شده است تا فرآیندهای فنی پیچیده‌تری را نسبت به فرآیندهای ارائه شده توسط IP ARM استاندارد در خود جای دهد. در نتیجه اولین اسنپدراگون ها در 45 نانومتر تولید شدند که فرکانس های بالاتری را برای آنها فراهم کرد. و نسل جدید این پردازنده ها با فرکانس 2.5 گیگاهرتز اعلام شده حتی ممکن است سریع ترین در بین آنالوگ های مبتنی بر ARM Cortex-A9 باشد. کوالکام همچنین از هسته گرافیکی Adreno خود استفاده می کند که بر اساس پیشرفت های خریداری شده از AMD ایجاد شده است. بنابراین به نوعی اسنپدراگون و تگرا در سطح ژنتیکی دشمن هستند.

هنگام ایجاد مرغ مگس خوار، سامسونگ مسیر بهینه سازی معماری را نیز در پیش گرفت. کره ای ها به همراه شرکت Intrinsity منطق را تغییر دادند و در نتیجه تعداد دستورالعمل های مورد نیاز برای انجام برخی عملیات را کاهش دادند. بنابراین، ما موفق شدیم 5-10 درصد از بهره وری را به دست آوریم. علاوه بر این، حافظه پنهان L2 پویا و پسوند چند رسانه ای ARM NEON اضافه شد. کره ای ها از PowerVR SGX540 به عنوان ماژول گرافیکی استفاده می کردند.

Texas Instruments در سری جدید OMAP خود بر اساس معماری ARM Cortex-A یک ماژول ویژه IVA را اضافه کرده است که وظیفه تسریع پردازش تصویر را بر عهده دارد. این به شما امکان می دهد تا داده های دریافتی از سنسور به دوربین داخلی را به سرعت پردازش کنید. علاوه بر این، به ISP متصل است و در شتاب ویدئو کمک می کند. OMAP همچنین از گرافیک PowerVR استفاده می کند.

Apple A4 دارای حافظه نهان بزرگ 512 کیلوبایتی است، از گرافیک PowerVR استفاده می کند و هسته ARM خود بر روی گونه ای از معماری بازطراحی شده توسط سامسونگ ساخته شده است.

اپل A5 دو هسته ای که در اوایل سال 2011 در آیپد 2 معرفی شد، بر اساس معماری ARM Cortex-A9 است، درست مانند آنچه قبلاً توسط سامسونگ بهینه شده بود. در مقایسه با A4، تراشه جدید دارای دو برابر حافظه کش سطح دوم است - به 1 مگابایت افزایش یافته است. این پردازنده شامل یک کنترلر رم دو کاناله و یک واحد ویدئویی بهبود یافته است. در نتیجه در برخی کارها دو برابر بهتر از Apple A4 عمل می کند.

مارول تراشه‌های مبتنی بر معماری Sheeva خود را ارائه می‌کند که با بررسی دقیق‌تر مشخص می‌شود که ترکیبی از XScale است که یک بار از اینتل و ARM خریداری شده است. این تراشه ها در مقایسه با آنالوگ ها دارای حافظه کش بیشتری هستند و به یک ماژول مالتی مدیا مخصوص مجهز هستند.

در حال حاضر، دارندگان مجوز ARM فقط تراشه‌هایی را بر اساس معماری ARM Cortex-A9 تولید می‌کنند. در عین حال، اگرچه به شما امکان ایجاد انواع چهار هسته ای را می دهد، NVIDIA، Apple، Texas Instruments و سایرین هنوز به مدل هایی با یک یا دو هسته محدود می شوند. علاوه بر این، تراشه ها در فرکانس هایی تا 1.5 گیگاهرتز کار می کنند. Cortex-A9 به شما امکان می دهد پردازنده های دو گیگاهرتزی بسازید، اما باز هم، تولیدکنندگان سعی نمی کنند به سرعت فرکانس ها را افزایش دهند - از این گذشته، در حال حاضر بازار به اندازه کافی پردازنده های دو هسته ای با فرکانس 1.5 گیگاهرتز خواهد داشت.

پردازنده های مبتنی بر Cortex-A15 باید واقعاً چند هسته ای شوند، اما حتی اگر معرفی شوند، فقط روی کاغذ هستند. ظاهر آنها در سیلیکون را باید در سال آینده انتظار داشت.

پردازنده های مدرن ARM دارای مجوز مبتنی بر Cortex-A9:

x86 مدعی اصلی است

x86 نماینده معماری CISC است. آنها از مجموعه کامل دستورات استفاده می کنند. یک دستورالعمل در این مورد چندین عملیات سطح پایین را انجام می دهد. کد برنامه، بر خلاف ARM، فشرده تر است، اما به سرعت اجرا نمی شود و به منابع بیشتری نیاز دارد. علاوه بر این، از همان ابتدا، x86 به تمام بلوک های لازم مجهز بود که هم تطبیق پذیری و هم شکم پرستی آنها را نشان می داد. انرژی اضافی صرف اجرای بی قید و شرط و موازی دستورات شد. این به شما امکان می دهد به مزیت سرعت دست یابید، اما برخی از عملیات ها بیهوده انجام می شوند زیرا شرایط قبلی را برآورده نمی کنند.

اینها x86های کلاسیک بودند، اما با شروع با 80486، اینتل در عمل یک هسته RISC داخلی ایجاد کرد که دستورالعمل‌های CISC را اجرا می‌کرد، که قبلاً به دستورالعمل‌های ساده‌تری تجزیه شده بود. پردازنده های مدرن اینتل و AMD طراحی یکسانی دارند.

ویندوز 8 و ARM

ARM و x86 امروزه کمتر از 30 سال پیش با هم تفاوت دارند، اما هنوز بر اساس اصول متفاوتی هستند که آنها را در بخش های مختلف بازار پردازنده ها جدا می کند. اگر خود کامپیوتر تغییر نمی کرد، شاید معماری ها هرگز با هم تلاقی نمی کردند.

تحرک و مقرون به صرفه بودن در درجه اول قرار گرفت و توجه بیشتری به گوشی های هوشمند و تبلت ها معطوف شد. اپل از گجت های موبایل و زیرساخت های مرتبط با آنها درآمد زیادی به دست می آورد. مایکروسافت نمی خواهد عقب بماند و برای دومین سال تلاش می کند تا در بازار تبلت ها جای پای خود را به دست آورد. گوگل کاملا موفق است.

رایانه رومیزی در درجه اول در حال تبدیل شدن به یک ابزار کار است؛ جایگاه رایانه خانگی توسط تبلت ها و دستگاه های تخصصی اشغال شده است. در این شرایط مایکروسافت قرار است قدمی بی سابقه بردارد. . هنوز کاملاً مشخص نیست که این به چه چیزی منجر خواهد شد. ما دو نسخه از سیستم عامل را دریافت خواهیم کرد، یا نسخه ای که با هر دو معماری کار می کند. آیا پشتیبانی ARM مایکروسافت x86 را از بین می برد یا خیر؟

هنوز اطلاعات کمی وجود دارد. مایکروسافت در نمایشگاه CES 2011 ویندوز 8 را بر روی دستگاهی با پردازنده ARM اجرا کرد. استیو بالمر نشان داد که در پلتفرم ARM با استفاده از ویندوز می‌توانید ویدیوها را تماشا کنید، با تصاویر کار کنید، در اینترنت گشت و گذار کنید - اینترنت اکسپلورر حتی با شتاب سخت‌افزاری کار می‌کرد - اتصال USB- دستگاه ها، اسناد چاپی مهمترین نکته در مورد این دمو، وجود مایکروسافت آفیس در حال اجرا بر روی ARM بدون مشارکت ماشین مجازی بود. در این ارائه، سه گجت مبتنی بر پردازنده‌های Qualcomm، Texas Instruments و NVIDIA به نمایش گذاشته شد. ویندوز یک پوسته استاندارد "هفت" داشت، اما نمایندگان مایکروسافت هسته سیستم جدید و بازطراحی شده ای را اعلام کردند.

با این حال، ویندوز نه تنها یک سیستم عامل ساخته شده توسط مهندسان مایکروسافت است، بلکه میلیون ها برنامه نیز هست. برخی از نرم افزارها برای افراد در بسیاری از حرفه ها حیاتی هستند. به عنوان مثال، بسته Adobe CS. آیا این شرکت از نسخه ARM-Windows نرم افزار پشتیبانی می کند یا هسته جدید به Photoshop و سایر برنامه های محبوب اجازه می دهد تا بر روی رایانه های دارای NVIDIA Tegra یا سایر تراشه های مشابه بدون تغییر کد اضافی اجرا شوند؟

علاوه بر این، این سوال در مورد کارت های ویدئویی مطرح می شود. امروزه کارت‌های ویدئویی برای لپ‌تاپ‌ها با بهینه‌سازی مصرف انرژی تراشه‌های گرافیکی رومیزی ساخته می‌شوند - آنها از نظر معماری یکسان هستند. در همان زمان، اکنون یک کارت گرافیک چیزی شبیه به یک "کامپیوتر در یک کامپیوتر" است - دارای رم فوق سریع و تراشه محاسباتی خود است که به طور قابل توجهی نسبت به پردازنده های معمولی در کارهای خاص برتری دارد. ناگفته نماند که اپلیکیشن هایی که با گرافیک سه بعدی کار می کنند به طور مناسب برای آن ها بهینه شده اند. بله، و برنامه های مختلف ویرایش ویدیو و ویرایشگرهای گرافیکی (به ویژه فتوشاپ نسخه CS4)، و اخیراً نیز مرورگرها از شتاب سخت افزاری با استفاده از GPU استفاده می کنند.

البته در اندروید، میگو، سیستم عامل بلک بری، iOS و سایر سیستم های موبایل، بهینه سازی لازم برای شتاب دهنده های مختلف موبایل (به طور دقیق تر، فوق موبایل) موجود در بازار انجام شده است. با این حال، آنها در ویندوز پشتیبانی نمی شوند. البته درایورها نوشته خواهند شد (و قبلاً نوشته شده است - پردازنده های سری Intel Atom Z500 با چیپست عرضه می شوند که هسته گرافیکی "تلفن هوشمند" PowerVR SGX 535 را یکپارچه می کند)، اما بهینه سازی برنامه ها برای آنها ممکن است دیر باشد، اگر اصلا وجود داشته باشد. .

بدیهی است که «ARM روی دسک‌تاپ» واقعاً مورد توجه قرار نمی‌گیرد. شاید در سیستم های کم مصرف که در آن به اینترنت دسترسی داشته باشند و فیلم تماشا کنند. به طور کلی در نت تاپ. بنابراین ARM تا کنون تنها در تلاش است تا جایگاهی را که اینتل اتم اشغال کرده است و جایی که AMD اکنون به طور فعال با پلتفرم Brazos خود دنبال می کند، هدف قرار دهد. و ظاهراً او تا حدی موفق خواهد شد. مگر اینکه هر دو شرکت پردازنده چیزی بسیار رقابتی ارائه دهند.

در برخی نقاط، Intel Atom و ARM در حال حاضر با هم رقابت می کنند. آنها برای ایجاد ذخیره سازی داده های شبکه و سرورهای کم مصرف که می توانند به یک دفتر یا آپارتمان کوچک خدمت کنند استفاده می شوند. همچنین چندین پروژه تجاری از خوشه ها بر اساس تراشه های مقرون به صرفه اینتل وجود دارد. ویژگی های پردازنده های جدید مبتنی بر ARM Cortex-A9 امکان استفاده از آنها را برای پشتیبانی از زیرساخت ها فراهم می کند. بنابراین، طی چند سال ممکن است سرورهای ARM یا ARM-NAS را برای شبکه های محلی کوچک دریافت کنیم و ظهور وب سرورهای کم مصرف را نمی توان رد کرد.

اولین اسپارینگ

رقیب اصلی ARM از سمت x86 اینتل اتم است و اکنون می توانیم . مقایسه x86 و ARM توسط ون اسمیت، که OpenSourceMark، بسته‌های آزمایشی miniBench و یکی از نویسندگان همکار SiSoftware Sandra را ایجاد کرد، انجام شد. Atom N450، Freescale i.MX515 (Cortex-A8)، VIA Nano L3050 در "مسابقه" شرکت کردند. فرکانس تراشه های x86 کاهش یافته بود، اما به دلیل حافظه پیشرفته تر، همچنان مزیت داشتند.

نتایج بسیار جالب بود. تراشه ARM در عملیات اعداد صحیح به سرعت رقبای خود عمل کرد و در عین حال انرژی کمتری مصرف کرد. اینجا هیچ چیز تعجب آور نیست. در ابتدا، معماری بسیار سریع و اقتصادی بود. در عملیات ممیز شناور، ARM از x86 پایین تر بود. واحد FPU سنتی قدرتمند موجود در تراشه های اینتل و AMD در اینجا تأثیر داشت. به یاد داشته باشید که نسبتاً اخیراً در ARM ظاهر شد. وظایفی که بر روی FPU قرار می گیرند در زندگی یک کاربر مدرن جای قابل توجهی را اشغال می کنند - اینها بازی ها، رمزگذاری ویدیو و صدا و سایر عملیات پخش است. البته تست های انجام شده توسط ون اسمیت امروز دیگر چندان مرتبط نیستند. ARM به طور قابل توجهی نقاط ضعف معماری خود را در نسخه های Cortex-A9 و به ویژه Cortex-A15 تقویت کرده است، که به عنوان مثال، می تواند دستورالعمل ها را بدون قید و شرط اجرا کند و حل مسئله را موازی کند.

چشم انداز ARM

پس در نهایت کدام معماری را باید انتخاب کنید، ARM یا x86؟ بهترین کار این است که روی هر دو شرط بندی کنیم. امروز ما در شرایط فرمت مجدد بازار کامپیوتر زندگی می کنیم. در سال 2008، نت‌بوک‌ها آینده درخشانی خواهند داشت. قرار بود لپ‌تاپ‌های کامپکت ارزان به کامپیوتر اصلی اکثر کاربران تبدیل شوند، به خصوص در پس‌زمینه بحران جهانی. اما پس از آن اقتصاد شروع به بهبود کرد و iPad ظاهر شد. اکنون لوح ها پادشاهان بازار هستند. با این حال، تبلت به عنوان یک کنسول سرگرمی خوب است، اما برای کار خیلی راحت نیست، در درجه اول به دلیل ورودی لمسی - نوشتن این مقاله بر روی iPad بسیار دشوار و وقت گیر خواهد بود. آیا تبلت ها در آزمون زمان مقاومت می کنند؟ شاید تا یکی دو سال دیگر با یک اسباب بازی جدید بیاییم.

اما همچنان، در بخش موبایل، که نیازی به عملکرد بالا نیست و فعالیت کاربر عمدتاً به سرگرمی محدود می شود و به کار مربوط نمی شود، ARM به x86 ارجح به نظر می رسد. آنها سطح قابل قبولی از عملکرد و همچنین عمر باتری طولانی را ارائه می دهند. تلاش های اینتل برای به ثمر رساندن Atom تاکنون ناموفق بوده است. ARM یک معیار جدید برای عملکرد در هر وات تعیین می کند. به احتمال زیاد، ARM در گجت های فشرده موبایل موفق خواهد بود. آنها همچنین می توانند رهبران بازار نت بوک باشند، اما در اینجا همه چیز به توسعه دهندگان پردازنده بستگی ندارد که مایکروسافت و گوگل. اگر اولی پشتیبانی معمولی ARM را در ویندوز 8 اجرا کند و دومی سیستم عامل کروم را به ثمر برساند. تاکنون، کتاب‌های هوشمند پیشنهادی کوالکام وارد بازار نشده‌اند. نت‌بوک‌های مبتنی بر x86 زنده ماندند.

به گفته ARM، پیشرفتی در این مسیر باید توسط معماری Cortex-A15 ایجاد شود. این شرکت پردازنده‌های دو هسته‌ای و چهار هسته‌ای مبتنی بر آن را با فرکانس 1.0-2.0 گیگاهرتز برای سیستم‌های سرگرمی خانگی توصیه می‌کند که یک پخش کننده رسانه، یک تلویزیون سه بعدی و یک پایانه اینترنتی را ترکیب می‌کند. تراشه های چهار هسته ای با فرکانس 1.5-2.5 گیگاهرتز می توانند اساس سرورهای خانگی و وب شوند. در نهایت، جاه طلبانه ترین مورد استفاده برای Cortex-A15 زیرساخت شبکه بی سیم است. در اینجا می توان از تراشه هایی با چهار هسته یا بیشتر و فرکانس 1.5-2.5 گیگاهرتز استفاده کرد.

اما در حال حاضر اینها فقط یک برنامه هستند. Cortex-A15 توسط ARM در سپتامبر سال گذشته معرفی شد. Cortex-A9 توسط این شرکت در اکتبر 2007 نشان داده شد، دو سال بعد شرکت نسخه A9 را با قابلیت افزایش فرکانس تراشه ها به 2.0 گیگاهرتز ارائه کرد. برای مقایسه، NVIDIA Tegra 2 - یکی از محبوب ترین راه حل های مبتنی بر Cortex-A9 - فقط در ژانویه سال گذشته منتشر شد. خب، کاربران پس از شش ماه دیگر توانستند اولین گجت‌های مبتنی بر آن را لمس کنند.

بخش PC کار و راه حل های با کارایی بالا با x86 باقی خواهند ماند. این به معنای مرگ معماری نیست، اما از نظر پولی، اینتل و AMD باید برای از دست دادن بخشی از درآمدی که به تولیدکنندگان پردازنده های ARM می رسد، آماده شوند.

امروزه دو معماری پردازنده محبوب هستند. این x86 است که در دهه 80 توسعه یافت و در رایانه های شخصی و ARM استفاده می شود - یک دستگاه مدرن تر که پردازنده ها را کوچکتر و اقتصادی تر می کند. در اکثر دستگاه های تلفن همراه یا تبلت ها استفاده می شود.

هر دو معماری مزایا و معایب و همچنین زمینه های کاربردی خود را دارند، اما ویژگی های مشترکی نیز وجود دارد. بسیاری از کارشناسان می گویند که ARM آینده است، اما هنوز هم معایبی دارد که x86 ندارد. در مقاله امروز ما به تفاوت معماری بازو با x86 خواهیم پرداخت. بیایید به تفاوت های اساسی بین ARM و x86 نگاه کنیم و همچنین سعی کنیم تعیین کنیم که کدام بهتر است.

پردازنده جزء اصلی هر دستگاه محاسباتی است، خواه گوشی هوشمند یا رایانه باشد. عملکرد آن تعیین می کند که دستگاه با چه سرعتی کار کند و چه مدت می تواند با باتری کار کند. به زبان ساده، معماری پردازنده مجموعه ای از دستورالعمل ها است که می توان از آنها برای نوشتن برنامه ها استفاده کرد و با استفاده از ترکیب خاصی از ترانزیستورهای پردازنده در سخت افزار پیاده سازی شد. آنها چیزی هستند که به برنامه ها اجازه می دهند با سخت افزار تعامل داشته باشند و تعیین کنند که چگونه داده ها به حافظه منتقل می شوند و چگونه از حافظه خوانده می شوند.

در حال حاضر، دو نوع معماری وجود دارد: CISC (محاسبات مجموعه دستورالعمل های پیچیده) و RISC (محاسبات مجموعه دستورالعمل های کاهش یافته). اولی فرض می‌کند که پردازنده دستورالعمل‌ها را برای همه موارد اجرا می‌کند، دومی، RISC، وظیفه ایجاد یک پردازنده با مجموعه‌ای از حداقل دستورالعمل‌های مورد نیاز برای عملکرد را به توسعه‌دهندگان می‌دهد. دستورالعمل های RISC کوچکتر و ساده تر هستند.

معماری x86

معماری پردازنده x86 در سال 1978 توسعه یافت و اولین بار در پردازنده های اینتل ظاهر شد و از نوع CISC است. نام آن از مدل اولین پردازنده با این معماری - Intel 8086 گرفته شده است. با گذشت زمان، در غیاب جایگزین بهتر، سایر تولید کنندگان پردازنده، به عنوان مثال AMD، شروع به پشتیبانی از این معماری کردند. اکنون استانداردی برای رایانه های رومیزی، لپ تاپ ها، نت بوک ها، سرورها و سایر دستگاه های مشابه است. اما گاهی اوقات از پردازنده های x86 در تبلت ها استفاده می شود، این یک روش نسبتاً رایج است.

اولین پردازنده اینتل 8086 ظرفیت 16 بیتی داشت، سپس در سال 2000 یک پردازنده معماری 32 بیتی منتشر شد و حتی بعداً یک معماری 64 بیتی ظاهر شد. ما در مقاله ای جداگانه در مورد این موضوع به تفصیل بحث کردیم. در طول این مدت، معماری بسیار توسعه یافته است؛ مجموعه های جدیدی از دستورالعمل ها و برنامه های افزودنی اضافه شده است که می تواند عملکرد پردازنده را تا حد زیادی افزایش دهد.

x86 چندین معایب قابل توجه دارد. اولا، این پیچیدگی دستورات، سردرگمی آنها است که به دلیل تاریخ طولانی توسعه بوجود آمده است. ثانیاً، چنین پردازنده هایی انرژی زیادی مصرف می کنند و به همین دلیل گرمای زیادی تولید می کنند. مهندسان x86 در ابتدا مسیر دستیابی به حداکثر کارایی را در پیش گرفتند و سرعت نیاز به منابع دارد. قبل از اینکه به تفاوت های بازوی x86 نگاه کنیم، اجازه دهید در مورد معماری ARM صحبت کنیم.

معماری ARM

این معماری کمی بعد در پشت x86 - در سال 1985 - معرفی شد. توسط شرکت معروف بریتانیایی Acorn توسعه یافت، سپس این معماری Arcon Risk Machine نام گرفت و متعلق به نوع RISC بود، اما پس از آن نسخه بهبود یافته آن Advanted RISC Machine منتشر شد که امروزه به نام ARM شناخته می شود.

مهندسان هنگام توسعه این معماری، هدف خود را از بین بردن تمام کاستی های x86 و ایجاد یک معماری کاملا جدید و کارآمد قرار دادند. تراشه های ARM کمترین مصرف انرژی و قیمت پایین را دریافت کردند، اما در مقایسه با x86 عملکرد پایینی داشتند، بنابراین در ابتدا محبوبیت زیادی در رایانه های شخصی به دست نیاوردند.

برخلاف x86، توسعه‌دهندگان در ابتدا سعی کردند به حداقل هزینه‌های منابع دست یابند؛ دستورالعمل‌های پردازنده کمتر، ترانزیستورهای کمتری دارند، اما بر این اساس، ویژگی‌های اضافی کمتری نیز دارند. اما عملکرد پردازنده های ARM در سال های اخیر رو به بهبود بوده است. با توجه به این موضوع و مصرف کم انرژی، در دستگاه های تلفن همراه مانند تبلت ها و گوشی های هوشمند بسیار مورد استفاده قرار گرفته اند.

تفاوت بین ARM و x86

و اکنون که به تاریخچه توسعه این معماری‌ها و تفاوت‌های اساسی آن‌ها نگاه کرده‌ایم، بیایید مقایسه مفصلی بین ARM و x86 بر اساس ویژگی‌های مختلف آن‌ها انجام دهیم تا مشخص شود کدام بهتر است و با دقت بیشتری تفاوت‌های آنها را درک کنیم.

تولید

تولید x86 در مقابل بازو متفاوت است. تنها دو شرکت پردازنده های x86 تولید می کنند: اینتل و AMD. در ابتدا، این یک شرکت بود، اما داستان کاملاً متفاوت است. فقط این شرکت ها حق تولید چنین پردازنده هایی را دارند، به این معنی که فقط آنها مسیر توسعه زیرساخت ها را کنترل خواهند کرد.

ARM بسیار متفاوت عمل می کند. شرکتی که ARM را توسعه می دهد چیزی منتشر نمی کند. آنها به سادگی مجوز توسعه پردازنده های این معماری را صادر می کنند و سازندگان می توانند هر کاری را که نیاز دارند انجام دهند، مثلاً تراشه های خاصی را با ماژول های مورد نیاز خود تولید کنند.

تعداد دستورالعمل ها

اینها تفاوت های اصلی بین معماری بازو و x86 هستند. پردازنده های x86 به سرعت به عنوان قدرتمندتر و پربازده توسعه یافتند. توسعه دهندگان تعداد زیادی دستورالعمل پردازنده را اضافه کرده اند، و نه تنها یک مجموعه اولیه، بلکه دستورات بسیار زیادی وجود دارد که می توان بدون آنها انجام داد. در ابتدا، این کار برای کاهش مقدار حافظه اشغال شده توسط برنامه ها روی دیسک انجام شد. گزینه های زیادی برای حفاظت و مجازی سازی، بهینه سازی و بسیاری موارد دیگر نیز توسعه یافته است. همه اینها نیاز به ترانزیستور و انرژی اضافی دارد.

ARM ساده تر است. در اینجا دستورالعمل های پردازنده بسیار کمتری وجود دارد، فقط دستورالعمل هایی که سیستم عامل به آنها نیاز دارد و واقعاً مورد استفاده قرار می گیرند. اگر x86 را مقایسه کنیم، تنها 30٪ از تمام دستورالعمل های ممکن در آنجا استفاده می شود. اگر تصمیم به نوشتن برنامه‌ها با دست داشته باشید، یادگیری آنها آسان‌تر است و همچنین برای پیاده‌سازی به ترانزیستورهای کمتری نیاز دارند.

مصرف برق

نتیجه دیگری از پاراگراف قبل به دست می آید. هرچه تعداد ترانزیستورهای روی برد بیشتر باشد، مساحت و مصرف انرژی آن بیشتر است و برعکس آن نیز صادق است.

پردازنده های x86 انرژی بسیار بیشتری نسبت به ARM مصرف می کنند. اما میزان مصرف انرژی نیز تحت تأثیر اندازه خود ترانزیستور است. به عنوان مثال، پردازنده Intel i7 47 وات مصرف می کند و هر پردازنده گوشی هوشمند ARM بیش از 3 وات مصرف نمی کند. پیش از این، بردهایی با اندازه تک عنصر 80 نانومتر تولید می شد، سپس اینتل به کاهش 22 نانومتری دست یافت و امسال دانشمندان توانستند بردی با اندازه عنصر 1 نانومتر بسازند. این امر به میزان زیادی مصرف برق را بدون از دست دادن عملکرد کاهش می دهد.

در سال‌های اخیر، مصرف انرژی پردازنده‌های x86 به شدت کاهش یافته است، به عنوان مثال، پردازنده‌های جدید اینتل Haswell می‌توانند بیشتر با باتری کار کنند. اکنون تفاوت بین arm و x86 به تدریج از بین می رود.

اتلاف حرارت

تعداد ترانزیستورها بر پارامتر دیگری تأثیر می گذارد - تولید گرما. دستگاه های مدرن نمی توانند تمام انرژی را به عمل موثر تبدیل کنند، بخشی از آن به شکل گرما دفع می شود. راندمان بردها یکسان است، یعنی هر چه ترانزیستورها کمتر و اندازه آنها کوچکتر باشد، پردازنده حرارت کمتری تولید می کند. در اینجا دیگر این سوال مطرح نمی شود که آیا ARM یا x86 گرمای کمتری تولید می کنند.

عملکرد پردازنده

ARM در ابتدا برای حداکثر کارایی طراحی نشده بود، اینجاست که x86 برتری دارد. این تا حدی به دلیل تعداد کمتر ترانزیستور است. اما اخیراً عملکرد پردازنده‌های ARM رو به افزایش بوده است و می‌توان از آنها به طور کامل در لپ‌تاپ یا سرور استفاده کرد.

نتیجه گیری

در این مقاله به تفاوت ARM با x86 پرداختیم. تفاوت ها کاملا جدی است. اما اخیراً مرز بین هر دو معماری مبهم شده است. پردازنده‌های ARM بهره‌ورتر و سریع‌تر می‌شوند و پردازنده‌های x86، به لطف کاهش اندازه عنصر ساختاری برد، شروع به مصرف انرژی کمتر و تولید گرمای کمتری می‌کنند. می‌توانید پردازنده‌های ARM را در سرورها و لپ‌تاپ‌ها و x86 را در تبلت‌ها و تلفن‌های هوشمند پیدا کنید.

نظر شما در مورد این x86 و ARM چیست؟ به نظر شما آینده چه فناوری است؟ در نظرات بنویسید! راستی، .

برای به پایان رساندن ویدئو در مورد توسعه معماری ARM: