Arm procesor ce. Analiza comparativă a microcontrolerelor cu nucleu ARM

Datorită numărului în continuă creștere de aplicații care impun cerințe crescute asupra performanței de procesare a datelor, există o tendință emergentă de creștere a cererii pentru 32 de biți. microcontrolere. Această concluzie a fost făcută de compania de marketing Semico, care prezice o predominare de două ori a capacității pieței pe 32 de biți. microcontrolere de peste 8 și 16 biți. în 2007. În acest sens, scopul acestui articol este de a prezenta tendințele generale în dezvoltarea unuia dintre cele mai comune pe 32 de biți. nuclee ARM și oferă o evaluare comparativă a microcontrolerelor pe baza acestora de la cei mai accesibili producători de pe piețele CSI.

Prezentare generală asupra arhitecturii ARM

Nucleul microcontrolerului ARM a fost dezvoltat de compania engleză cu același nume, fondată în 1990. Numele ARM provine de la „Advanced RISC Machines”. Trebuie remarcat faptul că compania este specializată exclusiv în dezvoltarea de nuclee de microprocesoare și unități periferice, în timp ce nu are facilități de producție pentru producția de microcontrolere. ARM își furnizează modelele în formă electronică, din care clienții își proiectează propriile microcontrolere. Printre clienții companiei se numără peste 60 de companii producătoare de semiconductori, printre care se numără producători atât de populari pe piața de componente semiconductoare din țările CSI precum Altera, Analog Devices, Atmel, Cirrus Logic, Fujitsu, MagnaChip (Hynix), Intel, Motorola, National Semiconductor. , Philips , ST Microelectronics și Texas Instruments.

În prezent, arhitectura ARM ocupă o poziție de lider și acoperă 75% din piața pe 32 de biți. microprocesoare RISC încorporate. Prevalența acestui nucleu se explică prin standardizarea acestuia, care oferă dezvoltatorului oportunitatea de a utiliza mai flexibil dezvoltările software proprii și ale terților, atât la trecerea la un nou nucleu de procesor ARM, cât și la migrarea între diferite tipuri de ARM. microcontrolere.

În prezent, există șase familii majore dezvoltate (vezi Figura 1): ARM7™, ARM9™, ARM9E™, ARM10™, ARM11™ și SecurCore™. Familiile XScale™ și StrongARM® au fost, de asemenea, dezvoltate împreună cu Intel.

Mai multe extensii pot fi integrate ca o completare la arhitectura ARM:

• Thumb® - 16 biți un set de instrucțiuni care îmbunătățește eficiența utilizării memoriei programului;
• DSP - un set de instrucțiuni aritmetice pentru procesarea semnalului digital;
• Jazelle™ - extensie pentru executarea directă hardware a instrucțiunilor Java;
• Media - o extensie pentru viteza de procesare a semnalelor audio și video de 2-4 ori mai mare.

Figura 1. Miezuri de procesor ARM

Nivelurile record pe care arhitectura ARM le-a depășit sunt viteze de peste 1 GHz și consum specific de 1 μW/MHz. În funcție de scopul lor, procesoarele ARM sunt împărțite în trei grupuri (vezi Figura 2):

• Procesoare de sistem de operare cu platformă deschisă pentru comunicații fără fir, imagistică și aplicații electronice de larg consum.
• Procesoare pentru sisteme de operare în timp real încorporate pentru aplicații de stocare, industriale, auto și de rețea.
• Sistem de protecție a datelor pentru carduri inteligente și cartele SIM.

0,18 µm (0,13 µm)
Miez	Memorie cache	Aria, mm 2	Consum specific mW/MHz	Frecvență, MHz
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)

Figura 2. Date tehnice pentru nucleele procesorului
VSE - emulator în circuit, RT - timp real, DSP - procesor de semnal digital, SIMD - date multiple într-o singură instrucțiune, TCM - memorie cuplată dens (cache), ETM - macrocelule de urmărire încorporate, VIC - controler de întrerupere vectorizat, ASB , AHB - tipuri de anvelope interioare

Promisiunea nucleului ARM devine evidentă după anunțul revoluționar al lui Atmel la conferința pentru dezvoltatori de microcontrolere ARM, care a avut loc la Santa Clara (SUA) în octombrie 2004. Esența anunțului a fost intenția lui Atmel de a produce 32 de biți. Microcontrolere AT91SAM7S la prețul de 8 biți, care vizează 8 biți. aplicații pentru a extinde funcționalitatea procesării informațiilor, menținând în același timp costul competitiv al acestora la același nivel.

Set de instrucțiuni pentru degetul mare

pe 32 de biți Procesoarele ARM acceptă 16 biți anterioare. dezvoltare prin suport pentru setul de instrucțiuni Thumb. Folosind 16 biți instrucțiunile pot economisi până la 35% memorie în comparație cu un echivalent pe 32 de biți. cod, păstrând în același timp toate beneficiile pe 32 de biți. sisteme, de exemplu, acces la memorie cu 32 de biți. spatiu de adresare.

Tehnologia SIMD

Tehnologia SIMD (multiple data in one instruction) este utilizată în extensia media și are ca scop creșterea vitezei de procesare a datelor în aplicațiile care necesită un consum redus de energie. Extensiile SIMD sunt optimizate pentru o gamă largă de software, inclusiv. codecuri audio/video, unde vă permit să măriți viteza de procesare de 4 ori.

Set de instrucțiuni DSP

Multe aplicații impun cerințe crescute asupra vitezei de procesare a semnalului în timp real. În mod tradițional, în astfel de situații, dezvoltatorii recurg la utilizarea unui procesor de semnal digital (DSP), care crește consumul de energie și costul atât al dezvoltării în sine, cât și al dispozitivului final. Pentru a elimina aceste neajunsuri, o serie de procesoare ARM integrează instrucțiuni DSP care execută pe 16 biți. și 32 de biți operatii aritmetice.

Tehnologia Jazelle®

Tehnologia ARM Jazelle este destinată aplicațiilor care acceptă limbajul de programare Java. Oferă o combinație unică de performanță ridicată, costuri de sistem reduse și cerințe de consum redus de energie, care nu pot fi realizate simultan folosind un coprocesor sau un procesor Java dedicat.

Tehnologia ARM Jazelle este o extensie la 32 de biți. Arhitectura RISC, care permite procesorului ARM să execute cod Java în hardware. În același timp, se obține o viteză de execuție de neegalat a codului Java folosind arhitectura ARM. Astfel, dezvoltatorii au posibilitatea de a implementa liber aplicații Java, inclusiv. sisteme de operare și codul aplicației pe un singur procesor.

Tehnologia Jazelle este în prezent integrată în următoarele procesoare ARM: ARM1176JZ(F)-S, ARM1136J(F)-S, ARM1026EJ-S, ARM926EJ-S și ARM7EJ-S.

Procesoarele ARM tradiționale acceptă 2 seturi de instrucțiuni: modul ARM acceptă instrucțiuni pe 32 de biți, iar modul Thumb comprimă cele mai populare instrucțiuni la 16 biți. format. Tehnologia Jazelle extinde acest concept prin adăugarea unui al treilea set de instrucțiuni Java care este activat într-un nou mod Java.

Tehnologie inteligentă de management al energiei

Una dintre principalele sarcini pe care le rezolvă dezvoltatorii de dispozitive portabile (de exemplu, telefoane inteligente, asistenți digitali personali și playere audio/video) este optimizarea consumului de energie, ceea ce permite îmbunătățirea caracteristicilor de performanță ale dispozitivului finit prin extinderea duratei de viață a bateriei sau reducerea dimensiunii. a dispozitivului.

O metodă tradițională de reducere a consumului de energie este utilizarea modurilor de operare economice, de exemplu, inactiv sau sleep, care diferă în adâncimea dezactivării elementelor interne. De regulă, modul de funcționare activ al unui astfel de sistem este conceput pentru cele mai proaste condiții de funcționare și este caracterizat de sarcina maximă, reducând astfel în mod nejustificat durata de viață a bateriei. Astfel, pentru a optimiza în continuare consumul de energie al bateriei, dezvoltatorii acordă o atenție deosebită gestionării energiei în modul activ.

Pentru a facilita acest proces, tehnologia Intelligent Energy Manager (IEM) a fost dezvoltată pentru procesoarele ARM. Această tehnologie este o combinație de componente hardware și software care lucrează împreună pentru a realiza scalarea dinamică a puterii.

Esența metodei de control dinamic al tensiunii de alimentare se bazează pe exprimarea consumului de energie al procesoarelor CMOS:

unde P este consumul total de energie, C este capacitatea comutată, fc este frecvența procesorului, este tensiunea de alimentare, este curentul de scurgere în modul static. Din expresie rezultă că frecvența și tensiunea de alimentare pot fi variate pentru a ajusta consumul de energie.

Reducerea frecvenței pentru reducerea consumului de energie este utilizată pe scară largă în microcontrolere și sisteme pe cipuri (PSoC), dar această metodă nu are dezavantajul de a reduce performanța. Metoda de control dinamic al tensiunii de alimentare se bazează pe variarea tensiunii de alimentare, totuși, dacă posibilitățile de reglare sunt epuizate, se folosește metoda suplimentară de reglare a frecvenței procesorului.

Microcontrolere bazate pe arhitectura ARM

Tabelul 1 prezintă caracteristicile comparative generale ale microcontrolerelor ARM de la cei mai faimoși și accesibili producători: Analog Device, Atmel, Philips Semiconductors și Texas Instruments, iar Tabelul 2 prezintă datele tehnice ale acestora mai detaliat.

Tabelul 1. Comparația microcontrolerelor ARM de la diferiți producători în funcție de caracteristicile cheie

TMS 470 (Texas Instruments)	AT91 (Atmel)	Micro Converter (AD)	LPC2000 (Philips)
Sistem:
Miez ARM7TDMI Divizorul de ceas extern (ECD) vă permite să sincronizați un dispozitiv extern la frecvența dorită	Core ARM7TDMI/ARM920T Oscilator RC calibrat încorporat opțional DMA pentru schimbul de date între dispozitivele periferice și memorie ușurează semnificativ procesorul Sincronizare pornit/oprit separată pentru fiecare periferic (250 µA dacă toate sunt oprite) Stabilizator de 1,8 V încorporat	Miez ARM7TDMI Oscilator RC calibrat încorporat (± 3%)	Miez ARM7TDMI-S (consum specific puțin mai slab comparativ cu ARM7TDMI) Versiuni pentru domeniul de temperatură -40…+105°C
Memorie:
Memorie flash de până la 1 MB Modul de protecție a memoriei (MSM)	RAM statică economică (de exemplu, AT91M40800 la 40 MHz cu RAM externă (12ns) consumă 120 mA, iar AT91R40807 cu RAM internă în aceleași condiții consumă 50 mA).	Program flash/memorie de date de până la 62 kB cu stocare de date de până la 100 de ani și durabilitate de 100 de mii de cicluri de scriere/ștergere	Memorie flash cu 128 de biți interfață de accelerație pentru funcționare la 60 MHz
Periferice analogice:
Multi-buffer ADC: - 10 biți, 16 canale, 1,75 µs (sample-store, conversie); - capacitatea de a organiza grupuri de canale; - modele de programare: compatibilitate cu TMS470R1X ADC și tamponare a rezultatului conversiei (FIFO); - moduri de operare: conversie, calibrare (cautarea punctului de mijloc al erorii de offset ADC); - autotestare (verificarea defecțiunilor la intrările analogice); închide - trei canale DDP; - lansarea transformarii, incl. grup, după eveniment extern sau temporizator; - pini pentru specificarea ambelor limite de conversie (pini ADREFHI și ADREFLO).		Senzor de temperatură încorporat (± 3°C) 12 biți ADC - 1 milion de convertoare pe secundă - moduri asimetrice sau diferențiale complete 12 biți DAC - semnal de ieșire: tensiune - amplificator tampon de ieșire opțional; - alimentare completă (de la șină la șină) Comparatorul (K) - 2 intrări și o ieșire sunt conectate la pinii microcircuitului	10 biți ADC multiplexat: - timp de conversie 2,44 μs (400 de mii de conversii pe secundă) - interval de conversie 0...3V - declanșat de un semnal extern sau temporizator
Periferice digitale:
Cronometru de înaltă calitate (HET): - un set de 21 de instrucțiuni specializate pentru controlul cronometrului; - o micromașină de cronometru predefinită specializată asociată cu linii de intrare-ieșire. Generator de unghi hardware (HWAG) pentru rezolvarea problemelor de control al motoarelor: - lucru în comun cu NR	Ceas în timp real cu intrare separată de alimentare de rezervă Periodic Interval Timer (PIT) pentru a genera întreruperi sincronizate în timp	Matrice logică programabilă - două blocuri care conectează 16 intrări și 14 ieșiri - element logic cu 2 intrări cu orice funcție de conversie specificată Trifazat pe 16 biți Generator PWM pentru controlul invertoarelor/motoarelor - ieșiri anti-fază pe fiecare fază cu pauză reglabilă fără suprapunere - frecvență PWM reglabilă	pe 32 de biți temporizatoare (canale de captură margine și canale de comparație), unitate PWM (6 ieșiri), ceas în timp real
Interfete:
Interfețe seriale de clasa a II-a (C2SIa și C2SIb) - recepția și transmiterea datelor într-o rețea multi-master; - comunicarea TMS470R1Vx cu microcircuite de interfață analogică externă; - tamponare, detecție erori și întreruperi, calibrare etc. Controlere CAN - standard (SCC): cutie poștală pentru 16 mesaje; - de înaltă calitate (HECC): căsuță poștală pentru 32 de mesaje. Interfață cu DSP - conectează megamodulul DSP TMS470R1x și TMS320C54x Modul de extindere magistrală (EBM): - suportă 8 sau 16 biți. memorie externa; - Funcția I/O de uz general dacă nu este utilizată magistrala externă	Interfata USB 2.0 Interfață de memorie externă cu ieșiri configurabile pentru selectarea cipurilor externe Controller de programare de mare viteză: - Moduri de programare flash în serie și paralelă Interfețe pentru carduri flash (RM9200)	Interfețe seriale standard (UART, SPI, I2C)	UART compatibil 16C550 - acceptă semnale modem pe unul dintre UART-uri Interfață de memorie externă configurabilă cu 4 bănci și lățime de date 8/16/32

Tabel 2. Date tehnice pentru microcontrolere ARM de la Atmel, Analog Device, Texas Instruments, Philips Semiconductors

Nume	Miez	Cadru	Memorie		Periferice						I/O	Max. h-ta, MHz
			Flash, kbytes	RAM, kbytes	Temporizator	ADC, canal/bit	SPI/U(S)APP/ I2C	USB Dev/Gazdă	POATE SA	Alte
Microcontrolere din familia TMS470 de la 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 frec. 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, int. 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, Ethernet	60	55
	ARM920T	QFP208 BGA256	128	16	6		1/4/1	1/2		EBI, RTC, RTT, PIT, SDRAM, 3xSSC, MCI, Ethernet	94	180
AT91SAM9261	ARM7TDMI	BGA217	32	160	3		3/3/1	1/2		EBI, RTT, PIT, SDRAM int., 3xSSC, MCI	96	200
Familia de microcontrolere Analog Device MicroConverter
	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 x DAC cu 12 canale, PWM trifazic, K, PLM	40	45
	ARM7TDMI	ST-80	62	8		16/12	1/1/2			3f. PWM, K, PLM	40	45
Microcontrolere din familia LPC2000 de la Philips Semiconductors
	ARM7TDMI-S	LQFP48	128	16	4		1/2/1			6 canale PWM	32	60
	ARM7TDMI-S	LQFP48	128	32	4		1/2/1			6 canale PWM	32	60
	ARM7TDMI-S	LQFP48	128	64	4		1/2/1			6 canale PWM	32	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	128	16	4	4/10	2/2/1			6 canale PWM	46	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	128	16	4	4/10	2/2/1			6 canale PWM	46	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	256	16	4	4/10	2/2/1			6 canale PWM	46	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	256	16	4	4/10	2/2/1			6 canale PWM	46	60
2/2/1			6 canale PWM	112	60
	ARM7TDMI-S	LQFP144	256	16	4	8/10	2/2/1		2	6 canale PWM	112	60
	ARM7TDMI-S	LQFP144	256	16	4	8/10	2/2/1		4	6 canale PWM	112	60

În ciuda utilizării unui nucleu comun ARM7TDMI în majoritatea microcontrolerelor, microcontrolerele de la diferiți producători au un portret destul de clar. Analog Device este liderul incontestabil în periferice analogice, având în arsenal 12 biți. ADC și DAC clasa 1 MHz. În această direcție, Atmel rămâne vizibil în urmă, care în dezvoltarea ADC-urilor individuale a luat deja bariera de 2 GHz, dar integrând un ADC decent în 32 de biți. microcontroler, nu am putut. Cu toate acestea, acest dezavantaj al microcontrolerelor Atmel depășește „prietenia” lor (atunci când utilizați un oscilator și stabilizator RC încorporat, va fi necesară o singură tensiune de alimentare pentru a porni microcontrolerul), eficiența și, cel mai important, costul redus. Dintre microcontrolerele revizuite, microcontrolerele Atmel sunt singurele care conțin o interfață USB. Microcontrolerele TI se caracterizează prin reprezentativitate redundantă la un cost moderat. Când lucrați cu microcontrolere TMS470, puteți fi sigur de suficiența resurselor periferice. Microcontrolerele LPC2000 (Philips) pot fi numite media de aur conform criteriilor luate în considerare. Se remarcă prin prezența unui UART realizat în tradiția Philips și care este compatibil cu standardul 16C550 UART, și are, de asemenea, o interfață modem și un mod de control al comunicației hardware cu buffering FIFO. Printre microcontrolerele Philips ARM găsiți reprezentanți pentru un interval extins de temperatură de -40...+105°C.

pe 32 de biți microcontrolere cu nuclee alternative

Când vine vorba de 32 de biți. microcontrolere, ar fi nedrept să nu menționăm alte 32 de biți. alternative la nucleul ARM. În acest sens, ar trebui să evidențiem nucleul FR de la Fujitsu și M68000/M68300 de la Motorola.

Miezul FR este utilizat într-o mare varietate de microcontrolere (peste 40) în mai multe familii și are un mod set de instrucțiuni pe 16 biți pentru a optimiza utilizarea memoriei programului cu o degradare minimă a performanței, care este identică cu nucleul ARM. Dimensiunea ROM și RAM ajunge până la 512 KB, în funcție de tip, sunt acceptate o varietate de dispozitive periferice standard, inclusiv. 10 biți ADC, 12 biți PWM, interfața CAN, UART etc. La fel ca și în cazul microcontrolerelor ARM, microcontrolerele bazate pe nucleul FR se disting prin tradițiile generale pe care le stabilește dezvoltatorul și care sunt recunoscute pe întreaga linie de microcontrolere. În cazul Fujitsu, acesta este suport hardware pentru endianism, o funcție de căutare de biți hardware, multe canale de același tip de dispozitive periferice și o intrare de întrerupere nemascabilă. O mulțime de microcontrolere au un 10 biți destul de decent integrat în ele. ADC (timp de conversie 1,7 µs) și DAC (0,9 µs). Familia FRLite a stabilit un record pentru consumul specific de energie de 1mA/MHz. Familia FR 65E are performanța maximă, cu o frecvență de ceas de până la 66 MHz.

pe 32 de biți Microcontrolerele Motorola se caracterizează prin implementarea lor dintr-un set de module funcționale standard. Familia de microcontrolere 68300 include: un procesor pe 32 de biți (CPU32), module de memorie internă, un modul de interfață de integrare a sistemului (SIM), un modul de interfață serială (QSM), o unitate de procesare a timpului (TPU) sau un modul de timp (GPT). ), un convertor analog digital (ADC) și o serie de altele. Modulele sunt conectate între ele printr-o magistrală intermodule. Procesorul CPU32 utilizat în familia de microcontrolere 68300 este similar în funcțiile sale de bază cu microprocesorul MC68020 pe 32 de biți din familia 68000. Pentru utilizarea în sistemele de comunicații, sunt produse microcontrolere care conțin un modul de procesor de comunicații RISC care are un set de instrumente pentru schimbul de date. Astfel de controlere de comunicații (68360, 68302, 68356) fac, de asemenea, parte din familia 68300. O caracteristică a procesorului CPU32 este funcționarea sa cu o magistrală de date de 16 biți și o magistrală de adrese de 24 de biți (memorie adresabilă 16 MB) și Principiul arhitectural principal al funcționării familiei de procesoare 68000 este împărțirea resurselor și capabilităților acestora în funcție de clasa de sarcini care se rezolvă. Aceasta presupune implementarea a două clase de sarcini: gestionarea funcționării sistemului cu microprocesor în sine folosind software-ul de sistem (sistem de operare - supervizor) și rezolvarea problemelor aplicate de utilizator. Acest lucru dă naștere la moduri de funcționare: modul supervizor sau modul utilizator. În funcție de mod, la executarea programelor este permis accesul la toate sau o parte din resursele microcontrolerului. Modul Supervisor permite executarea oricăror instrucțiuni implementate de procesor și accesul la toate registrele. În modul utilizator, executarea unui număr de comenzi și accesul la anumite registre este interzisă pentru a limita posibilitatea unor astfel de modificări ale stării sistemului care ar putea interfera cu execuția altor programe sau ar putea încălca modul de funcționare al procesorului setat de supervizor. Un argument puternic pentru alegerea microcontrolerelor Motorola este popularitatea mare a familiei M68000 la un moment dat și compatibilitatea cu software-ul M68000 și microcontrolerele M68300 mai moderne, care permite utilizarea dezvoltărilor software existente în noile dezvoltări, reducând astfel timpul de proiectare.

• Avantajul incontestabil al nucleului ARM este standardizarea acestuia, care vă permite să utilizați software de la alte microcontrolere compatibile, să aveți acces mai mare la instrumentele de proiectare sau să migrați mai ușor între microcontrolere.
• În ciuda utilizării aceluiași nucleu ARM în microcontrolere de la diferiți producători, fiecare dintre ele are încă propria sa identitate, care este obținută prin „rețeta” originală a dispozitivelor periferice și ocupând poziții de lider în unele tipuri de dispozitive periferice, de exemplu, pentru Analog Device, acesta este convertoare digital-analogice.
• Miezurile ARM au o nomenclatură reprezentativă și o dinamică de dezvoltare, totuși, din comparație rezultă că în principal microcontrolerele bazate pe nucleul ARM7TDMI sunt disponibile publicului larg. Acest lucru poate fi explicat, de exemplu, prin faptul că principalul domeniu de consum al microcontrolerelor ARM este dispozitivele și echipamentele electronice de uz casnic, de birou și de consum, care, din păcate, sunt produse în principal de producători OEM străini.
• Piața microcontrolerelor pe 32 de biți are o capacitate mare, care va crește dinamic în următorii ani, prin urmare, nu putem decât să urmărim lupta producătorilor de microcontrolere pentru o cotă din această piață, să urmărim anunțurile și să reușim să stăpânim noile tehnologii.

Literatură

1. J. Wilbrink. Facilitarea migrației de la microcontrolere de 8 biți la 32 de biți/Atmel Corporation -2004.
2. „Atmel introduce primul microcontroler Flash ARM7 Sub $3 din lume”, știri Atmel din 19.10.04, www.atmel.com.
3. Pliant cu nuclee de procesor//Ref: ARM DOI 0111-4/05.03, Eliberat: mai 2003.
4. Materiale de șantier www.arm.com

Noua favorită în cursa înarmărilor procesoarelor este o companie nu din Silicon Valley, ci din orașul științific englez Cambridge. Cu toate acestea, succesul ei nu este un lucru brusc și există o istorie de treizeci de ani în spate.

Trăim cot la cot cu Intel încă din anii optzeci - numele acestei companii apare atât de des în știri încât numele actualei generații de procesoare este adesea cunoscut chiar și de oamenii departe de tehnologie. Dar vremurile s-au schimbat, iar tabletele cu smartphone-uri au început să distragă încet atenția și utilizatorii de pe computerele personale, iar nucleele lor nu sunt turnate la fabricile Intel. Firma britanică ARM, despre care până nu demult auziseră doar specialiștii, a ieșit brusc în prim-plan. Ce fel de oameni se află în spatele creării procesoarelor care au deschis calea pentru o nouă generație de computere?

Formal, ARM Holdings a fost creată în 1990, și mai precis, în momentul în care a fost semnat un acord între trei companii: Apple Computer, Acorn Computers și VLSI Technology. Apple nu are nevoie de prezentare, dar merită să vorbim despre Acorn și VLSI mai detaliat.

Ghinda Cambridge

Istoria Acorn este legată de o altă companie britanică celebră - Sinclair Research, unde a fost creat binecunoscutul computer ZX Spectrum. Viitorul co-fondator Chris Curry și-a făcut cariera la Sinclair Radionics (mai târziu Research). La acea vreme, Currie și Sinclair erau prieteni și lucrau împreună la un calculator de buzunar și la alte proiecte, dar în 1978, în timpul pregătirii prototipului ZX80 (unul dintre predecesorii ZX Spectrum), nu erau atât de puternic de acord cu privire la viitorul computerul pe care Currie l-a lăsat pe Sinclair și compania lui. Și în curând și-a fondat propriul său - împreună cu antreprenorul, inventatorul și investitorul Hermann Hauser. Compania se numea Cambridge Processor Unit, sau pur și simplu CPU.

Până atunci, Houser reușise deja să recruteze un student strălucit la Universitatea Cambridge, Roger Wilson. Era literalmente îndrăgostit de electronică, a citat din memorie cărți de referință pentru componente și a scris programe în codul mașinii fără nicio eroare - cel puțin asta este legenda. Wilson avea puțină experiență de lucru reală - a avut doar crearea unui alimentator automat pentru vaci bazat pe cipul MOS Technology 6502. Dar când Houser l-a invitat pe Wilson să participe la crearea unui notebook electronic (care nu s-a născut niciodată), a fost imediat de acord.

Curry a adus cu el un alt student de la Cambridge la noua companie - studentul în anul II Steve Ferber. Ferber, la fel ca Curry, lucrase anterior pentru Sinclair și dezvolta kitul MK14, din care oricine putea construi un simplu computer de acasă. La început, Ferber a fost nevoit să combine munca la CPU cu studiile, dar nu avea nicio îndoială că, după ce va primi diploma, va putea continua să facă ceea ce iubea - inventarea computerelor.

În 1979, procesorul a fost redenumit Acorn (care se traduce prin „ghindă”), aparent pentru a fi listat în agenda telefonică înainte de Apple. Dar, cel mai important, compania a lansat primul său produs în acel an, Acorn System 1. Era un computer foarte modest pentru calcule științifice, avea un afișaj LCD cu o singură linie și se vindea cu 80 de lire sterline. Spre comparație, ZX80, care era considerat și extrem de ieftin, a costat o sută la asamblare.

Un adevărat succes îl aștepta pe Acorn doi ani mai târziu, când, împreună cu BBC (da, aceeași British Broadcasting Corporation care furnizează până astăzi întreaga lume cu știrile sale și serialul Doctor Who), Curry și Houser au reușit să câștige o licitație pentru aprovizionare. computere către școlile britanice și sa născut BBC Micro. Clive Sinclair a participat și el la licitație și a fost atât de furios de înfrângere, încât și-a atacat fostul prieten și coleg Chris Currie într-un pub din Cambridge și l-a biciuit cu un ziar rulat.

Circuite integrate la scară foarte mare

În timp ce industria se confrunta cu boom-ul computerelor la domiciliu, alte dezvoltări la fel de interesante au avut loc pe partea științifică a industriei. Una dintre ele este direct legată de apariția ARM.

Este cunoscut faptul că Internetul a fost inventat de către Agenția de Proiecte de Cercetare Avansată a Apărării din SUA (DARPA), dar acesta nu este singurul proiect DARPA care a avut un impact puternic asupra întregii industrii. Proiectul VLSI este o astfel de dezvoltare: popularitatea sa relativ scăzută este pur și simplu incomensurabilă cu importanța sa. VLSI înseamnă Very-large-scale integration - ultra-large integrated circuit, sau VLSI. La începutul anilor optzeci, totul se îndrepta spre tranziția la astfel de scheme, dar în timpul dezvoltării lor, inginerii s-au confruntat cu probleme serioase.

Pe măsură ce numărul de tranzistori de pe un cip de circuit integrat a crescut, proiectarea procesoarelor a devenit din ce în ce mai dificilă, iar când numărul de tranzistori a început să depășească o sută de mii, metodele vechi au început să ducă la erori. Era necesar un nou mod de proiectare și nu va fi o surpriză că soluția a fost utilizarea unui computer.

Profesorul de la Caltech Carver Mead și programatorul de la laboratorul Xerox PARC Lyn Conway au propus crearea unui sistem de proiectare asistată de computer (CAD) care ar ajuta la fabricarea procesoarelor de aproape orice complexitate. La acea vreme, ar fi fost nevoie de un supercomputer pentru a funcționa cu un astfel de program, așa că DARPA a trebuit să finanțeze nu doar crearea CAD-ului, ci tot ceea ce îl înconjoară: dezvoltarea stațiilor de lucru și chiar a sistemului de operare. Mai târziu, Sun Microsystems și Silicon Graphics vor crește din aceste proiecte și o nouă ramură a UNIX, Berkley Distribution Software (BSD), va fi creată ca sistem de operare.

Mead și Conway credeau că, dacă proiectarea procesoarelor ar fi mai bine automatizată, firmele mici sau chiar studenții le-ar putea face ca parte a formării lor. Ideea s-a dovedit a fi nu numai corectă, ci și foarte reușită: cu ajutorul unor instrumente noi, a devenit mult mai ușor să proiectați procesoare și a devenit posibil să faceți acest lucru izolat de producție. Mai mult, noul software a făcut posibilă dezvăluirea caracteristicilor structurale ascunse până acum ale procesoarelor.

RISC este o cauză nobilă

Arhitecturile de procesoare moderne sunt de obicei împărțite în două clase: CISC (Complex Instruction Set Computing) și RISC (Reduced Instruction Set Computing). Există o diferență fundamentală între aceste abordări, dar nu a apărut imediat.

Procesoarele timpurii pe opt biți, cum ar fi Intel 8080 sau Motorola 6800, puteau executa doar câteva instrucțiuni simple. De exemplu, nu exista o instrucțiune specială pentru înmulțirea numerelor; această acțiune a necesitat mai multe instrucțiuni de procesor - decalaje și adunări. Această abordare pare incomodă și, prin urmare, decizia de a adăuga instrucțiuni mai cuprinzătoare a fost intuitivă.

De asemenea, se credea că operațiunile implementate direct în hardware vor fi executate mult mai rapid decât cele efectuate sub formă de programe. Deci, în evoluțiile ulterioare, creatorii de procesoare au început să adauge suport pentru tot mai multe instrucțiuni noi. Înmulțirea a două numere, de exemplu, s-a transformat într-o singură comandă, dar proiectarea microcircuitului a devenit mai complicată, deoarece a început să includă un subsistem separat conceput pentru multiplicare. Așa au apărut procesoarele cu un set complex de instrucțiuni. Această familie include cipuri Intel ulterioare și alte procesoare care au fost populare în anii optzeci.

Ca să nu spun că setul de comandă cuprinzător nu are meritele sale, dar vin la un preț bun. Dacă primele procesoare au executat o instrucțiune simplă într-o singură bifă a generatorului de frecvență de ceas, atunci instrucțiunile mai complexe au început să necesite mai multe cicluri de ceas.

Ca parte a aceluiași proiect VSLI, profesorul UC Berkeley David Patterson a efectuat cercetări în care a descoperit o abordare diferită a designului procesorului, pe care a numit-o RISC. S-a dovedit că dacă limitați setul de instrucțiuni doar la cele care pot fi executate într-un singur ciclu de ceas, puteți crește viteza de execuție a acestora și, astfel, puteți îmbunătăți performanța generală. Logica de zi cu zi spune că acest lucru nu ar trebui să se întâmple: la urma urmei, programele devin mai lungi! Dar când vine vorba de sisteme cu sute de mii de componente, logica de zi cu zi se poate odihni, iar modelarea și simularea vor oferi răspunsul corect.

În același timp, Patterson a reușit să reducă semnificativ influența „gâtului de sticlă” al arhitecturii von Neumann - canalul lent dintre procesor și RAM. RISC are un număr mai mare de registre decât CISC, iar acest lucru permite mai puține accesări la RAM - mai ales dacă programul este rulat printr-un compilator de optimizare și folosește bine resursele. Această abordare funcționează și mai bine pe sistemele multi-core sau multi-procesor, unde mai multe computere accesează aceeași memorie. Cu cât fac acest lucru mai rar, cu atât mai rar fiecare dintre ei trebuie să-și aștepte rândul și, în consecință, cu atât creșterea productivității este mai mare.

Conform legii lui Arhimede

Să revenim, însă, la istoria Acornului. În afară de o ceartă incomodă cu tatăl lui ZX Spectrum, compania mergea bine în 1983: BBC Micro a vândut un miliard și jumătate de exemplare, iar profiturile lui Acorn au sărit de la trei mii de lire sterline la aproape nouă milioane. Bill Gates chiar a sugerat ca Houser să port MS-DOS și interpretul proprietar BASIC la BBC Micro, dar Houser a refuzat.

Echipa de dezvoltare a lui Acorn era în creștere, iar fondatorii au crezut că este timpul să treacă la o nouă etapă de dezvoltare: în loc de computere bazate pe cipuri de opt biți, produc mașini mai puternice - cu procesoare pe șaisprezece biți.

Procesoarele National Semiconductor au fost considerate o opțiune, dar Robert Wilson a vizitat sediul israelian al acestei companii și a fost nemulțumit: „Au o sută de oameni care lucrează la cip acolo și totuși există erori din când în când”. În continuare, Wilson a mers la compania americană Western Design Center, unde a văzut exact imaginea opusă: procesoarele au fost dezvoltate de grupuri mici de ingineri, aproape acasă. Wilson s-a întrebat: este necesar să cumperi procesorul altcuiva dacă poți să-l faci pe al tău? Exemplul WDC a arătat că acest lucru nu este atât de dificil pe cât ar părea.

Ideea a fost primită favorabil la Acorn, iar munca a început să fiarbă. Wilson a venit cu un set de instrucțiuni, iar Ferber și o echipă mică au dezvoltat arhitectura viitorului procesor. Atunci a fost luată decizia fatidică de a folosi principiul RISC nou.

Primul procesor ARM (Acorn RISC Machine) a fost lansat în 1985, dar un computer bazat pe acesta nu a apărut niciodată. A fost vândut ca o completare a BBC Master - această versiune avansată a BBC Micro avea o interfață specială pentru conectarea coprocesoarelor. Kitul a inclus și un kit de dezvoltare software RISC.

Următoarea încarnare a procesorului, ARM 2, a avut o soartă mult mai interesantă: a stat la baza unei mașini unice numite Arhimede, care a fost scoasă la vânzare pentru prima dată în 1987. ARM 2 avea o arhitectură pe 32 de biți, iar magistrala de adrese suporta 26 de biți și, astfel, se puteau adresa până la 64 MB de RAM (un spațiu imens în acele vremuri, dar frivol astăzi). De asemenea, frecvența ARM 2 este puțin probabil să uimească pe cineva acum și chiar și în 1985, 8 MHz ar putea fi considerată o medie. Intel 80368, lansat cam în aceeași perioadă, a funcționat la o frecvență de două ori mai mare, dar asta nu înseamnă că a fost de două ori mai eficient. 386 a mai produs doar un milion de operațiuni - cinci față de patru pentru ARM 2. Acesta este avantajul RISC!

Arhimede a costat o mulțime de bani - de la 800 de lire sterline (ținând cont de inflație și în ceea ce privește rublele de astăzi ar fi de cel puțin o sută de mii), dar s-a bucurat de o anumită popularitate datorită puterii sale, adaptor video bun (moduri de până la 256 culori) și o placă de sunet cu opt canale. În esență, era un fel de Macintosh britanic - o stație de lucru pentru edituri și studiouri de televiziune.

Imperiul Olivetti

Deși Archimedes a fost produs sub marca Acorn, compania până la acea vreme nu mai era afacerea privată a lui Houser și Curry. Un 1983 de succes a fost urmat de un 1984 dezastruos, când piața computerelor de acasă a devenit suprasaturată. Acest lucru a avut consecințe tragice pentru mulți jucători: Atari și Commodore și-au schimbat mâinile, iar Apple (pentru prima dată) s-a confruntat cu perspectiva falimentului.

Nici Acorn nu era pregătită pentru această versiune alfa a prăbușirii dot-com: compania tocmai ieșise la bursă, iar banii câștigați din aceasta erau suficienți pentru a satisface cererea în continuă creștere până la acel moment. Drept urmare, în depozitele Acorn s-au acumulat 250 de mii de computere, care dintr-o dată au devenit imposibil de vândut.

Și atunci a apărut la orizont compania italiană Olivetti. Conducerea sa a făcut anterior încercări de a trece de la producția de mașini de scris la computere. Din 1983 până în 1985, Olivetti a produs modele bazate pe Zilog Z8000 și Intel 8088. Dar ARM, Archimedes și sistemul său de operare RISC OS li s-au părut o bucată delicioasă pentru managerii Olivetti: a avea propriile tehnologii este întotdeauna mai bine - cel puțin așa părea la timpul.

Curând a fost încheiat un acord care i-a oferit Olivetti un pachet de 80 la sută din Acorn, Hermann Hauser devenind șeful diviziei de cercetare. Al doilea fondator al Acorn, Chris Curry, după ce a primit dividende din vânzare, a ales să înființeze o nouă companie - General Information Systems. Este încă operațional și se ocupă de carduri inteligente, transferuri electronice de bani și sisteme de securitate.

Italienii, însă, au prevăzut și incorect viitorul: la sfârșitul anilor optzeci a început marșul victorios al PC-ului IBM și al clonelor sale. A devenit clar că tot ce era incompatibil cu PC-ul avea să ajungă în curând la coșul de gunoi al istoriei, iar companiile, în loc să-și cultive tehnologiile, au trecut în masă la asamblarea computerelor din componente gata făcute. Acțiunile lui Olivetti la acea vreme pot fi comparate cu HP, care în urmă cu trei ani a cumpărat Palm, pentru ca apoi să-l abandoneze și să treacă la omniprezentul Android.

Nici Hauser nu era mândru să-și vândă compania. Într-unul dintre interviurile sale, el se plânge: ar fi posibil să faci ca IBM - să ofere companiilor terțe posibilitatea de a produce componente și a asambla computere. Și atunci, poate, Acorn și ARM, mai degrabă decât IBM și Intel, ar fi în centrul noii industrii. Dar decizia necesară nu a fost luată la timp, iar Acorn nu era destinat să devină IBM britanic. Dar Hauser avea un plan de rezervă.

Frăția „Protsa”

Faptul că Olivetti a abandonat ideea de a-și dezvolta propria platformă informatică nu a însemnat deloc moartea pentru ARM. Houser a găsit o modalitate de a transforma afacerea cu procesoare într-o companie separată și a găsit doi parteneri interesați. Întreprinderea combinată a fost numită la fel ca arhitectura procesorului - ARM, dar decodarea a fost schimbată de la Acorn RISC Machines la Advanced RISC Machines.

Cine ar avea nevoie în acel moment de un parteneriat cu un dezvoltator de procesoare RISC? Evident, compania care produce dispozitive pe baza acestora. Era Apple: în 1990, proiectau viitorul handheld Newton, iar procesorul ARM era perfect pentru el datorită eficienței sale în raport cu încărcarea bateriei.

VLSI Technologies a fost aleasă ca al treilea partener. Acesta este succesorul direct al proiectului VLSI, care a fost angajat în proiectarea și producția de circuite integrate. Pentru viitoarea societate mixtă era important ca VLSI să-și poată furniza propriul sistem de proiectare asistată de computer.

VLSI însuși avea nevoie de un nou client de procesor. Aceasta este în forma sa cea mai pură întruchiparea ideii de Conway și Mead, când dezvoltatorul și producătorul VLSI lucrează separat (și în acest caz chiar sunt situate pe malurile opuse ale Oceanului Atlantic). După ce a aflat din eșecul lui Acorn, Houser a făcut o altă ajustare: în loc să lanseze produsul în sine, el a propus să proiecteze exclusiv procesoare și să vândă proprietate intelectuală - adică modele de cip și licențe pentru a le produce.

În timp ce Intel este renumit pentru că are zeci de fabrici în întreaga lume, ARM nu are niciuna. Acest lucru nu a împiedicat ARM de astăzi să nu fie doar la egalitate cu Intel și AMD, ci și să se transforme încet într-o amenințare serioasă pentru acestea.

Viață nouă pentru ARM

Creșterea rapidă a vânzărilor de clone de PC IBM în anii nouăzeci nu a avut cel mai bun efect asupra popularității RISC. Acolo unde Intel și Microsoft au început să conducă, nu exista practic nicio alternativă la procesoarele din familia x86. Au rămas însă aplicațiile profesionale: serverele și stațiile de lucru de la IBM și Sun Microsystems, care folosesc arhitecturile „riscătoare” PowerPC și respectiv SPARC, precum și piața de microcontrolere, care a servit de mult timp ca principală sursă de venit pentru ARM.

Primul design de procesor lansat de ARM Holdings după ce a fost separat de Acorn a fost ARM6, conceput special pentru dispozitivul portabil Newton și în colaborare cu Apple. Specificația ARM6 a fost lansată pentru prima dată în 1992, iar în 1993 compania și-a anunțat primele profituri.

De atunci, creșterea și îmbunătățirea arhitecturii ARM nu s-a oprit, iar în 1998 compania a devenit publică cu succes. În același timp, apropo, Apple și-a vândut partea din acțiuni: pentru el a fost un an de criză severă, iar renunțarea la participația sa la ARM a ajutat să iasă din el. Steve Jobs ar fi putut ghici atunci cât de importante ar fi produsele ARM pentru Apple zece ani mai târziu?

Astăzi, clienții ARM includ peste patru duzini de producători mari de electronice. Procesoarele bazate pe modele ARM pot fi găsite într-o mare varietate de dispozitive - de la hard disk-uri la mașini și de la console de jocuri la camere și televizoare. Chiar și Intel a produs la un moment dat procesoare bazate pe ARM (seria se numea XScale, dar în 2006 a fost vândută împreună cu divizia).

Cu toate acestea, cea mai mare faimă a ARM a venit din dezvoltarea dispozitivelor mobile. Portoanele Apple Newton și Pocket PC au fost doar o prefață la ceea ce s-a întâmplat după lansarea iPhone-ului în 2007 și a iPad-ului în 2010. Consumul de energie al arhitecturii RISC s-a dovedit a fi cheia construcției dispozitivelor portabile și oricât de mult ar încerca Intel să concureze cu ARM în acest domeniu, nu a fost încă posibil să se realizeze un procesor competitiv pentru tablete și smartphone-uri. bazat pe x86.

Datorită ARM, arhitectura RISC a primit în sfârșit gloria pe care o merită, dar povestea nu se termină aici. Experții urmăresc cu interes popularitatea tot mai mare a soluțiilor de server multiprocesor bazate pe ARM (acestea sunt, de exemplu, implementate activ în centrele de date Facebook) și discută despre apariția recentă a ARMv8 pe 64 de biți. Deci viitorul ARM pare extrem de interesant. Până acum, aceasta nu este încă „IBM-ul britanic” la care a visat Hauser, ci o companie înfloritoare, care se îndreaptă viguros către acest titlu.

Toți cei care sunt interesați de tehnologiile mobile au auzit despre arhitectura ARM. Cu toate acestea, pentru majoritatea oamenilor acest lucru este asociat cu procesoarele pentru tablete sau smartphone-uri. Alții le corectează, clarificând că aceasta nu este piatra în sine, ci doar arhitectura ei. Dar aproape niciunul dintre ei nu a fost cu siguranță interesat de unde și când a apărut de fapt această tehnologie.

Între timp, această tehnologie este răspândită printre numeroasele gadget-uri moderne, dintre care sunt din ce în ce mai multe în fiecare an. În plus, pe calea dezvoltării companiei, care a început să dezvolte procesoare ARM, există un caz interesant, care nu este un păcat de menționat; poate că va deveni o lecție pentru viitor pentru cineva.

Arhitectura ARM pentru manechini

Abrevierea ARM ascunde o companie britanică ARM Limited de destul succes în domeniul tehnologiilor IT. Acesta reprezintă Advanced RISC Machines și este unul dintre cei mai importanți dezvoltatori și licențiatori ai arhitecturii de procesor RISC pe 32 de biți care alimentează majoritatea dispozitivelor portabile.

Dar, în mod caracteristic, compania în sine nu produce microprocesoare, ci doar dezvoltă și își acordă licențe tehnologia altor părți. În special, arhitectura microcontrolerului ARM este achiziționată de următorii producători:

• Atmel.
• Cirrus Logic.
• Intel.
• Măr.
• nVidia.
• HiSilicon.
• Marvell.
• Samsung.
• Qualcomm.
• Sony Ericsson.
• Texas Instruments.
• Broadcom.

Unele dintre ele sunt cunoscute unui public larg de consumatori de gadgeturi digitale. Potrivit corporației britanice ARM, numărul total de microprocesoare produse folosind tehnologia lor este de peste 2,5 miliarde. Există mai multe serii de pietre mobile:

• ARM7 - frecvența de ceas 60-72 MHz, care este relevantă pentru telefoanele mobile de buget.
• ARM9/ARM9E - frecventa este deja mai mare, aproximativ 200 MHz. Telefoanele inteligente mai funcționale și asistenții digitali personali (PDA) sunt echipate cu astfel de microprocesoare.

Cortex și ARM11 sunt familii de microprocesoare mai moderne în comparație cu arhitectura anterioară de microcontroler ARM, cu viteze de ceas de până la 1 GHz și capabilități avansate de procesare a semnalului digital.

Popularele microprocesoare xScale de la Marvell (până la mijlocul verii 2007, proiectul a fost la dispoziția Intel) sunt de fapt o versiune extinsă a arhitecturii ARM9, completată de setul de instrucțiuni Wireless MMX. Această soluție de la Intel a fost axată pe suportarea aplicațiilor multimedia.

Tehnologia ARM se referă la o arhitectură de microprocesor pe 32 de biți care conține un set de instrucțiuni redus, care este denumit RISC. Conform calculelor, utilizarea procesoarelor ARM reprezintă 82% din numărul total de procesoare RISC produse, ceea ce indică o zonă de acoperire destul de largă a sistemelor de 32 de biți.

Multe dispozitive electronice sunt echipate cu arhitectură de procesor ARM, iar acestea nu sunt doar PDA-uri și telefoane mobile, ci și console de jocuri portabile, calculatoare, periferice de computer, echipamente de rețea și multe altele.

O mică călătorie înapoi în timp

Să luăm o mașină a timpului imaginară cu câțiva ani înapoi și să încercăm să ne dăm seama de unde a început totul. Este sigur să spunem că ARM este mai degrabă un monopolist în domeniul său. Și acest lucru este confirmat de faptul că marea majoritate a smartphone-urilor și a altor dispozitive electronice digitale sunt controlate de microprocesoare create folosind această arhitectură.

În 1980, Acorn Computers a fost fondată și a început să creeze computere personale. Prin urmare, ARM a fost introdus anterior ca Acorn RISC Machines.

Un an mai târziu, o versiune de acasă a BBC Micro PC cu prima arhitectură de procesor ARM a fost prezentată consumatorilor. A fost un succes, cu toate acestea, cipul nu a putut face față sarcinilor grafice, iar alte opțiuni sub formă de procesoare Motorola 68000 și National Semiconductor 32016 nu erau potrivite pentru acest lucru.

Apoi conducerea companiei s-a gândit să-și creeze propriul microprocesor. Inginerii au fost interesați de o nouă arhitectură de procesor inventată de absolvenții unei universități locale. A folosit doar setul de instrucțiuni redus sau RISC. Și după apariția primului computer, care a fost controlat de procesorul Acorn Risc Machine, succesul a venit destul de repede - în 1990, a fost încheiat un acord între marca britanică și Apple. Acest lucru a marcat începutul dezvoltării unui nou chipset, care, la rândul său, a condus la formarea unei întregi echipe de dezvoltare denumită Advanced RISC Machines, sau ARM.

Începând cu 1998, compania și-a schimbat numele în ARM Limited. Și acum specialiștii nu mai sunt implicați în producția și implementarea arhitecturii ARM. Ce a dat? Acest lucru nu a afectat în niciun fel dezvoltarea companiei, deși principala și singura direcție a companiei a fost dezvoltarea tehnologiilor, precum și vânzarea de licențe către companii terțe pentru ca acestea să poată utiliza arhitectura procesorului. În același timp, unele companii dobândesc drepturile asupra nucleelor ​​gata făcute, în timp ce altele echipează procesoarele cu propriile nuclee sub o licență achiziționată.

Potrivit unor date, câștigurile companiei pentru fiecare astfel de soluție sunt de 0,067 $. Dar aceste informații sunt medii și depășite. Numărul de nuclee din chipset-uri crește în fiecare an și, în consecință, costul procesoarelor moderne depășește modelele mai vechi.

Zona de aplicare

Dezvoltarea dispozitivelor mobile a adus o popularitate enormă pentru ARM Limited. Și când producția de smartphone-uri și alte dispozitive electronice portabile s-a răspândit, procesoarele eficiente din punct de vedere energetic și-au găsit imediat utilizare. Mă întreb dacă există Linux pe arhitectura brațului?

Punctul culminant al dezvoltării ARM a avut loc în 2007, când parteneriatul său cu marca Apple a fost reînnoit. După aceea, primul iPhone bazat pe un procesor ARM a fost prezentat consumatorilor. De atunci, o astfel de arhitectură de procesor a devenit o componentă invariabilă a aproape oricărui smartphone fabricat care poate fi găsit doar pe piața mobilă modernă.

Putem spune că aproape fiecare dispozitiv electronic modern care trebuie controlat de un procesor este echipat cumva cu cipuri ARM. Și faptul că o astfel de arhitectură de procesor acceptă multe sisteme de operare, fie că este vorba despre Linux, Android, iOS și Windows, este un avantaj incontestabil. Printre acestea se numără Windows embedded CE 6.0 Core; arhitectura brațului este, de asemenea, susținută de acesta. Această platformă este concepută pentru computere portabile, telefoane mobile și sisteme încorporate.

Caracteristici distinctive ale x86 și ARM

Mulți utilizatori care au auzit multe despre ARM și x86 confundă ușor aceste două arhitecturi între ele. Cu toate acestea, au anumite diferențe. Există două tipuri principale de arhitecturi:

• CISC (Complex Instruction Set Computing).
• Tehnica de calcul).

CISC include procesoare x86 (Intel sau AMD), RISC, după cum puteți înțelege deja, include familia ARM. Arhitecturile x86 și arm au fanii lor. Datorită eforturilor specialiștilor ARM, care au pus accentul pe eficiența energetică și pe utilizarea unui set simplu de instrucțiuni, procesoarele au beneficiat foarte mult de acest lucru - piața de telefonie mobilă a început să se dezvolte rapid, iar multe smartphone-uri aproape egalau capacitățile computerelor.

La rândul său, Intel a fost întotdeauna renumit pentru producerea de procesoare cu performanță ridicată și lățime de bandă pentru PC-uri desktop, laptopuri, servere și chiar supercomputere.

Aceste două familii au câștigat inimile utilizatorilor în felul lor. Dar care este diferența lor? Există mai multe caracteristici distinctive sau chiar caracteristici; să ne uităm la cele mai importante dintre ele.

Putere de procesare

Să începem să analizăm diferențele dintre arhitecturile ARM și x86 cu acest parametru. Specialitatea profesorilor RISC este de a folosi cât mai puțină instruire. Mai mult, acestea ar trebui să fie cât mai simple posibil, ceea ce le oferă avantaje nu numai pentru ingineri, ci și pentru dezvoltatorii de software.

Filosofia de aici este simplă - dacă instrucțiunile sunt simple, atunci circuitul dorit nu necesită prea mulți tranzistori. Ca rezultat, spațiu suplimentar este eliberat pentru ceva sau dimensiunile cipurilor devin mai mici. Din acest motiv, microprocesoarele ARM au început să integreze dispozitive periferice precum procesoarele grafice. Un exemplu este computerul Raspberry Pi, care are un număr minim de componente.

Cu toate acestea, instrucțiunile simple au un cost. Pentru a efectua anumite sarcini, sunt necesare instrucțiuni suplimentare, ceea ce duce de obicei la o creștere a consumului de memorie și a timpului de finalizare a sarcinilor.

Spre deosebire de arhitectura procesorului braț, instrucțiunile cipurilor CISC, cum ar fi soluțiile de la Intel, pot îndeplini sarcini complexe cu o mare flexibilitate. Cu alte cuvinte, mașinile bazate pe RISC efectuează operații între registre și, de obicei, necesită programului să încarce variabile în registru înainte de a efectua operația. Procesoarele CISC sunt capabile să efectueze operațiuni în mai multe moduri:

• între registre;
• între registru și locația de memorie;
• între celulele de memorie.

Dar aceasta este doar o parte din caracteristicile distinctive; să trecem la analiza altor caracteristici.

Consumul de energie

În funcție de tipul de dispozitiv, consumul de energie poate avea grade diferite de semnificație. Pentru un sistem care este conectat la o sursă de energie constantă (rețea electrică), pur și simplu nu există o limită a consumului de energie. Cu toate acestea, telefoanele mobile și alte gadgeturi electronice depind complet de gestionarea energiei.

O altă diferență între arhitecturile arm și x86 este că prima are un consum de energie mai mic de 5 W, inclusiv multe pachete aferente: GPU-uri, periferice, memorie. Această putere redusă se datorează numărului mai mic de tranzistori combinat cu viteze relativ mici (dacă facem o paralelă cu procesoarele desktop). În același timp, acest lucru are un impact asupra productivității - operațiunile complexe durează mai mult pentru a fi finalizate.

Nucleele Intel au o structură mai complexă și, ca urmare, consumul lor de energie este semnificativ mai mare. De exemplu, un procesor Intel I-7 de înaltă performanță consumă aproximativ 130 W de energie, versiunile mobile - 6-30 W.

Software

Este destul de dificil să faci o comparație cu acest parametru, deoarece ambele mărci sunt foarte populare în cercurile lor. Dispozitivele care se bazează pe procesoare cu arhitectură armă funcționează perfect cu sistemele de operare mobile (Android etc.).

Mașinile care rulează procesoare Intel sunt capabile să ruleze platforme precum Windows și Linux. În plus, ambele familii de microprocesoare sunt prietenoase cu aplicațiile scrise în Java.

Analizând diferențele dintre arhitecturi, un lucru poate fi spus cu siguranță - procesoarele ARM gestionează în principal consumul de energie al dispozitivelor mobile. Scopul principal al soluțiilor desktop este de a oferi performanțe ridicate.

Realizări noi

Compania ARM, datorită politicii sale competente, a preluat complet controlul asupra pieței mobile. Dar în viitor ea nu se va opri aici. Nu cu mult timp în urmă, a fost prezentată o nouă dezvoltare a nucleelor: Cortex-A53 și Cortex-A57, care au primit o actualizare importantă - suport pentru calcul pe 64 de biți.

Nucleul A53 este un succesor direct al ARM Cortex-A8, care, deși performanța sa nu era foarte mare, avea un consum minim de energie. După cum notează experții, consumul de energie al arhitecturii este redus de 4 ori, iar din punct de vedere al performanței nu va fi inferior nucleului Cortex-A9. Și asta în ciuda faptului că zona centrală a lui A53 este cu 40% mai mică decât cea a lui A9.

Nucleul A57 va înlocui Cortex-A9 și Cortex-A15. În același timp, inginerii ARM susțin o creștere fenomenală a performanței - de trei ori mai mare decât cea a nucleului A15. Cu alte cuvinte, microprocesorul A57 va fi de 6 ori mai rapid decât Cortex-A9, iar eficiența sa energetică va fi de 5 ori mai bună decât A15.

Pentru a rezuma, seria cortex, și anume a53 mai avansat, diferă de predecesorii săi prin performanțe mai mari pe fundalul unei eficiențe energetice la fel de ridicate. Nici măcar procesoarele Cortex-A7, care sunt instalate pe majoritatea smartphone-urilor, nu pot concura!

Dar ceea ce este mai valoros este că arhitectura arm cortex a53 este componenta care vă va permite să evitați problemele asociate cu lipsa memoriei. În plus, dispozitivul va descărca bateria mai lent. Datorită noului produs, aceste probleme vor fi acum un lucru din trecut.

Soluții grafice

Pe lângă dezvoltarea procesoarelor, ARM lucrează la implementarea acceleratoarelor grafice din seria Mali. Și primul dintre ele este Mali 55. Telefonul LG Renoir a fost echipat cu acest accelerator. Și da, acesta este cel mai obișnuit telefon mobil. Numai în ea, GPU-ul nu era responsabil pentru jocuri, ci doar a redate interfața, deoarece judecând după standardele moderne, procesorul grafic are capacități primitive.

Dar progresul zboară inexorabil înainte și, prin urmare, pentru a ține pasul cu vremurile, ARM are și modele mai avansate care sunt relevante pentru smartphone-urile cu preț mediu. Vorbim despre GPU comune Mali-400 MP și Mali-450 MP. Deși au performanțe scăzute și un set limitat de API-uri, acest lucru nu îi împiedică să găsească aplicații în modelele mobile moderne. Un exemplu izbitor este telefonul Zopo ZP998, în care cipul MTK6592 cu opt nuclee este asociat cu un accelerator grafic Mali-450 MP4.

Competitivitate

În prezent, nimeni nu se opune încă ARM, iar acest lucru se datorează în principal faptului că a fost luată decizia corectă la momentul respectiv. Dar cândva, la începutul călătoriei sale, o echipă de dezvoltatori a lucrat la crearea de procesoare pentru PC-uri și chiar a încercat să concureze cu un astfel de gigant precum Intel. Dar chiar și după ce s-a schimbat direcția de activitate, compania a avut o perioadă grea.

Și când marca de computere de renume mondial Microsoft a încheiat un acord cu Intel, alți producători pur și simplu nu au avut nicio șansă - sistemul de operare Windows a refuzat să lucreze cu procesoare ARM. Cum să nu rezistați utilizării emulatoarelor gcam pentru arhitectura brațului?! În ceea ce privește Intel, observând valul de succes al ARM Limited, a încercat și să creeze un procesor care să fie un concurent demn. În acest scop, cipul Intel Atom a fost pus la dispoziția publicului larg. Dar a durat mult mai mult decât ARM Limited. Și cipul a intrat în producție abia în 2011, dar timp prețios a fost deja pierdut.

În esență, Intel Atom este un procesor CISC cu arhitectură x86. Specialiștii au reușit să obțină un consum mai mic de energie decât în ​​soluțiile ARM. Totuși, tot software-ul care este lansat pentru platformele mobile este slab adaptat la arhitectura x86.

În cele din urmă, compania a recunoscut enormitatea completă a deciziei și, ulterior, a abandonat producția de procesoare pentru dispozitive mobile. Singurul producător major de cipuri Intel Atom este ASUS. În același timp, aceste procesoare nu au căzut în uitare; netbook-urile, nettop-urile și alte dispozitive portabile sunt echipate cu ele în masă.

Cu toate acestea, există posibilitatea ca situația să se schimbe și sistemul de operare Windows preferat al tuturor să accepte microprocesoare ARM. În plus, se fac pași în această direcție, poate chiar vor apărea ceva de genul emulatoare gcam pe arhitectura ARM pentru soluții mobile?! Cine știe, timpul va spune și totul va fi pus la locul lui.

Există un punct interesant în istoria dezvoltării companiei ARM (la începutul articolului acesta era ceea ce se referea). Pe vremuri, ARM Limited se baza pe Apple și este probabil că toată tehnologia ARM i-ar fi aparținut. Cu toate acestea, soarta a decis altfel - în 1998, Apple era în criză, iar conducerea a fost nevoită să-și vândă pachetul. În prezent, este la egalitate cu alți producători și rămâne să achiziționeze tehnologie de la ARM Limited pentru dispozitivele sale iPhone și iPad. Cine ar fi putut să știe cum ar putea decurge lucrurile?!

Procesoarele ARM moderne sunt capabile să efectueze operațiuni mai complexe. Și în viitorul apropiat, conducerea companiei își propune să intre pe piața serverelor, de care este, fără îndoială, interesată. Mai mult, în vremurile noastre moderne, când se apropie era dezvoltării Internetului lucrurilor (IoT), inclusiv a aparatelor electrocasnice „inteligente”, putem prezice o cerere și mai mare de cipuri cu arhitectură ARM.

Deci, ARM Limited are un viitor departe de a fi sumbru în față! Și este puțin probabil ca în viitorul apropiat să existe cineva care să îl poată înlocui pe acest, fără îndoială, gigantul mobil în dezvoltarea procesoarelor pentru smartphone-uri și alte dispozitive electronice similare.

Drept concluzie

Procesoarele ARM au preluat rapid piața dispozitivelor mobile, totul datorită consumului redus de energie și, deși nu foarte mare, dar totuși bune performanțe. În prezent, starea de fapt la ARM nu poate fi decât de invidiat. Mulți producători folosesc tehnologiile sale, ceea ce pune Advanced RISC Machines la egalitate cu asemenea giganți în domeniul dezvoltării procesoarelor precum Intel și AMD. Și asta în ciuda faptului că compania nu are producție proprie.

De ceva vreme, concurenta brandului de mobil a fost compania MIPS cu arhitectura cu acelasi nume. Dar, în prezent, există încă un singur concurent serios în persoana Intel Corporation, deși conducerea acesteia nu crede că arhitectura brațului poate reprezenta o amenințare pentru cota sa de piață.

De asemenea, potrivit experților de la Intel, procesoarele ARM nu sunt capabile să ruleze versiuni desktop ale sistemelor de operare. Cu toate acestea, o astfel de afirmație sună puțin ilogic, deoarece proprietarii de computere ultramobile nu folosesc software „greu”. În cele mai multe cazuri, aveți nevoie de acces la Internet, editarea documentelor, ascultarea fișierelor media (muzică, filme) și alte sarcini simple. Iar soluțiile ARM fac față bine unor astfel de operațiuni.

Lumea computerelor se schimbă rapid. PC-urile desktop au pierdut primul loc în clasamentul vânzărilor în fața laptopurilor și sunt pe cale să ofere piața tabletelor și altor dispozitive mobile. Acum 10 ani prețuim megaherți puri, puterea adevărată și performanța. Acum, pentru a cuceri piața, procesorul trebuie să fie nu doar rapid, ci și economic. Mulți oameni cred că ARM este arhitectura secolului 21. E chiar asa?

Nou - bine uitat vechi

Jurnaliştii, urmărind oamenii ARM PR, prezintă adesea această arhitectură ca pe ceva complet nou, care ar trebui să îngroape x86-ul cărunt.

De fapt, ARM și x86, pe baza cărora sunt construite procesoarele Intel, AMD și VIA instalate în laptopuri și PC-uri desktop, au aproape aceeași vârstă. Primul cip x86 a fost lansat în 1978. Proiectul ARM a început oficial în 1983, dar s-a bazat pe dezvoltări care au fost realizate aproape simultan cu crearea x86.

Primele ARM-uri au impresionat experții prin eleganța lor, dar cu performanța relativ scăzută nu au putut cuceri o piață care cerea viteze mari și nu acordă atenție eficienței. Anumite condiții trebuiau să existe pentru ca popularitatea ARM să crească vertiginos.

La începutul anilor opt și nouăzeci, cu uleiul lor relativ ieftin, SUV-urile uriașe cu motoare puternice de 6 litri erau la cerere. Puțini oameni au fost interesați de mașinile electrice. Dar în vremea noastră, când un baril de petrol costă mai mult de 100 de dolari, mașinile mari cu motoare consumatoare de putere sunt necesare doar bogaților; restul se grăbește să treacă la mașini economice. Un lucru similar s-a întâmplat cu ARM. Când a apărut problema mobilității și eficienței, arhitectura s-a dovedit a fi la mare căutare.

Procesor „de risc”.

ARM este o arhitectură RISC. Utilizează un set redus de comenzi - RISC (computer cu set de instrucțiuni redus). Acest tip de arhitectură a apărut la sfârșitul anilor șaptezeci, cam în aceeași perioadă în care Intel și-a oferit x86.

În timp ce experimentau cu diverse compilatoare și procesoare de microcoduri, inginerii au observat că, în unele cazuri, secvențele de comenzi simple au fost executate mai rapid decât o singură operație complexă. S-a decis crearea unei arhitecturi care să implice lucrul cu un set limitat de instrucțiuni simple, a căror decodare și execuție ar dura un timp minim.

Unul dintre primele proiecte de procesor RISC a fost realizat de un grup de studenți și profesori de la Universitatea din Berkeley în 1981. Chiar în acest moment, compania britanică Acorn s-a confruntat cu provocarea timpului. A produs computere educaționale BBC Micro bazate pe procesorul 6502, care erau foarte populare în Foggy Albion.Dar în curând aceste computere de acasă au început să piardă în fața mașinilor mai avansate. Ghinda risca să piardă piața. Inginerii companiei, după ce s-au familiarizat cu munca studenților la procesoarele RISC, au decis că crearea propriului cip ar fi destul de simplă. În 1983, a fost lansat proiectul Acorn RISC Machine, care mai târziu a devenit ARM. Trei ani mai târziu a fost lansat primul procesor.

Primul ARM

Era extrem de simplu. Primele cipuri ARM au lipsit chiar și instrucțiuni de înmulțire și împărțire, care erau reprezentate de un set de instrucțiuni mai simple. O altă caracteristică a cipurilor au fost principiile de lucru cu memorie: toate operațiunile cu date puteau fi efectuate numai în registre. În același timp, procesorul lucra cu așa-numita fereastră de registru, adică putea accesa doar o parte din toate registrele disponibile, care erau în principal universale, iar funcționarea lor depindea de modul în care era localizat procesorul. Acest lucru a făcut posibilă abandonarea memoriei cache în primele versiuni de ARM.

În plus, simplificând seturile de instrucțiuni, dezvoltatorii de arhitectură au putut să facă fără o serie de alte blocuri. De exemplu, primele ARM-uri nu aveau complet microcod, precum și o unitate în virgulă mobilă (FPU). Numărul total de tranzistori din primul ARM a fost de 30 000. În x86 similare au existat de mai multe ori, sau chiar de un ordin de mărime mai mult. Economii suplimentare de energie sunt realizate prin executarea condiționată a comenzilor. Adică cutare sau cutare operație se va efectua dacă există un fapt corespunzător în registru. Acest lucru ajută procesorul să evite „mișcările inutile”. Toate instrucțiunile sunt executate secvenţial. Drept urmare, ARM a pierdut în performanță, dar nu în mod semnificativ, în timp ce a câștigat semnificativ în consumul de energie.

Principiile de bază ale arhitecturii rămân aceleași ca în primul ARM: lucrul cu date doar în registre, un set redus de instrucțiuni, un minim de module suplimentare. Toate acestea asigură arhitecturii un consum redus de energie și performanțe relativ ridicate.

Pentru a crește acest lucru, ARM a introdus mai multe seturi de instrucțiuni suplimentare în ultimii ani. Alături de clasicul ARM, există Thumb, Thumb 2, Jazelle. Acesta din urmă este conceput pentru a accelera execuția codului Java.

Cortex - cel mai avansat ARM

Cortex – arhitecturi moderne pentru dispozitive mobile, sisteme încorporate și microcontrolere. În consecință, procesoarele sunt desemnate drept Cortex-A, încorporate – Cortex-R și microcontrolere – Cortex-M. Toate sunt construite pe arhitectura ARMv7.

Cea mai avansată și puternică arhitectură din linia ARM este Cortex-A15. Se presupune că pe baza acestuia vor fi produse în principal modele cu două sau patru nuclee. Cortex-A15 dintre toate ARM-urile anterioare este cel mai apropiat de x86 în ceea ce privește numărul și calitatea blocurilor.

Cortex-A15 se bazează pe nuclee de procesor echipate cu o unitate FPU și un set de instrucțiuni NEON SIMD concepute pentru a accelera procesarea datelor multimedia. Nucleele au o conductă în 13 etape, acceptă execuția de instrucțiuni la comandă gratuită și virtualizarea bazată pe ARM.

Cortex-A15 acceptă sistemul avansat de adresare cu memorie. ARM rămâne o arhitectură pe 32 de biți, dar inginerii companiei au învățat să convertească adresele de 64 de biți sau alte adrese avansate în 32 de biți ușor de utilizat pentru procesor. Tehnologia se numește Long Physical Address Extensions. Datorită acestuia, Cortex-A15 se poate adresa teoretic până la 1 TB de memorie.

Fiecare nucleu este echipat cu un cache de prim nivel. În plus, există până la 4 MB de cache L2 cu latență scăzută distribuită. Procesorul este echipat cu o magistrală coerentă pe 128 de biți, care poate fi folosită pentru a comunica cu alte unități și periferice.

Miezurile care stau la baza Cortex-A15 sunt o dezvoltare a lui Cortex-A9. Au o structură similară.

Cortex-A9, spre deosebire de Cortex-A15, poate fi produs atât în ​​versiuni multi-core cât și single-core. Frecvența maximă este de 2,0 GHz, Cortex-A15 sugerează posibilitatea de a crea cipuri care funcționează la o frecvență de 2,5 GHz. Chips-urile pe baza acestuia vor fi fabricate folosind procese tehnice de 40 nm și mai subțiri. Cortex-A9 este produs în tehnologii de proces de 65 și 40 nm.

Cortex-A9, ca și Cortex-A15, este destinat utilizării în smartphone-uri și tablete de înaltă performanță, dar nu este potrivit pentru aplicații mai serioase, de exemplu, pe servere. Doar Cortex-A15 are virtualizare hardware, adresare avansată a memoriei. În plus, setul de instrucțiuni NEON Advanced SIMD și FPU sunt opționale în Cortex-A9, în timp ce sunt necesare în Cortex-A15.

Cortex-A8 va dispărea treptat de pe scenă în viitor, dar deocamdată această variantă single-core își va găsi utilizare în smartphone-urile bugetare. Soluția low-cost, variind de la 600 MHz la 1 GHz, oferă o arhitectură echilibrată. Are o unitate FPU și acceptă prima versiune SIMD NEON. Cortex-A8 presupune un singur proces tehnologic - 65 nm.

ARM generațiilor anterioare

Procesoarele ARM11 sunt destul de comune pe piața de telefonie mobilă. Sunt construite pe baza arhitecturii ARMv6 și a modificărilor acesteia. Se caracterizează prin conducte în 8-9 etape, suport Jazelle, care ajută la accelerarea procesării codului Java, instrucțiuni de flux SIMD, Thumb-2.

Procesoarele XScale, ARM10E, ARM9E se bazează pe arhitectura ARMv5 și pe modificările acesteia. Lungimea maximă a conductei este de 6 trepte, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. Cipurile XScale au un cache de al doilea nivel. Procesoarele au fost folosite în smartphone-urile de la mijlocul anilor 2000; astăzi pot fi găsite în unele telefoane mobile ieftine.

ARM9TDMI, ARM8, StrongARM - reprezentanți ai ARMv4, care are o conductă în 3-5 etape și acceptă Thumb. ARMv4, de exemplu, ar putea fi găsit în primele iPod-uri clasice.

ARM6 și ARM7 aparțin ARMv3. În această arhitectură, a apărut pentru prima dată unitatea FPU; a fost implementată adresarea memoriei pe 32 de biți și nu pe 26 de biți, ca în primele exemple de arhitectură. ARMv2 și ARMv1 erau din punct de vedere tehnic cipuri de 32 de biți, dar, în realitate, funcționau doar în mod activ cu un spațiu de adrese de 26 de biți. Cache-ul a apărut pentru prima dată în ARMv2.

Numele lor este legiune

Acorn nu intenționa inițial să devină un jucător pe piața procesoarelor. Sarcina proiectului ARM a fost de a crea un cip de producție proprie pentru producția de computere - crearea de computere era pe care Acorn o considera principala afacere.

ARM a evoluat dintr-un grup de dezvoltare într-o companie datorită Apple. În 1990, Apple, împreună cu VLSI și Acorn, au început să dezvolte un procesor low-cost pentru primul computer de buzunar, Newton. În aceste scopuri, a fost creată o companie separată, care a primit numele proiectului intern Acorn - ARM.

Cu participarea Apple, a fost creat un procesor ARM6, care este cel mai apropiat de cipurile moderne de la un dezvoltator englez. În același timp, DEC a reușit să breveteze arhitectura ARM6 și a început să producă cipuri sub marca StrongARM. Câțiva ani mai târziu, tehnologia a fost transferată către Intel ca parte a unei alte dispute privind brevetele. Gigantul microprocesoarelor și-a creat propriul analog, procesorul XScale, bazat pe ARM. Dar la mijlocul deceniului precedent, Intel a scăpat de acest „activ non-core”, concentrându-se exclusiv pe x86. XScale a trecut în mâinile lui Marvell, care deja a licențiat ARM.

La început, ARM, care era nou în lume, nu a fost capabil să producă procesoare. Conducerea sa a ales un alt mod de a face bani. Arhitectura ARM a fost simplă și flexibilă. La început, nucleul nici măcar nu avea cache, așa că ulterior modulele suplimentare, inclusiv FPU, controlerele nu au fost strâns integrate în procesor, ci au fost, parcă, atașate la bază.

În consecință, ARM a pus mâna pe un designer inteligent care a permis companiilor avansate din punct de vedere tehnologic să creeze procesoare sau microcontrolere care să corespundă nevoilor lor. Acest lucru se face folosind așa-numitele coprocesoare, care pot extinde funcționalitatea standard. În total, arhitectura acceptă până la 16 coprocesoare (numerele de la 0 la 15), dar numărul 15 este rezervat coprocesorului care realizează funcții de gestionare a memoriei și a cache-ului.

Perifericele se conectează la cipul ARM, mapându-și registrele la spațiul de memorie al procesorului sau al coprocesorului. De exemplu, un cip de procesare a imaginii poate consta dintr-un nucleu relativ simplu bazat pe ARM7TDMI și un coprocesor care asigură decodarea semnalului HDTV.

ARM a început să își acorde licențe arhitectura. Alte companii l-au implementat deja în siliciu, printre care Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, dar și complet non-core precum Samsung, Nokia, Nintendo sau Canon.

Absența fabricilor proprii, precum și taxele impresionante de licențiere, au permis ARM să fie mai flexibil în dezvoltarea de noi versiuni ale arhitecturii. Compania le-a copt ca niște prăjituri calde, intrând în nișe noi. Pe lângă smartphone-uri și tablete, arhitectura este utilizată în procesoare specializate, de exemplu, în navigatoarele GPS, camerele digitale și camerele video. Pe baza acestuia sunt create controlere industriale și alte cipuri pentru sistemele încorporate.

Sistemul de licențiere ARM este un adevărat hipermarket de microelectronice. Compania acordă licențe nu numai arhitecturi noi, ci și vechi. Acesta din urmă poate fi folosit pentru a crea microcontrolere sau cipuri pentru dispozitive cu costuri reduse. Desigur, nivelul taxelor de licență depinde de gradul de noutate și complexitate al variantei de arhitectură de interes pentru producător. În mod tradițional, procesele tehnice pentru care ARM dezvoltă procesoare sunt cu 1-2 pași în urma celor considerate relevante pentru x86. Eficiența energetică ridicată a arhitecturii o face mai puțin dependentă de trecerea la noi standarde tehnologice. Intel și AMD se străduiesc să creeze cipuri mai subțiri pentru a crește frecvențele și numărul de nuclee, menținând în același timp dimensiunea fizică și consumul de energie. ARM are în mod inerent cerințe mai mici de putere și oferă, de asemenea, niveluri mai ridicate de performanță pe watt.

Caracteristici ale procesoarelor NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell

Prin licențierea ARM în stânga și în dreapta, dezvoltatorii și-au consolidat poziția arhitecturii lor în detrimentul competențelor partenerilor lor. Un exemplu clasic în acest caz este NVIDIA Tegra. Această linie de sisteme pe cip se bazează pe arhitectura ARM, dar NVIDIA a avut deja propriile sale dezvoltări foarte serioase în domeniul graficii 3D și al logicii sistemului.

ARM oferă licențiatorilor săi o largă discreție pentru a reproiecta arhitectura. În consecință, inginerii NVIDIA au putut combina în Tegra punctele forte ale ARM (CPU computing) și propriile produse - lucrând cu grafică tridimensională etc. Drept urmare, Tegra are cea mai mare performanță 3D pentru clasa sa de procesoare. Sunt cu 25-30% mai rapid decât PowerVR, folosit de Samsung și Texas Instruments, și sunt aproape de două ori mai rapid decât Adreno, dezvoltat de Qualcomm.

Alți producători de procesoare bazate pe arhitectura ARM consolidează anumite blocuri suplimentare și îmbunătățesc cipuri pentru a obține frecvențe și performanțe mai mari.

De exemplu, Qualcomm nu folosește designul de referință ARM. Inginerii companiei l-au refăcut serios și l-au numit Scorpio - este baza cipurilor Snapdragon. Designul a fost parțial reproiectat pentru a se adapta unor procese tehnice mai sofisticate decât cele furnizate de IP ARM standard. Drept urmare, primele Snapdragons au fost produse la 45 nm, ceea ce le-a oferit frecvențe mai mari. Iar noua generație a acestor procesoare cu 2,5 GHz declarat poate deveni chiar cea mai rapidă dintre analogii bazați pe ARM Cortex-A9. Qualcomm folosește și propriul nucleu grafic Adreno, creat pe baza dezvoltărilor achiziționate de la AMD. Deci, într-un fel, Snapdragon și Tegra sunt inamici la nivel genetic.

Când a creat Hummingbird, Samsung a urmat și calea optimizării arhitecturii. Coreenii, împreună cu compania Intrinsity, au schimbat logica, reducând astfel numărul de instrucțiuni necesare pentru a efectua anumite operațiuni. Astfel, am reușit să câștigăm 5-10% din productivitate. În plus, au fost adăugate un cache L2 dinamic și o extensie multimedia ARM NEON. Coreenii au folosit PowerVR SGX540 ca modul grafic.

Texas Instruments în noua sa serie OMAP bazată pe arhitectura ARM Cortex-A a adăugat un modul IVA special responsabil pentru accelerarea procesării imaginii. Vă permite să procesați rapid datele care vin de la senzor la camera încorporată. În plus, este conectat la ISP și ajută la accelerarea video. OMAP folosește și grafica PowerVR.

Apple A4 are un cache mare de 512 KB, folosește grafică PowerVR, iar nucleul ARM în sine este construit pe o variantă a arhitecturii reproiectate de Samsung.

Apple A5 dual-core, care a debutat pe iPad 2 la începutul lui 2011, se bazează pe arhitectura ARM Cortex-A9, la fel ca cea optimizată anterior de Samsung. În comparație cu A4, noul cip are dublul cantității de memorie cache de nivel al doilea - a fost mărit la 1 MB. Procesorul conține un controler RAM cu două canale și are o unitate video îmbunătățită. Drept urmare, funcționează de două ori mai bine decât Apple A4 în unele sarcini.

Marvell oferă cipuri bazate pe propria arhitectură Sheeva, care, la o inspecție mai atentă, se dovedește a fi un hibrid de XScale, odată achiziționat de la Intel, și ARM. Aceste cipuri au o cantitate mai mare de memorie cache în comparație cu analogii și sunt echipate cu un modul multimedia special.

În prezent, licențiații ARM produc doar cipuri bazate pe arhitectura ARM Cortex-A9. În același timp, deși vă permite să creați variante quad-core, NVIDIA, Apple, Texas Instruments și altele sunt încă limitate la modele cu unul sau două nuclee. În plus, cipurile funcționează la frecvențe de până la 1,5 GHz. Cortex-A9 vă permite să faceți procesoare de doi GHz, dar, din nou, producătorii nu încearcă să crească rapid frecvențele - până la urmă, deocamdată piața va avea suficiente procesoare dual-core la 1,5 GHz.

Procesoarele bazate pe Cortex-A15 ar trebui să devină cu adevărat multi-core, dar chiar dacă sunt anunțate, sunt doar pe hârtie. Apariția lor în siliciu ar trebui așteptată anul viitor.

Procesoare moderne de licențiere ARM bazate pe Cortex-A9:

x86 este principalul candidat

x86 este un reprezentant al arhitecturilor CISC. Ei folosesc setul complet de comenzi. O instrucțiune în acest caz efectuează mai multe operații de nivel scăzut. Codul programului, spre deosebire de ARM, este mai compact, dar nu se execută la fel de repede și necesită mai multe resurse. În plus, de la bun început, x86 au fost echipate cu toate blocurile necesare, ceea ce a implicat atât versatilitatea, cât și lăcomia. S-a cheltuit energie suplimentară pentru executarea necondiționată, paralelă a comenzilor. Acest lucru vă permite să obțineți un avantaj de viteză, dar unele operații sunt efectuate în zadar deoarece nu îndeplinesc condițiile anterioare.

Acestea erau x86-urile clasice, dar începând cu 80486, Intel a creat de facto un nucleu RISC intern care executa instrucțiuni CISC, descompuse anterior în instrucțiuni mai simple. Procesoarele moderne Intel și AMD au același design.

Windows 8 și ARM

ARM și x86 diferă astăzi cu mai puțin de 30 de ani în urmă, dar încă se bazează pe principii diferite, care le separă în nișe diferite ale pieței procesoarelor. Arhitecturile nu s-ar fi intersectat niciodată dacă computerul în sine nu s-ar fi schimbat.

Mobilitatea și eficiența costurilor au fost pe primul loc și s-a acordat mai multă atenție smartphone-urilor și tabletelor. Apple câștigă mulți bani din gadgeturile mobile și din infrastructura legată de acestea. Microsoft nu vrea să rămână în urmă și a încercat să câștige un loc pe piața tabletelor pentru al doilea an. Google are destul de mult succes.

PC-ul desktop devine în primul rând un instrument de lucru; nișa computerului de uz casnic este ocupată de tablete și dispozitive specializate. În aceste condiții, Microsoft urmează să facă un pas fără precedent. . Nu este încă pe deplin clar la ce va duce acest lucru. Vom obține două versiuni ale sistemului de operare sau una care va funcționa cu ambele arhitecturi. Suportul ARM de la Microsoft va ucide sau nu x86?

Există încă puține informații. Microsoft a demonstrat Windows 8 care rulează pe un dispozitiv cu procesor ARM în timpul CES 2011. Steve Ballmer a arătat că pe platforma ARM folosind Windows puteți viziona videoclipuri, lucra cu imagini, naviga pe Internet - Internet Explorer a funcționat chiar și cu accelerare hardware - conectați USB- dispozitive, imprimați documente. Cel mai important lucru despre acest demo a fost prezența Microsoft Office care rulează pe ARM fără participarea unei mașini virtuale. La prezentare au fost prezentate trei gadgeturi bazate pe procesoare de la Qualcomm, Texas Instruments și NVIDIA. Windows avea un shell standard „șapte”, dar reprezentanții Microsoft au anunțat un nucleu de sistem nou, reproiectat.

Cu toate acestea, Windows nu este doar un sistem de operare realizat de inginerii Microsoft, este și milioane de programe. Unele software sunt esențiale pentru oamenii din multe profesii. De exemplu, pachetul Adobe CS. Compania va suporta o versiune ARM-Windows a software-ului sau noul nucleu va permite Photoshop și alte aplicații populare să ruleze pe computere cu NVIDIA Tegra sau alte cipuri similare fără modificări suplimentare de cod?

În plus, întrebarea se pune și cu plăcile video. În zilele noastre, plăcile video pentru laptopuri sunt realizate prin optimizarea consumului de energie al cipurilor grafice desktop - sunt arhitectural la fel. În același timp, acum o placă video este ceva ca un „calculator într-un computer” - are propria sa RAM ultra-rapidă și propriul cip de calcul, care este semnificativ superior procesoarelor convenționale în sarcini specifice. Este de la sine înțeles că aplicațiile care funcționează cu grafică 3D au fost optimizate corespunzător pentru acestea. Da, și diverse programe de editare video și editori grafici (în special Photoshop din versiunea CS4), și mai recent, de asemenea, browserele folosesc accelerarea hardware folosind GPU-uri.

Desigur, în Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS și alte sisteme mobile s-a făcut optimizarea necesară pentru diversele acceleratoare mobile (mai precis, ultra-mobile) de pe piață. Cu toate acestea, acestea nu sunt acceptate în Windows. Driverele, desigur, vor fi scrise (și au fost deja scrise - procesoarele din seria Intel Atom Z500 vin cu un chipset care integrează nucleul grafic PowerVR SGX 535 „smartphone”), dar optimizarea aplicațiilor pentru ele poate întârzia, dacă este deloc. .

Evident, „ARM pe desktop” nu se va descurca cu adevărat. Poate în sisteme de putere redusă pe care vor accesa internetul și vor viziona filme. Pe netops în general. Deci, ARM încearcă până acum să țintească doar nișa pe care Intel Atom a ocupat-o și pe care AMD o urmărește acum în mod activ cu platforma sa Brazos. Și ea, se pare, va reuși parțial. Cu excepția cazului în care ambele companii de procesoare vin cu ceva foarte competitiv.

În unele locuri, Intel Atom și ARM sunt deja în competiție. Acestea sunt folosite pentru a crea stocare de date în rețea și servere de putere redusă care pot deservi un birou sau un apartament mic. Există, de asemenea, câteva proiecte comerciale de clustere bazate pe cipuri Intel rentabile. Caracteristicile noilor procesoare bazate pe ARM Cortex-A9 le permit să fie folosite pentru a susține infrastructura. Astfel, în câțiva ani s-ar putea să obținem servere ARM sau ARM-NAS pentru rețele locale mici, iar apariția serverelor web cu putere redusă nu poate fi exclusă.

Prima sparring

Principalul concurent al lui ARM din partea x86 este Intel Atom, iar acum putem adăuga . O comparație între x86 și ARM a fost realizată de Van Smith, care a creat OpenSourceMark, pachetele de testare miniBench și unul dintre co-autorii SiSoftware Sandra. La „cursă” au participat Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050. Frecvențele cipurilor x86 au fost reduse, dar aveau totuși un avantaj datorită memoriei mai avansate.

Rezultatele s-au dovedit a fi foarte interesante. Cipul ARM s-a dovedit a fi la fel de rapid ca și concurenții săi în operațiuni cu numere întregi, consumând în același timp mai puțină energie. Nu este nimic surprinzător aici. Inițial, arhitectura a fost destul de rapidă și economică. În operațiunile cu virgulă mobilă, ARM a fost inferior x86. Unitatea FPU tradițională puternică găsită în cipurile Intel și AMD a avut un impact aici. Să ne amintim că a apărut în ARM relativ recent. Sarcinile care revin FPU ocupă un loc semnificativ în viața unui utilizator modern - acestea sunt jocurile, codificarea video și audio și alte operațiuni de streaming. Desigur, testele efectuate de Van Smith nu mai sunt atât de relevante astăzi. ARM și-a consolidat semnificativ punctele slabe ale arhitecturii sale în versiunile Cortex-A9 și în special Cortex-A15, care, de exemplu, poate executa deja instrucțiuni necondiționat, paralelizând rezolvarea problemelor.

Perspective pentru ARM

Deci, ce arhitectură ar trebui să alegi până la urmă, ARM sau x86? Cel mai corect ar fi să pariezi pe ambele. Astăzi trăim în condiții de reformatare a pieței calculatoarelor. În 2008, se prevedea că netbook-urile vor avea un viitor strălucit. Laptopurile compacte ieftine trebuiau să devină computerul principal pentru majoritatea utilizatorilor, mai ales pe fundalul crizei globale. Dar apoi economia a început să se redreseze și a apărut iPad-ul. Acum tabletele sunt declarați regii pieței. Cu toate acestea, tableta este bună ca o consolă de divertisment, dar nu foarte convenabilă pentru serviciu, în primul rând datorită introducerii tactile - scrierea acestui articol pe un iPad ar fi foarte dificilă și consumatoare de timp. Tabletele vor rezista testului timpului? Poate că peste câțiva ani vom veni cu o jucărie nouă.

Dar totuși, în segmentul mobil, unde performanța înaltă nu este necesară, iar activitatea utilizatorilor este limitată în principal la divertisment și nu este legată de muncă, ARM pare de preferat x86. Acestea oferă un nivel acceptabil de performanță, precum și o durată lungă de viață a bateriei. Încercările Intel de a aduce Atom până în prezent nu au avut succes. ARM stabilește un nou punct de referință pentru performanța pe watt. Cel mai probabil, ARM va avea succes în gadgeturile mobile compacte. Ei pot deveni și lideri pe piața netbook-urilor, dar aici totul depinde nu atât de dezvoltatorii de procesoare, cât de Microsoft și Google. Dacă primul implementează suportul ARM normal în Windows 8, iar al doilea aduce sistemul de operare Chrome la bun sfârșit. Până acum, smartbook-urile propuse de Qualcomm nu au ajuns pe piață. Netbook-urile bazate pe x86 au supraviețuit.

Potrivit ARM, o descoperire în această direcție ar trebui făcută de arhitectura Cortex-A15. Compania recomandă procesoare dual și quad-core bazate pe acesta cu o frecvență de 1,0-2,0 GHz pentru sistemele home entertainment care vor combina un media player, un televizor 3D și un terminal de internet. Cipurile quad-core cu o frecvență de 1,5-2,5 GHz pot deveni baza serverelor de acasă și web. În cele din urmă, cel mai ambițios caz de utilizare pentru Cortex-A15 este infrastructura de rețea wireless. Aici pot fi folosite cipuri cu patru sau mai multe nuclee și o frecvență de 1,5-2,5 GHz.

Dar deocamdată acestea sunt doar planuri. Cortex-A15 a fost introdus de ARM în septembrie anul trecut. Cortex-A9 a fost prezentat de companie în octombrie 2007, doi ani mai târziu compania a prezentat varianta A9 cu capacitatea de a crește frecvența cipurilor la 2,0 GHz. Spre comparație, NVIDIA Tegra 2 - una dintre cele mai populare soluții bazate pe Cortex-A9 - a fost lansat abia în ianuarie anul trecut. Ei bine, utilizatorii au putut atinge primele gadgeturi bazate pe acesta după încă șase luni.

Segmentul PC-urilor de lucru și soluțiile de înaltă performanță vor rămâne cu x86. Acest lucru nu va însemna moartea arhitecturii, dar în termeni monetari, Intel și AMD ar trebui să se pregătească pentru pierderea unei părți din venitul care va merge către producătorii de procesoare ARM.

În zilele noastre, există două arhitecturi de procesoare cele mai populare. Acesta este x86, care a fost dezvoltat în anii 80 și este folosit în computerele personale și ARM - unul mai modern, care face procesoarele mai mici și mai economice. Este folosit pe majoritatea dispozitivelor mobile sau tabletelor.

Ambele arhitecturi au avantajele și dezavantajele lor, precum și domenii de aplicare, dar există și caracteristici comune. Mulți experți spun că ARM este viitorul, dar are încă câteva dezavantaje pe care x86 nu le are. În articolul nostru de astăzi ne vom uita la modul în care arhitectura brațului diferă de x86. Să ne uităm la diferențele fundamentale dintre ARM și x86 și, de asemenea, să încercăm să stabilim care este mai bun.

Procesorul este componenta principală a oricărui dispozitiv de calcul, fie că este un smartphone sau un computer. Performanța sa determină cât de repede va funcționa dispozitivul și cât de mult poate funcționa pe baterie. Mai simplu spus, o arhitectură de procesor este un set de instrucțiuni care pot fi folosite pentru a compune programe și sunt implementate în hardware folosind anumite combinații de tranzistori de procesor. Acestea sunt cele care permit programelor să interacționeze cu hardware-ul și să determine modul în care datele vor fi transferate și citite din memorie.

În prezent, există două tipuri de arhitecturi: CISC (Complex Instruction Set Computing) și RISC (Reduced Instruction Set Computing). Primul presupune că procesorul va implementa instrucțiuni pentru toate ocaziile, al doilea, RISC, stabilește dezvoltatorilor sarcina de a crea un procesor cu un set de instrucțiuni minime necesare pentru funcționare. Instrucțiunile RISC sunt mai mici și mai simple.

arhitectura x86

Arhitectura procesorului x86 a fost dezvoltată în 1978 și a apărut pentru prima dată în procesoarele Intel și este de tip CISC. Numele său este preluat de la modelul primului procesor cu această arhitectură - Intel 8086. De-a lungul timpului, în lipsa unei alternative mai bune, alți producători de procesoare, de exemplu, AMD, au început să susțină această arhitectură. Acum este standardul pentru computere desktop, laptopuri, netbook-uri, servere și alte dispozitive similare. Dar uneori procesoarele x86 sunt folosite în tablete, aceasta este o practică destul de comună.

Primul procesor Intel 8086 a avut o capacitate de 16 biți, apoi în 2000 a fost lansat un procesor cu arhitectură de 32 de biți și chiar mai târziu a apărut o arhitectură de 64 de biți. Am discutat acest lucru în detaliu într-un articol separat. În acest timp, arhitectura s-a dezvoltat foarte mult; au fost adăugate noi seturi de instrucțiuni și extensii, care pot crește foarte mult performanța procesorului.

x86 are mai multe dezavantaje semnificative. În primul rând, aceasta este complexitatea comenzilor, confuzia lor, care a apărut din cauza istoriei lungi de dezvoltare. În al doilea rând, astfel de procesoare consumă prea multă energie și generează multă căldură din această cauză. Inginerii x86 au luat inițial calea obținerii de performanțe maxime, iar viteza necesită resurse. Înainte de a ne uita la diferențele dintre brațul x86, să vorbim despre arhitectura ARM.

Arhitectura ARM

Această arhitectură a fost introdusă puțin mai târziu în spatele x86 - în 1985. A fost dezvoltat de celebra companie britanică Acorn, apoi această arhitectură s-a numit Arcon Risk Machine și a aparținut tipului RISC, dar apoi a fost lansată versiunea sa îmbunătățită Advanted RISC Machine, care acum este cunoscută sub numele de ARM.

La dezvoltarea acestei arhitecturi, inginerii și-au stabilit obiectivul de a elimina toate deficiențele x86 și de a crea o arhitectură complet nouă și cea mai eficientă. Cipurile ARM au primit un consum minim de energie și un preț scăzut, dar au avut performanțe scăzute în comparație cu x86, așa că inițial nu au câștigat prea multă popularitate pe computerele personale.

Spre deosebire de x86, dezvoltatorii au încercat inițial să obțină costuri minime de resurse; au mai puține instrucțiuni de procesor, mai puțini tranzistori, dar și, în consecință, mai puține funcții suplimentare. Dar performanța procesoarelor ARM s-a îmbunătățit în ultimii ani. Având în vedere acest lucru și consumul redus de energie, acestea au devenit foarte utilizate pe dispozitivele mobile precum tablete și smartphone-uri.

Diferențele dintre ARM și x86

Și acum că ne-am uitat la istoria dezvoltării acestor arhitecturi și la diferențele lor fundamentale, să facem o comparație detaliată a ARM și x86 pe baza diferitelor caracteristici ale acestora, pentru a determina care este mai bine și să înțelegem mai precis care sunt diferențele lor.

Productie

Producția x86 vs arm este diferită. Doar două companii produc procesoare x86: Intel și AMD. Inițial, aceasta a fost o singură companie, dar aceasta este o cu totul altă poveste. Doar aceste companii au dreptul să producă astfel de procesoare, ceea ce înseamnă că numai ele vor controla direcția dezvoltării infrastructurii.

ARM funcționează foarte diferit. Compania care dezvoltă ARM nu lansează nimic. Ei pur și simplu eliberează permisiunea de a dezvolta procesoare cu această arhitectură, iar producătorii pot face orice au nevoie, de exemplu, să producă cipuri specifice cu modulele de care au nevoie.

Numărul de instrucțiuni

Acestea sunt principalele diferențe dintre arhitectura arm și x86. Procesoarele x86 s-au dezvoltat rapid ca mai puternice și mai productive. Dezvoltatorii au adăugat un număr mare de instrucțiuni pentru procesor și nu există doar un set de bază, ci destul de multe comenzi de care ar putea fi făcute fără. Inițial, acest lucru a fost făcut pentru a reduce cantitatea de memorie ocupată de programele de pe disc. Au fost dezvoltate și multe opțiuni pentru protecție și virtualizare, optimizare și multe altele. Toate acestea necesită tranzistori și energie suplimentare.

ARM este mai simplu. Există mult mai puține instrucțiuni de procesor aici, doar cele de care sistemul de operare are nevoie și sunt efectiv folosite. Dacă comparăm x86, atunci doar 30% din toate instrucțiunile posibile sunt folosite acolo. Sunt mai ușor de învățat dacă decideți să scrieți programe manual și, de asemenea, necesită mai puțini tranzistori pentru a fi implementați.

Consumul de energie

O altă concluzie reiese din paragraful precedent. Cu cât sunt mai mulți tranzistori pe placă, cu atât suprafața și consumul de energie sunt mai mari, iar inversul este, de asemenea, adevărat.

Procesoarele x86 consumă mult mai multă energie decât ARM. Dar consumul de energie este afectat și de dimensiunea tranzistorului în sine. De exemplu, un procesor Intel i7 consumă 47 de wați, iar orice procesor pentru smartphone ARM nu consumă mai mult de 3 wați. Anterior, au fost produse plăci cu dimensiunea unui singur element de 80 nm, apoi Intel a realizat o reducere la 22 nm, iar anul acesta oamenii de știință au reușit să creeze o placă cu dimensiunea elementului de 1 nanometru. Acest lucru va reduce foarte mult consumul de energie fără a pierde performanța.

În ultimii ani, consumul de energie al procesoarelor x86 a scăzut foarte mult, de exemplu, noile procesoare Intel Haswell pot dura mai mult pe baterie. Acum, diferența dintre arm vs x86 dispare treptat.

Disiparea căldurii

Numărul de tranzistori afectează un alt parametru - generarea de căldură. Dispozitivele moderne nu pot transforma toată energia în acțiune eficientă; o parte din ea este disipată sub formă de căldură. Eficiența plăcilor este aceeași, ceea ce înseamnă că cu cât sunt mai puține tranzistoare și cu cât dimensiunea lor este mai mică, cu atât procesorul va genera mai puțină căldură. Aici nu se mai pune întrebarea dacă ARM sau x86 vor genera mai puțină căldură.

Performanța procesorului

ARM nu a fost conceput inițial pentru performanță maximă, aici excelează x86. Acest lucru se datorează parțial numărului mai mic de tranzistori. Dar recent, performanța procesoarelor ARM a crescut și pot fi deja utilizate pe deplin în laptopuri sau servere.

concluzii

În acest articol, ne-am uitat la modul în care ARM diferă de x86. Diferentele sunt destul de serioase. Dar în ultima vreme linia dintre ambele arhitecturi s-a estompat. Procesoarele ARM devin din ce în ce mai productive și mai rapide, iar procesoarele x86, datorită reducerii dimensiunii elementului structural al plăcii, încep să consume mai puțină energie și să genereze mai puțină căldură. Puteți găsi deja procesoare ARM pe servere și laptopuri și x86 pe tablete și smartphone-uri.

Ce părere aveți despre aceste x86 și ARM? Ce tehnologie este viitorul în opinia dumneavoastră? Scrieți în comentarii! Apropo, .

Pentru a încheia videoclipul despre dezvoltarea arhitecturii ARM: