Procesori i krahut çfarë. Analizë krahasuese e mikrokontrolluesve me bërthamë ARM

Për shkak të rritjes së vazhdueshme të numrit të aplikacioneve që shtrojnë kërkesa në rritje për performancën e përpunimit të të dhënave, ka një tendencë në zhvillim të rritjes së kërkesës për 32-bit. mikrokontrolluesit. Ky përfundim është bërë nga kompania e marketingut Semico, e cila parashikon një mbizotërim 2-fish të kapacitetit të tregut 32-bit. mikrokontrollues mbi 8 dhe 16-bit. në vitin 2007. Në këtë drejtim, qëllimi i këtij artikulli është të paraqesë tendencat e përgjithshme në zhvillimin e një prej 32-bitëve më të zakonshëm. Bërthamat ARM dhe japin një vlerësim krahasues të mikrokontrolluesve bazuar në to nga prodhuesit më të përballueshëm në tregjet e CIS.

Përmbledhje e Arkitekturës ARM

Bërthama e mikrokontrolluesit ARM u zhvillua nga kompania angleze me të njëjtin emër, e themeluar në vitin 1990. Emri ARM vjen nga "Advanced RISC Machines". Duhet theksuar se kompania është e specializuar thjesht në zhvillimin e bërthamave të mikroprocesorëve dhe njësive periferike, ndërkohë që nuk ka objekte prodhimi për prodhimin e mikrokontrolluesve. ARM i furnizon modelet e veta në formë elektronike, nga të cilat klientët dizajnojnë mikrokontrolluesit e tyre. Klientët e kompanisë përfshijnë mbi 60 kompani të prodhimit të gjysmëpërçuesve, ndër të cilët janë prodhues të tillë të njohur në tregun e komponentëve gjysmëpërçues në vendet e CIS si Altera, Pajisjet Analoge, Atmel, Cirrus Logic, Fujitsu, MagnaChip (Hynix), Intel, Motorola, National Semiconductor , Philips, ST Microelectronics dhe Texas Instruments.

Aktualisht, arkitektura ARM zë një pozicion udhëheqës dhe mbulon 75% të tregut 32-bit. mikroprocesorët e integruar RISC. Prevalenca e kësaj bërthame shpjegohet me standardizimin e tij, i cili i ofron zhvilluesit mundësinë për të përdorur në mënyrë më fleksibël zhvillimet e softuerit të tyre dhe të palëve të treta, si kur kalon në një bërthamë të re procesori ARM, ashtu edhe kur migron midis llojeve të ndryshme të ARM. mikrokontrolluesit.

Aktualisht janë zhvilluar gjashtë familje kryesore (shih Figurën 1): ARM7™, ARM9™, ARM9E™, ARM10™, ARM11™ dhe SecurCore™. Familjet XScale™ dhe StrongARM® janë zhvilluar gjithashtu së bashku me Intel.

Disa zgjerime mund të integrohen si një shtesë në arkitekturën ARM:

• Thumb® - 16-bit një grup udhëzimesh që përmirëson efikasitetin e përdorimit të kujtesës së programit;
• DSP - një grup udhëzimesh aritmetike për përpunimin e sinjalit dixhital;
• Jazelle™ - shtesë për ekzekutimin e drejtpërdrejtë të instruksioneve të Java nga hardueri;
• Media - një zgjatje për 2-4 herë shpejtësinë e përpunimit të sinjaleve audio dhe video.

Figura 1. Bërthamat e procesorit ARM

Nivelet rekorde që ka kaluar arkitektura ARM janë shpejtësi mbi 1 GHz dhe konsum specifik prej 1 μW/MHz. Në varësi të qëllimit të tyre, procesorët ARM ndahen në tre grupe (shih Figurën 2):

• Procesorë të sistemit operativ me platformë të hapur për komunikime me valë, imazhe dhe aplikacione të elektronikës së konsumit.
• Procesorë për sisteme operative të integruara në kohë reale për aplikacionet e ruajtjes, industriale, automobilave dhe rrjeteve.
• Sistemi i mbrojtjes së të dhënave për kartat smart dhe kartat SIM.

0,18 µm (0,13 µm)
Bërthamë	Memorie cache	Sipërfaqja, mm 2	Konsumi specifik mW/MHz	Frekuenca, 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. Të dhënat teknike për bërthamat e procesorit
VSE - emulator në qark, RT - në kohë reale, DSP - procesor dixhital i sinjalit, SIMD - të dhëna të shumta në një instruksion, TCM - memorie e lidhur dendur (cache), ETM - makroqeliza të integruara të gjurmës, VIC - kontrollues i ndërprerjeve të vektorizuar, ASB , AHB - llojet e gomave të brendshme

Premtimi i bërthamës ARM bëhet i dukshëm pas njoftimit revolucionar nga Atmel në konferencën e zhvilluesve të mikrokontrolluesve ARM, e cila u zhvillua në Santa Clara (SHBA) në tetor 2004. Thelbi i njoftimit ishte synimi i Atmel për të prodhuar 32-bit. Mikrokontrolluesit AT91SAM7S me çmim 8-bit, që synojnë 8-bit. aplikacione për të zgjeruar funksionalitetin e përpunimit të informacionit, duke ruajtur koston e tyre konkurruese në të njëjtin nivel.

Set instruksionesh me gishtin e madh

32-bit Procesorët ARM mbështesin 16-bitët e mëparshëm. zhvillim përmes mbështetjes për grupin e udhëzimeve Thumb. Duke përdorur 16-bit udhëzimet mund të kursejnë deri në 35% memorie në krahasim me një 32-bit ekuivalent. kodin, duke ruajtur të gjitha përfitimet e 32-bit. sistemet, për shembull, aksesi në memorie me 32-bit. hapësirë ​​adresash.

Teknologjia SIMD

Teknologjia SIMD (shumë të dhëna në një instruksion) përdoret në zgjerimin e medias dhe synon të rrisë shpejtësinë e përpunimit të të dhënave në aplikacionet që kërkojnë konsum të ulët të energjisë. Shtesat SIMD janë optimizuar për një gamë të gjerë softuerësh, përfshirë. kodekët audio/video, ku ju lejojnë të rrisni shpejtësinë e përpunimit me 4 herë.

Set instruksionesh DSP

Shumë aplikacione vendosin kërkesa në rritje për shpejtësinë e përpunimit të sinjalit në kohë reale. Tradicionalisht, në situata të tilla, zhvilluesit përdorin një procesor të sinjalit dixhital (DSP), i cili rrit konsumin e energjisë dhe koston e vetë zhvillimit dhe pajisjes përfundimtare. Për të eliminuar këto mangësi, një numër i procesorëve ARM integrojnë instruksionet DSP që ekzekutojnë 16-bit. dhe 32-bit veprimet aritmetike.

Teknologjia Jazelle®

Teknologjia ARM Jazelle synon aplikacionet që mbështesin gjuhën e programimit Java. Ai ofron një kombinim unik të performancës së lartë, kostos së ulët të sistemit dhe kërkesave për konsum të ulët të energjisë, të cilat nuk mund të arrihen njëkohësisht duke përdorur një bashkëprocesor ose një procesor të dedikuar Java.

Teknologjia ARM Jazelle është një zgjerim në 32-bit. Arkitektura RISC, e cila lejon procesorin ARM të ekzekutojë kodin Java në harduer. Në të njëjtën kohë, shpejtësia e patejkalueshme e ekzekutimit të kodit Java arrihet duke përdorur arkitekturën ARM. Kështu, zhvilluesit kanë mundësinë të zbatojnë lirisht aplikacionet Java, përfshirë. sistemet operative dhe kodi i aplikacionit në një procesor.

Teknologjia Jazelle është aktualisht e integruar në procesorët e mëposhtëm ARM: ARM1176JZ(F)-S, ARM1136J(F)-S, ARM1026EJ-S, ARM926EJ-S dhe ARM7EJ-S.

Procesorët tradicionalë ARM mbështesin 2 grupe instruksionesh: modaliteti ARM mbështet udhëzimet 32-bit dhe modaliteti Thumb ngjesh udhëzimet më të njohura në 16-bit. format. Teknologjia Jazelle e zgjeron këtë koncept duke shtuar një grup të tretë instruksionesh Java që aktivizohet në një modalitet të ri Java.

Teknologjia Inteligjente e Menaxhimit të Energjisë

Një nga detyrat kryesore që zhvilluesit e pajisjeve portative (për shembull, telefonat inteligjentë, asistentët personalë dixhitalë dhe lojtarët audio/video) zgjidhin është optimizimi i konsumit të energjisë, i cili lejon përmirësimin e karakteristikave të performancës së pajisjes së përfunduar duke zgjatur jetën e baterisë ose duke zvogëluar madhësinë. të pajisjes.

Një metodë tradicionale e reduktimit të konsumit të energjisë është përdorimi i mënyrave ekonomike të funksionimit, për shembull, boshe ose gjumë, të cilat ndryshojnë në thellësinë e çaktivizimit të elementeve të brendshëm. Si rregull, mënyra aktive e funksionimit të një sistemi të tillë është projektuar për kushtet më të këqija të funksionimit dhe karakterizohet nga ngarkesa maksimale, duke ulur kështu në mënyrë të pajustifikueshme jetëgjatësinë e baterisë. Kështu, për të optimizuar më tej konsumin e energjisë së baterisë, zhvilluesit i kushtojnë vëmendje të veçantë menaxhimit të energjisë në modalitetin aktiv.

Për të lehtësuar këtë proces, teknologjia Intelligent Energy Manager (IEM) është zhvilluar për procesorët ARM. Kjo teknologji është një kombinim i komponentëve të harduerit dhe softuerit që punojnë së bashku për të kryer shkallëzim dinamik të fuqisë.

Thelbi i metodës dinamike të kontrollit të tensionit të furnizimit bazohet në shprehjen e konsumit të energjisë së procesorëve CMOS:

ku P është konsumi total i energjisë, C është kapaciteti i kalimit, fc është frekuenca e procesorit, është voltazhi i furnizimit, është rryma e rrjedhjes në modalitetin statik. Nga shprehja rrjedh se frekuenca dhe voltazhi i furnizimit mund të ndryshojnë për të rregulluar konsumin e energjisë.

Ulja e frekuencës për të reduktuar konsumin e energjisë përdoret gjerësisht në mikrokontrolluesit dhe sistemet në çipa (PSoC), por kjo metodë nuk ka disavantazhin e uljes së performancës. Metoda e kontrollit dinamik të tensionit të furnizimit bazohet në ndryshimin e tensionit të furnizimit, megjithatë, nëse shterohen mundësitë e rregullimit, atëherë përdoret metoda shtesë e rregullimit të frekuencës së procesorit.

Mikrokontrolluesit e bazuar në arkitekturën ARM

Tabela 1 paraqet karakteristikat e përgjithshme krahasuese të mikrokontrolluesve ARM nga prodhuesit më të famshëm dhe më të aksesueshëm: Analog Device, Atmel, Philips Semiconductors dhe Texas Instruments, dhe Tabela 2 paraqet të dhënat e tyre teknike në mënyrë më të detajuar.

Tabela 1. Krahasimi i mikrokontrolluesve ARM nga prodhues të ndryshëm sipas karakteristikave kryesore

TMS 470 (Texas Instruments)	AT91 (Atmel)	Mikro konvertues (AD)	LPC2000 (Philips)
Sistemi:
Bërthama ARM7TDMI Ndarësi i orës së jashtme (ECD) ju lejon të rrahni një pajisje të jashtme në frekuencën e dëshiruar	Bërthama ARM7TDMI/ARM920T Oscilator RC i kalibruar opsional i integruar DMA për shkëmbimin e të dhënave ndërmjet pajisjeve periferike dhe kujtesës lehtëson ndjeshëm procesorin Sinkronizimi i veçantë i ndezjes/fikjes për secilën pajisje periferike (250 µA nëse të gjitha janë të fikur) Stabilizues i integruar 1.8 V	Bërthama ARM7TDMI Oscilator RC i kalibruar i integruar (± 3%)	Bërthama ARM7TDMI-S (konsumi specifik pak më i keq në krahasim me ARM7TDMI) Versionet për diapazonin e temperaturës -40…+105°C
Kujtesa:
Memorie flash deri në 1 MB Moduli i mbrojtjes së kujtesës (MSM)	RAM-i statik ekonomik (për shembull, AT91M40800 në 40 MHz me RAM të jashtëm (12 ns) konsumon 120 mA, dhe AT91R40807 me RAM të brendshëm në të njëjtat kushte konsumon 50 mA).	Program flash/memorie të dhënash deri në 62 kB me ruajtje të të dhënave deri në 100 vjet dhe qëndrueshmëri prej 100 mijë cikle shkrimi/fshirjeje	Flash memorie me 128-bit ndërfaqja e përshpejtuesit për funksionimin në 60 MHz
Pajisjet periferike analoge:
ADC me shumë buffer: - 10 bit, 16 kanale, 1,75 µs (magazinimi i mostrave, konvertimi); - aftësia për të organizuar grupe kanalesh; - Modelet e programimit: pajtueshmëria me TMS470R1X ADC dhe buferimi i rezultatit të konvertimit (FIFO); - mënyrat e funksionimit: konvertimi, kalibrimi (kërkimi për pikën e mesit të gabimit të kompensimit ADC); - vetë-testimi (kontrolli për gabime në hyrjet analoge); fike - tre kanale DDP; - nisja e transformimit, përfshirë. grup, sipas ngjarjes së jashtme ose kohëmatësit; - kunjat për specifikimin e të dy kufijve të konvertimit (kunjat ADREFHI dhe ADREFLO).		Sensori i integruar i temperaturës (± 3°C) 12-bit ADC - 1 milion konvertues për sekondë - mënyra asimetrike ose diferenciale të plota 12-bit DAC - sinjali i daljes: voltage - amplifikator opsional i tamponit të daljes; - Furnizimi i plotë me energji elektrike (shinë me hekurudhë) Krahasuesi (K) - 2 hyrje dhe një dalje janë të lidhura me kunjat e mikroqarkullimit	10-bit ADC e shumëfishtë: - koha e konvertimit 2,44 μs (400 mijë konvertime në sekondë) - diapazoni i konvertimit 0...3V - i shkaktuar nga një sinjal ose kohëmatës i jashtëm
Pajisjet periferike dixhitale:
Timer me cilësi të lartë (HET): - një grup prej 21 instruksionesh të specializuara për kontrollin e kohëmatësit; - një mikromakinë e specializuar me kohëmatës të paracaktuar e lidhur me linjat hyrëse-dalëse. Gjenerator i këndit të harduerit (HWAG) për zgjidhjen e problemeve të kontrollit të motorit: - punë e përbashkët me NO	Orë në kohë reale me hyrje të veçantë të energjisë rezervë Kohëmatësi periodik i intervalit (PIT) për të gjeneruar ndërprerje të sinkronizuara me kohë	Matrica logjike e programueshme - dy blloqe që lidhin 16 hyrje dhe 14 dalje - Element logjik me 2 hyrje me çdo funksion të caktuar konvertimi 16-bit trefazor Gjenerator PWM për kontrollin e invertorëve/motorëve - daljet antifazore në secilën fazë me pauzë të rregullueshme pa mbivendosje - frekuencë PWM e rregullueshme	32-bit kohëmatës (kanalet e kapjes së skajeve dhe kanalet e krahasimit), njësia PWM (6 dalje), ora në kohë reale
Ndërfaqet:
Ndërfaqet serike të klasës së dytë (C2SIa dhe C2SIb) - marrja dhe transmetimi i të dhënave në një rrjet multi-master; - komunikimi i TMS470R1Vx me mikroqarqe të jashtme analoge të ndërfaqes; - buferimi, zbulimi i gabimeve dhe prishjeve, kalibrimi etj. Kontrollorët CAN - standard (SCC): kuti postare për 16 mesazhe; - cilësi e lartë (HECC): kuti postare për 32 mesazhe. Ndërfaqja me DSP - lidh megamodulin TMS470R1x dhe TMS320C54x DSP Moduli i zgjerimit të autobusit (EBM): - mbështetje 8 ose 16-bit. memorie e jashtme; - Funksioni I/O me qëllim të përgjithshëm nëse nuk përdoret autobus i jashtëm	Ndërfaqja USB 2.0 Ndërfaqja e memories së jashtme me dalje të konfigurueshme për zgjedhjen e çipave të jashtëm Kontrolluesi i programimit me shpejtësi të lartë: - Mënyrat e programimit të Flash serial dhe paralel Ndërfaqet e kartave flash (RM9200)	Ndërfaqe standarde serike (UART, SPI, I2C)	UART i pajtueshëm me 16C550 - mbështet sinjalet e modemit në një nga UART-et Ndërfaqe memorie e jashtme e konfigurueshme me 4 banka dhe gjerësi të dhënash 8/16/32

Tabela 2. Të dhënat teknike për mikrokontrolluesit ARM nga Atmel, Analog Device, Texas Instruments, Philips Semiconductors

Emri	Bërthamë	Kornizë	Kujtesa		Pajisjet periferike						I/O	Maks. h-ta, MHz
			Flash, kbyte	RAM, kbytes	Timer	ADC, ch/bit	SPI/U(S)APP/I2C	USB Dev/Host	MUND	Të tjera
Mikrokontrolluesit e familjes TMS470 nga 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 fshij. 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, ndër. 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, int.SDRAM, 3xSSC, MCI	96	200
Mikrokontrolluesit e familjes MicroConverter të Pajisjeve Analoge
	ARM7TDMI	CP-40	62	8		5/12	1/1/2			4 x 12 p. DAC, K, PLM	14	45
	ARM7TDMI	CP-40	62	8		8/12	1/1/2			2 x 12 p. 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 12 p. DAC, 3h. 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 me 12 kanale, PWM 3-fazore, K, PLM	40	45
	ARM7TDMI	ST-80	62	8		16/12	1/1/2			3f. PWM, K, PLM	40	45
Mikrokontrolluesit e familjes LPC2000 nga Philips Semiconductors
	ARM7TDMI-S	LQFP48	128	16	4		1/2/1			6 kanale PWM	32	60
	ARM7TDMI-S	LQFP48	128	32	4		1/2/1			6 kanale PWM	32	60
	ARM7TDMI-S	LQFP48	128	64	4		1/2/1			6 kanale PWM	32	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	128	16	4	4/10	2/2/1			6 kanale PWM	46	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	128	16	4	4/10	2/2/1			6 kanale PWM	46	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	256	16	4	4/10	2/2/1			6 kanale PWM	46	60
	ARM7TDMI-S	LQFP64	256	16	4	4/10	2/2/1			6 kanale PWM	46	60
2/2/1			6 kanale PWM	112	60
	ARM7TDMI-S	LQFP144	256	16	4	8/10	2/2/1		2	6 kanale PWM	112	60
	ARM7TDMI-S	LQFP144	256	16	4	8/10	2/2/1		4	6 kanale PWM	112	60

Pavarësisht përdorimit të një bërthame të përbashkët ARM7TDMI në shumicën e mikrokontrolluesve, mikrokontrolluesit nga prodhues të ndryshëm kanë një portret mjaft të qartë. Pajisja Analoge është lider i padiskutueshëm në pajisjet periferike analoge, duke pasur në arsenalin e saj 12-bit. Klasa ADC dhe DAC 1 MHz. Në këtë drejtim, Atmel është dukshëm prapa, i cili në zhvillimin e tij të ADC-ve individuale ka marrë tashmë pengesën 2 GHz, por duke integruar një ADC të mirë në 32-bit. mikrokontrollues, nuk munda. Sidoqoftë, kjo pengesë e mikrokontrolluesve Atmel tejkalon "miqësinë" e tyre (kur përdorni një oshilator dhe stabilizues RC të integruar, do të kërkohet vetëm një tension furnizimi për të ndezur mikrokontrolluesin), efikasitetin dhe më e rëndësishmja, kosto të ulët. Midis mikrokontrolluesve të shqyrtuar, mikrokontrolluesit Atmel janë të vetmit që përmbajnë një ndërfaqe USB. Mikrokontrolluesit TI karakterizohen nga përfaqësimi i tepërt me një kosto të moderuar. Kur punoni me mikrokontrolluesit TMS470, mund të jeni të sigurt për mjaftueshmërinë e burimeve periferike. Mikrokontrolluesit LPC2000 (Philips) mund të quhen mesatarja e artë sipas kritereve në shqyrtim. Ato dallohen nga prania e një UART të bërë në traditën Philips dhe që është në përputhje me standardin 16C550 UART, dhe gjithashtu ka një ndërfaqe modem dhe një modalitet kontrolli të komunikimit harduer me buffering FIFO. Midis mikrokontrolluesve ARM Philips mund të gjeni përfaqësues për një gamë të zgjatur temperaturash prej -40...+105°C.

32-bit mikrokontrolluesit me bërthama alternative

Kur bëhet fjalë për 32-bit. mikrokontrolluesit, do të ishte e padrejtë të mos përmendim 32-bit të tjerë. alternativa ndaj bërthamës së ARM-së. Në këtë drejtim, duhet të theksojmë bërthamën FR nga Fujitsu dhe M68000/M68300 nga Motorola.

Bërthama FR përdoret në një shumëllojshmëri të gjerë mikrokontrolluesish (mbi 40) në familje të shumta dhe përmban një modalitet të grupit të instruksioneve 16-bit për të optimizuar përdorimin e kujtesës së programit me degradim minimal të performancës, i cili është identik me bërthamën ARM. Madhësia e ROM-it dhe RAM-it arrin deri në 512 KB, në varësi të llojit, mbështeten një sërë pajisjesh standarde periferike, përfshirë. 10-bit ADC, 12-bit PWM, ndërfaqja CAN, UART, etj. Ashtu si në rastin e mikrokontrolluesve ARM, mikrokontrolluesit e bazuar në bërthamën FR dallohen nga traditat e përgjithshme që vendos zhvilluesi dhe të cilat janë të njohura në të gjithë linjën e mikrokontrolluesve. Në rastin e Fujitsu, kjo është mbështetje harduerike për endianizmin, një funksion kërkimi i biteve të harduerit, shumë kanale të të njëjtit lloj pajisjesh periferike dhe një hyrje ndërprerjeje e pa maskuar. Shumë mikrokontrollues kanë një 10-bit mjaft të mirë të integruar në to. ADC (koha e konvertimit 1,7 µs) dhe DAC (0,9 µs). Familja FRLite ka vendosur një rekord për konsumin specifik të energjisë prej 1 mA/MHz. Familja FR 65E ka performancën maksimale, me një frekuencë të orës deri në 66 MHz.

32-bit Mikrokontrolluesit Motorola karakterizohen nga zbatimi i tyre nga një grup modulesh funksionale standarde. Familja e mikrokontrolluesve 68300 përfshin: një procesor 32-bit (CPU32), modulet e memories së brendshme, një modul ndërfaqeje të integruar të sistemit (SIM), një modul të ndërfaqes serike (QSM), një njësi të përpunimit të kohës (TPU) ose një modul kohor (GPT). ), një konvertues dixhital analog (ADC) dhe një sërë të tjerëve. Modulet janë të lidhura me njëri-tjetrin nëpërmjet një autobusi intermodule. Procesori CPU32 i përdorur në familjen e mikrokontrolluesve 68300 është i ngjashëm në funksionet e tij bazë me mikroprocesorin 32-bit MC68020 të familjes 68000. Për përdorim në sistemet e komunikimit, prodhohen mikrokontrollues që përmbajnë një modul procesor komunikimi RISC që ka një grup të veçantë mjetet për shkëmbimin e të dhënave. Këta kontrollues komunikimi (68360, 68302, 68356) janë gjithashtu pjesë e familjes 68300. Një veçori e procesorit CPU32 është funksionimi i tij me një autobus të dhënash 16-bit dhe një autobus adresash 24-bit (memorie e adresueshme 16 MB), dhe Parimi kryesor arkitektonik i funksionimit të familjes së përpunuesve 68000 është ndarja e burimeve dhe aftësive të tyre në varësi të klasës së detyrave që zgjidhen. Kjo nënkupton zbatimin e dy klasave të detyrave: menaxhimin e funksionimit të vetë sistemit të mikroprocesorit duke përdorur softuerin e sistemit (sistemi operativ - mbikëqyrës) dhe zgjidhjen e problemeve të aplikuara të përdoruesit. Kjo krijon mënyrat e funksionimit: modaliteti mbikëqyrës ose modaliteti i përdoruesit. Në varësi të mënyrës, gjatë ekzekutimit të programeve, lejohet qasja në të gjitha ose një pjesë të burimeve të mikrokontrolluesit. Modaliteti mbikëqyrës lejon ekzekutimin e çdo udhëzimi të zbatuar nga procesori dhe aksesin në të gjithë regjistrat. Në modalitetin e përdoruesit, ekzekutimi i një numri komandash dhe qasja në regjistra të caktuar është e ndaluar për të kufizuar mundësinë e ndryshimeve të tilla të gjendjes së sistemit që mund të ndërhyjnë në ekzekutimin e programeve të tjera ose të shkelin mënyrën e funksionimit të procesorit të vendosur nga mbikëqyrësi. Një argument i fortë për zgjedhjen e mikrokontrolluesve Motorola është popullariteti i lartë i familjes M68000 në të njëjtën kohë dhe përputhshmëria e softuerit të mikrokontrolluesve M68000 dhe më moderne M68300, gjë që lejon përdorimin e zhvillimeve ekzistuese të softuerit në zhvillimet e reja, duke reduktuar kështu kohën e projektimit.

• Avantazhi i padyshimtë i bërthamës ARM është standardizimi i tij, i cili ju lejon të përdorni softuer nga mikrokontrollues të tjerë të pajtueshëm, të keni akses më të madh në mjetet e projektimit ose të migroni më lehtë midis mikrokontrolluesve.
• Pavarësisht përdorimit të të njëjtit bërthamë ARM në mikrokontrollues nga prodhues të ndryshëm, secili prej tyre ka ende personalitetin e vet, i cili arrihet me "recetën" origjinale të pajisjeve periferike dhe duke zënë pozicione drejtuese në disa lloje të pajisjeve periferike, për shembull, për Pajisja analoge është konvertues dixhital-analog.
• Bërthamat ARM kanë një nomenklaturë përfaqësuese dhe dinamikë zhvillimi, megjithatë, nga krahasimi rezulton se kryesisht mikrokontrolluesit e bazuar në bërthamën ARM7TDMI janë të disponueshëm për publikun e gjerë. Kjo mund të shpjegohet, për shembull, me faktin se fusha kryesore e konsumit të mikrokontrolluesve ARM janë pajisjet dhe pajisjet elektronike shtëpiake, zyra dhe konsumatore, të cilat, për fat të keq, prodhohen kryesisht nga prodhues të huaj OEM.
• Tregu i mikrokontrolluesve 32-bit ka një kapacitet të lartë, i cili do të rritet në mënyrë dinamike në vitet në vijim, ndaj neve na mbetet vetëm të ndjekim luftën e prodhuesve të mikrokontrolluesve për një pjesë të këtij tregu, të ndjekim njoftimet dhe të arrijmë të zotërojmë teknologjitë e reja.

Letërsia

1. J. Wilbrink. Lehtësimi i Migrimit nga Mikrokontrolluesit 8-bit në 32-bit/Atmel Corporation -2004.
2. "Atmel prezanton mikrokontrolluesin e parë të Flash ARM7 nën 3 dollarë në botë", lajme të Atmel nga 19.04.10, www.atmel.com.
3. Procesor Cores Flyer//Ref: ARM DOI 0111-4/05.03, Hedhur në qarkullim: maj 2003.
4. Materialet e faqes www.arm.com

E preferuara e re në garën e armëve të procesorëve është një kompani jo nga Silicon Valley, por nga qyteti shkencor anglez i Kembrixhit. Megjithatë, suksesi i saj nuk është një gjë e papritur dhe pas tij fshihet një histori tridhjetëvjeçare.

Ne kemi jetuar krah për krah me Intel që nga vitet tetëdhjetë - emri i kësaj kompanie shfaqet në lajme aq shpesh sa emri i gjeneratës aktuale të procesorëve të saj shpesh njihet edhe për njerëzit larg teknologjisë. Por kohët kanë ndryshuar dhe tabletët me telefona inteligjentë filluan të largojnë ngadalë vëmendjen dhe përdoruesit nga kompjuterët personalë, dhe bërthamat e tyre nuk janë hedhur në fabrikat e Intel. Kompania britanike ARM, për të cilën deri vonë kishin dëgjuar vetëm specialistët, doli papritur në plan të parë. Çfarë lloj njerëzish fshihen pas krijimit të procesorëve që hapën rrugën për një gjeneratë të re kompjuterësh?

Formalisht, ARM Holdings u krijua në vitin 1990 dhe më konkretisht në momentin kur u nënshkrua një marrëveshje midis tre kompanive: Apple Computer, Acorn Computers dhe VLSI Technology. Apple nuk ka nevojë për prezantim, por ia vlen të flasim për Acorn dhe VLSI në më shumë detaje.

Lis i Kembrixhit

Historia e Acorn është e lidhur me një kompani tjetër të famshme britanike - Sinclair Research, ku u krijua kompjuteri i mirënjohur ZX Spectrum. Bashkëthemeluesi i Future Acorn Chris Curry bëri karrierën e tij në Sinclair Radionics (më vonë Research). Në atë kohë, Currie dhe Sinclair ishin miq dhe punonin së bashku në një kalkulator xhepi dhe projekte të tjera, por në vitin 1978, gjatë përgatitjes së prototipit ZX80 (një nga paraardhësit e spektrit ZX), ata nuk u pajtuan aq fort për të ardhmen e kompjuteri që Currie la Sinclair dhe kompaninë e tij. Dhe së shpejti ai themeloi të tijën - së bashku me sipërmarrësin, shpikësin dhe investitorin Hermann Hauser. Kompania quhej Cambridge Processor Unit, ose thjesht CPU.

Në atë kohë, Houser kishte arritur tashmë të rekrutonte një student të shkëlqyer në Universitetin e Kembrixhit, Roger Wilson. Ai ishte fjalë për fjalë i dashuruar me elektronikën, citonte libra referimi të komponentëve nga kujtesa dhe shkruante programe në kodin e makinës pa asnjë gabim të vetëm - të paktën kjo është legjenda. Wilson kishte pak përvojë pune reale - ai kishte vetëm krijimin e një ushqyesi të automatizuar të lopëve bazuar në çipin MOS Technology 6502. Por kur Houser e ftoi Wilson të merrte pjesë në krijimin e një fletoreje elektronike (e cila nuk lindi kurrë), ai menjëherë ra dakord.

Curry solli një student tjetër të Kembrixhit me vete në kompaninë e re - studentin e vitit të dytë Steve Ferber. Ferber, ashtu si Curry, kishte punuar më parë për Sinclair dhe po zhvillonte kompletin MK14, nga i cili çdokush mund të ndërtonte një kompjuter të thjeshtë në shtëpi. Fillimisht, Ferberit iu desh të kombinonte punën në CPU me studimet e tij, por ai nuk kishte dyshim se pasi të merrte diplomën do të ishte në gjendje të vazhdonte të bënte atë që donte - shpikjen e kompjuterëve.

Në vitin 1979, CPU u riemërua Acorn (që përkthehet në "acorn"), gjoja për t'u renditur në librin e telefonit përpara Apple. Por më e rëndësishmja, kompania lëshoi ​​produktin e saj të parë atë vit, Acorn System 1. Ishte një kompjuter shumë modest për llogaritjet shkencore, kishte një ekran LCD me një linjë dhe shitej për 80 £. Për krahasim, ZX80, i cili gjithashtu konsiderohej jashtëzakonisht i lirë, kushtoi njëqind kur montohej.

Suksesi i vërtetë e priti Acorn dy vjet më vonë, kur, së bashku me BBC-në (po, e njëjta Korporatë Transmetuese Britanike që sot e kësaj dite furnizon të gjithë botën me lajmet e saj dhe serinë Doctor Who), Curry dhe Houser arritën të fitonin një tender për furnizim. kompjuterë në shkollat ​​britanike dhe lindi BBC Micro. Clive Sinclair gjithashtu mori pjesë në tender dhe ishte aq i tërbuar nga disfata sa që sulmoi ish-mikun dhe kolegun e tij Chris Currie në një pijetore në Kembrixh dhe e goditi me një gazetë të mbështjellë.

Qarqe të integruara në shkallë shumë të madhe

Ndërsa industria po përjetonte bumin e kompjuterave në shtëpi, zhvillime të tjera po aq emocionuese po ndodhnin në anën shkencore të industrisë. Njëra prej tyre lidhet drejtpërdrejt me shfaqjen e ARM-së.

Dihet se interneti u shpik nga Agjencia e Projekteve të Kërkimit të Avancuar të Mbrojtjes së SHBA-së (DARPA), por ky nuk është i vetmi projekt DARPA që ka pasur një ndikim të fuqishëm në të gjithë industrinë. Projekti VLSI është një zhvillim i tillë: popullariteti i tij relativisht i ulët është thjesht i papajtueshëm me rëndësinë e tij. VLSI qëndron për Integrim në shkallë shumë të madhe - qark i integruar ultra i madh, ose VLSI. Në fillim të viteve tetëdhjetë, gjithçka po shkonte drejt kalimit në skema të tilla, por gjatë zhvillimit të tyre inxhinierët u përballën me probleme serioze.

Ndërsa numri i tranzistorëve në një çip të qarkut të integruar rritej, dizajnimi i procesorëve u bë gjithnjë e më i vështirë dhe kur numri i transistorëve filloi të kalonte njëqind mijë, metodat e vjetra filluan të çonin në gabime. Kërkohej një mënyrë e re projektimi dhe nuk do të ishte çudi që zgjidhja ishte përdorimi i një kompjuteri.

Profesori i Caltech, Carver Mead dhe programuesi nga laboratori Xerox PARC, Lyn Conway, propozuan krijimin e një sistemi dizajni me ndihmën e kompjuterit (CAD) që do të ndihmonte në krijimin e procesorëve të pothuajse çdo kompleksiteti. Në atë kohë, do të duhej një superkompjuter për të punuar me një program të tillë, kështu që DARPA duhej të financonte jo vetëm krijimin e CAD, por gjithçka rreth tij: zhvillimin e stacioneve të punës dhe madje edhe të sistemit operativ. Më vonë, Sun Microsystems dhe Silicon Graphics do të rriteshin nga këto projekte dhe një degë e re e UNIX, Berkley Distribution Software (BSD), do të krijohej si një sistem operativ.

Mead dhe Conway besonin se nëse dizajni i përpunuesve do të ishte më i automatizuar, firmat e vogla apo edhe studentët mund t'i bënin ato si pjesë e trajnimit të tyre. Ideja doli të ishte jo vetëm e saktë, por edhe shumë e suksesshme: me ndihmën e mjeteve të reja, u bë shumë më e lehtë për të projektuar përpunuesit dhe u bë e mundur ta bëni këtë në izolim nga prodhimi. Për më tepër, softueri i ri bëri të mundur zbulimin e veçorive strukturore të fshehura deri tani të procesorëve.

RISC është një kauzë fisnike

Arkitekturat moderne të procesorëve zakonisht ndahen në dy klasa: CISC (Complex Instruction Set Computing) dhe RISC (Reduced Instruction Set Computing). Ekziston një ndryshim thelbësor midis këtyre qasjeve, por ai nuk u shfaq menjëherë.

Procesorët e hershëm tetë-bitësh si Intel 8080 ose Motorola 6800 mund të ekzekutonin vetëm disa udhëzime të thjeshta. Për shembull, nuk kishte udhëzim të veçantë për shumëzimin e numrave; ky veprim kërkonte disa udhëzime të procesorit - kompensime dhe shtesa. Kjo qasje duket e papërshtatshme, dhe për këtë arsye vendimi për të shtuar udhëzime më gjithëpërfshirëse ishte intuitiv.

Besohej gjithashtu se operacionet e zbatuara drejtpërdrejt në harduer do të ekzekutoheshin shumë më shpejt se ato të kryera në formën e programeve. Kështu, në zhvillimet e mëvonshme, krijuesit e procesorëve filluan të shtojnë mbështetje për gjithnjë e më shumë udhëzime të reja. Shumëzimi i dy numrave, për shembull, u shndërrua në një komandë, por dizajni i mikrocirkut u bë më i ndërlikuar, pasi filloi të përfshijë një nënsistem të veçantë të krijuar për shumëzim. Kështu u shfaqën përpunuesit me një grup kompleks instruksionesh. Kjo familje përfshin çipat pasues Intel dhe procesorë të tjerë që ishin të njohur në vitet tetëdhjetë.

Për të mos thënë se grupi i plotë i komandave nuk ka meritat e tij, por ato vijnë me një çmim të mirë. Nëse procesorët e parë ekzekutuan një udhëzim të thjeshtë në një tik-tak të gjeneratorit të frekuencës së orës, atëherë udhëzimet më komplekse filluan të kërkonin disa cikle ore.

Si pjesë e të njëjtit projekt VSLI, profesori i UC Berkeley, David Patterson, kreu kërkime në të cilat ai zbuloi një qasje të ndryshme ndaj dizajnit të procesorit, të cilin e quajti RISC. Doli që nëse kufizoni grupin e udhëzimeve vetëm në ato që mund të ekzekutohen në një cikël orësh, mund të rrisni shpejtësinë e ekzekutimit të tyre dhe kështu të përmirësoni performancën e përgjithshme. Logjika e përditshme dikton që kjo të mos ndodhë: në fund të fundit, programet dalin më gjatë! Por kur bëhet fjalë për sisteme me qindra mijëra komponentë, logjika e përditshme mund të pushojë, dhe modelimi dhe simulimi do të japin përgjigjen e saktë.

Në të njëjtën kohë, Patterson arriti të zvogëlojë ndjeshëm ndikimin e "fyellit të ngushtë" të arkitekturës von Neumann - kanali i ngadaltë midis procesorit dhe RAM-it. RISC ka një numër më të madh regjistrash se CISC, dhe kjo lejon më pak akses në RAM - veçanërisht nëse programi drejtohet përmes një përpiluesi optimizues dhe përdor mirë burimet. Kjo qasje funksionon edhe më mirë në sistemet me shumë bërthama ose me shumë procesorë, ku shumë kompjuterë aksesojnë të njëjtën memorie. Sa më rrallë ta bëjnë këtë, aq më rrallë secili prej tyre duhet të presë radhën e tyre dhe, në përputhje me rrethanat, aq më e madhe rritet produktiviteti.

Sipas ligjit të Arkimedit

Le të kthehemi, megjithatë, në historinë e Acorn. Përveç një mosmarrëveshjeje të vështirë me babain e ZX Spectrum, kompania po ecën mirë në 1983: BBC Micro shiti një miliardë e gjysmë kopje dhe fitimet e Acorn u rritën nga tre mijë paund në pothuajse nëntë milionë. Bill Gates madje sugjeroi që Houser të portonte MS-DOS dhe përkthyesin e pronarit BASIC në BBC Micro, por Houser refuzoi.

Ekipi i zhvillimit të vetë Acorn-it po rritej dhe themeluesit menduan se ishte koha për të kaluar në një fazë të re zhvillimi: në vend të kompjuterëve të bazuar në çipa tetë-bitësh, prodhoni makineri më të fuqishme - me CPU gjashtëmbëdhjetë-bit.

Procesorët Kombëtar Gjysëmpërçues u konsideruan si një opsion, por Robert Wilson vizitoi selinë izraelite të kësaj kompanie dhe ishte i pakënaqur: "Ata kanë njëqind njerëz që punojnë në çipin atje, dhe ende ka gabime herë pas here." Më pas, Wilson shkoi në kompaninë amerikane Western Design Center, ku pa tablonë e kundërt: procesorët u zhvilluan nga grupe të vogla inxhinierësh, pothuajse në shtëpi. Wilson pyeti veten: a është e nevojshme të blini procesorin e dikujt tjetër nëse mund ta bëni vetë? Shembulli i WDC tregoi se kjo nuk është aq e vështirë sa mund të duket.

Ideja u prit mirë në Acorn dhe puna filloi të vlonte. Wilson doli me një sërë udhëzimesh dhe Ferber dhe një ekip i vogël zhvilluan arkitekturën e procesorit të ardhshëm. Ishte atëherë që u mor vendimi fatal për të përdorur parimin e ri RISC.

Procesori i parë ARM (Acorn RISC Machine) u lëshua në vitin 1985, por një kompjuter i bazuar në të nuk u shfaq kurrë. Ai u shit si një plotësues i BBC Master - ky version i avancuar i BBC Micro kishte një ndërfaqe të veçantë për lidhjen e bashkëprocesorëve. Kompleti përfshinte gjithashtu një komplet të zhvillimit të softuerit RISC.

Mishërimi tjetër i procesorit, ARM 2, pati një fat shumë më interesant: ai formoi bazën e një makine unike të quajtur Archimedes, e cila doli për herë të parë në shitje në 1987. ARM 2 kishte një arkitekturë 32-bit, dhe autobusi i adresave mbështeti 26 bit, dhe kështu mund të adresohej deri në 64 MB RAM (një hapësirë ​​e madhe në ato ditë, por joserioze sot). Frekuenca ARM 2 gjithashtu nuk ka gjasa të mahnisë askënd tani, dhe madje edhe në vitin 1985, 8 MHz mund të konsiderohej një mesatare. Intel 80368, i lëshuar në të njëjtën kohë, funksiononte me dyfishin e frekuencës, por kjo nuk do të thotë se ishte dy herë më efikas. 386 prodhoi vetëm një milion operacione të tjera - pesë kundrejt katër për ARM 2. Ky është avantazhi i RISC!

Arkimedi kushtoi shumë para - nga 800 paund stërlina (duke marrë parasysh inflacionin dhe për sa i përket rublave të sotme do të ishte të paktën njëqind mijë), por gëzonte një popullaritet të caktuar për shkak të fuqisë së tij, përshtatësit të mirë video (modalitetet deri në 256 ngjyrat) dhe një kartë zanore me tetë kanale. Në thelb, ishte një lloj Macintosh britanik - një stacion pune për shtëpitë botuese dhe studiot televizive.

Perandoria Olivetti

Megjithëse Arkimedi u prodhua nën markën Acorn, kompania në atë kohë nuk ishte më biznesi privat i Houser dhe Curry. Një 1983 i suksesshëm u pasua nga një 1984 katastrofik, kur tregu i kompjuterëve shtëpiak u mbingopur. Kjo pati pasoja tragjike për shumë lojtarë: Atari dhe Commodore ndryshuan duart dhe Apple (për herë të parë) u përball me perspektivën e falimentimit.

Acorn nuk ishte gjithashtu i përgatitur për këtë version alfa të rrëzimit të dot-com: kompania sapo ishte bërë publike dhe paratë e fituara nga kjo ishin të mjaftueshme për të kënaqur kërkesën vazhdimisht në rritje deri në atë pikë. Si pasojë, në magazinat e Acorn u grumbulluan 250 mijë kompjuterë, të cilët papritmas u bënë të pamundura për t'u shitur.

Dhe më pas u shfaq në horizont kompania italiane Olivetti. Menaxhmenti i saj kishte bërë më parë përpjekje për të kaluar nga prodhimi i makinave të shkrimit në kompjuterë. Nga viti 1983 deri në 1985, Olivetti prodhoi modele të bazuara në Zilog Z8000 dhe Intel 8088. Por ARM, Archimedes dhe sistemi i tij operativ RISC OS dukeshin si një kafshatë e shijshme për menaxherët e Olivetti: të kesh teknologjitë e tua është gjithmonë më mirë - të paktën kështu dukej në Koha.

Së shpejti u arrit një marrëveshje që i dha Olivetti një 80 për qind të aksioneve në Acorn, me Hermann Hauser që u bë kreu i divizionit të kërkimit. Themeluesi i dytë i Acorn, Chris Curry, pasi mori dividentë nga shitja, zgjodhi të themelojë një kompani të re - General Information Systems. Ajo është ende funksionale dhe merret me kartat inteligjente, transfertat elektronike të parave dhe sistemet e sigurisë.

Italianët, megjithatë, e parashikuan gabimisht të ardhmen: në fund të viteve tetëdhjetë filloi marshimi fitimtar i IBM PC dhe kloneve të tij. U bë e qartë se gjithçka që nuk përputhej me PC-në do të përfundonte së shpejti në koshin e plehrave të historisë dhe kompanitë, në vend që të kultivonin teknologjitë e tyre, kaluan masivisht në montimin e kompjuterëve nga komponentë të gatshëm. Veprimet e Olivetti-t në atë kohë mund të krahasohen me HP-në, e cila tre vjet më parë bleu Palm-in, vetëm për ta braktisur atë dhe për të kaluar në Android-in e kudogjendur.

As Hauser nuk ishte krenar që e shiste kompaninë e tij. Në një nga intervistat e tij, ai ankohet: do të ishte e mundur të bëhej si IBM - t'u jepte kompanive të palëve të treta mundësinë për të prodhuar komponentë dhe për të montuar kompjuterë. Dhe atëherë, ndoshta, Acorn dhe ARM, në vend të IBM dhe Intel, do të ishin në qendër të industrisë së re. Por vendimi i nevojshëm nuk u mor me kohë dhe Acorn nuk ishte i destinuar të bëhej IBM britanike. Por Hauser kishte një plan rezervë.

Vëllazëria e "Protsa"

Fakti që Olivetti braktisi idenë e zhvillimit të platformës së tij kompjuterike nuk do të thoshte aspak vdekje për ARM. Houser gjeti një mënyrë për të ndarë biznesin e procesorëve në një kompani të veçantë dhe gjeti dy partnerë të interesuar. Ndërmarrja e kombinuar u emërua njësoj si arkitektura e procesorit - ARM, por dekodimi u ndryshua nga Acorn RISC Machines në Advanced RISC Machines.

Kush në atë moment do të kishte nevojë për një partneritet me një zhvillues të procesorit RISC? Natyrisht, kompania që prodhon pajisje të bazuara në to. Ishte Apple: në vitin 1990, ata po projektonin pajisjen e ardhshme të Newton-it, dhe procesori ARM ishte i përsosur për të për shkak të efikasitetit të tij në lidhje me ngarkimin e baterisë.

Si partner i tretë u zgjodh VLSI Technologies. Ky është pasardhësi i drejtpërdrejtë i Projektit VLSI, i cili ishte i angazhuar në projektimin dhe prodhimin e qarqeve të integruara. Ishte e rëndësishme për sipërmarrjen e ardhshme të përbashkët që VLSI të mund të siguronte sistemin e vet të projektimit me ndihmën e kompjuterit.

Vetë VLSI kishte nevojë për një klient të ri procesor. Ky është në formën e tij më të pastër mishërimi i idesë së Conway dhe Mead, kur zhvilluesi dhe prodhuesi i VLSI punojnë veçmas (dhe në këtë rast ata madje janë të vendosur në anët e kundërta të Oqeanit Atlantik). Pasi mësoi nga dështimi i Acorn-it, Houser bëri një rregullim tjetër: në vend që të lëshonte vetë produktin, ai propozoi të projektonte ekskluzivisht përpunues dhe të shiste pronën intelektuale - domethënë, dizajne të çipave dhe licenca për t'i prodhuar ato.

Ndërsa Intel është i famshëm për dhjetëra fabrika në mbarë botën, ARM nuk ka asnjë. Kjo nuk e pengoi ARM-në e sotme që jo vetëm të qëndronte në të njëjtin nivel me Intel dhe AMD, por edhe të shndërrohej ngadalë në një kërcënim serioz për ta.

Jeta e re ARM

Rritja e shpejtë e shitjeve të kloneve të IBM PC në vitet nëntëdhjetë nuk pati efektin më të mirë në popullaritetin e RISC. Aty ku Intel dhe Microsoft filluan të sundonin, praktikisht nuk kishte asnjë alternativë për procesorët e familjes x86. Por aplikacionet profesionale mbetën: serverët dhe stacionet e punës nga IBM dhe Sun Microsystems, të cilët përdorin respektivisht arkitekturat "të rrezikshme" PowerPC dhe SPARC, si dhe tregu i mikrokontrolluesve, i cili ka shërbyer prej kohësh si burimi kryesor i të ardhurave për ARM.

Dizajni i parë i procesorit i lëshuar nga ARM Holdings pasi u nda nga Acorn ishte ARM6, i projektuar posaçërisht për pajisjen dore Newton dhe në bashkëpunim me Apple. Specifikimi ARM6 u lëshua për herë të parë në 1992, dhe në 1993 kompania shpalli fitimet e saj të para.

Që atëherë, rritja dhe përmirësimi i arkitekturës ARM nuk ka të ndalur, dhe në vitin 1998 kompania doli me sukses në publik. Në të njëjtën kohë, nga rruga, Apple shiti pjesën e saj të aksioneve: për të ishte një vit i krizës së rëndë dhe heqja dorë nga aksionet e saj në ARM ndihmoi për të dalë prej saj. A mund ta kishte marrë me mend Steve Jobs atëherë sa të rëndësishme do të ishin produktet ARM për Apple dhjetë vjet më vonë?

Sot, klientët e ARM përfshijnë më shumë se katër duzina prodhues të mëdhenj elektronikë. Procesorët e bazuar në dizajnet ARM mund të gjenden në një shumëllojshmëri të gjerë pajisjesh - nga hard disqet te makinat dhe nga konzolat e lojërave te kamerat dhe televizorët. Edhe Intel në një kohë prodhonte procesorë të bazuar në ARM (seria quhej XScale, por në 2006 u shit së bashku me ndarjen).

Megjithatë, fama më e madhe e ARM erdhi nga zhvillimi i pajisjeve mobile. Pajisjet e dorës Apple Newton dhe Pocket PC ishin vetëm një parathënie e asaj që ndodhi pas lëshimit të iPhone në 2007 dhe iPad në 2010. Konsumi i energjisë i arkitekturës RISC doli të ishte çelësi për ndërtimin e pajisjeve portative, dhe pavarësisht se sa shumë përpiqet Intel të konkurrojë me ARM në këtë fushë, ende nuk ka qenë e mundur të bëhet një procesor konkurrues për tabletët dhe telefonat inteligjentë. bazuar në x86.

Falë ARM, arkitektura RISC më në fund mori lavdinë që meritonte, por historia nuk përfundon me kaq. Ekspertët po shohin me interes popullaritetin në rritje të zgjidhjeve të serverëve me shumë procesorë të bazuar në ARM (ato, për shembull, po zbatohen në mënyrë aktive në qendrat e të dhënave të Facebook) dhe po diskutojnë shfaqjen e fundit të ARMv8 64-bit. Pra, e ardhmja e ARM-së duket jashtëzakonisht interesante. Deri më tani, kjo nuk është ende "IBM britanike" për të cilën ëndërronte Hauser, por një kompani e lulëzuar, e cila ecën fuqishëm drejt këtij titulli.

Të gjithë ata që janë të interesuar në teknologjitë celulare kanë dëgjuar për arkitekturën ARM. Megjithatë, për shumicën e njerëzve kjo lidhet me procesorët e tabletave ose smartfonëve. Të tjerë i korrigjojnë, duke sqaruar se ky nuk është vetë guri, por vetëm arkitektura e tij. Por pothuajse asnjëri prej tyre nuk ishte me siguri i interesuar se nga erdhi në të vërtetë kjo teknologji dhe kur.

Ndërkohë, kjo teknologji është e përhapur në mesin e pajisjeve të shumta moderne, nga të cilat çdo vit ka gjithnjë e më shumë. Përveç kësaj, në rrugën e zhvillimit të kompanisë, e cila filloi zhvillimin e procesorëve ARM, ekziston një rast interesant, që nuk është mëkat të përmendet, ndoshta do të bëhet një mësim për të ardhmen për dikë.

Arkitektura ARM për dummies

Shkurtesa ARM fsheh një kompani britanike mjaft të suksesshme ARM Limited në fushën e teknologjive IT. Ai qëndron për Advanced RISC Machines dhe është një nga zhvilluesit dhe licencuesit kryesorë në botë të arkitekturës së procesorit RISC 32-bit që fuqizon shumicën e pajisjeve portative.

Por, karakteristike, vetë kompania nuk prodhon mikroprocesorë, por vetëm zhvillon dhe licencon teknologjinë e saj për palët e tjera. Në veçanti, arkitektura e mikrokontrolluesit ARM blihet nga prodhuesit e mëposhtëm:

• Atmel.
• Cirrus Logic.
• Intel.
• Apple.
• nVidia.
• HiSilicon.
• Marvell.
• Samsung.
• Qualcomm.
• Sony Ericsson.
• Teksas Instrumente.
• Broadcom.

Disa prej tyre janë të njohura për një audiencë të gjerë të konsumatorëve të pajisjeve dixhitale. Sipas korporatës britanike ARM, numri i përgjithshëm i mikroprocesorëve të prodhuar duke përdorur teknologjinë e tyre është më shumë se 2.5 miliardë. Ekzistojnë disa seri gurësh të lëvizshëm:

• ARM7 - frekuenca e orës 60-72 MHz, e cila është e rëndësishme për telefonat celularë të buxhetit.
• ARM9/ARM9E - frekuenca tashmë është më e lartë, rreth 200 MHz. Telefonat inteligjentë më funksionalë dhe asistentët dixhitalë personalë (PDA) janë të pajisur me mikroprocesorë të tillë.

Cortex dhe ARM11 janë familje më moderne të mikroprocesorëve në krahasim me arkitekturën e mëparshme të mikrokontrolluesit ARM, me shpejtësi të orës deri në 1 GHz dhe aftësi të avancuara të përpunimit të sinjalit dixhital.

Mikroprocesorët e njohur xScale nga Marvell (deri në mes të verës 2007, projekti ishte në dispozicion të Intel) janë në fakt një version i zgjeruar i arkitekturës ARM9, i plotësuar nga grupi i instruksioneve Wireless MMX. Kjo zgjidhje nga Intel ishte e fokusuar në mbështetjen e aplikacioneve multimediale.

Teknologjia ARM i referohet një arkitekture mikroprocesori 32-bit që përmban një grup të reduktuar instruksionesh, i cili quhet RISC. Sipas llogaritjeve, përdorimi i procesorëve ARM është 82% e numrit të përgjithshëm të procesorëve RISC të prodhuar, gjë që tregon një zonë mjaft të gjerë mbulimi të sistemeve 32-bit.

Shumë pajisje elektronike janë të pajisura me arkitekturë të procesorit ARM, dhe këto nuk janë vetëm PDA dhe telefona celularë, por edhe konzolat e lojërave në dorë, kalkulatorë, pajisje periferike kompjuterike, pajisje rrjeti dhe shumë më tepër.

Një udhëtim i vogël pas në kohë

Le të kthejmë një makinë imagjinare të kohës disa vjet mbrapa dhe të përpiqemi të kuptojmë se ku filloi gjithçka. Mund të thuhet me siguri se ARM është më tepër një monopolist në fushën e saj. Dhe kjo konfirmohet nga fakti se shumica dërrmuese e telefonave inteligjentë dhe pajisjeve të tjera elektronike dixhitale kontrollohen nga mikroprocesorët e krijuar duke përdorur këtë arkitekturë.

Në vitin 1980, Acorn Computers u themelua dhe filloi të krijonte kompjuterë personalë. Prandaj, ARM u prezantua më parë si Acorn RISC Machines.

Një vit më vonë, një version shtëpiak i BBC Micro PC me arkitekturën e parë të procesorit ARM iu prezantua konsumatorëve. Ishte një sukses, megjithatë, çipi nuk mund të përballonte detyrat grafike, dhe opsionet e tjera në formën e procesorëve Motorola 68000 dhe National Semiconductor 32016 gjithashtu nuk ishin të përshtatshme për këtë.

Pastaj menaxhmenti i kompanisë mendoi të krijonte mikroprocesorin e vet. Inxhinierët ishin të interesuar për një arkitekturë të re procesori të shpikur nga të diplomuarit e një universiteti lokal. Ai thjesht përdori grupin e reduktuar të udhëzimeve, ose RISC. Dhe pas shfaqjes së kompjuterit të parë, i cili kontrollohej nga procesori Acorn Risc Machine, suksesi erdhi mjaft shpejt - në 1990 u lidh një marrëveshje midis markës britanike dhe Apple. Kjo shënoi fillimin e zhvillimit të një chipset të ri, i cili, nga ana tjetër, çoi në formimin e një ekipi të tërë zhvillimi të referuar si Advanced RISC Machines, ose ARM.

Duke filluar nga viti 1998, kompania ndryshoi emrin e saj në ARM Limited. Dhe tani specialistët nuk janë më të përfshirë në prodhimin dhe zbatimin e arkitekturës ARM. Çfarë dha? Kjo nuk ndikoi në asnjë mënyrë në zhvillimin e kompanisë, megjithëse drejtimi kryesor dhe i vetëm i kompanisë ishte zhvillimi i teknologjive, si dhe shitja e licencave për kompanitë e palëve të treta në mënyrë që ata të përdornin arkitekturën e procesorit. Në të njëjtën kohë, disa kompani fitojnë të drejtat për bërthama të gatshme, ndërsa të tjera pajisin përpunuesit me bërthamat e tyre sipas një licence të fituar.

Sipas disa të dhënave, fitimet e kompanisë për secilën zgjidhje të tillë janë 0.067 $. Por ky informacion është mesatar dhe i vjetëruar. Numri i bërthamave në chipset rritet çdo vit, dhe në përputhje me rrethanat, kostoja e përpunuesve modernë tejkalon modelet më të vjetra.

Zona e aplikimit

Ishte zhvillimi i pajisjeve mobile që solli një popullaritet të madh në ARM Limited. Dhe kur prodhimi i telefonave inteligjentë dhe pajisjeve të tjera elektronike portative u përhap gjerësisht, procesorët me efikasitet të energjisë gjetën menjëherë përdorim. Pyes veten nëse ka Linux në arkitekturën e krahut?

Kulmi i zhvillimit të ARM ndodhi në vitin 2007, kur partneriteti i saj me markën Apple u rinovua. Pas kësaj, iPhone i parë i bazuar në një procesor ARM iu prezantua konsumatorëve. Që nga ajo kohë, një arkitekturë e tillë e procesorit është bërë një komponent i pandryshueshëm i pothuajse çdo smartphone të prodhuar që mund të gjendet vetëm në tregun modern celular.

Mund të themi se pothuajse çdo pajisje elektronike moderne që duhet të kontrollohet nga një procesor është disi e pajisur me çipa ARM. Dhe fakti që një arkitekturë e tillë procesori mbështet shumë sisteme operative, qoftë Linux, Android, iOS dhe Windows, është një avantazh i pamohueshëm. Midis tyre është CE 6.0 Core i integruar në Windows; arkitektura e krahut gjithashtu mbështetet prej tij. Kjo platformë është krijuar për kompjuterë dore, telefona celularë dhe sisteme të integruara.

Karakteristikat dalluese të x86 dhe ARM

Shumë përdorues që kanë dëgjuar shumë për ARM dhe x86 i ngatërrojnë paksa këto dy arkitektura me njëra-tjetrën. Megjithatë, ato kanë dallime të caktuara. Ekzistojnë dy lloje kryesore të arkitekturave:

• CISC (Complex Instruction Set Computing).
• Informatikë).

CISC përfshin procesorë x86 (Intel ose AMD), RISC, siç mund ta kuptoni tashmë, përfshin familjen ARM. Arkitektura x86 dhe krahu kanë fansat e tyre. Falë përpjekjeve të specialistëve të ARM, të cilët theksuan efikasitetin e energjisë dhe përdorimin e një grupi të thjeshtë udhëzimesh, procesorët përfituan shumë nga kjo - tregu celular filloi të zhvillohej me shpejtësi, dhe shumë telefona inteligjentë pothuajse barazuan aftësitë e kompjuterëve.

Nga ana tjetër, Intel ka qenë gjithmonë i famshëm për prodhimin e procesorëve me performancë të lartë dhe gjerësi bande për kompjuterët desktop, laptopët, serverët dhe madje edhe superkompjuterët.

Këto dy familje fituan zemrat e përdoruesve në mënyrën e tyre. Por cili është ndryshimi i tyre? Ka disa veçori dalluese apo edhe veçori; le të shohim më të rëndësishmet prej tyre.

Fuqia përpunuese

Le të fillojmë të analizojmë ndryshimet midis arkitekturave ARM dhe x86 me këtë parametër. Specialiteti i profesorëve të RISC është që të përdorin sa më pak udhëzime. Për më tepër, ato duhet të jenë sa më të thjeshta, gjë që u jep atyre përparësi jo vetëm për inxhinierët, por edhe për zhvilluesit e softuerit.

Filozofia këtu është e thjeshtë - nëse udhëzimet janë të thjeshta, atëherë qarku i dëshiruar nuk kërkon shumë transistorë. Si rezultat, hapësira shtesë lirohet për diçka ose madhësitë e çipit bëhen më të vogla. Për këtë arsye, mikroprocesorët ARM filluan të integrojnë pajisje periferike siç janë procesorët grafikë. Një shembull i tillë është kompjuteri Raspberry Pi, i cili ka një numër minimal komponentësh.

Megjithatë, udhëzimet e thjeshta kanë një kosto. Për të kryer detyra të caktuara, kërkohen udhëzime shtesë, të cilat zakonisht çojnë në një rritje të konsumit të memories dhe kohës për të përfunduar detyrat.

Ndryshe nga arkitektura e procesorit të krahut, udhëzimet e çipave CISC, të tilla si zgjidhjet nga Intel, mund të kryejnë detyra komplekse me fleksibilitet të madh. Me fjalë të tjera, makinat e bazuara në RISC kryejnë operacione ndërmjet regjistrave dhe zakonisht kërkojnë që programi të ngarkojë variabla në regjistër përpara se të kryejë operacionin. Procesorët CISC janë të aftë të kryejnë operacione në disa mënyra:

• ndërmjet regjistrave;
• ndërmjet regjistrit dhe vendndodhjes së memories;
• ndërmjet qelizave të kujtesës.

Por kjo është vetëm një pjesë e veçorive dalluese; le të kalojmë në analizimin e veçorive të tjera.

Konsumi i energjisë

Në varësi të llojit të pajisjes, konsumi i energjisë mund të ketë shkallë të ndryshme rëndësie. Për një sistem që është i lidhur me një burim konstant të energjisë (rrjeti elektrik), thjesht nuk ka kufi në konsumin e energjisë. Megjithatë, telefonat celularë dhe pajisjet e tjera elektronike varen plotësisht nga menaxhimi i energjisë.

Një tjetër ndryshim midis arkitekturës së krahut dhe x86 është se e para ka një konsum energjie më pak se 5 W, duke përfshirë shumë paketa të lidhura: GPU, periferikë, memorie. Kjo fuqi e ulët është për shkak të numrit më të vogël të transistorëve të kombinuar me shpejtësi relativisht të ulëta (nëse bëjmë një paralele me procesorët desktop). Në të njëjtën kohë, kjo ka një ndikim në produktivitetin - operacionet komplekse kërkojnë më shumë kohë për të përfunduar.

Bërthamat e Intel kanë një strukturë më komplekse dhe, si rezultat, konsumi i tyre i energjisë është dukshëm më i lartë. Për shembull, një procesor Intel I-7 me performancë të lartë konsumon rreth 130 W energji, versionet celulare - 6-30 W.

Software

Është mjaft e vështirë të bëhet një krahasim për këtë parametër, pasi të dy markat janë shumë të njohura në qarqet e tyre. Pajisjet që bazohen në procesorë të arkitekturës së krahut funksionojnë në mënyrë të përsosur me sistemet operative të lëvizshme (Android, etj.).

Makinat që përdorin procesorë Intel janë të afta të ekzekutojnë platforma si Windows dhe Linux. Për më tepër, të dy familjet e mikroprocesorëve janë miqësore me aplikacionet e shkruara në Java.

Duke analizuar ndryshimet në arkitekturë, një gjë mund të thuhet me siguri - procesorët ARM menaxhojnë kryesisht konsumin e energjisë së pajisjeve mobile. Qëllimi kryesor i zgjidhjeve të desktopit është të ofrojnë performancë të lartë.

Arritje të reja

Kompania ARM, për shkak të politikës së saj kompetente, ka marrë plotësisht nën kontroll tregun e celularëve. Por në të ardhmen ajo nuk do të ndalet me kaq. Jo shumë kohë më parë, u prezantua një zhvillim i ri i bërthamave: Cortex-A53 dhe Cortex-A57, të cilat morën një përditësim të rëndësishëm - mbështetje për llogaritjen 64-bit.

Bërthama A53 është një pasardhës i drejtpërdrejtë i ARM Cortex-A8, i cili, megjithëse performanca e tij nuk ishte shumë e lartë, kishte konsum minimal të energjisë. Siç vërejnë ekspertët, konsumi i energjisë i arkitekturës zvogëlohet me 4 herë, dhe për sa i përket performancës nuk do të jetë inferior ndaj bërthamës Cortex-A9. Dhe kjo përkundër faktit se zona e bërthamës së A53 është 40% më e vogël se ajo e A9.

Bërthama A57 do të zëvendësojë Cortex-A9 dhe Cortex-A15. Në të njëjtën kohë, inxhinierët e ARM pretendojnë një rritje fenomenale të performancës - tre herë më e lartë se ajo e bërthamës A15. Me fjalë të tjera, mikroprocesori A57 do të jetë 6 herë më i shpejtë se Cortex-A9, dhe efikasiteti i tij i energjisë do të jetë 5 herë më i mirë se A15.

Për ta përmbledhur, seria e korteksit, përkatësisht a53 më e avancuar, ndryshon nga paraardhësit e saj në performancë më të lartë në sfondin e efikasitetit po aq të lartë të energjisë. Edhe procesorët Cortex-A7, të cilët janë të instaluar në shumicën e telefonave inteligjentë, nuk mund të konkurrojnë!

Por ajo që është më e vlefshme është se arkitektura e korteksit të krahut a53 është komponenti që do t'ju lejojë të shmangni problemet që lidhen me mungesën e kujtesës. Përveç kësaj, pajisja do ta shkarkojë baterinë më ngadalë. Falë produktit të ri, këto probleme tani do t'i përkasin të shkuarës.

Zgjidhje grafike

Përveç zhvillimit të procesorëve, ARM është duke punuar në zbatimin e përshpejtuesve grafikë të serisë Mali. Dhe i pari prej tyre është Mali 55. Telefoni LG Renoir ishte i pajisur me këtë përshpejtues. Dhe po, ky është celulari më i zakonshëm. Vetëm në të GPU nuk ishte përgjegjëse për lojërat, por vetëm dha ndërfaqen, sepse duke gjykuar nga standardet moderne, procesori grafik ka aftësi primitive.

Por progresi fluturon në mënyrë të pashmangshme përpara dhe për këtë arsye, për të vazhduar me kohën, ARM ka gjithashtu modele më të avancuara që janë të rëndësishme për telefonat inteligjentë me çmim mesatar. Po flasim për GPU-në e zakonshme Mali-400 MP dhe Mali-450 MP. Megjithëse kanë performancë të ulët dhe një grup të kufizuar API-sh, kjo nuk i pengon ata të gjejnë aplikim në modelet moderne celulare. Një shembull i mrekullueshëm është telefoni Zopo ZP998, në të cilin çipi me tetë bërthama MTK6592 është çiftuar me një përshpejtues grafik Mali-450 MP4.

Konkurrueshmëria

Aktualisht askush nuk e kundërshton ARM-në dhe kjo kryesisht për faktin se në atë kohë është marrë vendimi i duhur. Por një herë e një kohë, në fillim të udhëtimit të tij, një ekip zhvilluesish punoi në krijimin e procesorëve për PC dhe madje bëri një përpjekje për të konkurruar me një gjigant të tillë si Intel. Por edhe pas ndryshimit të drejtimit të aktivitetit, kompania e pati të vështirë.

Dhe kur marka kompjuterike me famë botërore Microsoft hyri në një marrëveshje me Intel, prodhuesit e tjerë thjesht nuk kishin asnjë shans - sistemi operativ Windows refuzoi të punonte me procesorët ARM. Si mund të mos rezistojë përdorimi i emulatorëve gcam për arkitekturën e krahut?! Ndërsa Intel, duke vëzhguar valën e suksesit të ARM Limited, u përpoq të krijonte një procesor që do të ishte një konkurrent i denjë. Për këtë qëllim, çipi Intel Atom u vu në dispozicion të publikut të gjerë. Por u desh një periudhë shumë më e gjatë se ARM Limited. Dhe çipi hyri në prodhim vetëm në 2011, por koha e çmuar tashmë ishte humbur.

Në thelb, Intel Atom është një procesor CISC me arkitekturë x86. Specialistët arritën të arrijnë konsum më të ulët të energjisë sesa në zgjidhjet ARM. Sidoqoftë, i gjithë softueri që lëshohet për platformat celulare është përshtatur dobët me arkitekturën x86.

Në fund të fundit, kompania e njohu rëndësinë e plotë të vendimit dhe më pas braktisi prodhimin e procesorëve për pajisjet mobile. Prodhuesi i vetëm i madh i çipave Intel Atom është ASUS. Në të njëjtën kohë, këta procesorë nuk janë zhytur në harresë; netbooks, nettops dhe pajisje të tjera portative janë të pajisura me to masivisht.

Megjithatë, ekziston mundësia që situata të ndryshojë dhe sistemi operativ Windows i preferuar i të gjithëve të mbështesë mikroprocesorët ARM. Për më tepër, po ndërmerren hapa në këtë drejtim, ndoshta do të shfaqet vërtet diçka si emulatorë gcam në arkitekturën ARM për zgjidhje celulare?! Kush e di, koha do të tregojë dhe gjithçka do të vihet në vendin e vet.

Ekziston një pikë interesante në historinë e zhvillimit të kompanisë ARM (në fillim të artikullit kjo ishte ajo që do të thoshte). Njëherë e një kohë, ARM Limited bazohej në Apple dhe ka të ngjarë që e gjithë teknologjia ARM t'i përkiste asaj. Sidoqoftë, fati dekretoi ndryshe - në 1998, Apple ishte në një krizë dhe menaxhmenti u detyrua të shiste aksionet e saj. Aktualisht, ajo është në të njëjtin nivel me prodhuesit e tjerë dhe mbetet të blejë teknologji nga ARM Limited për pajisjet e saj iPhone dhe iPad. Kush mund ta dinte se si mund të shkonin gjërat?!

Procesorët modern ARM janë të aftë të kryejnë operacione më komplekse. Dhe në të ardhmen e afërt, menaxhmenti i kompanisë synon të hyjë në tregun e serverëve, për të cilin padyshim është i interesuar. Për më tepër, në kohët tona moderne, kur po afron epoka e zhvillimit të Internetit të Gjërave (IoT), duke përfshirë pajisjet shtëpiake "të zgjuara", mund të parashikojmë një kërkesë edhe më të madhe për çipa me arkitekturë ARM.

Pra, ARM Limited ka një të ardhme shumë të zymtë përpara saj! Dhe nuk ka gjasa që në të ardhmen e afërt të ketë dikush që mund ta zhvendosë këtë, pa dyshim, gjigant celular në zhvillimin e procesorëve për telefonat inteligjentë dhe pajisje të tjera elektronike të ngjashme.

Si perfundim

Procesorët ARM pushtuan shpejt tregun e pajisjeve mobile, të gjitha falë konsumit të ulët të energjisë dhe, megjithëse jo shumë të lartë, por gjithsesi performancës së mirë. Aktualisht, gjendja e punëve në ARM mund të ketë vetëm zili. Shumë prodhues përdorin teknologjitë e tij, gjë që i vendos Advanced RISC Machines në të njëjtin nivel me gjigantë të tillë në fushën e zhvillimit të procesorëve si Intel dhe AMD. Dhe kjo pavarësisht se kompania nuk ka prodhimin e saj.

Për disa kohë, konkurrenti i markës celulare ishte kompania MIPS me arkitekturën me të njëjtin emër. Por aktualisht, ka ende vetëm një konkurrent serioz në personin e Intel Corporation, megjithëse menaxhmenti i saj nuk beson se arkitektura e krahut mund të përbëjë një kërcënim për pjesën e saj të tregut.

Gjithashtu, sipas ekspertëve nga Intel, procesorët ARM nuk janë në gjendje të ekzekutojnë versione desktop të sistemeve operative. Sidoqoftë, një deklaratë e tillë tingëllon pak e palogjikshme, sepse pronarët e kompjuterëve ultramobilë nuk përdorin softuer "të rëndë". Në shumicën e rasteve, ju nevojitet akses në internet, redaktimi i dokumenteve, dëgjimi i skedarëve të medias (muzikë, filma) dhe detyra të tjera të thjeshta. Dhe zgjidhjet ARM përballen mirë me operacione të tilla.

Bota kompjuterike po ndryshon me shpejtësi. Kompjuterët e desktopit kanë humbur vendin e parë në renditjen e shitjeve ndaj laptopëve, dhe ata janë gati t'i japin tregun tabletëve dhe pajisjeve të tjera celulare. 10 vjet më parë ne vlerësuam megahertz të pastër, fuqinë dhe performancën e vërtetë. Tani, për të pushtuar tregun, procesori duhet të jetë jo vetëm i shpejtë, por edhe ekonomik. Shumë njerëz besojnë se ARM është arkitektura e shekullit të 21-të. A është kështu?

E re - e vjetër e harruar mirë

Gazetarët, duke ndjekur njerëzit e PR të ARM-së, shpesh e paraqesin këtë arkitekturë si diçka krejtësisht të re që duhet të varrosë thinjat x86.

Në fakt, ARM dhe x86, mbi bazën e të cilave janë ndërtuar procesorët Intel, AMD dhe VIA të instaluar në laptopë dhe PC desktop, janë pothuajse të së njëjtës moshë. Çipi i parë x86 u lëshua në 1978. Projekti ARM filloi zyrtarisht në vitin 1983, por u bazua në zhvillimet që u kryen pothuajse njëkohësisht me krijimin e x86.

ARM-të e para i impresionuan ekspertët me elegancën e tyre, por me performancën e tyre relativisht të ulët ata nuk mundën të pushtonin një treg që kërkonte shpejtësi të larta dhe nuk i kushtonte vëmendje efikasitetit. Duhet të ekzistojnë disa kushte që popullariteti i ARM të rritet në qiell.

Në fund të viteve tetëdhjetë dhe nëntëdhjetë, me vajin e tyre relativisht të lirë, kërkoheshin SUV të mëdha me motorë të fuqishëm 6 litra. Pak njerëz ishin të interesuar për makinat elektrike. Por në kohën tonë, kur një fuçi naftë kushton më shumë se 100 dollarë, makina të mëdha me motorë të etur për energji u nevojiten vetëm të pasurve; pjesa tjetër nxiton të kalojë në makina ekonomike. Një gjë e ngjashme ka ndodhur edhe me ARM. Kur u ngrit çështja e lëvizshmërisë dhe efikasitetit, arkitektura doli të ishte në kërkesë të madhe.

Procesori "Rrezik".

ARM është një arkitekturë RISC. Ai përdor një grup të reduktuar komandash - RISC (kompjuter i grupit të instruksioneve të reduktuara). Ky lloj arkitekture u shfaq në fund të viteve shtatëdhjetë, afërsisht në të njëjtën kohë kur Intel ofroi x86 e saj.

Ndërsa eksperimentonin me përpilues të ndryshëm dhe procesorë të mikrokodit, inxhinierët vunë re se në disa raste, sekuencat e komandave të thjeshta ekzekutoheshin më shpejt se një operacion i vetëm kompleks. U vendos të krijohej një arkitekturë që do të përfshinte punën me një grup të kufizuar udhëzimesh të thjeshta, dekodimi dhe ekzekutimi i të cilave do të kërkonte një kohë minimale.

Një nga projektet e para të procesorit RISC u krye nga një grup studentësh dhe mësuesish në Universitetin e Berkeley-t në 1981. Pikërisht në këtë kohë, kompania britanike Acorn u përball me sfidën e kohës. Ai prodhoi kompjuterë edukativë BBC Micro bazuar në procesorin 6502, të cilët ishin shumë të popullarizuar në Foggy Albion. Por së shpejti këta kompjuterë shtëpiak filluan të humbasin ndaj makinerive më të avancuara. Acorn ishte në rrezik për të humbur tregun. Inxhinierët e kompanisë, pasi u njohën me punën e studentëve në procesorët RISC, vendosën që krijimi i çipit të tyre do të ishte mjaft i thjeshtë. Në vitin 1983 u lançua projekti Acorn RISC Machine, i cili më vonë u bë ARM. Tre vjet më vonë u lëshua procesori i parë.

KRAHA e parë

Ai ishte jashtëzakonisht i thjeshtë. Çipat e parë ARM madje u mungonin udhëzimet e shumëzimit dhe ndarjes, të cilat përfaqësoheshin nga një grup udhëzimesh më të thjeshta. Një tipar tjetër i çipave ishin parimet e punës me memorie: të gjitha operacionet me të dhëna mund të kryheshin vetëm në regjistra. Në të njëjtën kohë, procesori punonte me të ashtuquajturën dritare të regjistrit, domethënë mund të hynte vetëm në një pjesë të të gjithë regjistrave të disponueshëm, të cilët ishin kryesisht universal, dhe funksionimi i tyre varej nga mënyra në të cilën ndodhej procesori. Kjo bëri të mundur braktisjen e cache në versionet e para të ARM.

Përveç kësaj, duke thjeshtuar grupet e udhëzimeve, zhvilluesit e arkitekturës ishin në gjendje të bënin pa një numër blloqesh të tjera. Për shembull, ARM-ve të parë u mungonte plotësisht mikrokodi, si dhe një njësi me pikë lundruese (FPU). Numri i përgjithshëm i tranzistorëve në ARM-në e parë ishte 30 000. Në x86 të ngjashëm kishte disa herë, ose edhe një rend të madhësisë më shumë. Kursimet shtesë të energjisë arrihen përmes ekzekutimit të kushtëzuar të komandave. Kjo do të thotë, ky apo ai operacion do të kryhet nëse ka një fakt përkatës në regjistër. Kjo e ndihmon procesorin të shmangë "lëvizjet e panevojshme". Të gjitha udhëzimet ekzekutohen në mënyrë sekuenciale. Si rezultat, ARM humbi në performancë, por jo ndjeshëm, ndërsa fitoi ndjeshëm në konsumin e energjisë.

Parimet themelore të arkitekturës mbeten të njëjta si në ARM-në e parë: puna me të dhëna vetëm në regjistra, një grup i reduktuar udhëzimesh, një minimum modulesh shtesë. E gjithë kjo i siguron arkitekturës konsum të ulët të energjisë dhe performancë relativisht të lartë.

Për ta rritur këtë, ARM ka prezantuar disa grupe udhëzuese shtesë në vitet e fundit. Së bashku me ARM-në klasike, janë Thumb, Thumb 2, Jazelle. Ky i fundit është krijuar për të përshpejtuar ekzekutimin e kodit Java.

Cortex - ARM më i avancuar

Cortex – arkitektura moderne për pajisjet mobile, sistemet e integruara dhe mikrokontrolluesit. Prandaj, CPU-të përcaktohen si Cortex-A, të integruara - Cortex-R dhe mikrokontrolluesit - Cortex-M. Të gjitha ato janë ndërtuar në arkitekturën ARMv7.

Arkitektura më e avancuar dhe më e fuqishme në linjën ARM është Cortex-A15. Supozohet se mbi bazën e tij do të prodhohen kryesisht modele me dy ose katër bërthama. Cortex-A15 e të gjitha ARM-ve të mëparshme është më afër x86 për sa i përket numrit dhe cilësisë së blloqeve.

Cortex-A15 bazohet në bërthamat e procesorit të pajisura me një njësi FPU dhe një grup udhëzimesh NEON SIMD të krijuara për të përshpejtuar përpunimin e të dhënave multimediale. Bërthamat kanë një tubacion me 13 faza, ato mbështesin ekzekutimin e udhëzimeve me porosi të lirë dhe virtualizimin e bazuar në ARM.

Cortex-A15 mbështet sistemin e avancuar të adresimit të memories. ARM mbetet një arkitekturë 32-bitësh, por inxhinierët e kompanisë kanë mësuar të konvertojnë adresat 64-bit ose të tjera të avancuara në 32-bit të përshtatshëm për procesor. Teknologjia quhet Long Physical Address Extensions. Falë tij, Cortex-A15 mund të adresojë teorikisht deri në 1 TB memorie.

Çdo bërthamë është e pajisur me një cache të nivelit të parë. Përveç kësaj, ka deri në 4 MB cache L2 të shpërndarë me vonesë të ulët. Procesori është i pajisur me një autobus koherent 128-bit, i cili mund të përdoret për të komunikuar me njësi dhe pajisje periferike të tjera.

Bërthamat që qëndrojnë në themel të Cortex-A15 janë një zhvillim i Cortex-A9. Ata kanë një strukturë të ngjashme.

Cortex-A9, ndryshe nga Cortex-A15, mund të prodhohet në të dy versionet me shumë dhe me një bërthamë. Frekuenca maksimale është 2.0 GHz, Cortex-A15 sugjeron mundësinë e krijimit të çipave që funksionojnë në një frekuencë prej 2.5 GHz. Çipat e bazuar në të do të prodhohen duke përdorur procese teknike 40 nm dhe më të holla. Cortex-A9 prodhohet në teknologjitë e procesit 65 dhe 40 nm.

Cortex-A9, si Cortex-A15, është menduar për përdorim në telefonat inteligjentë dhe tabletët me performancë të lartë, por nuk është i përshtatshëm për aplikacione më serioze, për shembull, në serverë. Vetëm Cortex-A15 ka virtualizim harduer, adresim të avancuar të memories. Për më tepër, grupi i udhëzimeve NEON Advanced SIMD dhe FPU janë opsionale në Cortex-A9, ndërsa ato kërkohen në Cortex-A15.

Cortex-A8 do të zhduket gradualisht nga skena në të ardhmen, por tani për tani ky variant me një bërthamë do të përdoret në smartfonët buxhetorë. Zgjidhja me kosto të ulët, që varion nga 600 MHz në 1 GHz, ofron një arkitekturë të ekuilibruar. Ka një njësi FPU dhe mbështet versionin e parë të SIMD NEON. Cortex-A8 supozon një proces të vetëm teknologjik - 65 nm.

ARM e gjeneratave të mëparshme

Procesorët ARM11 janë mjaft të zakonshëm në tregun celular. Ato janë ndërtuar mbi bazën e arkitekturës ARMv6 dhe modifikimeve të saj. Karakterizohet nga tubacione me 8-9 faza, mbështetje Jazelle, e cila ndihmon në përshpejtimin e përpunimit të kodit Java, udhëzimet e transmetimit SIMD, Thumb-2.

Procesorët XScale, ARM10E, ARM9E bazohen në arkitekturën ARMv5 dhe modifikimet e saj. Gjatësia maksimale e tubacionit është 6 faza, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. Çipat XScale kanë një cache të nivelit të dytë. Procesorët u përdorën në telefonat inteligjentë të mesit të viteve 2000; sot ato mund të gjenden në disa telefona celularë të lirë.

ARM9TDMI, ARM8, StrongARM - përfaqësues të ARMv4, i cili ka një tubacion 3-5 fazash dhe mbështet Thumb. ARMv4, për shembull, mund të gjendet në iPod-ët e parë klasikë.

ARM6 dhe ARM7 i përkasin ARMv3. Në këtë arkitekturë, njësia FPU u shfaq për herë të parë; u implementua adresimi i memories 32-bit, dhe jo 26-bit, si në shembujt e parë të arkitekturës. ARMv2 dhe ARMv1 ishin teknikisht çipa 32-bitësh, por në realitet punonin në mënyrë aktive vetëm me një hapësirë ​​adresash 26-bit. Cache u shfaq për herë të parë në ARMv2.

Emri i tyre është legjion

Acorn fillimisht nuk kishte ndërmend të bëhej lojtar në tregun e procesorëve. Detyra e projektit ARM ishte të krijonte një çip të prodhimit të tij për prodhimin e kompjuterëve - ishte krijimi i PC-ve që Acorn e konsideroi biznesin e tij kryesor.

ARM ka evoluar nga një grup zhvillimi në një kompani falë Apple. Në vitin 1990, Apple, së bashku me VLSI dhe Acorn, filluan të zhvillojnë një procesor me kosto të ulët për kompjuterin e parë të xhepit, Newton. Për këto qëllime, u krijua një kompani e veçantë, e cila mori emrin e projektit të brendshëm Acorn - ARM.

Me pjesëmarrjen e Apple, u krijua një procesor ARM6, i cili është më afër çipave modernë nga një zhvillues anglez. Në të njëjtën kohë, DEC ishte në gjendje të patentonte arkitekturën ARM6 dhe filloi të prodhonte çipa nën markën StrongARM. Disa vjet më vonë, teknologjia u transferua në Intel si pjesë e një mosmarrëveshjeje tjetër për patentën. Gjigandi i mikroprocesorëve ka krijuar analogun e vet, procesorin XScale, bazuar në ARM. Por në mesin e dekadës së mëparshme, Intel hoqi qafe këtë "aset jo thelbësor", duke u fokusuar ekskluzivisht në x86. XScale kaloi në duart e Marvell, e cila tashmë e licencoi ARM.

Në fillim, ARM, e cila ishte e re në botë, nuk ishte në gjendje të prodhonte procesorë. Menaxhmenti i saj zgjodhi një mënyrë tjetër për të fituar para. Arkitektura ARM ishte e thjeshtë dhe fleksibël. Në fillim, bërthama nuk kishte as një cache, kështu që më pas modulet shtesë, përfshirë FPU, kontrollorët nuk u integruan ngushtë në procesor, por ishin, si të thuash, të bashkangjitur në bazë.

Prandaj, ARM mori në dorë një projektues inteligjent që lejoi kompanitë e avancuara teknologjikisht të krijojnë procesorë ose mikrokontrollues për t'iu përshtatur nevojave të tyre. Kjo bëhet duke përdorur të ashtuquajturit bashkëprocesorë, të cilët mund të zgjerojnë funksionalitetin standard. Në total, arkitektura mbështet deri në 16 bashkëprocesorë (numrat nga 0 në 15), por numri 15 është i rezervuar për bashkëprocesorin që kryen funksionet e menaxhimit të memories dhe kujtesës.

Pajisjet periferike lidhen me çipin ARM, duke hartuar regjistrat e tyre në hapësirën e memories së procesorit ose bashkëprocesorit. Për shembull, një çip për përpunimin e imazhit mund të përbëhet nga një bërthamë relativisht e thjeshtë e bazuar në ARM7TDMI dhe një bashkëprocesor që ofron dekodimin e sinjalit HDTV.

ARM filloi të licencojë arkitekturën e saj. Kompani të tjera tashmë e kanë zbatuar atë në silikon, duke përfshirë Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, por edhe ato krejtësisht jo-thelbësore si Samsung, Nokia, Nintendo ose Canon.

Mungesa e fabrikave të veta, si dhe tarifat mbresëlënëse të licencimit, e lejuan ARM të jetë më fleksibël në zhvillimin e versioneve të reja të arkitekturës. Kompania i piqte si ëmbëlsira të nxehta, duke hyrë në kamare të reja. Përveç telefonave inteligjentë dhe tabletëve, arkitektura përdoret në procesorë të specializuar, për shembull, në navigatorët GPS, kamerat dixhitale dhe kamerat video. Mbi bazën e tij krijohen kontrollorë industrialë dhe çipa të tjerë për sistemet e ngulitura.

Sistemi i licencimit ARM është një hipermarket i vërtetë i mikroelektronikës. Kompania licencon jo vetëm arkitekturat e reja, por edhe të vjetra. Ky i fundit mund të përdoret për të krijuar mikrokontrollues ose çipa për pajisjet me kosto të ulët. Natyrisht, niveli i tarifave të licencimit varet nga shkalla e risisë dhe kompleksitetit të variantit të arkitekturës me interes për prodhuesin. Tradicionalisht, proceset teknike për të cilat ARM zhvillon procesorë janë 1-2 hapa prapa atyre që konsiderohen të rëndësishme për x86. Efikasiteti i lartë i energjisë i arkitekturës e bën atë më pak të varur nga kalimi në standardet e reja teknologjike. Intel dhe AMD po përpiqen të bëjnë çipa më të hollë në mënyrë që të rrisin frekuencat dhe numrin e bërthamave duke ruajtur madhësinë fizike dhe konsumin e energjisë. ARM në thelb ka kërkesa më të ulëta për energji dhe gjithashtu ofron nivele më të larta të performancës për vat.

Karakteristikat e procesorëve NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell

Duke licencuar ARM majtas dhe djathtas, zhvilluesit forcuan pozicionin e arkitekturës së tyre në kurriz të kompetencave të partnerëve të tyre. Një shembull klasik në këtë rast është NVIDIA Tegra. Kjo linjë e sistemeve në një çip bazohet në arkitekturën ARM, por NVIDIA tashmë kishte zhvillimet e saj shumë serioze në fushën e grafikës 3D dhe logjikës së sistemit.

ARM u jep licencuesve të saj diskrecion të gjerë për të ridizajnuar arkitekturën. Në përputhje me rrethanat, inxhinierët e NVIDIA ishin në gjendje të kombinonin në Tegra pikat e forta të ARM (CPU computing) dhe produktet e tyre - duke punuar me grafikë tredimensionale, etj. Si rezultat, Tegra ka performancën më të lartë 3D për klasën e saj të procesorëve. Ata janë 25-30% më të shpejtë se PowerVR, i përdorur nga Samsung dhe Texas Instruments, dhe janë pothuajse dy herë më të shpejtë se Adreno, i zhvilluar nga Qualcomm.

Prodhuesit e tjerë të procesorëve të bazuar në arkitekturën ARM po forcojnë disa blloqe shtesë dhe po përmirësojnë çipat për të arritur frekuenca dhe performancë më të lartë.

Për shembull, Qualcomm nuk përdor modelin e referencës ARM. Inxhinierët e kompanisë e ripunuan seriozisht dhe e quajtën Akrep - është baza e çipave Snapdragon. Dizajni është ridizajnuar pjesërisht për të akomoduar procese teknike më të sofistikuara sesa ato të ofruara nga standardi IP ARM. Si rezultat, Snapdragonët e parë u prodhuan në 45 nm, gjë që u siguroi atyre frekuenca më të larta. Dhe gjenerata e re e këtyre procesorëve me një 2.5 GHz të deklaruar madje mund të bëhet më i shpejti midis analogëve të bazuar në ARM Cortex-A9. Qualcomm përdor gjithashtu bërthamën e vet grafike Adreno, të krijuar në bazë të zhvillimeve të blera nga AMD. Pra, në një farë mënyre, Snapdragon dhe Tegra janë armiq në një nivel gjenetik.

Kur krijoi Hummingbird, Samsung mori gjithashtu rrugën e optimizimit të arkitekturës. Koreanët, së bashku me kompaninë Intrinsity, ndryshuan logjikën, duke ulur kështu numrin e udhëzimeve të nevojshme për të kryer operacione të caktuara. Kështu, ne arritëm të fitonim 5-10% të produktivitetit. Përveç kësaj, u shtuan një memorie dinamike L2 dhe zgjerimi multimedial ARM NEON. Koreanët përdorën PowerVR SGX540 si një modul grafik.

Texas Instruments në serinë e saj të re OMAP bazuar në arkitekturën ARM Cortex-A ka shtuar një modul special IVA përgjegjës për përshpejtimin e përpunimit të imazhit. Kjo ju lejon të përpunoni shpejt të dhënat që vijnë nga sensori në kamerën e integruar. Përveç kësaj, është i lidhur me ISP-në dhe ndihmon në përshpejtimin e videos. OMAP gjithashtu përdor grafikë PowerVR.

Apple A4 ka një cache të madhe 512 KB, përdor grafikë PowerVR dhe vetë bërthama ARM është ndërtuar mbi një variant të arkitekturës së ridizajnuar nga Samsung.

Apple A5 me dy bërthama, i cili debutoi në iPad 2 në fillim të vitit 2011, bazohet në arkitekturën ARM Cortex-A9, ashtu si ajo e optimizuar më parë nga Samsung. Krahasuar me A4, çipi i ri ka dyfishin e sasisë së memories cache të nivelit të dytë - është rritur në 1 MB. Procesori përmban një kontrollues RAM me dy kanale dhe ka një njësi të përmirësuar video. Si rezultat, ai kryen dy herë më mirë se Apple A4 në disa detyra.

Marvell ofron çipa bazuar në arkitekturën e vet Sheeva, e cila, pas një inspektimi më të afërt, rezulton të jetë një hibrid i XScale, i blerë dikur nga Intel dhe ARM. Këto çipa kanë një sasi më të madhe memorie cache në krahasim me analogët dhe janë të pajisur me një modul të veçantë multimedial.

Aktualisht, të licencuarit e ARM prodhojnë vetëm çipa bazuar në arkitekturën ARM Cortex-A9. Në të njëjtën kohë, megjithëse ju lejon të krijoni variante me katër bërthama, NVIDIA, Apple, Texas Instruments dhe të tjerët janë ende të kufizuar në modele me një ose dy bërthama. Përveç kësaj, çipat funksionojnë në frekuenca deri në 1.5 GHz. Cortex-A9 ju lejon të bëni procesorë me dy GHz, por përsëri, prodhuesit nuk po përpiqen të rrisin shpejt frekuencat - në fund të fundit, tani për tani tregu do të ketë mjaft procesorë me dy bërthama në 1.5 GHz.

Procesorët e bazuar në Cortex-A15 duhet të bëhen vërtet me shumë bërthama, por edhe nëse shpallen, ato janë vetëm në letër. Shfaqja e tyre në silikon duhet të pritet vitin e ardhshëm.

Procesorët modernë të licencuar ARM bazuar në Cortex-A9:

x86 është pretendenti kryesor

x86 është një përfaqësues i arkitekturave CISC. Ata përdorin grupin e plotë të komandave. Një udhëzim në këtë rast kryen disa operacione të nivelit të ulët. Kodi i programit, ndryshe nga ARM, është më kompakt, por nuk ekzekutohet aq shpejt dhe kërkon më shumë burime. Për më tepër, që në fillim, x86 ishin të pajisur me të gjitha blloqet e nevojshme, gjë që nënkuptonte shkathtësinë dhe grykësinë e tyre. Shpenzohej energji shtesë për ekzekutimin e pakushtëzuar, paralel të komandave. Kjo ju lejon të arrini një avantazh shpejtësie, por disa operacione kryhen më kot, sepse ato nuk plotësojnë kushtet e mëparshme.

Këto ishin x86-të klasikë, por duke filluar me 80486, Intel de facto krijoi një bërthamë të brendshme RISC që ekzekutonte udhëzimet CISC, të zbërthyera më parë në udhëzime më të thjeshta. Procesorët modernë Intel dhe AMD kanë të njëjtin dizajn.

Windows 8 dhe ARM

ARM dhe x86 sot ndryshojnë më pak se 30 vjet më parë, por ende bazohen në parime të ndryshme, gjë që i ndan në zona të ndryshme të tregut të procesorëve. Arkitekturat mund të mos ishin kryqëzuar kurrë nëse vetë kompjuteri nuk do të kishte ndryshuar.

Lëvizshmëria dhe efektiviteti i kostos erdhën së pari, dhe më shumë vëmendje iu kushtua telefonave inteligjentë dhe tabletëve. Apple fiton shumë para nga pajisjet mobile dhe infrastruktura e lidhur me to. Microsoft nuk dëshiron të mbetet pas dhe po përpiqet të fitojë një terren në tregun e tabletëve për të dytin vit. Google është mjaft i suksesshëm.

Kompjuteri desktop po bëhet kryesisht një mjet pune; hapësira e kompjuterit shtëpiak është e zënë nga tableta dhe pajisje të specializuara. Në këto kushte, Microsoft do të ndërmarrë një hap të paprecedentë. . Nuk është ende plotësisht e qartë se çfarë do të çojë kjo. Do të marrim dy versione të sistemit operativ, ose një që do të funksionojë me të dyja arkitekturat. A do ta vrasë x86 mbështetja ARM e Microsoft-it apo jo?

Ende ka pak informacion. Microsoft demonstroi Windows 8 që funksionon në një pajisje me një procesor ARM gjatë CES 2011. Steve Ballmer tregoi se në platformën ARM duke përdorur Windows mund të shikoni video, të punoni me imazhe, të shfletoni internetin - Internet Explorer madje ka punuar me përshpejtimin e harduerit - lidhni USB- pajisje, dokumente printimi. Gjëja më e rëndësishme në këtë demo ishte prania e Microsoft Office që funksiononte në ARM pa pjesëmarrjen e një makinerie virtuale. Në prezantim u shfaqën tre vegla të bazuara në procesorë nga Qualcomm, Texas Instruments dhe NVIDIA. Windows kishte një guaskë standarde "shtatë", por përfaqësuesit e Microsoft njoftuan një kernel të ri, të ridizajnuar të sistemit.

Sidoqoftë, Windows nuk është vetëm një OS i bërë nga inxhinierët e Microsoft, por është gjithashtu miliona programe. Disa softuer janë kritikë për njerëzit në shumë profesione. Për shembull, paketa Adobe CS. A do të mbështesë kompania një version të softuerit ARM-Windows, apo kerneli i ri do të lejojë që Photoshop dhe aplikacione të tjera të njohura të funksionojnë në kompjuterë me NVIDIA Tegra ose çipa të tjerë të ngjashëm pa modifikime shtesë të kodit?

Përveç kësaj, lind pyetja me kartat video. Në ditët e sotme, kartat video për laptopë bëhen duke optimizuar konsumin e energjisë së çipave grafikë desktop - ato janë arkitekturisht të njëjta. Në të njëjtën kohë, tani një kartë video është diçka si një "kompjuter brenda një kompjuteri" - ajo ka RAM-in e saj ultra të shpejtë dhe çipin e vet kompjuterik, i cili është dukshëm më i lartë se procesorët konvencionalë në detyra specifike. Vetëkuptohet që aplikacionet që punojnë me grafikë 3D janë optimizuar në mënyrë të përshtatshme për to. Po, dhe programe të ndryshme të redaktimit të videove dhe redaktues grafikë (në veçanti Photoshop nga versioni CS4), dhe së fundmi edhe shfletuesit përdorin përshpejtimin e harduerit duke përdorur GPU.

Sigurisht, në Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS dhe sisteme të tjera celulare, është bërë optimizimi i nevojshëm për përshpejtuesit e ndryshëm celularë (më saktë, ultra-mobilë) në treg. Megjithatë, ato nuk mbështeten në Windows. Drejtuesit, natyrisht, do të shkruhen (dhe tashmë janë shkruar - procesorët e serisë Intel Atom Z500 vijnë me një çip që integron bërthamën grafike të "smartphone" PowerVR SGX 535), por optimizimi i aplikacioneve për ta mund të jetë i vonuar, nëse fare. .

Natyrisht, "ARM në desktop" nuk do të shfaqet vërtet. Ndoshta në sistemet me fuqi të ulët në të cilat ata do të hyjnë në internet dhe do të shikojnë filma. Në rrjeta në përgjithësi. Kështu që ARM deri më tani po përpiqet vetëm të synojë vendin që Intel Atom pushtoi dhe ku AMD po ndjek tani në mënyrë aktive me platformën e saj Brazos. Dhe ajo, me sa duket, pjesërisht do të ketë sukses. Përveç nëse të dyja kompanitë përpunuese vijnë me diçka shumë konkurruese.

Në disa vende, Intel Atom dhe ARM tashmë janë duke konkurruar. Ato përdoren për të krijuar ruajtjen e të dhënave në rrjet dhe serverë me fuqi të ulët që mund t'i shërbejnë një zyre ose apartamenti të vogël. Ekzistojnë gjithashtu disa projekte komerciale të grupimeve të bazuara në çipa Intel me kosto efektive. Karakteristikat e procesorëve të rinj të bazuar në ARM Cortex-A9 lejojnë që ata të përdoren për të mbështetur infrastrukturën. Kështu, brenda disa vitesh mund të marrim serverë ARM ose ARM-NAS për rrjete të vogla lokale, dhe shfaqja e serverëve në internet me fuqi të ulët nuk mund të përjashtohet.

Sparring i parë

Konkurrenti kryesor i ARM nga ana x86 është Intel Atom, dhe tani mund të shtojmë . Një krahasim i x86 dhe ARM u krye nga Van Smith, i cili krijoi paketat e testimit OpenSourceMark, miniBench dhe një nga bashkautorët e SiSoftware Sandra. Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050 morën pjesë në "garë". Frekuencat e çipave x86 u reduktuan, por ato gjithsesi kishin një avantazh për shkak të memories më të avancuar.

Rezultatet doli të ishin shumë interesante. Çipi ARM doli të ishte po aq i shpejtë sa konkurrentët e tij në operacionet me numra të plotë, ndërsa konsumonte më pak energji. Këtu nuk ka asgjë për t'u habitur. Fillimisht, arkitektura ishte mjaft e shpejtë dhe ekonomike. Në operacionet me pikë lundruese, ARM ishte inferior ndaj x86. Njësia tradicionalisht e fuqishme FPU e gjetur në çipat Intel dhe AMD pati një ndikim këtu. Kujtojmë se në ARM u shfaq relativisht kohët e fundit. Detyrat që bien në FPU zënë një vend të rëndësishëm në jetën e një përdoruesi modern - këto janë lojëra, kodim video dhe audio dhe operacione të tjera transmetimi. Sigurisht, testet e kryera nga Van Smith nuk janë më aq të rëndësishme sot. ARM ka forcuar ndjeshëm dobësitë e arkitekturës së saj në versionet e Cortex-A9 dhe veçanërisht Cortex-A15, të cilat, për shembull, tashmë mund të ekzekutojnë udhëzime pa kushte, duke paralelizuar zgjidhjen e problemeve.

Perspektivat për ARM

Pra, cilën arkitekturë duhet të zgjidhni në fund, ARM apo x86? Do të ishte më e sakta të vihej bast për të dyja. Sot jetojmë në kushtet e riformatimit të tregut kompjuterik. Në vitin 2008, netbook-ët parashikohej të kishin një të ardhme të ndritur. Laptopët e lirë kompakt supozohej të bëheshin kompjuteri kryesor për shumicën e përdoruesve, veçanërisht në sfondin e krizës globale. Por më pas ekonomia filloi të rimëkëmbej dhe u shfaq iPad. Tani tabletat janë shpallur mbretër të tregut. Sidoqoftë, tableti është i mirë si një tastierë argëtimi, por jo shumë i përshtatshëm për punë, kryesisht për shkak të hyrjes me prekje - shkrimi i këtij artikulli në një iPad do të ishte shumë i vështirë dhe kërkon shumë kohë. A do t'i qëndrojnë tabletat provës së kohës? Ndoshta pas disa vitesh do të dalim me një lodër të re.

Por megjithatë, në segmentin celular, ku performanca e lartë nuk kërkohet, dhe aktiviteti i përdoruesit kufizohet kryesisht në argëtim dhe nuk lidhet me punën, ARM duket i preferueshëm se x86. Ato ofrojnë një nivel të pranueshëm të performancës, si dhe jetëgjatësi të gjatë të baterisë. Përpjekjet e Intel për të realizuar Atomin deri më tani kanë qenë të pasuksesshme. ARM vendos një standard të ri për performancën për vat. Me shumë mundësi, ARM do të jetë i suksesshëm në pajisjet kompakte celulare. Ata gjithashtu mund të bëhen liderë në tregun e netbook-eve, por këtu gjithçka varet jo aq nga zhvilluesit e procesorëve sa nga Microsoft dhe Google. Nëse i pari zbaton mbështetjen normale të ARM në Windows 8, dhe i dyti sjell në funksion Chrome OS. Deri më tani, librat inteligjentë të propozuar nga Qualcomm nuk janë futur në treg. Netbookët e bazuar në x86 mbijetuan.

Sipas ARM-së, një përparim në këtë drejtim duhet të bëjë arkitektura Cortex-A15. Kompania rekomandon procesorë me dy dhe katër bërthama të bazuara në të me një frekuencë 1.0-2.0 GHz për sistemet e argëtimit në shtëpi që do të kombinojnë një media player, një TV 3D dhe një terminal interneti. Çipat me katër bërthama me një frekuencë prej 1.5-2.5 GHz mund të bëhen baza e serverëve shtëpiak dhe uebit. Së fundi, rasti më ambicioz i përdorimit për Cortex-A15 është infrastruktura e rrjetit pa tel. Këtu mund të përdoren çipa me katër ose më shumë bërthama dhe një frekuencë prej 1,5-2,5 GHz.

Por tani për tani këto janë vetëm plane. Cortex-A15 u prezantua nga ARM në shtator të vitit të kaluar. Cortex-A9 u shfaq nga kompania në tetor 2007, dy vjet më vonë kompania prezantoi variantin A9 me aftësinë për të rritur frekuencën e çipave në 2.0 GHz. Për krahasim, NVIDIA Tegra 2 - një nga zgjidhjet më të njohura të bazuara në Cortex-A9 - u lëshua vetëm në janar të vitit të kaluar. Epo, përdoruesit ishin në gjendje të preknin veglat e para bazuar në të pas gjashtë muajsh të tjerë.

Segmenti i PC-ve të punës dhe zgjidhjet me performancë të lartë do të mbeten me x86. Kjo nuk do të thotë vdekje e arkitekturës, por në terma monetarë, Intel dhe AMD duhet të përgatiten për humbjen e një pjese të të ardhurave që do të shkojnë për prodhuesit e procesorëve ARM.

Në ditët e sotme, ekzistojnë dy arkitekturat më të njohura të procesorëve. Ky është x86, i cili u zhvillua në vitet '80 dhe përdoret në kompjuterë personalë dhe ARM - një më modern, që i bën procesorët më të vegjël dhe më ekonomikë. Përdoret në shumicën e pajisjeve celulare ose tabletave.

Të dyja arkitekturat kanë të mirat dhe të këqijat e tyre, si dhe fushat e aplikimit, por ka edhe karakteristika të përbashkëta. Shumë ekspertë thonë se ARM është e ardhmja, por ende ka disa disavantazhe që x86 nuk i ka. Në artikullin tonë sot do të shikojmë se si ndryshon arkitektura e krahut nga x86. Le të shohim ndryshimet themelore midis ARM dhe x86, dhe gjithashtu të përpiqemi të përcaktojmë se cili është më i mirë.

Procesori është komponenti kryesor i çdo pajisjeje kompjuterike, qoftë një smartphone apo një kompjuter. Performanca e tij përcakton se sa shpejt do të funksionojë pajisja dhe sa kohë mund të funksionojë me fuqinë e baterisë. E thënë thjesht, një arkitekturë procesori është një grup udhëzimesh që mund të përdoren për të kompozuar programe dhe zbatohen në harduer duke përdorur kombinime të caktuara të tranzistorëve të procesorit. Ato janë ato që lejojnë programet të ndërveprojnë me harduerin dhe të përcaktojnë se si të dhënat do të transferohen dhe lexohen nga memoria.

Për momentin, ekzistojnë dy lloje arkitekturash: CISC (Complex Instruction Set Computing) dhe RISC (Reduced Instruction Set Computing). E para supozon se procesori do të zbatojë udhëzimet për të gjitha rastet, e dyta, RISC, i vendos zhvilluesve detyrën për të krijuar një procesor me një grup të udhëzimeve minimale të kërkuara për funksionim. Udhëzimet RISC janë më të vogla dhe më të thjeshta.

arkitekturë x86

Arkitektura e procesorit x86 u zhvillua në vitin 1978 dhe u shfaq për herë të parë në procesorët Intel dhe është e llojit CISC. Emri i tij është marrë nga modeli i procesorit të parë me këtë arkitekturë - Intel 8086. Me kalimin e kohës, në mungesë të një alternative më të mirë, prodhuesit e tjerë të procesorëve, për shembull, AMD, filluan të mbështesin këtë arkitekturë. Tani është standardi për kompjuterë desktop, laptopë, netbook, serverë dhe pajisje të tjera të ngjashme. Por ndonjëherë procesorët x86 përdoren në tableta, kjo është një praktikë mjaft e zakonshme.

Procesori i parë Intel 8086 kishte një kapacitet 16-bit, më pas në vitin 2000 u lëshua një procesor i arkitekturës 32-bit, dhe madje më vonë u shfaq një arkitekturë 64-bit. Ne e diskutuam këtë në detaje në një artikull të veçantë. Gjatë kësaj kohe, arkitektura është zhvilluar shumë, janë shtuar grupe të reja udhëzimesh dhe zgjerimesh, të cilat mund të rrisin shumë performancën e procesorit.

x86 ka disa disavantazhe të rëndësishme. Së pari, ky është kompleksiteti i komandave, konfuzioni i tyre, i cili u ngrit për shkak të historisë së gjatë të zhvillimit. Së dyti, procesorë të tillë konsumojnë shumë energji dhe gjenerojnë shumë nxehtësi për shkak të kësaj. Inxhinierët x86 fillimisht morën rrugën e marrjes së performancës maksimale dhe shpejtësia kërkon burime. Para se të shohim ndryshimet midis krahut x86, le të flasim për arkitekturën e ARM.

Arkitektura ARM

Kjo arkitekturë u prezantua pak më vonë pas x86 - në 1985. Ajo u zhvillua nga kompania e famshme britanike Acorn, më pas kjo arkitekturë u quajt Arcon Risk Machine dhe i përkiste tipit RISC, por më pas doli versioni i përmirësuar i tij, Advanted RISC Machine, i cili tani njihet si ARM.

Gjatë zhvillimit të kësaj arkitekture, inxhinierët i vendosën vetes qëllimin për të eliminuar të gjitha mangësitë e x86 dhe për të krijuar një arkitekturë krejtësisht të re dhe më efikase. Çipat ARM morën konsum minimal të energjisë dhe një çmim të ulët, por kishin performancë të ulët në krahasim me x86, kështu që fillimisht ata nuk fituan shumë popullaritet në kompjuterët personalë.

Ndryshe nga x86, zhvilluesit fillimisht u përpoqën të arrinin kosto minimale të burimeve; ata kanë më pak udhëzime procesori, më pak transistorë, por gjithashtu, në përputhje me rrethanat, më pak veçori shtesë. Por performanca e procesorëve ARM është përmirësuar vitet e fundit. Duke marrë parasysh këtë dhe konsumin e ulët të energjisë, ato janë bërë shumë të përdorura në pajisjet mobile si tabletët dhe telefonat inteligjentë.

Dallimet midis ARM dhe x86

Dhe tani që kemi parë historinë e zhvillimit të këtyre arkitekturave dhe dallimet e tyre themelore, le të bëjmë një krahasim të detajuar të ARM dhe x86 bazuar në karakteristikat e tyre të ndryshme në mënyrë që të përcaktojmë se cila është më e mirë dhe të kuptojmë më saktë se cilat janë ndryshimet e tyre.

Prodhimi

Prodhimi x86 vs krahu është i ndryshëm. Vetëm dy kompani prodhojnë procesorë x86: Intel dhe AMD. Fillimisht, kjo ishte një kompani, por kjo është një histori krejtësisht e ndryshme. Vetëm këto kompani kanë të drejtë të prodhojnë përpunues të tillë, që do të thotë se vetëm ato do të kontrollojnë drejtimin e zhvillimit të infrastrukturës.

ARM funksionon shumë ndryshe. Kompania që zhvillon ARM nuk lëshon asgjë. Ata thjesht lëshojnë leje për të zhvilluar procesorë të kësaj arkitekture dhe prodhuesit mund të bëjnë gjithçka që u nevojitet, për shembull, të prodhojnë çipa specifike me modulet që u nevojiten.

Numri i udhëzimeve

Këto janë ndryshimet kryesore midis arkitekturës së krahut dhe x86. Procesorët x86 u zhvilluan me shpejtësi si më të fuqishëm dhe produktivë. Zhvilluesit kanë shtuar një numër të madh udhëzimesh për procesorin, dhe nuk ka vetëm një grup bazë, por mjaft komanda që mund të kryheshin pa. Fillimisht, kjo u bë për të zvogëluar sasinë e memories së zënë nga programet në disk. Janë zhvilluar gjithashtu shumë opsione për mbrojtje dhe virtualizim, optimizim dhe shumë më tepër. E gjithë kjo kërkon transistorë dhe energji shtesë.

ARM është më e thjeshtë. Këtu ka shumë më pak udhëzime për procesorin, vetëm ato që i nevojiten sistemit operativ dhe që përdoren në të vërtetë. Nëse krahasojmë x86, atëherë vetëm 30% e të gjitha udhëzimeve të mundshme përdoren atje. Ato janë më të lehta për t'u mësuar nëse vendosni të shkruani programe me dorë, dhe gjithashtu kërkojnë më pak transistorë për t'u zbatuar.

Konsumi i energjisë

Një tjetër përfundim del nga paragrafi i mëparshëm. Sa më shumë transistorë në tabelë, aq më e madhe është zona dhe konsumi i energjisë, dhe e kundërta është gjithashtu e vërtetë.

Procesorët x86 konsumojnë shumë më tepër energji sesa ARM. Por konsumi i energjisë ndikohet gjithashtu nga madhësia e vetë transistorit. Për shembull, një procesor Intel i7 konsumon 47 Watts dhe çdo procesor smartphone ARM konsumon jo më shumë se 3 Watts. Më parë, u prodhuan pllaka me një madhësi të vetme elementi prej 80 nm, më pas Intel arriti një reduktim në 22 nm, dhe këtë vit shkencëtarët ishin në gjendje të krijonin një tabelë me një madhësi elementi prej 1 nanometër. Kjo do të zvogëlojë ndjeshëm konsumin e energjisë pa humbur performancën.

Vitet e fundit, konsumi i energjisë i procesorëve x86 është ulur shumë, për shembull, procesorët e rinj Intel Haswell mund të zgjasin më gjatë në bateri. Tani ndryshimi midis krahut dhe x86 po zhduket gradualisht.

Shpërndarja e nxehtësisë

Numri i transistorëve ndikon në një parametër tjetër - gjenerimin e nxehtësisë. Pajisjet moderne nuk mund ta shndërrojnë të gjithë energjinë në veprim efektiv; një pjesë e saj shpërndahet në formën e nxehtësisë. Efikasiteti i pllakave është i njëjtë, që do të thotë se sa më pak transistorë dhe sa më i vogël të jetë madhësia e tyre, aq më pak nxehtësi do të gjenerojë procesori. Këtu nuk lind më pyetja nëse ARM ose x86 do të gjenerojnë më pak nxehtësi.

Performanca e procesorit

ARM nuk ishte krijuar fillimisht për performancë maksimale, këtu shkëlqen x86. Kjo është pjesërisht për shkak të numrit më të vogël të transistorëve. Por kohët e fundit, performanca e procesorëve ARM është rritur, dhe ata tashmë mund të përdoren plotësisht në laptopë ose serverë.

konkluzionet

Në këtë artikull ne shikuam se si ARM ndryshon nga x86. Dallimet janë mjaft serioze. Por kohët e fundit linja midis të dy arkitekturave është bërë e paqartë. Procesorët ARM po bëhen më produktivë dhe më të shpejtë, dhe procesorët x86, falë zvogëlimit të madhësisë së elementit strukturor të tabelës, fillojnë të konsumojnë më pak energji dhe gjenerojnë më pak nxehtësi. Procesorët ARM tashmë mund t'i gjeni në serverë dhe laptopë dhe x86 në tableta dhe smartfonë.

Çfarë mendoni për këto x86 dhe ARM? Cila teknologji është e ardhmja sipas jush? Shkruani në komente! Meqe ra fjala, .

Për të përfunduar videon rreth zhvillimit të arkitekturës së ARM: