Što je ARM arhitektura?

Svatko tko je zainteresiran za mobilne tehnologije čuo je za ARM-arhitekturu. U isto vrijeme, za većinu ljudi to je povezano s procesorima tableta ili pametnih telefona. Drugi ih ispravljaju, navodeći da to nije sam kamen, već samo njegova arhitektura. Ali praktički nitko od njih nije bio zainteresiran gdje i kada se ta tehnologija pojavila.

U međuvremenu, ova tehnologija je raširena među mnogim modernim napravama koje svake godine postaju sve više i više. Osim toga, na putu razvoja tvrtke koja razvija ARM procesore, postoji jedan zanimljiv slučaj, koji nije grijeh za pamćenje, možda će za nekoga postati pouka za budućnost.

ARM Architecture for Dummies

Pod kraticom ARM nalazi se prilično uspješna britanska tvrtka ARM Limited u području IT tehnologija. Dešifrira se kao Advanced RISC Machines i jedan je od najvećih svjetskih programera i davatelja licence za 32-bitnu RISC arhitekturu procesora koja koristi većinu prijenosnih uređaja.


No, u stvari, sama tvrtka nije uključena u proizvodnju mikroprocesora, već samo razvija i licencira svoju tehnologiju drugim stranama. Konkretno, ARM arhitekturu mikrokontrolera nabavljaju sljedeći proizvođači:
  • Atmel.
  • Cirrus Logic.
  • Intel.
  • Apple.
  • nvidia.
  • HiSilicon.
  • Marvell.
  • NXP.
  • Samsung.
  • Qualcomm.
  • Sony Ericsson.
  • Texas Instruments.
  • Broadcom. Neke od njih poznate su širokoj publici korisnika digitalnih naprava. Prema jamstvu britanske korporacije ARM, ukupan broj proizvedenihza njihovu tehnologiju mikroprocesora - više od 25 milijardi. Postoji nekoliko serija mobilnih kamenja:
  • ARM7 - taktna frekvencija 60-72 MHz, koja je relevantna za mobilne proračunske telefone.
  • ARM9 /ARM9E - frekvencija je već veća na oko 200 MHz. Oni su opremljeni mikroprocesorima s više funkcionalnih pametnih telefona i džepnim računalima (PDA).
  • Cortex i ARM11 već su naprednija obitelj mikroprocesora u usporedbi s arhitekturom prošlih ARM mikrokontrolera s taktnom brzinom od 1 GHz i naprednim mogućnostima obrade digitalnog signala.


    Najpopularniji mikroprocesori xScale tvrtke Marvell (do sredine 2007. godine, projekt je bio na raspolaganju Intelu) zapravo je napredna verzija ARM9 arhitekture dopunjena skupom uputa MMX Wireless. Intelovo rješenje bilo je usmjereno na podršku multimedijskim aplikacijama.
    ARM tehnologija se odnosi na 32-bitnu mikroprocesorsku arhitekturu, koja sadrži reducirani skup naredbi, koje se naziva RISC. Prema izračunima, korištenje ARM procesora iznosi 82% od ukupnog broja proizvedenih RISC procesora, što upućuje na prilično široku pokrivenost 32-bitnih sustava. Mnogi elektronički uređaji opremljeni su ARM procesorskom arhitekturom, a to nisu samo PDA uređaji i mobiteli, već i prijenosna igraća konzola, kalkulatori, računalne periferije, mrežna oprema i još mnogo toga.

    Malo putovanje natrag u prošlost

    Idemo na imaginarni automobil tog vremena prije nekoliko godina i pokušamo shvatiti kako je sve počelo. To je moguće s povjerenjemreći da je tvrtka ARM - je, radije, monopolist u svom području. A to potvrđuje i činjenica da velika većina pametnih telefona i drugih elektroničkih digitalnih uređaja radi pod kontrolom mikroprocesora stvorenih ovom arhitekturom.
    Godine 1980. osnovana je tvrtka Acorn Computers, koja je počela stvarati osobna računala. Stoga je ARM prethodno predstavljen kao Acorn RISC Machines. Godinu dana kasnije, domaćoj verziji BBC Micro PC-a iz prve ARM procesorske arhitekture predstavljen je potrošačkom sudu. Bio je to uspjeh, međutim, čip se nije nosio s grafičkim zadacima, a ostale opcije u odnosu na procesore Motorola 68000 i National Semiconductor 32016 također nisu bile pogodne za to. Tada je menadžment tvrtke razmišljao o stvaranju vlastitog mikroprocesora. Inženjeri su zainteresirani za novu arhitekturu procesora, koju su izumili diplomci s lokalnog sveučilišta. Koristio je kraći skup naredbi ili RISC. A nakon pojave prvog računala koje je pokrenulo procesor Acorn Risc Machine, uspjeh je došao prilično brzo - 1990. godine potpisan je ugovor između britanske marke i Applea. To je označilo početak razvoja novog čipseta, što je dovelo do stvaranja cijelog tima programera, nazvanih Advanced RISC Machines ili ARM.
    Od 1998. tvrtka je promijenila ime u ARM Limited. A sada se stručnjaci ne bave proizvodnjom i implementacijom ARM-arhitekture. Što je ovo dalo? Na to nije utjecao razvoj tvrtke, iako je glavni i jedini smjer tvrtke bio razvoj tehnologija, kao i prodaja licenci trećim stranama kako bi moglikoristiti arhitekturu procesora. Istodobno, neka poduzeća stječu prava na gotova jezgre, dok su druga stekla licence za procesore s vlastitim kernelima.
    Prema nekim podacima, zarada tvrtke na svakoj takvoj odluci iznosi $ 0067. No, ove informacije su prosječne i zastarjele. Svake godine broj jezgri u čipsetu se povećava, a cijena modernih procesora premašuje stare uzorke.

    Opseg

    Sam razvoj mobilnih uređaja donio je tvrtki ARM Limited veliku popularnost. A kada je proizvodnja pametnih telefona i drugih prijenosnih elektroničkih uređaja postala masivna, odmah su korišteni energetski učinkoviti procesori. Zanimljivo, postoji li linux na arm-arhitekturi? Vrhunac ARM-ovog razvoja datira iz 2007. kada su obnovljena partnerstva s Appleovim brandom. Nakon toga, prvi iPhone temeljen na ARM procesoru predstavljen je sudu potrošača. Od tada je takva procesorska arhitektura postala sastavni dio gotovo svakog proizvedenog pametnog telefona, koji se može naći samo na modernom tržištu mobilne telefonije. Možemo reći da je praktički svaka moderna elektronička oprema koja zahtijeva upravljanje procesorom, na ovaj ili onaj način, opremljena ARM čipovima. Činjenica da takva arhitektura procesora podržava mnoge operativne sustave, bilo da je riječ o Linuxu, Androidu, iOS-u i Windowsu, je neporeciva prednost. Među njima su i Windows ugrađeni CE 6.0 Core, arm arhitektura je također podržan od njega. Ova platforma je dizajnirana za ljestve računala, mobilne telefone iugrađeni sustavi.

    Posebne značajke x86 i ARM

    Mnogi korisnici koji su čuli za ARM i x86 malo su zbunjeni s ove dvije arhitekture. U međuvremenu, imaju određene razlike. Postoje dvije glavne vrste arhitektura:
  • CISC (Computing Instruction Set Computing).
  • RISC (Računanje smanjenog skupa uputa).
  • CISC-ovi uključuju x86 (Intel ili AMD) procesore, što se tiče RISC-a, obitelj ARM. X86 i arm imaju svoje fanove. Zahvaljujući naporima ARM-a koji su bili usmjereni na energetsku učinkovitost i korištenje jednostavnog skupa uputa, procesori su uvelike imali koristi od toga - tržište mobilnih uređaja počelo se brzo razvijati, a mnogi pametni telefoni gotovo su gotovo izjednačili mogućnosti računala.
    Intel je oduvijek bio poznat po izdavanju procesora visokih performansi i propusnosti za stolna računala, prijenosna računala, poslužitelje, pa čak i superračunala. Ove dvije obitelji na svoj su način osvojile srca korisnika. Ali što je njihova razlika? Posebne značajke ili čak nekoliko značajki, razmotrite najvažnije od njih.

    Snaga obrade

    Počnimo analizom razlika između ARM i x86 arhitektura iz ovog parametra. Karakteristika RISC profesora je da upotrijebe što je moguće manje uputa. Štoviše, trebali bi biti što jednostavniji, dajući im prednosti ne samo inženjerima, već i programerima softvera.
    Ovdje je filozofija jednostavna - ako je instrukcija jednostavna, tada traženi krug ne zahtijeva previše tranzistora. Kao rezultat, oslobađa se dodatni prostorza nešto ili veličinu čipova postaju sve manji. Zbog toga su mikroprocesori ARM-a počeli kombinirati periferne uređaje, kao što su grafički procesori. Ilustrativan primjer je računalo Raspberry Pi, koje ima minimalni broj komponenti. Međutim, jednostavnost uputa je skupa. Dodatni zadaci su potrebni za obavljanje određenih zadataka, što obično dovodi do povećane memorije i dugotrajnih zadataka. Za razliku od arhitekture arm-procesora, upute za CISC čip, koje su rješenja tvrtke Intel, mogu izvesti složene zadatke s velikom fleksibilnošću. Drugim riječima, RISC-bazirani strojevi obavljaju transakcijske transakcije između registara, a obično je potrebno da program učita varijable u registar, prije izvođenja operacije. Procesori su sposobni obavljati CISC operacije na nekoliko načina:
  • između registara;
  • između registra i mjesta memorije;
  • između memorijskih stanica.
  • Ali to je samo dio osobitih obilježja, okrenimo se raščlanjivanju drugih znakova.

    Potrošnja energije

    Ovisno o tipu uređaja, potrošena snaga može imati različite stupnjeve važnosti. Za sustav koji je priključen na trajno napajanje (napajanje) jednostavno nema ograničenja potrošnje energije. Međutim, mobilni telefoni i drugi elektronički uređaji potpuno ovise o upravljanju napajanjem.
    Još jedna razlika između arhitekture i arhitekture x86 je u tome što je prva potrošnja energije manja od 5 W, uključujući mnoge povezane pakete: grafičke procesore, periferne uređaje, memoriju. Ovo je tako malosnaga je posljedica manjeg broja tranzistora u kombinaciji s relativno malim brzinama (ako se radi paralelno s procesorima za stolna računala). Istodobno, to utječe na performanse - potrebno je više kompliciranih operacija za više vremena. Intel jezgre se razlikuju u složenosti strukture i zbog te potrošnje energije znatno su više. Na primjer, procesor Intel I-7 visokih performansi troši oko 130 W energije, mobilne verzije - 6-30 W.

    Software

    Teško je usporediti ovaj parametar jer su obje marke vrlo popularne u svojim krugovima. Uređaji bazirani na procesorima arhitekture ruku izvrsno rade s mobilnim operativnim sustavima (Man and Others). Strojevi koji koriste Intelove procesore mogu raditi s platformama kao što su Windows i Linux. Osim toga, obje obitelji mikroprocesora su prijatelji s programima napisanim u Javi. Razumijevanje razlika u arhitekturi, može se definitivno reći jedna stvar - ARM procesori uglavnom upravljaju potrošnjom energije mobilnih uređaja. Zadatak desktop rješenja je, prije svega, osigurati visoke performanse.

    Nova dostignuća

    ARM Company, kroz kompetentne politike, potpuno je uklonio tržište mobilne telefonije. Ali u budućnosti, ona se neće zaustaviti na postignuću. Nedavno je predstavljen novi razvoj jezgri: Cortex-A53 i Cortex-A57, u kojima je napravljeno jedno važno ažuriranje - podrška za 64-bitno računanje. Jezgra A53 je izravni sljedbenik ARM Cortex-A8 nakoji iako nije bio vrlo visokih performansi, ali potrošnje energije na minimalnoj razini. Kao što kažu stručnjaci, arhitektura ruka korteks a53 potrošnja energije je smanjena na 4 puta, a što se tiče performansi, neće biti inferiorna u odnosu na jezgru Cortex-A9. I to unatoč činjenici da je područje jezgre A53 40% manje od A9.
    Jezgra A57 zamijenit će Cortex-A9 i Cortex-A15. U ovom slučaju, inženjeri ARM-a bilježe fenomenalan porast performansi - tri puta veći od A15 jezgre. Drugim riječima, mikroprocesor A57 bit će 6 puta brži od Cortex-A9 i njegova energetska učinkovitost bit će 5 puta bolja od A15. Ako se sumira, tada se serija korteksa, naime, napredniji a53 razlikuje od svojih prethodnika s višim performansama u pozadini ne manje visoke energetske učinkovitosti. Čak i Cortex-A7 procesori, koji su na većini pametnih telefona koji se ne natječu! Ali vrijednije je to što je oklop oklopa arhitekture a53 komponenta koja izbjegava probleme s oštećenjem memorije. Osim toga, uređaj će polako isprazniti bateriju. Zahvaljujući novosti ti će problemi ostati u dalekoj prošlosti.

    Grafička rješenja

    Osim razvoja procesora, ARM radi na implementaciji grafičkih akceleratora serije Mali. A prvi od njih je Mali 55. Ovaj akcelerator opremljen je LG Renoir telefonom. I tako, ovo je najobičniji mobilni telefon. Samo u njemu GPU nije reagirao na igru, već samo na pretvaranje sučelja, jer ako sudeći prema modernim standardima, grafički procesor ima različite primitivne mogućnosti. No, napredak neumoljivo leti naprijed i stoga je u korak s njimPonekad, tvrtka ARM također ima naprednije modele koji su relevantni za pametne telefone u srednjoj cjenovnoj kategoriji. To je uobičajen GPU Mali-400 MP i Mali-450 MP. Iako imaju malu izvedbu i ograničeno postavljanje API-ja, to im ne sprječava pronalaženje aplikacija u modernim mobilnim modelima. Upečatljiv primjer je Zopo ZP998 telefon, s osam jezgrenih MTK6592 koji rade u paru s Mali-450 MP4 grafičkim akceleratorom.

    Konkurentnost

    ARM se danas ne protivi niti jednoj, a to je uglavnom zbog činjenice da je pravodobna odluka donesena na vrijeme. No, jednom davno, na početku svog putovanja, timovi programera su radili na stvaranju procesora za PC i čak pokušavali konkurirati takvom divu kao što je Intel. No, čak i nakon promjene smjera aktivnosti, tvrtka je imala poteškoća. A kada je svjetski poznati računalni brand Microsoft potpisao ugovor s Intelom, ostatak proizvođača jednostavno nije imao šanse - operativni sustav Windows je odbio raditi s ARM procesorima. Kako se suzdržati od korištenja gcam emulatora u ruci arhitekture?! Što se tiče Intela, koji je promatrao uspjeh ARM Limited-a, također je pokušao stvoriti procesor koji će se natjecati. U tu svrhu, Intel Atom čip je dostavljen široj javnosti. Ali trebalo je mnogo više vremena nego ARM Limited. I proizvodnja čip otišao samo u 2011, ali dragocjeno vrijeme je već izgubio. U osnovi, Intel Atom je CISC procesor zasnovan na procesoru x86. Stručnjaci su uspjeli postići manju potrošnju energije od ARM rješenja. Ipak, sav taj softver, kojiizlazi na mobilne platforme, slabo prilagođene arhitekturi x86.
    Na kraju, tvrtka je priznala puninu odluke i nastavila odbijati procesirati procesore za mobilne uređaje. Jedini veći proizvođač Intel Atom čipova je ASUS. U isto vrijeme, ovi procesori nisu potonuli ljeti, već su masovno opremljeni netbookovima, nettop-om i drugim prijenosnim uređajima. Međutim, postoji vjerojatnost da će se situacija promijeniti i da će svi operacijski sustavi Windows biti podržani od ARM mikroprocesora. Osim toga, poduzimaju se koraci u tom smjeru, možda će se pojaviti nešto poput gcam emulatora na ARM arhitekturi za mobilna rješenja?! Tko zna, vrijeme će se pokazati i sve će biti uređeno na mjestima.

    Izgledi za budućnost

    Postoji jedna zanimljiva točka u povijesti razvoja ARM-a (na samom početku članka to je zapravo značilo). U jednom trenutku ARM Limited se temeljio na Appleu, i vjerojatno je da će sva ARM tehnologija biti ona koja joj pripada. Međutim, sudbina je naručena drugačije - 1998. Apple je bio u kriznoj situaciji, a vodstvo je bilo prisiljeno prodati svoj udio. Trenutno je u rangu s drugim proizvođačima i ostaje za svoje iPhone i iPad uređaje za kupnju tehnologije tvrtke ARM Limited. Tko bi mogao znati kako stvari mogu ispasti? Moderni ARM procesori su sposobni obavljati složenije operacije. A u skoroj budućnosti, upravljanje tvrtkom planira ući na tržište poslužitelja, u kojem je nesumnjivo zainteresirano. Osim toga, u našim modernim vremenima, kada se približava doba razvoja Internet stvari (IoT), uuključujući i one "pametnih" kućanskih aparata, moguće je predvidjeti još više potražnje čipova s ​​ARM arhitekturom. Dakle, društvo s ograničenom odgovornošću ARM je daleko od svijetle budućnosti! I malo je vjerojatno da će u bliskoj budućnosti biti netko tko može istisnuti ovaj, bez sumnje, mobilni div da razvije procesore za pametne telefone i druge slične elektroničke uređaje.

    Zaključak

    ARM procesori brzo su zarobili tržište mobilnih uređaja i sve zbog niske potrošnje energije i neka ne vrlo visoka, ali ipak, dobre performanse. Trenutno se stanje u tvrtki ARM može samo zavidjeti. Mnogi proizvođači koriste svoju tehnologiju, koja napredne RISC strojeve stavlja zajedno s takvim divovima na području razvoja Intel i AMD procesora. I to unatoč činjenici da tvrtka nema vlastitu proizvodnju.
    Konkurent mobilnog branda neko je vrijeme bio MIPS s istim nazivom u arhitekturi. Ali u ovom trenutku ona je još uvijek jedini ozbiljan konkurent u tvrtki Intel Corporation, iako njezino rukovodstvo ne smatra da arhitektura ruku može predstavljati prijetnju njezinom tržišnom udjelu. Također, prema Intelovim stručnjacima, ARM procesori nisu sposobni za pokretanje operacijskih sustava. Međutim, takva izjava zvuči pomalo nelogično, jer vlasnici ultraprenosnih računala ne koriste "teški" softver. U većini slučajeva trebate pristupiti internetu, uređivati ​​dokumente, slušati multimedijske datoteke (glazbu, kino) i druge jednostavne zadatke. I ARM rješenje je supertakvim operacijama.

    Povezane publikacije