Kaj je ARM arhitektura? - Tehnološke novice in visoka tehnologija flipperworld.org

Vsi, ki se zanimajo za mobilne tehnologije, so slišali o arhitekturi ARM. Hkrati je to za večino ljudi povezano s procesorji tablet ali pametnih telefonov. Drugi jih popravljajo, pri čemer navedejo, da to ni sam kamen, ampak le njegova arhitektura. Vendar praktično nobeden od njih ni zanimalo, kje in kdaj se je ta tehnologija pojavila.

Medtem pa je ta tehnologija zelo razširjena med številnimi sodobnimi pripomočki, ki vsako leto postajajo vse bolj prisotni. Poleg tega na poti razvoja podjetja, ki razvija ARM procesorje, obstaja še en zanimiv primer, ki ni greh, ki si ga je treba zapomniti, morda bo nekdo postal lekcija za prihodnost.

ARM Architecture for Dummies

Pod okrajšavo ARM leži precej uspešna britanska družba ARM Limited na področju IT tehnologij. Dešifrira se kot Advanced RISC Machines in je eden največjih svetovnih razvijalcev in dajalcev licenc za 32-bitno arhitekturo procesorja RISC, ki uporablja večino prenosnih naprav.

Dejansko pa se podjetje sama ne ukvarja s proizvodnjo mikroprocesorjev, ampak razvija in licencira svojo tehnologijo le drugim strankam. Zlasti ARM arhitekturo mikrokrmilnikov nabavljajo naslednji proizvajalci:

Atmel.

Cirrus Logic.

Intel.

Apple.

nvidia.

HiSilicon.

Marvell.

NXP.

Samsung.

Qualcomm.

Sony Ericsson.

Texas Instruments.

Broadcom.

Nekateri od njih so znani širokemu krogu potrošnikov digitalnih pripomočkov. Glede na zagotovilo britanske družbe ARM, skupno število proizvedenihza njihovo tehnologijo mikroprocesorjev - več kot 25 milijard. Obstaja več serij mobilnih kamnov:

ARM7 - urna frekvenca 60-72 MHz, ki je pomembna za mobilne proračunske telefone.

ARM9 /ARM9E - frekvenca je že večja na približno 200 MHz. Ti so opremljeni z mikroprocesorji, ki imajo bolj funkcionalne pametne telefone in žepne računalnike (PDA).

Cortex in ARM11 sta že naprednejši družini mikroprocesorjev v primerjavi z arhitekturo preteklih ARM mikrokontrolerjev s hitrostjo takta do 1 GHz in naprednimi zmožnostmi digitalne obdelave signalov.

Najbolj priljubljeni mikroprocesorji xScale podjetja Marvell (do sredine leta 2007, projekt je bil na razpolago Intelu) je dejansko napredna različica arhitekture ARM9, dopolnjena z navodili MMX Wireless. Intelova rešitev je bila osredotočena na podporo multimedijskih aplikacij.

Tehnologija ARM se nanaša na 32-bitno mikroprocesorsko arhitekturo, ki vsebuje zmanjšan nabor ukazov, imenovan RISC. Po izračunih je uporaba ARM procesorjev 82% celotnega števila proizvedenih procesorjev RISC, kar kaže na precej široko pokritost 32-bitnih sistemov. Številne elektronske naprave so opremljene z ARM procesorsko arhitekturo, in to niso le dlančniki in mobilni telefoni, ampak tudi prenosne igralne konzole, kalkulatorji, računalniške periferne naprave, omrežna oprema in še veliko več.

Malo potovanje v preteklost

Pojdimo na imaginarni avto tistega časa pred nekaj leti in poskušamo ugotoviti, kako se je vse začelo. Možno je z zaupanjemreči, da je družba ARM - je, bolj, monopolist na svojem območju. To potrjuje dejstvo, da velika večina pametnih telefonov in drugih elektronskih digitalnih naprav deluje pod nadzorom mikroprocesorjev, ki jih ustvari ta arhitektura.
Leta 1980 je bila ustanovljena družba Acorn Computers, ki je začela izdelovati osebne računalnike. Zato je bil ARM prej uveden kot Acorn RISC Machines. Leto kasneje je bila potrošniškemu sodišču predstavljena domača različica računalnika BBC Micro iz prve arhitekture procesorjev ARM. To je bil uspeh, čip pa ni bil kos grafičnim nalogam, druge možnosti za procesorje Motorola 68000 in National Semiconductor 32016 pa tudi niso bile primerne za to. Potem je vodstvo podjetja razmišljalo o ustvarjanju lastnega mikroprocesorja. Inženirje zanima nova arhitektura procesorjev, ki so jo razvili diplomanti lokalne univerze. Uporabil je krajši nabor ukazov ali RISC. Po pojavu prvega računalnika, ki je izvajal procesor Acorn Risc Machine, je uspeh prišel precej hitro - leta 1990 je bila podpisana pogodba med britansko blagovno znamko in Appleom. To je zaznamovalo začetek razvoja novega čipov, kar je vodilo do oblikovanja celotne skupine razvijalcev, imenovanih Advanced RISC Machines, ali ARM.

Od leta 1998 se je podjetje spremenilo v ARM Limited. In zdaj se strokovnjaki ne ukvarjajo s proizvodnjo in implementacijo ARM-arhitekture. Kaj je to dalo? Na razvoj podjetja ni vplival, čeprav je bila glavna in edina smer podjetja razvoj tehnologij, pa tudi prodaja licenc tretjim osebam, tako da so lahkouporabite procesorsko arhitekturo. Hkrati pa nekatera podjetja pridobijo pravice do dokončanih jeder, medtem ko druge, pridobljene licence, procesorjem dajejo lastna jedra.
Po nekaterih podatkih je zaslužek podjetja pri vsaki taki odločitvi 0067 $. Vendar so te informacije povprečne in zastarele. Vsako leto se število jeder v čipu poveča, stroški sodobnih procesorjev pa presegajo stare vzorce.

Področje uporabe

Razvoj mobilnih naprav je družbi ARM Limited prinesel veliko popularnost. In ko je proizvodnja pametnih telefonov in drugih prenosnih elektronskih naprav postala ogromna, so se takoj uporabili energetsko učinkoviti procesorji. Zanimivo je, da obstaja linux na arm-arhitektura? Vrhunec razvoja podjetja ARM sega v leto 2007, ko so bila vzpostavljena partnerstva z blagovno znamko Apple. Potem je bilo prvemu iPhoneu, ki temelji na procesorju ARM, predstavljeno potrošniško sodišče. Od takrat je taka arhitektura procesorjev postala sestavni del skoraj vsakega izdelanega pametnega telefona, ki ga lahko najdemo le na sodobnem trgu mobilne telefonije. Lahko rečemo, da je skoraj vsaka sodobna elektronska oprema, ki potrebuje procesorsko upravljanje, tako ali drugače, opremljena z ARM čipi. Dejstvo, da taka procesorska arhitektura podpira številne operacijske sisteme, pa naj bo to Linux, Android, iOS in Windows, je nedvomna prednost. Med njimi so tudi vdelani Windows CE 6.0 Core, ki ga podpira tudi arhitektura roke. Ta platforma je namenjena lestvenim računalnikom, mobilnim telefonom invgrajeni sistemi.

Značilnosti x86 in ARM

Mnogi uporabniki, ki so slišali za ARM in x86, so malo zmedeni s tema dvema arhitekturama. Medtem pa imajo določene razlike. Obstajata dve glavni vrsti arhitektur:

CISC (računalništvo z zapletenimi navodili).

RISC (računalništvo z omejenimi navodili).

CISC-ji vključujejo procesorje x86 (Intel ali AMD), kar zadeva RISC, družino ARM. X86 in roka imata svoje navijače. Zaradi prizadevanj ARM, ki so se osredotočali na energetsko učinkovitost in uporabo preprostega niza navodil, so procesorji zelo koristili temu, saj se je trg mobilne telefonije začel hitro razvijati in številni pametni telefoni so skoraj skoraj izenačili zmogljivosti računalnikov.

Intel je bil vedno znan po izdaji procesorjev z visoko zmogljivostjo in pasovno širino za namizne računalnike, prenosnike, strežnike in celo superračunalnike. Ti dve družini sta na svoj način osvojili srca uporabnikov. Toda kakšna je njihova razlika? Razločevalne značilnosti ali celo nekaj funkcij, upoštevajte najpomembnejše.

Procesna moč

Začnimo z analizo razlik med arhitekturami ARM in arhitekturo x86 od tega parametra. Značilnost profesorjev RISC je, da uporabijo čim manj navodil. Poleg tega morajo biti čim bolj preprosti, kar jim daje prednosti ne le za inženirje, ampak tudi za razvijalce programske opreme.
Tukaj je filozofija preprosta - če je navodilo preprosto, zahtevano vezje ne zahteva preveč tranzistorjev. Posledično se sprosti dodaten prostorza nekaj ali pa se velikost čipov zmanjšuje. Iz tega razloga so mikroprocesorji ARM začeli združevati periferne naprave, kot so grafični procesorji. Prikazan primer je računalnik Raspberry Pi, ki ima minimalno število komponent. Vendar pa je preprostost navodil draga. Za opravljanje določenih nalog so potrebne dodatne naloge, ki običajno vodijo do povečanega pomnilnika in dolgotrajnih nalog. Za razliko od arhitekture arm-procesorja lahko CISC navodila, ki so rešitve podjetja Intel, izvajajo kompleksne naloge z veliko fleksibilnostjo. Z drugimi besedami, stroji, ki temeljijo na RISC, opravljajo transakcijske transakcije med registri in ponavadi je potrebno, da program pred izvajanjem operacije naloži spremenljivke v register. Procesorji lahko izvajajo operacije CISC na več načinov:

med registri;

med registrom in krajem spomina;

med spominskimi celicami.

Toda to je le del posebnosti, obrnemo se na razčlenjevanje drugih znakov.

Poraba energije

Glede na vrsto naprave ima lahko porabljena moč različne pomembnosti. Za sistem, ki je priključen na trajno napajanje (omrežje), preprosto ni omejitve porabe energije. Vendar so mobilni telefoni in drugi elektronski pripomočki popolnoma odvisni od upravljanja porabe.

Druga razlika med arhitekturo in arhitekturo x86 je, da je prva poraba energije manjša od 5 W, vključno s številnimi povezanimi paketi: grafičnimi procesorji, perifernimi napravami, pomnilnikom. To je tako majhnomoč je posledica manjšega števila tranzistorjev v kombinaciji z razmeroma nizkimi hitrostmi (če je izvedeno vzporedno s procesorji za namizja). Hkrati pa vpliva na uspešnost - za več časa so potrebne bolj zapletene operacije. Intelova jedra se razlikujejo po kompleksnosti strukture in so zaradi te porabe energije bistveno višja. Na primer, zmogljiv procesor Intel I-7 porabi približno 130 W energije, mobilne različice - 6-30 W.

Programska oprema

Tega parametra je težko primerjati, ker sta obe znamki v svojih krogih zelo priljubljeni. Naprave, ki temeljijo na procesorjih arhitekture rok, odlično delujejo z mobilnimi operacijskimi sistemi (Man and Others). Stroji, ki uporabljajo procesorje Intel, lahko delajo s platformami, kot sta Windows in Linux. Poleg tega sta obe družini mikroprocesorjev prijatelji s programi, napisanimi v Javi. Z razumevanjem razlik v arhitekturi lahko zagotovo rečemo eno - ARM procesorji večinoma upravljajo porabo energije mobilnih naprav. Naloga namiznih rešitev je predvsem zagotoviti visoko zmogljivost.

Novi dosežki

Podjetje ARM je prek pristojnih politik popolnoma odstranilo trg mobilne telefonije. Toda v prihodnosti se ne bo ustavila pri doseganju. Pred kratkim je bil predstavljen nov razvoj jeder: Cortex-A53 in Cortex-A57, v katerem je bila izdelana pomembna posodobitev - podpora za 64-bitno računalništvo. Jedro A53 je neposredni sledilec ARM Cortex-A8 pričeprav to ni bila zelo visoka zmogljivost, ampak poraba energije na najnižji ravni. Strokovnjaki pravijo, da je poraba energije energije skorje možganov a53 zmanjšana na 4-krat in glede na zmogljivost ne bo slabša od jedra Cortex-A9. In to kljub dejstvu, da je površina jedra A53 za 40% manjša od površine A9.

Jedro A57 bo nadomestilo Cortex-A9 in Cortex-A15. V tem primeru ARM-jevi inženirji poročajo o neverjetnem povečanju zmogljivosti - trikrat večjemu od jedra A15. Z drugimi besedami, mikroprocesor A57 bo 6-krat hitrejši od Cortex-A9, njegova energetska učinkovitost pa bo 5-krat boljša od A15. Če se povzame, se serija skorje, namreč naprednejši a53, razlikuje od svojih predhodnikov z večjo učinkovitostjo v ozadju nič manj visoke energetske učinkovitosti. Tudi Cortex-A7 procesorji, ki so na večini pametnih telefonov, ki ne tekmujejo! Bolj dragocena stvar pa je, da je arhitekturna oklepna roka a53 komponenta, ki se izogiba težavam z okvaro spomina. Poleg tega bo naprava počasi izpraznila baterijo. Zaradi novosti bodo ti problemi zdaj ostali v daljni preteklosti.

Grafične rešitve

ARM poleg razvoja procesorjev razvija tudi grafične pospeševalnike serije Mali. Prvi od njih je Mali 55. Ta pospeševalnik je bil opremljen s telefonom LG Renoir. In tako je to najbolj običajen mobilni telefon. Samo v njem GPU odzvala ne na igro, ampak samo za pretvorbo vmesnika, ker če sodijo po sodobnih standardih, grafični procesor je različnih primitivnih zmogljivosti. Toda napredek neizprosno napreduje in s tem slediVčasih ima družba ARM tudi bolj napredne modele, ki so pomembni za pametne telefone v srednji cenovni kategoriji. To je skupno GPU Mali-400 MP in Mali-450 MP. Čeprav imajo majhno zmogljivost in omejeno nastavitev API-ja, jim ne preprečujejo iskanja aplikacij v sodobnih mobilnih modelih. Osupljiv primer je telefon Zopo ZP998, osemjedrni MTK6592 deluje v parih z grafičnim pospeševalnikom Mali-450 MP4.

Konkurenčnost

ARM trenutno ne nasprotuje nobenemu, kar je predvsem posledica dejstva, da je bila pravočasno sprejeta prava odločitev. Ampak nekoč, pred časom, na začetku svojega potovanja, ekipa razvijalcev je delala na ustvarjanju procesorjev za PC in celo poskušala tekmovati s takim velikanom, kot je Intel. Toda tudi po spremembi smeri dejavnosti je imela družba težave. In ko je svetovno znana računalniška blagovna znamka Microsoft podpisala sporazum z Intelom, preostali proizvajalci preprosto niso imeli možnosti - operacijski sistem Windows je zavrnil delo z ARM procesorji. Kako se vzdržati uporabe emulatorjev gcam v roki arhitekture?! Kot je za Intel, gledal uspeh ARM Limited, je tudi poskušal ustvariti procesor, ki bi tekmoval. V ta namen je bil Intel Atom čip zagotovljen širši javnosti. Ampak to je trajalo veliko dlje kot ARM Limited. In proizvodnja čip šel šele v letu 2011, vendar dragoceni čas je že izgubil. V bistvu je Intel Atom procesor CISC, ki temelji na procesorju x86. Strokovnjaki so lahko dosegli nižjo porabo energije kot ARM rešitve. Kljub temu pa je vsa ta programska opremagre za mobilne platforme, ki so slabo prilagojene arhitekturi x86.

Družba je na koncu priznala polnost te odločitve in še naprej zavračala obdelavo procesorjev za mobilne naprave. Edini večji proizvajalec čipov Intel Atom je ASUS. Hkrati pa se ti procesorji poleti niso potopili, bili so masivno opremljeni z netbooki, nettopom in drugimi prenosnimi napravami. Vendar pa obstaja verjetnost, da se bo situacija spremenila in da bodo vsi operacijski sistemi Windows podprti z mikroprocesorji ARM. Poleg tega so sprejeti ukrepi v tej smeri, morda se bo pojavilo nekaj podobnega emulatorju gcam na ARM arhitekturi za mobilne rešitve?! Kdo ve, se bo pokazal čas in vse bo urejeno na mestih.

Možnosti za prihodnost

V zgodovini razvoja ARM je ena zanimiva točka (na samem začetku članka je bila dejansko mišljena). Nekoč je ARM Limited temeljil na Appleu in verjetno je, da bi bila vsa ARM tehnologija tista, ki ji pripada. Vendar pa je bila usoda naročena drugače - leta 1998 je bil Apple v kriznih razmerah, vodstvo pa je bilo prisiljeno prodati svoj delež. Trenutno je enakovreden drugim proizvajalcem in ostaja pri napravah iPhone in iPad za nakup tehnologije podjetja ARM Limited. Kdo bi vedel, kako se lahko izkažejo stvari? Sodobni ARM procesorji so sposobni izvajati bolj kompleksne operacije. V bližnji prihodnosti namerava vodstvo podjetja vstopiti na trg strežnikov, kjer ga nedvomno zanima. Poleg tega se v današnjem času, ko se približuje obdobje razvoja internetnih stvari (IoT), vvključno s tistimi "pametnih" gospodinjskih aparatov, je mogoče predvideti še več povpraševanja po čipih z ARM-arhitekturo. Torej ARM Limited Company je daleč od svetle prihodnosti! In to je malo verjetno, da v bližnji prihodnosti bo kdo, ki lahko iztisnite to, brez dvoma, mobilni velikan za razvoj procesorjev za pametne telefone in druge podobne elektronske naprave.

Kot zaključek

so procesorji ARM hitro zajeli trg mobilnih naprav in vse zaradi nizke porabe električne energije in pustili, da ni zelo visoka, a kljub temu dobra zmogljivost. Trenutno je stanje v podjetju ARM mogoče le zavidati. Mnogi proizvajalci uporabljajo svojo tehnologijo, ki postavlja Advanced RISC Machines skupaj s takimi velikani na področju razvoja procesorjev Intel in AMD. In to kljub dejstvu, da podjetje nima lastne proizvodnje.

Konkurenca mobilne znamke je že nekaj časa MIPS z istim imenom v arhitekturi. Vendar je trenutno še vedno edini resni konkurent v podjetju Intel Corporation, čeprav njegovo vodstvo meni, da arhitektura rok ne more ogroziti njenega tržnega deleža. Po mnenju strokovnjakov Intel procesorji ARM ne morejo izvajati operacijskih sistemov. Vendar pa takšna izjava zveni nekoliko nelogično, ker lastniki ultra-prenosnih računalnikov ne uporabljajo "težke" programske opreme. V večini primerov potrebujete dostop do interneta, urejanje dokumentov, poslušanje večpredstavnostnih datotek (glasba, kino) in druge preproste naloge. In rešitev ARM je odličnatakšne operacije.