Čo je architektúra ARM?

Každý, kto má záujem o mobilné technológie, počul o architektúre ARM. Zároveň je pre väčšinu ľudí spojená s procesormi tabletov alebo smartfónov. Iní ich opravia a upresňujú, že to nie je samotný kameň, ale iba jeho architektúra. Ale prakticky nikto z nich nebol záujem o to, kde a kedy sa táto technológia skutočne objavila.

Medzitým je táto technológia rozšírená medzi mnohými modernými zariadeniami, ktoré sa každým rokom stávajú čoraz viac. Navyše, na ceste rozvoja spoločnosti, ktorá vyvíja ARM procesory, existuje jeden zaujímavý prípad, ktorý nie je hriech, ktorý si pamätám, možno pre niekoho sa stane lekciou pre budúcnosť.

ARM Architecture for Dummies

Pod skratkou ARM leží skôr úspešná britská spoločnosť ARM Limited v oblasti IT technológií. Je rozčlenená ako Advanced RISC Machines a je jedným z najväčších svetových vývojárov a poskytovateľov licencií 32-bitovej architektúry procesorov RISC, ktorá využíva väčšinu prenosných zariadení.


Samotná spoločnosť sa však v skutočnosti nepodieľa na výrobe mikroprocesorov, ale svoje technológie rozvíja a udeľuje iným stranám. Obzvlášť architektúra ARM mikrokontrolérov obstarávajú nasledujúci výrobcovia:
  • Atmel.
  • Cirrus Logic.
  • Intel.
  • Apple.
  • nvidia.
  • HiSilicon.
  • Marvell.
  • NXP.
  • Samsung.
  • Qualcomm.
  • Spoločnosť Sony Ericsson.
  • Texas Instruments.
  • Broadcom.
  • Niektoré z nich sú známe širokému publiku spotrebiteľov digitálnych gadgetov. Podľa zabezpečenia britskej spoločnosti ARM, celkový počet vyrobenýchpre svoju technológiu mikroprocesorov - viac ako 25 miliárd. Existuje niekoľko sérií mobilných kameňov:
  • ARM7 - hodinová frekvencia 60-72 MHz, ktorá je dôležitá pre mobilné rozpočtové telefóny.
  • ARM9 /ARM9E - frekvencia je už vyššia okolo 200 MHz. Sú vybavené mikroprocesormi s funkčnými inteligentnými telefónmi a vreckovými počítačmi (PDA).
  • Cortex a ARM11 sú už viac moderných rodín mikroprocesorov oproti predchádzajúcemu mikroradič architektúrou ARM taktovaný na 1 GHz a pokročilé spracovanie digitálneho signálu.


    Väčšina mikroprocesory XScale spoločnosti Marvell (až do polovice leta 2007 bol projekt k dispozícii Intel), v skutočnosti je rozšírená verzia s kompletnou ARM9 architektúry inštrukčnej sady MMX Wireless. Toto riešenie od spoločnosti Intel bolo zamerané na podporu multimediálnych aplikácií.
    Technológia ARM sa vzťahuje na 32-bitovú mikroprocesorovú architektúru, ktorá obsahuje redukovanú sadu príkazov nazývanú RISC. Podľa výpočtov vykonaných, použitie procesorov ARM - je 82% z celkového množstva vyrobenej RISC procesora, čo naznačuje pomerne širokú oblasť pokrytia 32-bitové systémy. Mnoho elektronických zariadení vybavená architektúrou ARM procesory, a to nielen pre PDA a mobilné telefóny, ale aj prenosné herné konzoly, kalkulačky, počítačové periférie, sieťové zariadenia a ďalšie.

    Trochu cesta späť do minulosti

    Poďme na imaginárne auto z tej doby pred niekoľkými rokmi a pokúsime sa zistiť, ako to všetko začalo. Je to možné s dôverouže spoločnosť ARM - je skôr monopolom vo svojej oblasti. A to potvrdzuje skutočnosť, že drvivá väčšina smartphonov a iných elektronických digitálnych zariadení pracuje pod kontrolou mikroprocesorov vytvorených touto architektúrou.
    V roku 1980 bola založená spoločnosť Acorn Computers, ktorá začala vytvárať osobné počítače. Preto bol ARM predtým predstavený ako stroje Acorn RISC. O rok neskôr bola domácej verzii BBC Micro PC od prvej architektúry procesora ARM predložená spotrebiteľskému súdu. Bolo to však úspech, čip sa nedokázal vyrovnať s grafickými úlohami a ďalšie možnosti v porovnaní s procesormi Motorola 68000 a National Semiconductor 32016 neboli takisto vhodné. Potom manažment spoločnosti premýšľal o vytvorení vlastného mikroprocesora. Inžinieri majú záujem o novú procesorovú architektúru, ktorú vynašli absolventi miestnej univerzity. Používala kratšiu sadu príkazov alebo RISC. A po objavení sa prvého počítača s procesorom Acorn Risc Machine, úspech prišiel pomerne rýchlo - v roku 1990 bola podpísaná zmluva medzi britskou značkou a Apple. To znamenalo začiatok vývoja novej čipovej sady, čo viedlo k vytvoreniu celého tímu vývojárov, označovaných ako Advanced RISC Machines, alebo ARM.
    Od roku 1998 spoločnosť zmenila svoj názov na spoločnosť ARM Limited. A teraz odborníci sa nezapájajú do výroby a implementácie architektúry ARM. Čo to dalo? Vývoj spoločnosti nebol ovplyvnený, hoci hlavným a jediným smerom spoločnosti bolo vývoj technológií, ako aj predaj licencií tretím stranám, aby mohlipoužívať architektúru procesorov. Zároveň niektoré spoločnosti získavajú práva na hotové jadrá, zatiaľ čo iné získané licencie poskytujú spracovateľom svoje vlastné jadrá.
    Podľa niektorých údajov sú príjmy spoločnosti za každé takéto rozhodnutie vo výške $ 0067. Tieto informácie však sú spriemerované a zastarané. Každý rok sa zvyšuje počet jadier v čipsete a náklady na moderné procesory prekračujú staré vzorky.

    Rozsah pôsobnosti

    Samotný vývoj mobilných zariadení priniesol spoločnosti ARM Limited obrovskú popularitu. A keď sa výroba inteligentných telefónov a iných prenosných elektronických zariadení stala masívnou, okamžite sa využili energeticky účinné procesory. Je zaujímavé, že existuje linux na architektúru ramien? Vyvrcholenie vývoja ARM sa datuje do roku 2007, kedy boli obnovené partnerstvá s značkou Apple. Potom bol prvý iPhone založený na procesore ARM predložený spotrebiteľskému súdu. Odvtedy sa táto procesorová architektúra stala neoddeliteľnou súčasťou prakticky každého vyrobeného smartphonu, ktorý sa dá nájsť iba na modernom mobilnom trhu. Môžeme povedať, že takmer všetky moderné elektronické zariadenia, ktoré potrebujú riadenie procesora tak či onak, sú vybavené čipmi ARM. A skutočnosť, že takáto architektúra procesorov podporuje mnoho operačných systémov, či už Linux, Android, iOS a Windows, je nepopierateľnou výhodou. Medzi ne patrí systém Windows Embedded CE 6.0 Core, architektúra ramien je tiež podporovaná. Táto platforma je navrhnutá pre rebríky, mobilné telefóny a mobilné telefónyvstavané systémy.

    Rozlišovacie vlastnosti x86 a ARM

    Mnohí používatelia, ktorí počuli o ARM a x86, sú trochu zmätení s týmito dvoma architektúrami. Medzitým majú určité rozdiely. Existujú dva hlavné typy architektúr:
  • CISC (Comprehensive Instruction Set Computing).
  • RISC (výpočtová sada s redukovanou výučbou).
  • CISC zahŕňajú procesory x86 (Intel alebo AMD), pokiaľ ide o RISC, rodinu ARM. X86 a rameno majú svojich fanúšikov. Vďaka úsiliu spoločnosti ARM zameranému na energetickú účinnosť a použitie jednoduchého súboru pokynov procesorov z toho veľmi profitoval - mobilný trh sa začal rýchlo vyvíjať a mnohé smartphony takmer vyrovnali schopnosti počítača.
    Na druhej strane, Intel bol vždy známy pre vydanie procesorov s vysokým výkonom a šírkou pásma pre stolné počítače, notebooky, servery a dokonca aj superpočítače. Tieto dve rodiny vlastným spôsobom získali srdcia používateľov. Ale aký je ich rozdiel? Výrazné funkcie alebo dokonca niekoľko funkcií, zvážte najdôležitejšie z nich.

    Výkon spracovania

    Začnime analýzou rozdielov medzi architektúrami ARM a x86 z tohto parametra. Funkciou profesorov RISC je použiť čo najmenej inštrukcií. Navyše by mali byť čo najjednoduchšie, čo im prináša výhody nielen inžinierom, ale aj vývojárom softvéru.
    Filozofia tu je jednoduchá - ak je inštrukcia jednoduchá, požadovaný okruh nevyžaduje príliš veľa tranzistorov. V dôsledku toho sa uvoľní ďalší priestorpre niečo alebo veľkosť čipov sú stále menšie. Z tohto dôvodu začali mikroprocesory ARM kombinovať periférne zariadenia, ako napríklad grafické procesory. Príkladným príkladom je počítač Raspberry Pi, ktorý má minimálny počet komponentov. Jednoduchosť inštrukcií je však nákladná. Na vykonávanie určitých úloh je potrebné vykonať ďalšie úlohy, ktoré zvyčajne vedú k zvýšeným nárokom na pamäť a časovo náročné úlohy. Na rozdiel od architektúry ramienových procesorov môžu čipové inštrukcie CISC, ktoré sú riešeniami od spoločnosti Intel, vykonávať komplexné úlohy s veľkou flexibilitou. Inými slovami, stroje založené na systéme RISC vykonávajú operácie transakcií medzi registrami a zvyčajne sa vyžaduje, aby program načítal premenné v registri pred vykonaním operácie. Procesory sú schopné vykonávať operácie CISC niekoľkými spôsobmi:
  • medzi registrami;
  • medzi registrom a miestom pamäti;
  • medzi pamäťovými bunkami.
  • Ale toto je len časť charakteristických čŕt, obráťme sa na analýzu iných znakov.

    Spotreba energie

    V závislosti od typu zariadenia môže spotrebovaný výkon mať rôzny stupeň významnosti. Pri systéme, ktorý je pripojený k trvalému napájaniu, nedochádza jednoducho k obmedzeniu spotreby energie. Mobilné telefóny a iné elektronické zariadenia sú však úplne závislé od správy napájania.
    Ďalším rozdielom medzi architektúrou a architektúrou x86 je, že prvá spotreba energie je menšia ako 5 W vrátane mnohých súvisiacich balíkov: grafické procesory, periférne zariadenia, pamäť. Je to tak malévýkon je spôsobený menším počtom tranzistorov v kombinácii s relatívne nízkymi rýchlosťami (ak sa vykonáva paralelne s procesormi pre stolné počítače). Súčasne má vplyv na výkon - na komplikovanejšie operácie je potrebný dlhší čas. Intel jadrá sa líšia v zložitosti štruktúry a z dôvodu tejto spotreby energie sú výrazne vyššie. Napríklad vysokovýkonný procesor Intel I-7 spotrebuje približne 130 W energie, mobilné verzie - 6-30 wattov.

    Softvér

    Tento parameter je ťažké porovnať, pretože obe značky sú vo svojich kruhoch veľmi populárne. Zariadenia založené na procesore architektonických architektúr fungujú skvele s mobilnými operačnými systémami (Man a ďalší). Stroje s procesormi Intel sú schopné pracovať s platformami ako Windows a Linux. Okrem toho obe rodiny mikroprocesorov sú priatelia s programami napísanými v jazyku Java. Pochopenie rozdielov v architektúre, možno jednoznačne povedať jednu vec - procesory ARM spravujú hlavne spotrebu energie mobilných zariadení. Úlohou desktopových riešení je predovšetkým poskytovať vysoký výkon.

    Nové výsledky

    Spoločnosť ARM prostredníctvom príslušných politík úplne odstránila mobilný trh. Ale v budúcnosti sa na dosiahnutie nezastaví. Pred nedávnom bol predstavený nový vývoj jadier: Cortex-A53 a Cortex-A57, v ktorých bola vykonaná jedna dôležitá aktualizácia - podpora pre 64-bitové počítače. Jadro A53 je priamym nasledovníkom ARM Cortex-A8 atktorý síce nebol veľmi vysoký výkon, ale spotreba energie na minimálnej úrovni. Ako hovoria odborníci, architektúra ruky cortex a53 spotreba energie je znížená na 4-krát, a pokiaľ ide o výkon, to nebude horšie ako jadro Cortex-A9. A to aj napriek tomu, že oblasť jadra A53 je o 40% nižšia ako oblasť A9.
    A57 jadro nahradí Cortex-A9 a Cortex-A15. V tomto prípade ARM inžinieri hlásia fenomenálne zvýšenie výkonu - trikrát vyššie ako jadro A15. Inými slovami, mikroprocesor A57 bude šesťkrát rýchlejší ako Cortex-A9 a jeho energetická účinnosť bude 5 krát vyššia ako A15. Ak je to zhrnuté, potom séria kôry, a to pokročilejší a53 sa líši od svojich predchodcov s vyšším výkonom na pozadí s nemenej vysokou energetickou účinnosťou. Dokonca aj procesory Cortex-A7, ktoré sú na väčšine smartphonov, ktoré nekonkurujú! Ale cennejšia vec je, že architektonické rameno a53 je zložkou, ktorá zabraňuje problémom s poruchou pamäti. Okrem toho prístroj batériu pomaly vybije. Vďaka novej situácii tieto problémy zostanú v dávnej minulosti.

    Grafické riešenia

    Okrem vývoja procesorov ARM pracuje na implementácii grafických urýchľovačov radu Mali. A prvý z nich je Mali 55. Tento urýchľovač bol vybavený telefónom LG Renoir. A tak je to najobvyklejší mobilný telefón. Iba v ňom GPU nereagovala na hru, ale len na konverziu rozhrania, pretože v prípade, že ju posudzujú moderné štandardy, grafický procesor má rôzne primitívne schopnosti. Ale pokrok neúprosne smeruje dopredu, a preto sa musí držať krokNiekedy spoločnosť ARM má aj pokročilejšie modely, ktoré sú dôležité pre inteligentné telefóny v strednej cenovej kategórii. Ide o bežný GPU Mali-400 MP a Mali-450 MP. Aj keď majú malé výkony a obmedzené nastavenie rozhrania API, nebránia im nájsť aplikácie v moderných mobilných modeloch. Výrazným príkladom je telefón Zopo ZP998 s osemjadrovým MTK6592 bežiacim v pároch s grafickým akcelerátorom Mali-450 MP4.

    Konkurencieschopnosť

    V súčasnosti nie je ARM nikoho proti a to je spôsobené hlavne tým, že správne rozhodnutie bolo prijaté včas. Ale už dávno, na začiatku svojej cesty, tím vývojárov pracoval na vytváraní procesorov pre PC a dokonca sa pokúsil súťažiť s takým obrom ako Intel. Ale aj po zmene smeru činnosti spoločnosť mala ťažkosti. A keď svetovo preslávená počítačová značka Microsoft podpísala dohodu s Intel, zvyšok výrobcov jednoducho nemal šancu - operačný systém Windows odmietol pracovať s ARM procesormi. Ako sa zdržať používania emulátorov gcam v ramene architektúry? Pokiaľ ide o Intel, sledujúc úspešnosť ARM Limited, pokúšal sa tiež vytvoriť procesor, ktorý by konkuroval. Na tento účel bol čip Intel Atom poskytnutý širokej verejnosti. Ale trvalo oveľa dlhší čas ako ARM Limited. A výrobný čip šiel len v roku 2011, ale drahocenný čas už stratil. V podstate Intel Atom je procesor CISC založený na procesore x86. Špecialisti dokázali dosiahnuť nižšiu spotrebu energie ako ARM riešenia. Napriek všetkému softvéru, ktorýide na mobilné platformy, zle prispôsobené architektúre x86.
    Spoločnosť nakoniec uznala plnosť rozhodnutia a naďalej odmieta spracovávať procesory pre mobilné zariadenia. Jediným hlavným výrobcom čipov Intel Atom je ASUS. V rovnakej dobe, tieto procesory nie sú klesol v zabudnutia, ale hromadne vybavený netbooky, nettopy a ďalších prenosných zariadení. Je však pravdepodobné, že sa situácia zmení, a všetky druhy operačného systému Windows bude podporovať mikroprocesorov ARM. Okrem kroky v tomto smere sú však môže objaviť niečo ako emulátory gcam na ARM architektúre pre mobilné riešenia ?! Kto vie, čas sa ukáže a všetko sa usporiada na miestach.

    Vyhliadky do budúcnosti

    v histórii firmy ARM je zaujímavý moment (u samého začiatku to bol práve on mal na mysli). Spoločne spoločnosť ARM Limited bola založená na spoločnosti Apple a je pravdepodobné, že touto technológiou bude ARM. Ale osud rozhodol inak - v roku 1998 Apple bol v kríze a vedenie bola nútená predať svoj podiel. V súčasnosti je na rovnakej úrovni s ostatnými výrobcami a zostáva pre zariadenia iPhone a iPad na nákup technológie od spoločnosti ARM Limited. Kto môže vedieť, ako sa veci môžu ukázať? Moderné procesory ARM sú schopné vykonávať zložitejšie operácie. A v blízkej budúcnosti vedenie spoločnosti plánuje vstúpiť na serverový trh, v ktorom sa nepochybne zaujíma. Okrem toho sa v našej modernej dobe, kedy sa blíži éra vývoja internetu, sa v roku 2007vrátane inteligentných domácich spotrebičov, je možné predpovedať ešte väčší dopyt čipov s architektúrou ARM. Spoločnosť ARM Limited tak ďaleko od svetlej budúcnosti! A je nepravdepodobné, že v blízkej budúcnosti bude ktokoľvek, kto to môže bezpochyby vymaniť z mobilného obra, aby vyvinul procesory pre smartfóny a iné podobné elektronické zariadenia.

    Na záver

    ARM procesory rýchlo zachytili trh s mobilnými zariadeniami a to všetko kvôli nízkej spotrebe elektrickej energie a nemali veľmi vysoký, ale napriek tomu dobrý výkon. V súčasnosti môže byť vec v spoločnosti ARM len závidieť. Mnohí výrobcovia používajú technológiu, ktorá kladie na trh technológie Advanced RISC Machines spolu s takými gigantmi v oblasti vývoja procesorov Intel a AMD. A to aj napriek tomu, že spoločnosť nemá vlastnú produkciu.
    Konkurent mobilnej značky bol už istý čas MIPS s rovnakým názvom v architektúre. V súčasnosti je však stále jediným vážnym konkurentom v osobe spoločnosti Intel Corporation, hoci jej manažment nepovažuje architektúru ramien za hrozbu pre podiel na trhu. Tiež podľa odborníkov spoločnosti Intel procesory ARM nie sú schopné prevádzkovať desktopové operačné systémy. Takéto vyhlásenie však znie trochu nelogické, pretože vlastníci ultra mobilných počítačov nepoužívajú "ťažký" softvér. Vo väčšine prípadov potrebujete prístup na Internet, upravovať dokumenty, počúvať multimediálne súbory (hudba, kino) a ďalšie jednoduché úlohy. Riešenie ARM je skvelés týmito operáciami.

    Súvisiace publikácie