Każdy, kto jest zainteresowany technologiami mobilnymi, słyszał o architekturze ARM. Jednocześnie dla większości ludzi jest to związane z procesorami tabletów lub smartfonów. Inni je poprawiają, stwierdzając, że to nie jest sam kamień, ale tylko jego architektura. Ale praktycznie żaden z nich nie był zainteresowany tym, gdzie i kiedy faktycznie ta technologia pojawiła się.

Tymczasem technologia ta jest szeroko rozpowszechniona wśród wielu nowoczesnych gadżetów, które z roku na rok stają się coraz bardziej popularne. Ponadto, na drodze rozwoju firmy, która rozwijała procesory ARM, istnieje jeden interesujący przypadek, który nie jest grzechem, o którym należy pamiętać, być może dla kogoś stanie się lekcją na przyszłość.

ARM Architecture for Dummies

Pod skrótem ARM znajduje się dość udana brytyjska firma ARM Limited w dziedzinie technologii IT. Jest odszyfrowany jako zaawansowane maszyny RISC i jest jednym z największych na świecie programistów i licencjodawców 32-bitowej architektury procesorów RISC, która wykorzystuje większość urządzeń przenośnych.


Ale w rzeczywistości sama firma nie zajmuje się produkcją mikroprocesorów, a jedynie rozwija i udziela licencji swojej technologii innym stronom. W szczególności architekturę ARM mikrokontrolerów nabywają następujący producenci:

Atmel.

Cirrus Logic.

Intel.

Apple.

NVIDIA.

HiSilicon.

Marvell.

NXP.

Samsung.

Qualcomm.

Sony Ericsson.

Texas Instruments.

Broadcom.

Niektóre z nich znane są szerokiemu gronu odbiorców cyfrowych gadżetów. Zgodnie z zapewnieniem brytyjskiej korporacji ARM, całkowita liczba wyprodukowanychza ich technologię mikroprocesorów - ponad 25 miliardów. Istnieje kilka serii ruchomych kamieni:

ARM7 - częstotliwość taktowania 60-72 MHz, co jest istotne w telefonach komórkowych.

ARM9 /ARM9E - częstotliwość jest już wyższa na około 200 MHz. Są one wyposażone w mikroprocesory bardziej funkcjonalne smartfony i komputery kieszonkowe (PDA).

Cortex i ARM11 są już bardziej nowoczesne rodziny mikroprocesorów w porównaniu z poprzednimi architektury mikrokontrolerów ARM taktowany zegarem 1 GHz i zaawansowanym cyfrowym przetwarzaniem sygnału.


Większość firmy Marvell XScale mikroprocesory (do połowy lato 2007 projekt był dostępny Intel) faktycznie to rozszerzona wersja kompletna z ARM9 architekturą zestaw instrukcji MMX Wireless. To rozwiązanie firmy Intel skupiło się na obsłudze aplikacji multimedialnych. Technologia ARM odnosi się do 32-bitowej architektury mikroprocesorowej, zawierającej zredukowany zestaw poleceń, określany jako RISC. Według przeprowadzonych obliczeń, stosowanie ARM - 82% całkowitej ilości wytwarzane RISC procesor, co sugeruje dość dużego zasięgu systemów 32-bitowych. Wiele urządzeń elektronicznych wyposażony w architekturze ARM procesorów, a nie jest tylko PDA i telefony komórkowe, ale także przenośne konsole do gier, kalkulatory, urządzenia peryferyjne, urządzenia sieciowe, a więcej.

krótka podróż do przeszłości

pójść na wyimaginowanej maszynę czasu kilka lat wstecz i spróbować dowiedzieć się, gdzie to wszystko się zaczęło. Jest to możliwe z pewnościątwierdzą, że firma ARM - jest raczej monopolistą w swojej dziedzinie. Potwierdza to fakt, że zdecydowana większość smartfonów i innych elektronicznych urządzeń cyfrowych działa pod kontrolą mikroprocesorów tworzonych przez tę architekturę.
W roku 1980 powstała firma Acorn Computers, która zaczęła tworzyć komputery osobiste. W związku z tym ARM został wcześniej wprowadzony jako Acorn RISC Machines. Rok później krajowa wersja BBC Micro PC z pierwszej architektury procesora ARM została zaprezentowana przed sądem konsumentów. To był sukces, ale układ nie poradził sobie z zadaniami graficznymi, a inne opcje w obliczu procesorów Motorola 68000 i National Semiconductor 32016 również nie nadawały się do tego. Następnie kierownictwo firmy zastanowiło się nad stworzeniem własnego mikroprocesora. Inżynierowie interesują się nową architekturą procesorów, wynalezioną przez absolwentów lokalnej uczelni. Używał krótszego zestawu poleceń lub RISC. A po pojawieniu się pierwszego komputera z procesorem Acorn Risc Machine sukces przyszedł dość szybko - w 1990 roku podpisano kontrakt pomiędzy brytyjską marką a Apple. To oznaczało początek rozwoju nowego chipsetu, który z kolei doprowadził do utworzenia całego zespołu programistów, zwanych Zaawansowanymi Maszynami RISC lub ARM. Od 1998 r. Firma zmieniła nazwę na ARM Limited. A teraz eksperci nie zajmują się produkcją i wdrażaniem architektury ARM. Co to dało? Na rozwój firmy nie miało wpływu, chociaż głównym i jedynym kierunkiem firmy było rozwijanie technologii, a także sprzedaż licencji stronom trzecim, aby mogły onekorzystaj z architektury procesora. W tym samym czasie niektóre firmy nabywają prawa do gotowych jąder, podczas gdy inne, nabyte licencje zapewniają procesorom własne jądra.
Według niektórych danych zarobki przedsiębiorstwa przy każdej takiej decyzji wynoszą $ 0067. Ale ta informacja jest uśredniona i przestarzała. Każdego roku liczba rdzeni w chipsecie wzrasta odpowiednio, a koszt nowoczesnych procesorów przekracza stare próbki.

Zakres

Sam rozwój urządzeń mobilnych przyniósł firmie ARM Limited ogromną popularność. Kiedy produkcja smartfonów i innych przenośnych urządzeń elektronicznych stała się ogromna, natychmiast zastosowano energooszczędne procesory. Co ciekawe, czy istnieje linux na temat architektury ramienia? Kulminacja rozwoju ARM sięga roku 2007, kiedy przywrócono partnerstwo z marką Apple. Następnie pierwszy telefon iPhone oparty na procesorze ARM został przedstawiony sądowi konsumentów. Od tego czasu taka architektura procesorów stała się integralną częścią praktycznie każdego wyprodukowanego smartfona, który można znaleźć tylko na współczesnym rynku mobilnym. Można powiedzieć, że praktycznie każdy nowoczesny sprzęt elektroniczny, który wymaga takiego zarządzania procesorem, jest wyposażony w układy ARM. A fakt, że taka architektura procesorów obsługuje wiele systemów operacyjnych, czy to Linux, Android, iOS i Windows, jest niezaprzeczalną zaletą. Wśród nich jest Windows Embedded CE 6.0 Core, obsługiwana jest także architektura ramienia. Ta platforma jest przeznaczona dla komputerów drabinkowych, telefonów komórkowych isystemy wbudowane.

Cechy wyróżniające x86 i ARM

Wielu użytkowników, którzy słyszeli o ARM i x86, jest nieco zdezorientowanych tymi dwiema architekturami. Tymczasem mają pewne różnice. Istnieją dwa główne typy architektur:

CISC (Complex Instruction Set Computing).

RISC (zmniejszona liczba zestawów instrukcji).

CISC obejmują procesory x86 (Intel lub AMD), jeśli chodzi o RISC, rodzinę ARM. X86 i ramię mają swoich fanów. Dzięki wysiłkom ARM, które skupiały się na efektywności energetycznej i zastosowaniu prostego zestawu instrukcji, procesorom z tego w dużej mierze skorzystano - rynek mobilny zaczął szybko się rozwijać, a wiele smartfonów prawie dorównywało możliwościom komputerów. Z kolei Intel zawsze był znany z wydania procesorów o wysokiej wydajności i przepustowości dla komputerów stacjonarnych, laptopów, serwerów, a nawet superkomputerów. Te dwie rodziny na swój własny sposób podbiły serca użytkowników. Ale jaka jest ich różnica? Cechy wyróżniające, a nawet kilka cech, uważają za najważniejsze.

Moc obliczeniowa

Zacznijmy od analizy różnic między architekturami ARM i x86 na podstawie tego parametru. Cechą profesorów RISC jest posługiwanie się jak najmniejszą liczbą instrukcji. Ponadto powinny być tak proste, jak to tylko możliwe, dając im przewagę nie tylko inżynierom, ale także twórcom oprogramowania.
Ta filozofia jest prosta - jeśli instrukcja jest prosta, to wymagany obwód nie wymaga zbyt wielu tranzystorów. W rezultacie uwalniana jest dodatkowa przestrzeńna coś lub wielkość żetonów maleje. Z tego powodu mikroprocesory ARM zaczęły łączyć urządzenia peryferyjne, takie jak procesory graficzne. Przykładem jest komputer Raspberry Pi, który ma minimalną liczbę komponentów. Jednak prostota instrukcji jest droga. Dodatkowe zadania są wymagane do wykonywania niektórych zadań, co zwykle prowadzi do zwiększenia pamięci i czasochłonnych zadań. W przeciwieństwie do architektury procesora ramię, instrukcje CISC, które są rozwiązaniami firmy Intel, mogą wykonywać złożone zadania z dużą elastycznością. Innymi słowy, maszyny oparte na RISC wykonują operacje transakcyjne między rejestrami i zwykle wymagane jest, aby program wczytał zmienne do rejestru przed wykonaniem operacji. Procesory mogą wykonywać operacje CISC na kilka sposobów:

między rejestrami;

między rejestrem a miejscem pamięci;

między komórkami pamięci.

Ale to tylko część charakterystycznych cech, zwróćmy się do analizowania innych znaków.

Zużycie energii

Zależnie od typu urządzenia, zużyta energia może mieć różne stopnie istotności. W przypadku systemu, który jest podłączony do stałego zasilania (sieci), po prostu nie ma ograniczenia zużycia energii. Jednak telefony komórkowe i inne elektroniczne gadżety są całkowicie zależne od zarządzania energią. Kolejną różnicą między architekturą a architekturą x86 jest to, że pierwsze zużycie energii wynosi mniej niż 5 W, w tym wiele powiązanych pakietów: procesory graficzne, urządzenia peryferyjne, pamięć. To jest takie małemoc jest spowodowana mniejszą liczbą tranzystorów w połączeniu ze stosunkowo niskimi prędkościami (jeśli odbywa się równolegle z procesorami do komputerów stacjonarnych). Jednocześnie ma to wpływ na wydajność - bardziej skomplikowane operacje są potrzebne przez dłuższy czas. Rdzenie Intela różnią się złożonością struktury i ze względu na to zużycie energii są znacznie wyższe. Na przykład wydajny procesor Intel I-7 zużywa około 130 W energii, wersje mobilne - 6-30 watów.

Oprogramowanie

Trudno jest porównać ten parametr, ponieważ obie marki są bardzo popularne w swoich kręgach. Urządzenia oparte na procesorach architektury ramienia świetnie współpracują z mobilnymi systemami operacyjnymi (Man and Others). Maszyny z procesorami Intela mogą współpracować z platformami takimi jak Windows i Linux. Ponadto obie rodziny mikroprocesorów są zaprzyjaźnione z programami napisanymi w Javie. Rozumiejąc różnice w architekturze, można jednoznacznie powiedzieć jedno - procesory ARM głównie zarządzają zużyciem energii urządzeń mobilnych. Zadaniem rozwiązań desktopowych jest przede wszystkim zapewnienie wysokiej wydajności.

Nowe osiągnięcia

Firma ARM, poprzez właściwe polityki, całkowicie usunęła rynek telefonii komórkowej. Ale w przyszłości nie zatrzyma się na tym osiągnięciu. Niedawno zaprezentowano nowy rozwój rdzeni: Cortex-A53 i Cortex-A57, w których dokonano jednej ważnej aktualizacji - obsługa przetwarzania 64-bitowego. Rdzeń A53 jest bezpośrednim następcą ARM Cortex-A8 naktóry jednak nie był bardzo wydajny, ale zużycie energii na minimalnym poziomie. Eksperci twierdzą, że zużycie energii przez ramię architektury a53 jest zredukowane do 4 razy, a pod względem wydajności nie będzie gorsze od rdzenia Cortex-A9. I to pomimo faktu, że obszar rdzenia A53 jest o 40% mniejszy niż A9. Rdzeń A57 zastąpi Cortex-A9 i Cortex-A15. W tym przypadku inżynierowie ARM odnotowują fenomenalny wzrost wydajności - trzykrotnie wyższy niż rdzeń A15. Innymi słowy mikroprocesor A57 będzie 6 razy szybszy niż Cortex-A9, a jego sprawność energetyczna będzie 5 razy lepsza niż A15. Jeśli podsumować, to seria kory, a mianowicie, bardziej zaawansowany a53 różni się od swoich poprzedników wyższą wydajnością na tle nie mniejszej efektywności energetycznej. Nawet procesory Cortex-A7, które są na większości smartfonów, które nie konkurują! Ale cenniejszą rzeczą jest to, że zbroja architektury a53 jest składnikiem, który unika problemów z upośledzeniem pamięci. Ponadto urządzenie powoli rozładuje akumulator. Dzięki nowości problemy te pozostaną w odległej przeszłości.

Rozwiązania graficzne

Oprócz rozwoju procesorów, ARM pracuje nad implementacją akceleratorów graficznych serii Mali. A pierwszym z nich jest Mali 55. Akcelerator ten został wyposażony w telefon LG Renoir. Jest to najzwyklejszy telefon komórkowy. Tylko w tym GPU nie zareagowała na grę, ale tylko na konwersję interfejsu, ponieważ jeśli według nowoczesnych standardów procesor graficzny ma inne prymitywne możliwości. Ale postęp nieodwołalnie leci naprzód, a zatem nadąża za nimCzasami firma ARM ma także bardziej zaawansowane modele, które są odpowiednie dla smartfonów w kategorii średnich cen. Jest to typowy GPU Mali-400 MP i Mali-450 MP. Mimo że mają niewielką wydajność i ograniczoną konfigurację interfejsu API, nie uniemożliwiają im znalezienia aplikacji w nowoczesnych modelach mobilnych. Uderzającym przykładem jest telefon Zopo ZP998 z ośmio rdzeniowym MTK6592 działającym parami z akceleratorem graficznym Mali-450 MP4.

Konkurencyjność

Obecnie ARM nie sprzeciwia się żadnemu, a wynika to głównie z faktu, że właściwa decyzja została podjęta we właściwym czasie. Ale dawno temu, na początku swojej podróży, zespół programistów pracował nad stworzeniem procesorów na PC, a nawet podjął próbę konkurowania z takim gigantem jak Intel. Ale nawet po zmianie kierunku działalności firma miała trudności. A kiedy światowej sławy marka komputerowa Microsoft podpisała umowę z Intelem, pozostali producenci po prostu nie mieli żadnych szans - system operacyjny Windows odmówił współpracy z procesorami ARM. Jak powstrzymać się od używania emulatorów gcam w architekturze? Jeśli chodzi o Intel, obserwując wskaźnik sukcesu ARM Limited, próbował także stworzyć procesor, który mógłby konkurować. W tym celu chip Intel Atom został udostępniony ogółowi społeczeństwa. Ale zajęło to znacznie więcej czasu niż ARM Limited. A chip produkcji pojawił się dopiero w 2011 roku, ale cenny czas już został utracony. Zasadniczo Intel Atom jest procesorem CISC opartym na procesorze x86. Specjaliści byli w stanie osiągnąć niższe zużycie energii niż rozwiązania ARM. Niemniej jednak całe to oprogramowanie, którewychodzi na platformy mobilne, słabo przystosowane do architektury x86. Ostatecznie firma uznała pełnię decyzji i nadal odmawiała przetwarzania procesorów na urządzenia mobilne. Jedynym znaczącym producentem układów Intel Atom jest ASUS. W tym samym czasie te procesory nie tonęły w lecie, były masowo wyposażone w netbooki, nettop i inne przenośne urządzenia. Istnieje jednak prawdopodobieństwo, że sytuacja ulegnie zmianie i wszystkie systemy operacyjne Windows będą obsługiwane przez mikroprocesory ARM. Co więcej, kroki są podjęte w tym kierunku, może pojawią się emulatory gcam w architekturze ARM dla rozwiązań mobilnych?! Kto wie, czas pokaże i wszystko zostanie zaaranżowane miejscami.

Perspektywy na przyszłość

Jest jeden interesujący punkt w historii rozwoju ARM (na samym początku tego artykułu w rzeczywistości był on przeznaczony). W pewnym momencie ARM Limited był oparty na Apple i prawdopodobnie cała technologia ARM będzie należeć do niego. Los jednak został uporządkowany inaczej - w 1998 r. Apple znajdował się w sytuacji kryzysowej, a kierownictwo było zmuszone sprzedać swój udział. W tej chwili jest on na równi z innymi producentami i pozostaje dla urządzeń iPhone i iPad do zakupu technologii od ARM Limited. Kto może wiedzieć, jak się sprawy potoczą?! Nowoczesne procesory ARM są w stanie wykonywać bardziej złożone operacje. A w niedalekiej przyszłości zarząd firmy planuje wejść na rynek serwerów, na którym jest niewątpliwie zainteresowany. Ponadto, w naszych czasach nowożytnych, kiedy zbliża się era rozwoju Internetu (IoT), ww tym "inteligentnych" urządzeń gospodarstwa domowego, możliwe jest przewidzenie jeszcze większego zapotrzebowania na chipy z architekturą ARM. Tak więc ARM Limited Company jest dalekie od świetlanej przyszłości! Jest mało prawdopodobne, że w niedalekiej przyszłości znajdzie się każdy, kto będzie mógł to wycisnąć, bez wątpienia, mobilny gigant, by opracować procesory do smartfonów i innych podobnych urządzeń elektronicznych.

Podsumowując

procesory ARM szybko zdobyły rynek urządzeń przenośnych, a wszystko to dzięki niskiemu zużyciu energii i nie za bardzo, ale mimo to dobrej wydajności. Obecnie można tylko zazdrościć sytuacji w firmie ARM. Wielu producentów stosuje swoją technologię, co stawia zaawansowane maszyny RISC wraz z takimi gigantami w dziedzinie rozwoju procesorów Intel i AMD. I to pomimo faktu, że firma nie ma własnej produkcji. Od jakiegoś czasu konkurentem marki mobilnej była firma MIPS o tej samej nazwie w architekturze. Ale w tej chwili jest to nadal jedyny poważny konkurent w firmie Intel Corporation, mimo że jego kierownictwo nie uważa, że ​​architektura ramienia może stanowić zagrożenie dla jej udziału w rynku. Ponadto, według ekspertów Intela, procesory ARM nie są w stanie uruchamiać systemów operacyjnych komputerów. Jednak takie stwierdzenie brzmi trochę nielogicznie, ponieważ właściciele ultra-mobilnych komputerów nie używają "ciężkiego" oprogramowania. W większości przypadków trzeba uzyskać dostęp do Internetu, edytować dokumenty, słuchać plików multimedialnych (muzyka, kino) i innych prostych zadań. A rozwiązanie ARM jest świetneradzić sobie z takimi operacjami.