Всеки, който се интересува от мобилните технологии, е чул за ARM-архитектурата. В същото време за повечето хора това е свързано с процесори на таблети или смартфони. Други ги коригират, като уточняват, че това не е самият камък, а само неговата архитектура. Но на практика никой от тях не се интересува от това къде и кога всъщност се е появила тази технология.

Междувременно тази технология е широко разпространена сред многото модерни приспособления, които стават все повече и повече. В допълнение, по пътя на разработването на компания, която разработва ARM процесори, има един интересен случай, който не е грях да се помни, може би за някой ще стане урок за бъдещето.

ARM Architecture for Dummies

Под съкращението ARM се намира доста успешна британска компания ARM Limited в областта на информационните технологии. Той се дешифрира като Advanced RISC Machines и е един от най-големите разработчици и лицензодатели в 32-битовата архитектура на RISC процесори, която използва повечето преносими устройства.


Всъщност самото дружество не се занимава с производство на микропроцесори, а само разработва и лицензира своята технология на други страни. В частност, ARM архитектурата на микроконтролерите се доставя от следните производители:

Atmel.

Cirrus Logic.

Intel.

Apple.

nvidia.

HiSilicon.

Marvell.

NXP.

Samsung.

Qualcomm.

Sony Ericsson.

Texas Instruments.

Broadcom.

Някои от тях са известни на широка аудитория от потребители на цифрови приспособления. Според уверението на британската корпорация ARM, общият брой на произведенитеза тяхната технология на микропроцесори - повече от 25 милиарда. Има няколко серии мобилни камъни:

ARM7 - тактова честота от 60-72 MHz, която е приложима за мобилните бюджетни телефони.

ARM9 /ARM9E - честотата е вече по-висока на около 200 MHz. Те са оборудвани с по-функционални микропроцесорни смартфони и джобни компютри (PDA).

Cortex и ARM11 вече са по-напреднали семейства на микропроцесори в сравнение с архитектурата на предишни ARM микроконтролери с тактова честота до 1 GHz и разширени възможности за цифрова обработка на сигнала.


Най-популярните xScale микропроцесори от Marvell (до средата на 2007 г., проектът беше на разположение на Intel) всъщност е усъвършенствана версия на архитектурата ARM9, допълнена от набор от инструкции MMX Wireless. Това решение от Intel беше насочено към поддържане на мултимедийни приложения. Технологията ARM се отнася до 32-битова микропроцесорна архитектура, съдържаща редуциран набор от команди, наричани RISC. Според изчисленията, използването на ARM процесори е 82% от общия брой произведени RISC процесори, което предполага доста широко покритие на 32-битови системи. Много електронни устройства са оборудвани с ARM процесорна архитектура, а това са не само PDA устройства и мобилни телефони, но и преносими игрални конзоли, калкулатори, компютърни периферни устройства, мрежово оборудване и много други.

Малко пътуване назад към миналото

Нека отидем на въображаема кола от времето преди няколко години и се опитваме да разберем как е започнало всичко това. Възможно е с увереностказват, че компанията ARM - е по-скоро, монополист в техния район. И това се потвърждава от факта, че по-голямата част от смартфоните и другите електронни цифрови устройства работят под контрола на микропроцесори, създадени от тази архитектура.
През 1980 г. е основана компанията Acorn Computers, която започва да създава персонални компютри. Ето защо, ARM беше представен преди това като Acorn RISC Machines. Година по-късно на потребителския съд бе представена вътрешна версия на BBC Micro PC от първата ARM процесорна архитектура. Това беше успех, обаче чипът не се справи с графичните задачи, а други опции в лицето на процесорите Motorola 68000 и National Semiconductor 32016 също не бяха подходящи за това. След това ръководството на компанията мислеше за създаване на собствен микропроцесор. Инженерите се интересуват от нова архитектура на процесорите, измислена от завършили местен университет. Той използва по-кратък набор от команди или RISC. И след появата на първия компютър, работещ с процесор Acorn Risc Machine, успехът дойде доста бързо - през 1990 г. беше подписан договор между британската марка и Apple. Това бе началото на развитието на нов чипсет, което от своя страна доведе до формирането на цял екип от разработчици, наричани Advanced RISC Machines или ARM. От 1998 г. компанията е променила името си на ARM Limited. И сега експерти не са ангажирани в производството и прилагането на ARM-архитектура. Какво даде това? Това не е повлияно от развитието на компанията, въпреки че основната и единствена посока на компанията е развитието на технологии, както и продажбата на лицензи на трети страни, така че те да могатизползвайте процесорна архитектура. В същото време някои компании придобиват права върху готови ядки, докато други, придобити лицензи, предоставят на процесорите свои собствени ядра.
Според някои данни приходите на дружеството при всяко такова решение са $ 0067. Но тази информация е осреднена и остаряла. Всяка година броят на ядрата в чипсета се увеличава съответно, а цената на съвременните процесори надвишава старите образци.

Обхват

Самото развитие на мобилните устройства доведе до огромна популярност на дружеството ARM Limited. И когато производството на смартфони и други преносими електронни устройства се превърна в масивна, незабавно бяха използвани енергийно ефективни процесори. Интересното е, има ли Linux на arm-architecture? Кулминацията на развитието на ARM датира от 2007 г., когато партньорствата с марката Apple бяха възстановени. След това първият iPhone, базиран на процесора ARM, беше представен на потребителския съд. Оттогава такава процесорна архитектура се превърна в неразделна част от почти всеки произведен смартфон, който може да бъде намерен само на съвременния мобилен пазар. Можем да кажем, че на практика всяко модерно електронно оборудване, което се нуждае от управление на процесорите, по един или друг начин е оборудвано с ARM чипове. Фактът, че такава процесорна архитектура поддържа много операционни системи, независимо дали е Linux, Android, iOS и Windows, е неоспоримо предимство. Сред тях са и вградените в Windows CE 6.0 Core, архитектурата на ръцете също се поддържа от нея. Тази платформа е предназначена за стълбови компютри, мобилни телефони ивградени системи.

Отличителни черти на x86 и ARM

Много потребители, които са чували за ARM и x86, са малко объркани с тези две архитектури. Междувременно те имат някои различия. Съществуват два основни вида архитектури:

CISC (Компютърни комплекти от комплексни инструкции).

RISC (Компютри с намален набор инструкции).

CISCs включват x86 (Intel или AMD) процесори, що се отнася до RISC, семейството ARM. Х86 и рамото имат своите фенове. Благодарение на усилията на ARM, фокусирани върху енергийната ефективност и използването на обикновен набор от инструкции, процесорите са се възползвали много от това - пазарът на мобилни устройства започна да се развива бързо и много смартфони почти почти са изравнили възможностите на компютрите. От своя страна Intel винаги е била известна с издаването на процесори с висока производителност и пропускателна способност за настолни компютри, лаптопи, сървъри и дори суперкомпютри. Тези две семейства по свой начин спечелиха сърцата на потребителите. Но каква е тяхната разлика? Отличителни черти или дори няколко функции, помислете за най-важните от тях.

Мощност на обработка

Да започнем с анализ на разликите между архитектурите ARM и x86 от този параметър. Особеността на професорите от RISC е да използват възможно най-малко инструкции. Освен това те трябва да бъдат възможно най-прости, като им дават предимства не само на инженерите, но и на разработчиците на софтуер.
Философията тук е проста - ако инструкцията е проста, тогава изискваната схема не изисква твърде много транзистори. В резултат се освобождава допълнително пространствоза нещо или размерът на чиповете става все по-малък. Поради тази причина, ARM микропроцесорите започнаха да комбинират периферни устройства, като например графични процесори. Пример за това е компютърът Raspberry Pi, който има минимален брой компоненти. Въпреки това, простотата на инструкциите е скъпа. За изпълнение на определени задачи са необходими допълнителни задачи, което обикновено води до увеличаване на паметта и отнемащи време задачи. За разлика от армпроцесорната архитектура, инструкциите за чип CISC, които са решения на Intel, могат да изпълняват сложни задачи с голяма гъвкавост. С други думи, RISC-базираните машини извършват операции по транзакции между регистрите и обикновено се изисква програмата да зарежда променливи в регистъра, преди да изпълни операцията. Процесорите са способни да извършват операции по CISC по няколко начина:

между регистрите;

между регистъра и мястото на паметта;

между клетките на паметта.

Но това е само част от отличителните черти, нека се обърнем към синтактичния анализ на други знаци.

Консумация на енергия

В зависимост от типа на устройството, консумираната мощност може да има различна степен на значимост. За система, която е свързана към постоянно захранване (мрежа), просто няма ограничение на консумацията на енергия. Въпреки това мобилните телефони и други електронни приспособления са напълно зависими от управлението на захранването. Друга разлика между архитектурата и архитектурата x86 е, че първата консумация на енергия е по-малка от 5 W, включително много свързани пакети: графични процесори, периферни устройства, памет. Това е толкова малкомощността се дължи на по-малко транзистори в комбинация с относително ниски скорости (ако се извършва паралелно с процесори за настолни компютри). В същото време тя има отношение към изпълнението - по-сложни операции са необходими за повече време. Сървърите на Intel се различават по сложност на конструкцията и поради тази консумация на енергия са значително по-високи. Например, високопроизводителният процесор Intel I-7 консумира около 130 W енергия, мобилни версии - 6-30 вата.

Софтуер

Трудно е да се сравни този параметър, защото и двете марки са много популярни в кръговете си. Устройствата, базирани на процесорите за архитектура на ръцете, работят чудесно с мобилни операционни системи (Man and Others). Машините с процесори Intel са способни да работят с платформи като Windows и Linux. Освен това, двете семейства микропроцесори са приятели с програми, написани на Java. Разбирайки различията в архитектурите, определено може да се каже едно - ARM процесорите управляват главно консумацията на енергия от мобилни устройства. Задачата на десктоп решенията е преди всичко да осигурява висока производителност.

Нови постижения

Компанията ARM, чрез компетентни политики, е премахнала напълно пазара на мобилни услуги. Но в бъдеще тя няма да спре до постигането. Неотдавна беше представено ново развитие на ядрата: Cortex-A53 и Cortex-A57, в които беше направена една важна актуализация - поддръжка на 64-битови компютри. Ядрото A53 е директен последовател на ARM Cortex-A8 накоето въпреки че не е много високо изпълнение, но консумация на енергия на минимално ниво. Както казват експертите, потреблението на енергия в архитектурата на ръката на кората a53 е намалено до 4 пъти, а от гледна точка на производителността няма да бъде по-лошо от основното Cortex-A9. И това въпреки факта, че площта на ядрото А53 е с 40% по-малка от тази на А9. Ядрото A57 ще замени Cortex-A9 и Cortex-A15. В този случай инженерите на ARM съобщават за феноменално увеличение на производителността - три пъти по-висока от тази на A15. С други думи, микропроцесорът A57 ще бъде 6 пъти по-бърз от Cortex-A9 и неговата енергийна ефективност ще бъде 5 пъти по-добра от тази на A15. Ако се обобщи, тогава серията cortex, а именно по-напредналият a53, се различава от предшествениците си с по-висока производителност на фона на не по-малко висока енергийна ефективност. Дори процесорите Cortex-A7, които са на повечето смартфони, които не се конкурират! Но по-ценното е, че бронята на архитектурата на ръката a53 е компонент, който избягва проблеми с увреждане на паметта. Освен това устройството бавно ще разреди батерията. Благодарение на новостта тези проблеми ще останат в далечното минало.

Графични решения

Освен разработването на процесори, ARM работи по въвеждането на графични ускорители на серията Мали. Първият от тях е Мали 55. Този ускорител е оборудван с телефон LG Renoir. И така, това е най-обикновеният мобилен телефон. Само в него GPU отговори не на играта, но само за да конвертирате интерфейса, защото ако се съди по съвременните стандарти, графичният процесор има различни примитивни възможности. Но напредъкът непрекъснато се движи напред и следователно да върви в крак с товаПонякога компанията ARM има и по-усъвършенствани модели, които са подходящи за смартфони в средната ценова категория. Това е често срещан GPU Mali-400 MP и Mali-450 MP. Въпреки че имат малка производителност и ограничена настройка на API, това не им пречи да намират приложения в съвременните мобилни модели. Ярък пример е Zopo ZP998, като осем-ядрения MTK6592 работи по двойки с графичния ускорител Mali-450 MP4.

Конкурентоспособност

Понастоящем ARM не се противопоставя на нито едно от тях и това се дължи главно на факта, че правилното решение беше взето навреме. Но веднъж отдавна, в началото на своето пътуване, екипът на разработчиците работи по създаването на процесори за PC и дори прави опит да се конкурира с такъв гигант като Intel. Но дори след като се промени посоката на дейност, компанията имаше трудности. И когато световно известната компютърна марка Microsoft подписа споразумение с Intel, останалите производители просто нямаха никакъв шанс - операционната система Windows отказа да работи с ARM процесори. Как да се въздържат от използване на gcam емулатори в архитектурата arm?! Що се отнася до Intel, гледайки успеха на ARM Limited, той също се опита да създаде процесор, който да се конкурира. За тази цел чипът на Intel Atom беше предоставен на широката общественост. Но отне много повече време от ARM Limited. И производственият чип отиде едва през 2011 г., но ценното време вече беше загубено. По същество Intel Atom е x86-базиран CISC процесор. Специалистите са успели да постигнат по-ниска консумация на енергия, отколкото ARM решенията. Независимо от всичко това е софтуерътизлиза на мобилни платформи, слабо адаптирани към архитектурата x86. В крайна сметка дружеството признава пълнотата на решението и продължава да отказва да обработва процесорите за мобилни устройства. Единственият основен производител на Intel Atom чипове е ASUS. В същото време тези процесори не потъваха през лятото, те бяха масово оборудвани с нетбуци, неттоп и други преносими устройства. Въпреки това има вероятност ситуацията да се промени и че всички операционни системи на Windows ще бъдат поддържани от микропроцесорите ARM. Освен това се предприемат стъпки в тази посока, може би ще се появи нещо като gcam емулатори в ARM архитектурата за мобилни решения?! Кой знае, времето ще покаже и всичко ще бъде подредено на места.

Перспективи за бъдещето

В историята на развитието на ARM има един интересен момент (всъщност в самото начало на статията). Веднъж ARM Limited е базирана на Apple, и е вероятно всички ARM технологии да са тази, която й принадлежи. Въпреки това, съдбата е наредена по различен начин - през 1998 г. Apple е в кризисна ситуация и ръководството е принудено да продаде своя дял. В момента тя е на равна нога с други производители и остава за своите iPhone и iPad устройства да купуват технология от ARM Limited. Кой би могъл да знае как могат да се окажат нещата?! Модерните ARM процесори са способни да извършват по-сложни операции. И в близко бъдеще ръководството на компанията планира да навлезе на пазара на сървъри, в който той безспорно се интересува. Освен това в нашето съвремие, когато наближава ерата на развитието на интернет неща (IoT), ввключително тези на „умните“ домакински уреди, е възможно да се предвиди още по-голямо търсене на чипове с ARM-архитектурата. Така ARM Limited Company е далеч от светло бъдеще! И е малко вероятно в близко бъдеще да има някой, който да може да изтръгне този без съмнение мобилен гигант да разработи процесори за смартфони и други подобни електронни устройства.

Като заключение

процесорите ARM бързо завоюват пазара на мобилни устройства и всичко това се дължи на ниска консумация на енергия и нека не много високи, но въпреки това добри резултати. В момента състоянието на нещата в компанията ARM може да се завиди. Много производители използват технологията, която поставя Advanced RISC Machines заедно с такива гиганти в областта на разработването на процесори Intel и AMD. И това е въпреки факта, че компанията няма собствено производство. От известно време конкурент на марката за мобилни устройства е MIPS със същото име в архитектурата. Но в момента той все още е единственият сериозен конкурент в лицето на Intel Corporation, въпреки че неговото ръководство не счита, че архитектурата на ръцете може да представлява заплаха за пазарния му дял. Също така, според експерти на Intel, ARM процесорите не са в състояние да работят с настолни операционни системи. Такова изявление обаче звучи малко нелогично, защото собствениците на ултра-мобилни компютри не използват „тежък“ софтуер. В повечето случаи трябва да имате достъп до интернет, да редактирате документи, да слушате мултимедийни файлове (музика, кино) и други прости задачи. А решението ARM е страхотнода се справят с такива операции.