Recent (cu doar 10 ani) au existat trei arhitecturi pe piața procesoarelor de consum și toate erau mai mult sau mai puțin bine separate: procesoarele ARM erau instalate în dispozitivele mobile unde timpul era important. durata bateriei, procesoare x86 au fost instalate în dispozitivele de sub Control Windows, ei bine, sfidând Intel, Apple a folosit procesoare bazate pe arhitectura PowerPC în dispozitivele sale (deși știm că totuși s-a „strecurat” la x86). Dar în momentul de față au mai rămas pe piață doar două arhitecturi pentru procesoare personalizate - PowerPC a renunțat la cursă și destul de recent: ultimul dispozitiv de pe această arhitectură, PlayStation 3, a încetat să fie produs în urmă cu doar câteva săptămâni. Mai mult, există din ce în ce mai multe scurgeri că va fi posibil să rulați Windows cu drepturi depline pe procesoare ARM și, pe de altă parte, Android funcționează excelent cu procesoarele x86 începând de la versiunea 4.0. Adică, după cum vedem, diferența dintre aceste arhitecturi este din ce în ce mai neclară în ochii utilizatorilor, iar în acest articol vom afla de ce se întâmplă acest lucru.

arhitectura x86

Mai întâi, să definim ce este arhitectura. În termeni simpli, din punctul de vedere al unui programator, arhitectura procesorului este compatibilitatea cu acesta un anumit set comenzi care pot fi folosite pentru a scrie programe și sunt implementate în hardware folosind diverse combinații de tranzistori de procesor.


Procesoarele x86 sunt construite pe arhitectura CISC (Complex Instruction Set Computing, procesoare cu un set complet de instrucțiuni) - asta înseamnă că procesorul implementează număr maxim instrucțiuni, care, pe de o parte, simplifică scrierea programelor și le reduce greutatea, iar pe de altă parte, este aproape imposibil să încărcați procesorul 100%.

Primul procesor x86 a fost Intel 8086, primul procesor pe 16 biți de la Intel care operează la până la 10 MHz și a fost lansat în 1978. Procesorul s-a dovedit a fi extrem de popular și a fost produs până în 1990, iar toate procesoarele ulterioare au început să fie compatibile cu acesta. La început, această compatibilitate a fost arătată ca sfârșitul numelui procesorului cu 86, dar mai târziu, odată cu lansarea Pentium, au decis să numească arhitectura x86.

În 1985, a fost lansat procesorul i386, care a devenit primul procesor pe 32 de biți de la Intel, iar până în 1989, Intel a lansat primul procesor scalar i486 - acest procesor putea efectua o operație pe ciclu de ceas. Mai târziu, odată cu lansarea Pentium în 1993, procesoarele Intel au devenit superscalare, adică au învățat să efectueze mai multe operații într-un singur ciclu de ceas și superpipeline, adică aveau două conducte de calcul. Dar asta nu a fost totul - de fapt, toate procesoarele Intel, începând cu i486DX, sunt procesoare CISC cu un nucleu RISC (Reduced Instruction Set Computer, procesoare cu un set de instrucțiuni redus): un translator hardware este încorporat în microprocesor, care este convertite în CISC imediat înainte de execuție - instrucțiuni ale procesoarelor x86 într-un set mai simplu de instrucțiuni RISC interne, în timp ce o instrucțiune x86 poate genera mai multe instrucțiuni RISC.

De atunci, nimic nu s-a schimbat mare - da, numărul de conducte a crescut, numărul de operațiuni pe ceas a crescut, procesoarele au devenit multi-core și pe 64 de biți, dar până acum toate soluțiile de la Intel și AMD sunt microprocesoare superscalare superpipeline construite pe arhitectura CISC cu un nucleu RISC.

Arhitectura ARM

Arhitectura ARM a apărut mai târziu de x86, în 1986, odată cu lansarea procesorului ARM2. Scopul dezvoltării sale a fost de a maximiza optimizarea și de a reduce numărul de tranzistori - de exemplu, sub sarcină, procesorul x86 a folosit apoi abia 30% din numărul tuturor tranzistorilor, toți ceilalți erau pur și simplu inactiv. Prin urmare, ARM și-a dezvoltat propriul cip pe arhitectura RISC, pe care l-au numit ARM2 - avea doar 30.000 de tranzistori (comparativ cu 275 de mii de tranzistori în actualul i386 de atunci) și nu avea cache (care, în general, era norma). pentru procesoare atunci - un cache este posibil trebuia achiziționat și livrat separat), dar și microprogramul ca atare - microcodul a fost executat ca orice alt cod de mașină, prin conversia lui în instructiuni simple:


Drept urmare, datorită faptului că numărul de tranzistori în procesoarele ARM este semnificativ mai mic decât în ​​x86, obținem că disiparea căldurii lor este, de asemenea, semnificativ mai mică. Dar, pe de altă parte, datorită arhitecturii simplificate, performanța ARM este, de asemenea, semnificativ mai mică decât cea a x86.

Mai târziu, la ARM a fost adăugat și suport atât pentru superscalaritate, cât și pentru superpipelining, procesoarele au devenit multi-core și acum câțiva ani au devenit pe 64 de biți. Ca urmare, soluțiile moderne de la ARM sunt microprocesoare superscalare superpipeline construite pe baza arhitecturii RISC.

Rezultate

Ca urmare, vedem două extreme: x86 sunt soluții puternice, încărcate cu instrucțiuni, care pot îndeplini absolut orice sarcină cu viteză bună. Dar trebuie să plătiți pentru asta cu o generare crescută de căldură. ARM - procesoare simple, care au un set semnificativ mai mic de instrucțiuni, așa că efectuarea multor sarcini serioase asupra lor nu are prea mult sens din cauza încetinirii procesului. Dar, în același timp, generarea de căldură este scăzută. Totuși, cel mai important lucru este că ambele arhitecturi acceptă instrucțiuni RISC, ceea ce înseamnă că același sistem de operare poate fi rulat pe ambele arhitecturi, ceea ce vedem în cazul Android, Linux și Windows și asta înseamnă că în viitor, diferența dintre x86 și ARM va deveni mai neclară.

Procesorul ARM este un procesor mobil pentru smartphone-uri și tablete.

Acest tabel prezintă toate procesoarele ARM cunoscute în prezent. Masa ARM procesoarele vor fi suplimentate și actualizate pe măsură ce apar noi modele. Acest tabel folosește un sistem condiționat pentru evaluarea performanței CPU și GPU. Datele de performanță ale procesorului ARM au fost preluate dintr-o varietate de surse, în principal pe baza rezultatelor unor teste precum: PassMark, Antutu, GFXBench.

Nu pretindem acuratețe absolută. Clasează absolut exact și evaluează performanța procesoarelor ARM imposibil, din simplul motiv că fiecare dintre ele are avantaje în anumite privințe, dar într-un fel rămâne în urmă față de alte procesoare ARM. Tabelul procesoarelor ARM vă permite să vedeți, să evaluați și, cel mai important, comparați diferite SoC-uri (System-On-Chip) solutii. Folosind masa noastră, poți compara procesoarele mobileși este suficient să afli exact cum este poziționată inima ARM a viitorului (sau prezent) smartphone-ului sau tabletei tale.

Aici am comparat procesoarele ARM. Am analizat și am comparat performanța procesorului și a GPU-urilor în diferite SoC-uri (Sistem pe cip). Dar cititorul poate avea mai multe întrebări: Unde sunt folosite procesoarele ARM? Ce este un procesor ARM? Prin ce diferă arhitectura ARM de procesoarele x86? Să încercăm să înțelegem toate acestea fără a intra prea adânc în detalii.

Mai întâi, să definim terminologia. ARM este numele arhitecturii și, în același timp, numele companiei care conduce dezvoltarea acesteia. Abrevierea ARM înseamnă (Advanced RISC Machine sau Acorn RISC Machine), care poate fi tradusă ca: advanced RISC machine. Arhitectura ARM combină o familie de nuclee de microprocesoare pe 32 și 64 de biți dezvoltate și licențiate de ARM Limited. Aș dori să observ imediat că compania ARM Limited este angajată exclusiv în dezvoltarea de nuclee și instrumente pentru acestea (instrumente de depanare, compilatoare etc.), dar nu și în producția procesoarelor în sine. Companie ARM Limited vinde licențe pentru producția de procesoare ARM către terți. Iată o listă parțială a companiilor autorizate să producă procesoare ARM astăzi: AMD, Atmel, Altera, Cirrus Logic, Intel, Marvell, NXP, Samsung, LG, MediaTek, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia, Freescale... și multe altele.

Unele companii care au primit o licență pentru a produce procesoare ARM își creează propriile versiuni de nuclee bazate pe arhitectura ARM. Exemplele includ: DEC StrongARM, Freescale i.MX, Intel XScale, NVIDIA Tegra, ST-Ericsson Nomadik, Qualcomm Snapdragon, Texas Instruments OMAP, Samsung Hummingbird, LG H13, Apple A4/A5/A6 și HiSilicon K3.

Astăzi lucrează pe procesoare bazate pe ARM aproape orice electronică: PDA, telefoane mobileși smartphone-uri, playere digitale, portabile console de jocuri, calculatoare, externe hard disk-uriși routere. Toate conțin un nucleu ARM, așa că putem spune asta ARM - procesoare mobile pentru smartphone-uriși tablete.

procesor ARM reprezintă SoC, sau „sistem pe un cip”. Un sistem SoC, sau „sistem pe un cip”, poate conține într-un singur cip, pe lângă procesorul însuși, părțile rămase ale unui computer cu drepturi depline. Acesta include un controler de memorie, un controler de port I/O, un nucleu grafic și un sistem de geopoziționare (GPS). Poate conține, de asemenea, un modul 3G, precum și multe altele.

Dacă luăm în considerare o familie separată de procesoare ARM, să spunem Cortex-A9 (sau oricare alta), nu se poate spune că toate procesoarele dintr-o familie au aceleași performanțe sau sunt toate echipate modul GPS. Toți acești parametri depind foarte mult de producătorul de cip și de ce și cum a decis să implementeze în produsul său.

Care este diferența dintre procesoarele ARM și X86?? Arhitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer) în sine implică un set redus de instrucțiuni. Ceea ce duce, în consecință, la un consum de energie foarte moderat. La urma urmei, în interiorul oricărui cip ARM există mult mai puține tranzistoare decât omologul său din linia x86. Nu uitați că într-un sistem SoC toate dispozitivele periferice sunt amplasate în interiorul unui singur cip, ceea ce permite procesorului ARM să fie și mai eficient energetic. Arhitectura ARM a fost concepută inițial pentru a calcula numai operațiuni cu numere întregi, spre deosebire de x86, care poate funcționa cu calcule în virgulă mobilă sau FPU. Este imposibil să comparăm clar aceste două arhitecturi. În anumite privințe, ARM va avea un avantaj. Și undeva este invers. Dacă încercați să răspundeți la întrebare într-o singură frază: care este diferența dintre procesoarele ARM și X86, atunci răspunsul va fi următorul: procesorul ARM nu cunoaște numărul de comenzi pe care le cunoaște procesorul x86. Și cei care știu par mult mai scurti. Acest lucru are atât avantajele, cât și dezavantajele sale. Oricum ar fi, în în ultima vreme totul sugerează că procesoarele ARM încep încet, dar sigur, să ajungă din urmă și, în anumite privințe, chiar depășesc procesoarele x86 convenționale. Mulți declară deschis că procesoarele ARM vor înlocui în curând platforma x86 în segmentul PC-urilor de acasă. După cum știm deja, în 2013 mai multe companii de renume mondial au abandonat complet producția ulterioară de netbook-uri în favoarea tabletelor. Ei bine, ce se va întâmpla de fapt, timpul va spune.

Vom monitoriza procesoarele ARM deja disponibile pe piață.

Procesoare ARM - ce sunt și cu ce sunt folosite. Apariția pe piață a procesoarelor mobile de înaltă performanță a devenit în multe privințe o adevărată descoperire revoluționară. Putem spune că pentru prima dată arhitectura x86 are un concurent semnificativ, care, deși în stadiile incipiente a ocupat doar o nișă învecinată, începe deja să înlocuiască serios poziția de longeviv lider al industriei computerelor.

Dar care este diferența? Ce este arhitectura ARM și prin ce diferă de x86? Acesta din urmă, folosit la procesoarele Intel și AMD, folosește un set de instrucțiuni CISC. Procesarea bazată pe acestea este foarte funcțională, deschide oportunități pentru programatori și dezvoltatori de hardware, dar necesită o cantitate considerabilă de resurse energetice. Esența CISC, aproximativ vorbind, este că fiecare comandă primită este decodificată într-un element simplu și abia apoi procesată.

Cu ARM este diferit. Funcționează pe baza comenzilor RISC, care conțin deja un set gata făcut de elemente simple. Acest lucru reduce flexibilitatea procesorului, dar viteza de procesare a datelor crește semnificativ și, în consecință, reduce consumul de energie al unui astfel de procesor.

Prin urmare, se dovedește că x86 este o arhitectură universală potrivită pentru rezolvarea multor probleme, în timp ce ARM necesită hardware mai fin, iar capacitățile unei astfel de arhitecturi sunt ceva mai limitate. Cu toate acestea, capacitățile ARM devin din ce în ce mai extinse. Deja acum, astfel de procesoare sunt potrivite pentru munca standard de birou, redarea conținutului media și navigarea pe Internet.

ARM se dezvoltă rapid, ceea ce este facilitat de faptul că zeci de mărci competitive lucrează la această tehnologie de franciză, în timp ce doar două corporații lucrează la arhitectura x86, ai căror reprezentanți spun aproape direct că există stagnare în segment... și Nu poți spune același lucru despre ARM.

Vorbind despre ce sunt cipurile ARM, merită remarcat un astfel de punct precum complexitatea sistemelor mobile moderne oferite. ARM nu este doar un procesor. De regulă, acesta include: un controler RAM, un accelerator grafic, un decodor video, un codec audio și module opționale comunicare fără fir. Un astfel de sistem se numește single-chip. Cu alte cuvinte, ARM este un cip pe un cip.

Astăzi, ARM are mai multe generații de procesoare:

ARM9. Cipurile ARM9 pot atinge viteze de ceas de 400 MHz. Aceste cipuri sunt învechite, dar sunt încă la cerere. De exemplu, în routere wirelessși terminale de plată. Setul de comenzi simple ale unui astfel de cip vă permite să lansați cu ușurință multe aplicații Java.

ARM11. Procesoarele ARM11 se laudă cu un set mai complet de comenzi simple care își extind funcționalitatea și viteze mari de ceas (până la 1 GHz). Datorită consumului redus de energie și costului redus, cipurile ARM11 sunt încă folosite în smartphone-uri nivel de intrare.

ARMv7. Cipurile cu arhitectură ARM modernă aparțin familiei ARMv7, reprezentanții de vârf ale cărora au atins deja opt nuclee și o viteză de ceas de peste 2 GHz. Dezvoltat direct de ARM Limited nuclee de procesor aparțin liniei Cortex și majoritatea producătorilor de SoC le folosesc fără modificări semnificative.

ARM Cortex-A8. Din punct de vedere istoric, primul nucleu de procesor al familiei ARMv7 a fost Cortex-A8, care a stat la baza unor astfel de renumite SoC-uri ale vremurilor sale precum Apple A4 (iPhone 4 și iPad) și Samsung Hummingbird ( Samsung Galaxy S și Galaxy Tab). Demonstrează aproximativ de două ori performanța față de precedentul ARM11 și, din păcate, un consum mai mare de energie, ceea ce face ca acest cip să fie acum extrem de nepopular.

ARM Cortex-A9. După Cortex-A8, ARM Limited a introdus o nouă generație de cipuri - Cortex-A9, care este acum cel mai comun și ocupă o nișă de preț mediu. Performanța nucleelor ​​Cortex-A9 a crescut de aproximativ trei ori în comparație cu Cortex-A8 și este, de asemenea, posibil să combinați două sau chiar patru dintre ele pe un singur cip.

ARM Cortex-A5 și Cortex-A7. La proiectarea nucleelor ​​procesoarelor Cortex-A5 și Cortex-A7, ARM Limited a urmărit același obiectiv - de a atinge un compromis între consumul minim de energie al ARM11 și performanța acceptabilă a Cortex-A8. Nu au uitat de posibilitatea de a combina două sau patru nuclee - cipurile multi-core Cortex-A5 și Cortex-A7 apar treptat la vânzare (Qualcomm MSM8625 și MTK 6589).

ARM Cortex-A15. Miezurile procesorului Cortex-A15 au devenit o continuare logică a lui Cortex-A9 - drept urmare, pentru prima dată în istorie, cipurile cu arhitectură ARM au reușit să fie aproximativ comparabile ca performanță cu Intel Atom, iar acesta este deja un mare succes. Nu degeaba asta Canonical cerinţele de sistem versiunea Ubuntu Touch OS cu multitasking complet a indicat un procesor dual-core ARM Cortex-A15 sau un Intel Atom similar.

chipsuri BRAŢ Un viitor grozav vă așteaptă. Numărul de comenzi, frecvența de operare, numărul de nuclee cresc activ, iar consumul de energie continuă să rămână scăzut. În viitor, cipurile ARM vor deveni potrivite pentru multitasking la scară largă, caracteristic în prezent doar sistemelor x86. Cu toate acestea, chiar și în condițiile actualului vector de dezvoltare, este prea devreme să spunem că segmentul de electronice de larg consum va trece complet la cipurile ARM. Și punctul aici, în primul rând, este prețul. Preţ cipuri mobile crește exponențial, în timp ce prețul x86 continuă să scadă. Este factorul preț, împreună cu diferența de funcționalitate, care va fi oarecum depășit, și există o prognoză complet de înțeles că sistemele ARM dezvoltate nu vor câștiga curând o victorie necondiționată în cursa pentru consumatorii lor...

Toți cei care sunt interesați de tehnologiile mobile au auzit despre arhitectura ARM. Cu toate acestea, pentru majoritatea oamenilor acest lucru este asociat cu procesoarele pentru tablete sau smartphone-uri. Alții le corectează, clarificând că aceasta nu este piatra în sine, ci doar arhitectura ei. Dar aproape niciunul dintre ei nu a fost cu siguranță interesat de unde și când a apărut de fapt această tehnologie.

Între timp, această tehnologie este răspândită printre numeroasele gadget-uri moderne, dintre care sunt din ce în ce mai multe în fiecare an. În plus, pe calea dezvoltării companiei, care a început să dezvolte procesoare ARM, există un caz interesant, care nu este un păcat de menționat poate că va deveni o lecție pentru viitor pentru cineva.

Arhitectura ARM pentru manechini

Abrevierea ARM ascunde o companie britanică ARM Limited de destul succes în domeniul tehnologiilor IT. Acesta reprezintă Advanced RISC Machines și este unul dintre cei mai importanți dezvoltatori și licențiatori ai arhitecturii de procesor RISC pe 32 de biți care alimentează majoritatea dispozitivelor portabile.

Dar, în mod caracteristic, compania în sine nu produce microprocesoare, ci doar dezvoltă și își acordă licențe tehnologia altor părți. În special, arhitectura microcontrolerului ARM este achiziționată de următorii producători:

• Atmel.
• Cirrus Logic.
• Intel.
• Măr.
• nVidia.
• HiSilicon.
• Marvell.
• Samsung.
• Qualcomm.
• Sony Ericsson.
• Texas Instruments.
• Broadcom.

Unele dintre ele sunt cunoscute unui public larg de consumatori de gadgeturi digitale. Potrivit corporației britanice ARM, numărul total de microprocesoare produse folosind tehnologia lor este de peste 2,5 miliarde. Există mai multe serii de pietre mobile:

• ARM7 - frecvența de ceas 60-72 MHz, care este relevantă pentru dispozitivele mobile telefoane bugetare.
• ARM9/ARM9E - frecventa este deja mai mare, aproximativ 200 MHz. Smartphone-uri mai funcționale și calculatoare de buzunar(CPC).

Cortex și ARM11 sunt familii de microprocesoare mai moderne în comparație cu arhitectura anterioară de microcontroler ARM, cu viteze de ceas de până la 1 GHz și capabilități avansate de procesare a semnalului digital.

Popularele microprocesoare xScale de la Marvell (până la mijlocul verii 2007, proiectul a fost deținut de Intel) sunt de fapt o versiune extinsă a arhitecturii ARM9, completată de setul de instrucțiuni Wireless MMX. Această decizie de la Intel s-a concentrat pe suport aplicatii multimedia.

Tehnologia ARM se referă la o arhitectură de microprocesor pe 32 de biți care conține un set de instrucțiuni redus, care este denumit RISC. Conform calculelor, utilizarea procesoarelor ARM reprezintă 82% din numărul total de procesoare RISC produse, ceea ce indică o zonă de acoperire destul de largă a sistemelor de 32 de biți.

Multe dispozitive electronice sunt echipate cu arhitectură de procesor ARM, iar acestea nu sunt doar PDA-uri și telefoane mobile, ci și console de jocuri portabile, calculatoare, periferice de computer, echipamente de rețea si multe altele.

O mică călătorie înapoi în timp

Să luăm o mașină a timpului imaginară cu câțiva ani înapoi și să încercăm să ne dăm seama de unde a început totul. Este sigur să spunem că ARM este mai degrabă un monopolist în domeniul său. Și acest lucru este confirmat de faptul că marea majoritate a smartphone-urilor și a altor dispozitive electronice digitale sunt controlate de microprocesoare create folosind această arhitectură.

În 1980, Acorn Computers a fost fondată și a început să creeze computere personale. Prin urmare, ARM a fost introdus anterior ca Acorn RISC Machines.

Un an mai târziu, a fost prezentat consumatorilor versiunea acasă BBC Micro PC cu prima arhitectură de procesor ARM. A fost un succes, cu toate acestea, cipul nu a putut face față sarcinilor grafice, iar alte opțiuni sub formă de procesoare Motorola 68000 și National Semiconductor 32016 nu erau potrivite pentru acest lucru.

Apoi conducerea companiei s-a gândit să-și creeze propriul microprocesor. Inginerii au fost interesați de o nouă arhitectură de procesor inventată de absolvenții unei universități locale. A folosit doar setul de instrucțiuni redus sau RISC. Și după apariția primului computer, care a fost controlat de procesorul Acorn Risc Machine, succesul a venit destul de repede - în 1990, a fost încheiat un acord între marca britanică și Apple. Acest lucru a marcat începutul dezvoltării unui nou chipset, care, la rândul său, a condus la formarea unei întregi echipe de dezvoltare denumită Advanced RISC Machines, sau ARM.

Începând cu 1998, compania și-a schimbat numele în ARM Limited. Și acum specialiștii nu mai sunt implicați în producția și implementarea arhitecturii ARM. Ce a dat? Acest lucru nu a afectat în niciun fel dezvoltarea companiei, deși principala și singura direcție a companiei a fost dezvoltarea tehnologiilor, precum și vânzarea de licențe către companii terțe pentru ca acestea să poată utiliza arhitectura procesorului. În același timp, unele companii dobândesc drepturile asupra nucleelor ​​gata făcute, în timp ce altele echipează procesoarele cu propriile nuclee sub o licență achiziționată.

Potrivit unor date, câștigurile companiei pe fiecare o astfel de decizie este 0,067 $. Dar aceste informații sunt medii și depășite. Numărul de nuclee din chipset-uri crește în fiecare an și, în consecință, costul procesoarelor moderne depășește modelele mai vechi.

Domeniul de aplicare

Este dezvoltarea dispozitive mobileși a adus o popularitate enormă pentru ARM Limited. Și atunci când producția de smartphone-uri și alte portabile dispozitive electronice s-au răspândit, procesoarele eficiente din punct de vedere energetic și-au găsit imediat aplicație. Mă întreb dacă există Linux pe arhitectura brațului?

Punctul culminant al dezvoltării ARM a avut loc în 2007, când a fost relansat parteneriate cu marca Apple. După aceea, primul iPhone bazat pe un procesor ARM a fost prezentat consumatorilor. De atunci, o astfel de arhitectură de procesor a devenit o componentă invariabilă a aproape oricărui smartphone fabricat care poate fi găsit doar pe piața mobilă modernă.

Putem spune că aproape fiecare dispozitiv electronic modern care trebuie controlat de un procesor este echipat cumva cu cipuri ARM. Și faptul că o astfel de arhitectură de procesor acceptă multe sisteme de operare, fie că este vorba despre Linux, Android, iOS și Windows, este un avantaj incontestabil. Printre acestea se numără Windows embedded CE 6.0 Core și arhitectura brațului este susținută de acesta. Această platformă Proiectat pentru computere portabile, telefoane mobile și sisteme încorporate.

Caracteristici distinctive ale x86 și ARM

Mulți utilizatori care au auzit multe despre ARM și x86 confundă ușor aceste două arhitecturi între ele. Între timp, au anumite diferențe. Există două tipuri principale de arhitecturi:

• CISC (Complex Instruction Set Computing).
• Calculatoare).

CISC include procesoare x86 (Intel sau AMD), RISC, după cum puteți înțelege deja, include familia ARM. Arhitecturile x86 și arm au fanii lor. Datorită eforturilor specialiștilor ARM, care au pus accentul pe eficiența energetică și pe utilizarea unui set simplu de instrucțiuni, procesoarele au beneficiat foarte mult de acest lucru - piața de telefonie mobilă a început să se dezvolte rapid, iar multe smartphone-uri aproape egalau capacitățile computerelor.

La rândul său, Intel a fost întotdeauna renumit pentru producerea de procesoare cu performanță ridicată și lățime de bandă pentru PC-uri desktop, laptopuri, servere și chiar supercomputere.

Aceste două familii au câștigat inimile utilizatorilor în felul lor. Dar care este diferența lor? Există mai multe caracteristici distinctive sau chiar caracteristici, să ne uităm la cele mai importante dintre ele.

Puterea de procesare

Să începem să analizăm diferențele dintre arhitecturile ARM și x86 cu acest parametru. Specialitatea profesorilor RISC este de a folosi cât mai puțină instruire. Mai mult, acestea ar trebui să fie cât mai simple posibil, ceea ce le oferă avantaje nu numai pentru ingineri, ci și pentru dezvoltatorii de software.

Filosofia de aici este simplă - dacă instrucțiunile sunt simple, atunci circuitul dorit nu necesită prea mulți tranzistori. Ca rezultat, spațiu suplimentar este eliberat pentru ceva sau dimensiunile cipurilor devin mai mici. Din acest motiv, microprocesoarele ARM au început să integreze dispozitive periferice precum procesoarele grafice. Un exemplu este computerul Raspberry Pi, care are un număr minim de componente.

Cu toate acestea, instrucțiunile simple au un cost. Pentru a îndeplini anumite sarcini de care aveți nevoie instrucțiuni suplimentare, ceea ce duce de obicei la creșterea consumului de memorie și a timpului de execuție a sarcinilor.

Spre deosebire de arhitectura procesorului braț, instrucțiunile cipurilor CISC, cum ar fi soluțiile de la Intel, pot îndeplini sarcini complexe cu o mare flexibilitate. Cu alte cuvinte, mașinile bazate pe RISC efectuează operații între registre și, de obicei, necesită programului să încarce variabile în registru înainte de a efectua operația. Procesoarele CISC sunt capabile să efectueze operațiuni în mai multe moduri:

• între registre;
• între registru și locația de memorie;
• între celulele de memorie.

Dar aceasta este doar o parte din caracteristicile distinctive, să trecem la analiza altor caracteristici.

Consumul de energie

În funcție de tipul de dispozitiv, consumul de energie poate varia diferite grade semnificaţie. Pentru un sistem care este conectat la o sursă de energie constantă (rețea electrică), pur și simplu nu există o limită a consumului de energie. Cu toate acestea, telefoanele mobile și alte gadgeturi electronice depind complet de gestionarea energiei.

O altă diferență între arhitecturile arm și x86 este că prima are un consum de energie mai mic de 5 W, inclusiv multe pachete aferente: GPU-uri, periferice, memorie. Această putere redusă se datorează numărului mai mic de tranzistori combinat cu viteze relativ mici (dacă facem o paralelă cu procesoarele desktop). În același timp, acest lucru are un impact asupra productivității - operațiunile complexe durează mai mult pentru a fi finalizate.

Nucleele Intel au o structură mai complexă și, ca urmare, consumul lor de energie este semnificativ mai mare. De exemplu, un procesor Intel I-7 de înaltă performanță consumă aproximativ 130 W de putere, versiuni mobile- 6-30 W.

Software

Este destul de dificil să faci o comparație cu acest parametru, deoarece ambele mărci sunt foarte populare în cercurile lor. Dispozitivele care se bazează pe procesoare cu arhitectură armă funcționează perfect cu sistemele de operare mobile (Android etc.).

Mașinile care rulează procesoare Intel sunt capabile să ruleze platforme precum Windows și Linux. În plus, ambele familii de microprocesoare sunt prietenoase cu aplicațiile scrise în Java.

Analizând diferențele dintre arhitecturi, un lucru poate fi spus cu siguranță - procesoarele ARM gestionează în principal consumul de energie al dispozitivelor mobile. Scopul principal al soluțiilor desktop este de a oferi performanțe ridicate.

Realizări noi

Compania ARM, datorită politicii sale competente, a preluat complet controlul asupra pieței mobile. Dar în viitor ea nu se va opri aici. A fost introdus nu cu mult timp în urmă noua dezvoltare nuclee: Cortex-A53 și Cortex-A57, care au primit o actualizare importantă - suport pentru calcul pe 64 de biți.

Nucleul A53 este un succesor direct al ARM Cortex-A8, care, deși performanța sa nu era foarte mare, avea un consum minim de energie. După cum notează experții, consumul de energie al arhitecturii este redus de 4 ori, iar din punct de vedere al performanței nu va fi inferior nucleului Cortex-A9. Și asta în ciuda faptului că zona centrală a lui A53 este cu 40% mai mică decât cea a lui A9.

Nucleul A57 va înlocui Cortex-A9 și Cortex-A15. În același timp, inginerii ARM susțin o creștere fenomenală a performanței - de trei ori mai mare decât cea a nucleului A15. Cu alte cuvinte, microprocesorul A57 va fi de 6 ori mai rapid decât Cortex-A9, iar eficiența sa energetică va fi de 5 ori mai bună decât A15.

Pentru a rezuma, seria cortex, și anume cea mai avansată a53, diferă de predecesorii săi prin performanțe mai mari pe fondul eficienței energetice nu mai puțin ridicate. Nici măcar procesoarele Cortex-A7, care sunt instalate pe majoritatea smartphone-urilor, nu pot concura!

Dar ceea ce este mai valoros este că arhitectura arm cortex a53 este componenta care vă va permite să evitați problemele asociate cu lipsa memoriei. În plus, dispozitivul va descărca bateria mai lent. Datorită noului produs, aceste probleme vor fi acum un lucru din trecut.

Soluții grafice

Pe lângă dezvoltarea procesoarelor, ARM lucrează la implementarea acceleratoarelor grafice din seria Mali. Și primul dintre ele este Mali 55. Telefonul LG Renoir a fost echipat cu acest accelerator. Și da, acesta este cel mai obișnuit telefon mobil. Numai în el, GPU-ul nu era responsabil pentru jocuri, ci doar a redate interfața, deoarece judecând după standardele moderne, GPU are capacități primitive.

Dar progresul zboară inexorabil înainte și, prin urmare, pentru a ține pasul cu vremurile, ARM are și modele mai avansate care sunt relevante pentru smartphone-urile de gamă medie. categorie de pret. Vorbim despre GPU comune Mali-400 MP și Mali-450 MP. Deși au performanțe scăzute și un set limitat de API-uri, acest lucru nu îi împiedică să găsească aplicații în modern modele mobile. Un exemplu izbitor este telefonul Zopo ZP998, în care cipul MTK6592 cu opt nuclee este asociat cu accelerator grafic Mali-450 MP4.

Competitivitate

În prezent, nimeni nu se opune încă ARM, iar acest lucru se datorează în principal faptului că la momentul respectiv a fost luată decizia corectă. Dar cândva, la începutul călătoriei sale, o echipă de dezvoltatori a lucrat la crearea de procesoare pentru PC-uri și chiar a încercat să concureze cu un astfel de gigant precum Intel. Dar și după ce s-a schimbat direcția de activitate, compania a avut o perioadă grea.

Și când brandul de computere de renume mondial Microsoft a încheiat un acord cu Intel, alți producători pur și simplu nu au avut nicio șansă - să opereze sistem Windows a refuzat să lucreze cu procesoare ARM. Cum să nu rezistați utilizării emulatoarelor gcam pentru arhitectura brațului?! Cât despre Intel, observând valul de succes al ARM Limited, a încercat și să creeze un procesor care să fie un concurent demn. În acest scop, cipul Intel Atom a fost pus la dispoziția publicului larg. Dar a durat mult mai mult decât ARM Limited. Și cipul a intrat în producție abia în 2011, dar timp prețios a fost deja pierdut.

În esență, Intel Atom este un procesor CISC cu arhitectură x86. Specialiștii au reușit să obțină un consum mai mic de energie decât în ​​soluțiile ARM. Cu toate acestea, toate programele care sunt lansate sub platforme mobile, prost adaptat la arhitectura x86.

În cele din urmă, compania a recunoscut enormitatea completă a deciziei și, ulterior, a abandonat producția de procesoare pentru dispozitive mobile. Singurul producător important de cipuri Intel Atom este ASUS. În același timp, aceste procesoare nu s-au scufundat în uitare, netbook-uri și alte dispozitive portabile sunt echipate cu ele în masă.

Cu toate acestea, există posibilitatea ca situația să se schimbe și sistemul de operare Windows preferat al tuturor să accepte microprocesoare ARM. În plus, se fac pași în această direcție, poate chiar vor apărea ceva de genul emulatoare gcam pe arhitectura ARM pentru soluții mobile?! Cine știe, timpul va spune și totul va fi pus la locul lui.

Există un punct interesant în istoria dezvoltării companiei ARM (la începutul articolului acesta era ceea ce se referea). Pe vremuri, ARM Limited se baza pe Apple și este probabil că toată tehnologia ARM i-ar fi aparținut. Cu toate acestea, soarta a decis altfel - în 1998, Apple era în criză, iar conducerea a fost nevoită să-și vândă pachetul. În prezent, este la egalitate cu alți producători și rămâne să achiziționeze tehnologie de la ARM Limited pentru dispozitivele sale iPhone și iPad. Cine ar fi putut să știe cum ar putea decurge lucrurile?!

Procesoarele ARM moderne sunt capabile să efectueze operațiuni mai complexe. Și în viitorul apropiat, conducerea companiei își propune să intre pe piața serverelor, de care este, fără îndoială, interesată. Mai mult decât atât, în vremurile noastre moderne, când se apropie era dezvoltării Internetului lucrurilor (IoT), inclusiv a aparatelor electrocasnice „inteligente”, putem prezice o cerere și mai mare de cipuri cu arhitectură ARM.

Deci, ARM Limited are un viitor departe de a fi sumbru în față! Și este puțin probabil ca în viitorul apropiat să existe cineva care să îl poată înlocui pe acest, fără îndoială, gigantul mobil în dezvoltarea procesoarelor pentru smartphone-uri și alte dispozitive electronice similare.

Ca o concluzie

Procesoarele ARM au preluat rapid piața dispozitivelor mobile, totul datorită consumului redus de energie și, deși nu foarte mare, dar totuși bune performanțe. În prezent, starea de fapt la ARM nu poate fi decât de invidiat. Mulți producători folosesc tehnologiile sale, ceea ce pune Advanced RISC Machines la egalitate cu asemenea giganți în domeniul dezvoltării procesoarelor precum Intel și AMD. Și asta în ciuda faptului că compania nu are producție proprie.

De ceva vreme, concurenta brandului de mobil a fost compania MIPS cu aceeasi arhitectura. Dar în prezent există un singur concurent serios în persoana Intel Corporation, deși conducerea acesteia nu crede că arhitectura brațului poate reprezenta o amenințare pentru cota sa de piață.

De asemenea, potrivit experților de la Intel, procesoarele ARM nu sunt capabile să ruleze versiuni desktop ale sistemelor de operare. Cu toate acestea, o astfel de afirmație sună puțin ilogică, deoarece proprietarii de computere ultramobile nu folosesc „grele” software. În cele mai multe cazuri, aveți nevoie de acces la Internet, editarea documentelor, ascultarea fișierelor media (muzică, filme) și alte sarcini simple. Iar soluțiile ARM fac față bine unor astfel de operațiuni.

Toți cei care sunt interesați de tehnologia mobilă au auzit cu siguranță numele ARM. Mulți înțeleg această abreviere ca un tip de procesor pentru smartphone-uri și tablete, alții clarifică că acesta nu este deloc un procesor, ci arhitectura lui. Și cu siguranță puțini oameni au pătruns în istoria apariției ARM. În acest articol vom încerca să înțelegem toate aceste nuanțe și să vă spunem de ce sunt necesare procesoare ARM gadget-uri moderne.

O scurtă excursie în istorie

Când căutați „ARM”, Wikipedia oferă două semnificații pentru această abreviere: Acorn RISC Machine și Advanced RISC Machines. Să începem în ordine. În anii 1980, în Marea Britanie a fost fondată Acorn Computers, care și-a început activitățile prin crearea de computere personale. La acea vreme, Acorn era numit și „British Apple”. Perioada decisivă pentru companie a fost sfârșitul anilor 80, când inginerul șef al acesteia a profitat de soluția a doi absolvenți de universități locale care au venit cu aspect nou arhitectura procesorului setului de instrucțiuni redus (RISC). Așa a apărut primul computer bazat pe procesorul Acorn Risc Machine. Succesul nu a întârziat să apară. În 1990, britanicii au încheiat un acord cu Apple și în curând au început să lucreze la o nouă versiune a chipset-ului. Echipa de dezvoltare a format în cele din urmă o companie numită Advanced RISC Machines, inspirată de procesor. Cipurile cu noua arhitectură au devenit cunoscute și ca Advanced Risc Machine sau ARM pe scurt.

Din 1998, Advanced Risc Machine a devenit cunoscută ca ARM Limited. În prezent, compania nu este angajată în producția și vânzarea propriilor procesoare. Principala și singura activitate a ARM Limited este dezvoltarea de tehnologii și vânzarea de licențe către diverse companii pentru utilizarea arhitecturii ARM. Unii producători cumpără o licență pentru nuclee gata făcute, alții cumpără așa-numita „licență arhitecturală” pentru a produce procesoare cu propriile nuclee. Printre astfel de companii se numără Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon și altele. Potrivit unor rapoarte, ARM Limited câștigă 0,067 USD pentru fiecare astfel de procesor. Această cifră este medie și, de asemenea, depășită. În fiecare an există tot mai multe nuclee în chipset-uri, iar noile procesoare multi-core depășesc modelele învechite în ceea ce privește costul.

Caracteristicile tehnice ale cipurilor ARM

Există două tipuri de arhitecturi moderne de procesoare: CISC(Calcul de set de instrucțiuni complexe) și RISC(Setul de instrucțiuni redus de calcul). Arhitectura CISC include familia de procesoare x86 (Intel și AMD), iar arhitectura RISC include familia ARM. Principala diferență formală dintre RISC și CISC și, în consecință, x86 de la ARM este setul de instrucțiuni redus utilizat în procesoarele RISC. De exemplu, fiecare instrucțiune dintr-o arhitectură CISC este transformată în mai multe instrucțiuni RISC. În plus, procesoarele RISC folosesc mai puțini tranzistori și astfel consumă mai puțină energie.

Principala prioritate a procesoarelor ARM este raportul dintre performanță și consumul de energie. ARM are un raport de performanță pe watt mai mare decât x86. Poți obține puterea necesară de la 24 de nuclee x86 sau de la sute de nuclee ARM mici de putere redusă. Desigur, chiar și unul dintre cele mai puternice procesoare bazate pe arhitectura ARM nu va fi niciodată comparabil ca putere Intel Core i7. Dar aceleași necesități Intel Core i7 sistem activ răcire și nu se va potrivi niciodată în carcasa telefonului. Aici ARM nu are concurență. Pe de o parte, aceasta pare o opțiune atractivă pentru construirea unui supercomputer folosind un milion de procesoare ARM în loc de o mie de procesoare x86. Pe de altă parte, cele două arhitecturi nu pot fi comparate fără ambiguitate. În unele moduri, ARM va avea un avantaj, iar în altele, x86 va avea un avantaj.

Cu toate acestea, apelarea procesoarelor cu cipuri cu arhitectură ARM nu este în întregime corectă. Pe lângă mai multe nuclee de procesor, acestea includ și alte componente. Termenul cel mai potrivit ar fi „single chip” sau „system on a chip” (SoC). Sistemele moderne cu un singur cip pentru dispozitive mobile includ un controler RAM, un accelerator grafic, un decodor video, un codec audio și module de comunicație fără fir. După cum am menționat mai devreme, componentele de chipset individuale pot fi dezvoltate de către producători terți. Cel mai frapant exemplu în acest sens sunt nucleele grafice, care, pe lângă ARM Limited (grafică Mali), sunt dezvoltate de Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) și Imagination Technologies (PowerVR).

În practică arată așa. Majoritatea dispozitivelor mobile Android de buget vin cu chipset-uri fabricate de companie MediaTek, care urmează aproape invariabil instrucțiunile ARM Limited și le completează cu nuclee Cortex-A și grafică Mali (mai rar PowerVR).

Brandurile A folosesc adesea chipset-uri fabricate pentru dispozitivele lor emblematice Qualcomm. Apropo, cele mai recente cipuri Qualcomm Snapdragon (,) sunt echipate cu nuclee Kryo complet personalizate pentru procesorul central și Adreno pentru acceleratorul grafic.

Referitor la Măr, apoi pentru iPhone și iPad, compania folosește propriile cipuri din seria A cu acceleratorul grafic PowerVR, pe care le produc companii terțe. Astfel, are un procesor quad-core A10 Fusion pe 64 de biți și un procesor grafic PowerVR GT7600.

Arhitectura familiei de procesoare este considerată relevantă la momentul scrierii ARMv8. A fost primul care a folosit un set de instrucțiuni pe 64 de biți și suport pentru mai mult de 4 GB de RAM. Arhitectura ARMv8 are compatibil invers cu aplicații pe 32 de biți. Cel mai eficient și mai puternic nucleu de procesor dezvoltat de ARM Limited este în prezent Cortex-A73, iar majoritatea producătorilor de SoC îl folosesc neschimbat.

Cortex-A73 oferă performanțe cu 30% mai mari decât Cortex-A72 și acceptă întreaga gamă de arhitectură ARMv8. Frecvența maximă Nucleul procesorului este de 2,8 GHz.

Domeniul de utilizare al ARM

Cea mai mare faimă a ARM a venit din dezvoltarea dispozitivelor mobile. În ajunul producției în masă a smartphone-urilor și a altor echipamente portabile, procesoarele eficiente din punct de vedere energetic au venit la îndemână. Dezvoltarea ARM Limited a culminat în 2007, când compania britanică și-a reînnoit parteneriatul cu Apple, iar ceva timp mai târziu echipa Cupertino a prezentat primul său iPhone cu procesor bazat pe arhitectura ARM. Ulterior, un sistem cu un singur cip bazat pe arhitectura ARM a devenit o componentă neschimbată a aproape tuturor smartphone-urilor de pe piață.

Portofoliul ARM Limited nu se limitează doar la nucleele familiei Cortex-A. De fapt, există trei serii de nuclee de procesor sub marca Cortex, care sunt desemnate prin literele A, R, M. Familia Core Cortex-A, după cum știm deja, este cel mai puternic. Sunt utilizate în principal în telefoane inteligente, tablete, set-top box-uri TV, receptoare de satelit, sisteme auto și robotică. Miezuri de procesor Cortex-R optimizat pentru a îndeplini sarcini de înaltă performanță în timp real, motiv pentru care astfel de cipuri se găsesc în echipamentele medicale, sisteme autonome securitate, medii de stocare. Sarcina principală a familiei Cortex-M este simplitate și cost redus. Din punct de vedere tehnic, acestea sunt cele mai slabe nuclee de procesor cu cel mai mic consum de energie. Procesoarele bazate pe astfel de nuclee sunt folosite aproape peste tot acolo unde este nevoie de energie minimă și costuri reduse de la un dispozitiv: senzori, controlere, alarme, afișaje, ceas inteligentși alte echipamente.

În general, majoritatea dispozitivelor moderne de la mici la mari care necesită un procesor folosesc cipuri ARM. Un avantaj uriaș este faptul că arhitectura ARM este suportată de multe sisteme de operare pe platforma Linux (inclusiv Android și Chrome OS), iOS și Windows ( Windows Phone).

Concurența pe piață și perspectivele de viitor

Merită să recunoaștem că în acest moment ARM nu are concurenți serioși. Și, în general, acest lucru se datorează faptului că ARM Limited a făcut alegerea corectă la un anumit moment. Dar chiar la începutul călătoriei sale, compania a produs procesoare pentru PC-uri și chiar a încercat să concureze cu Intel. După ce ARM Limited și-a schimbat direcția activităților, a avut și o perioadă dificilă. Apoi monopolistul de software reprezentat de Microsoft, după ce a încheiat un acord de parteneriat cu Intel, nu a lăsat nicio șansă altor producători, inclusiv ARM Limited - Windows pur și simplu nu a funcționat pe sisteme cu procesoare ARM. Oricât de paradoxal ar suna, dar acum situația se poate schimba dramatic, iar sistemul de operare Windows este gata să accepte procesoare pe această arhitectură.

În urma succesului cipurilor ARM, Intel a încercat să creeze un procesor competitiv și a intrat pe piață cu un cip Intel Atom. I-a luat mult mai mult timp să facă asta decât ARM Limited. Chipsetul a intrat în producție în 2011, dar, după cum se spune, trenul a plecat deja. Intel Atom este un procesor CISC cu arhitectură x86. Inginerii companiei au atins un consum mai mic de energie decât în ​​ARM, dar în acest moment există o diversitate software mobil are o adaptare slabă la arhitectura x86.

Anul trecut, Intel a abandonat mai multe decizii cheieîn dezvoltarea ulterioară a sistemelor mobile. În esență, o companie pentru dispozitive mobile, deoarece acestea au devenit neprofitabile. Singura producator major, care și-a împachetat smartphone-urile Chipset-uri Intel Atom a fost ASUS. Cu toate acestea, Intel Atom a primit încă o utilizare pe scară largă în netbook-uri, nettop-uri și alte dispozitive portabile.

Poziția ARM Limited pe piață este unică. În prezent, aproape toți producătorii folosesc evoluțiile sale. Cu toate acestea, compania nu are fabrici proprii. Acest lucru nu îl împiedică să fie la egalitate cu Intel și AMD. Istoria ARM include un alt fapt interesant. Este posibil ca tehnologia ARM să-i aparțină acum Măr, care a fost în centrul formării ARM Limited. În mod ironic, în 1998, locuitorii din Cupertino, aflati în vremuri de criză, și-au vândut partea. Acum Apple este forțat, împreună cu alte companii, să cumpere o licență pentru procesoarele ARM utilizate în iPhone și iPad.

În zilele noastre, procesoarele ARM sunt capabile să îndeplinească sarcini serioase. În viitorul apropiat, acestea vor fi folosite în servere în special, centrele de date ale Facebook și PayPal au deja astfel de soluții. În epoca dezvoltării Internetului lucrurilor (IoT) și a dispozitivelor inteligente pentru casă, cipurile ARM au devenit și mai solicitate. Deci cele mai interesante lucruri urmează să vină pentru ARM.