ARM-архитектура. Особенности и популярность

В настоящее время чипы архитектуры ARM являются доминирующими на рынке мобильных устройств. Вообще говоря, сфера применения ARM процессоров очень обширна, а смартфоны и КПК это лишь вершина айсберга. Такие чипы используется во встраиваемых системах, сетевом оборудовании и измерительных приборах, платежных терминалах, внешних 3G-модемах и т.д.

Илья БУЛДИН

Введение и история

В настоящее время чипы архитектуры ARM являются доминирующими на рынке мобильных устройств. Вообще говоря, сфера применения ARM процессоров очень обширна, а смартфоны и КПК это лишь вершина айсберга. Такие чипы используется во встраиваемых системах, сетевом оборудовании и измерительных приборах, платежных терминалах, внешних 3G-модемах и т.д.

Первый ARM процессор был создан компанией Acorn Computers, которая в последствии переименовалась в ARM Limited. Нынешняя деятельность компании заключается в разработке референсных процессорных архитектур и их лицензированием для сторонних производителей, которые непосредственно создают конкретные модели чипов. Иными словами архитектура по сути является свободной: получив лицензию, изготовитель получает в свое распоряжение полноценную архитектуру, кроме того, нет жестких рамок на модификацию или изменение технологии. Так существуют два типа лицензии ARM: первая позволяет использовать разработанное ARM ядро (вроде Cortex-A8, A9, A15), а вторая — создавать собственные ядра для набора инструкций ARM (ARMv7, ARMv8). Наиболее известными лицензиатами ARM являются Samsung, NVIDIA и Qualcomm, кроме того процессоры Apple для мобильных устройств так же основываются на микроархитектуре ARM. На сегодняшний день, ARM лицензировала свою технологию более 900 раз для более чем 300 партнеров, которыми было создано более 30 млрд чипов.

С момента появления архитектуры ARM появилось восемь основных версий — до ARMv8 включительно. Кроме того у многих версий имеются разновидности. Все более-менее новые чипы архитектуры ARM принадлежат к семейству ARMv7 которые являются 32-разрядными. В ARMv7, более известной под именем Cortex (по общему имени реализующих её процессорных ядер) фирма ARM впервые явным образом разделила свои разработки по сферам применения. Так Cortex-A создан специально для смартфонов, которые раньше использовали ARM9 и ARM11. Cortex-R созданы для приложений, работающих в реальном времени, а Cortex-M — для микроконтроллеров.

Появившаяся в 2012 году версия ARMv8 стала первой 64-разрядной версией архитектуры.

Архитектура и особенности

Как следует из расшифровки аббревиатуры ARM - Advanced RISC Machine основывается на архитектуре RISC (Reduced Instruction Set Computer), в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, которые при исполнении не декодируются в более простые (малое число и одинаковая длина команд процессора не являются особенностью современных RISC процессоров). Однако на сегодняшний день от RISC у ARM (исходя из официального сайта) осталась невозможность прямой работы с операндами в памяти а так же простые способы адресации.

Что касается отличительных черт: уникальной особенностью этой архитектуры стала возможность исполнения любой команды при соблюдении заданного условия, отсутствующая не только у других RISC'ов, но и у CISC'ов. Кроме того, в командах обработки данных в ряде случаев возможно совмещение выполнения основной операции (например, сложения) с операциями со сдвигом. Наконец, инструкции чтения и записи памяти у ARM располагают развитым набором видов адресации, который превосходит по своим возможностям не только RISC'и, но и основную массу CISC-процессоров.

С технической точки зрения называть чипы архитектуры ARM процессорами не совсем верно, помимо одного или нескольких вычислительных ядер они включают целый ряд сопутствующих компонентов. Более уместным в данном случае являются термин система на чипе. Так, системы для смартфонов и планшетных компьютеров включают контроллер оперативной памяти, графический ускоритель, видеодекодер, аудиоокодек и модули беспроводной связи. Узкоспециализированные чипы могут включать дополнительные контроллеры для взаимодействия с периферийными устройствами. В этом так же заключается одна из причин столь высокой популярности ARM, так как очевидно, что для производителя, например маршрутизаторов, гораздо удобнее получить полноценную систему на кристалле.

Отдельно следует сказать об энергопотреблении. Энергоэффективность для ARM всегда была одной из отлечительных сторон. Однако последняя версия ядра Cortex A15, которая по производительности впервые достигнула уровня Atom, обладает и заметно высоким энергопотреблением на уровне от 4 (в течении загрузки) до 8 ВТ, в то время как Krait от Qualcomm и nVidia Tegra 3 которые при загрузке потребляют 2 ВТ. При этом энергоэффективные Cortex A9 уже недостаточно мощны. A15 действительно хороши для кпк однако для смартфонов есть более выгодные аналоги. Решение этой проблемы предложила сама компания ARM представив архетиктуру big.little. Она заключается в совместном использовании на одной SoC (system on cheap) более мощных и более энергоэффективных ядер. Тесты показали что такой подход действительно позволяет вдвое сократить энергопотребление.

Заключение

Компания ARM limited выбрала верную стратегию, заключающуюся в ориентированности на рынок микроконтроллеров, а не процессоров в чистом виде. Современные мобильные устройства на чипах с ARM архитектурой седьмой версии крепко удерживают лидирующие позиции на рынке. Кроме того, следующее семейство 64-разрядных процессоров ARMv8 делает возможным выход чипов ARM на серверный рынок и рынок персональных компьютеров.

Литература:

http://itc.ua/articles/protsessoryi-arm-osobennosti-arhitekturyi-otlichiya-i-perspektivyi/
стратегия компании, лицензиаты, особенности и характеристики:
http://arm.com
общие сведения:
http://en.wikipedia.org/wiki/ARM_architecture

Все публикации
© 2001–2016 гг. ВСЕ ПРАВА ЗАЩИЩЕНЫ
Региональное информационное агентство "Восток-Медиа"
Редакция в Приморском крае: 690091, г. Владивосток, ул. Тигровая, 30, 10 этаж. Тел.: +7 (423) 260-61-97, e-mail: agency@vostokmedia.com
Редакция в Хабаровском крае: 680063, г. Хабаровск, ул. П. Комарова, 3а, офис 403. Тел.: +7 (4212) 45-30-53, e-mail: habnews@vostokmedia.com
Рекламный отдел: +7 (423) 260-61-99, e-mail: info@vostokmedia.com, reklama@vostokmedia.com

Свидетельства о регистрации средств массовой информации:
ИА «Восток-Медиа» - ИА № ФС77-52802 от 08.02.2013 г., выдано Роскомнадзором.
Сетевое издание «Восток-Медиа» - Эл № ФС77-61690 от 01.05.2015 г., выдано Роскомнадзором.

Рейтинг@Mail.ru