Məlumatların işlənməsi performansına artan tələblər qoyan proqramların sayının getdikcə artması səbəbindən 32 bitlik tələbin artması tendensiyası var. mikrokontrollerlər. Bu nəticəyə 32 bitlik bazar tutumunun 2 qat üstünlüyünü proqnozlaşdıran Semico marketinq şirkəti gəlib. 8 və 16 bitdən yuxarı mikrokontrollerlər. 2007-ci ildə. Bu baxımdan, bu məqalənin məqsədi ən çox yayılmış 32 bitliklərdən birinin ümumi inkişaf meyllərini təqdim etməkdir. ARM nüvələrini öyrənin və MDB bazarlarında ən sərfəli istehsalçıların onlara əsaslanan mikro nəzarətçilərinin müqayisəli qiymətləndirilməsini verin.
ARM arxitekturasına ümumi baxış
ARM mikrokontroller nüvəsi 1990-cı ildə təşkil edilmiş eyniadlı ingilis şirkəti tərəfindən hazırlanmışdır. ARM adı "Advanced RISC Machines"dən gəlir. Qeyd edək ki, şirkət eksklüziv olaraq mikroprosessor nüvələrinin və periferik aqreqatların hazırlanması üzrə ixtisaslaşıb, halbuki onun mikrokontrollerlərin istehsalı üçün istehsal müəssisələri yoxdur. ARM öz dizaynlarını elektron formada təqdim edir, bunun əsasında müştərilər öz mikro nəzarət cihazlarını dizayn edirlər. Şirkətin müştəriləri MDB yarımkeçirici bazarında Altera, Analog Devices, Atmel, Cirrus Logic, Fujitsu, MagnaChip (Hynix), Intel, Motorola, National Semiconductor, Philips, ST Microelectronics kimi məşhur istehsalçıları olan 60-dan çox yarımkeçirici istehsalçısıdır. və Texas Instruments.
Hazırda ARM arxitekturası liderdir və 32 bitlik bazarın 75%-ni əhatə edir. quraşdırılmış RISC mikroprosessorları. Bu nüvənin yayılması onun standart təbiəti ilə izah olunur ki, bu da tərtibatçıya həm yeni ARM prosessor nüvəsinə keçərkən, həm də müxtəlif növ ARM mikrokontrollerləri arasında miqrasiya zamanı həm özünün, həm də üçüncü tərəfin proqram təminatının inkişafından daha çevik istifadə etməyə imkan verir.
Hazırda altı əsas ailə hazırlanıb (bax Şəkil 1): ARM7™, ARM9™, ARM9E™, ARM10™, ARM11™ və SecurCore™. XScale™ və StrongARM® ailələri də Intel ilə işlənib hazırlanmışdır.
ARM arxitekturasına əlavə olaraq, bir neçə uzantı birləşdirilə bilər:
- Thumb® - 16 bit proqram yaddaşının səmərəliliyini yaxşılaşdıran təlimatlar dəsti;
- DSP - rəqəmsal siqnalın işlənməsi üçün arifmetik təlimatlar toplusu;
- Jazelle™ - Java təlimatlarının aparat tərəfindən birbaşa icrası üçün genişləndirmə;
- Media - audio və video siqnalların emal sürətindən 2-4 dəfə çox olan genişlənmə.
Şəkil 1. ARM prosessor nüvələri
ARM arxitekturasının keçdiyi rekord səviyyələr 1 GHz-dən çox sürət və 1 μW / MHz xüsusi istehlakdır. Məqsədindən asılı olaraq ARM prosessorları üç qrupa bölünür (bax Şəkil 2):
- Simsiz rabitə, təsvir və istehlak elektronikası tətbiqlərində açıq platforma əməliyyat sistemləri üçün prosessorlar.
- Kütləvi saxlama, sənaye, avtomobil və şəbəkə proqramları üçün quraşdırılmış real vaxt əməliyyat sistemləri üçün prosessorlar.
- Smart kartlar və SİM kartlar üçün məlumatların qorunması sistemi.
| 0,18µm (0,13µm) | ||||
| Əsas | Gizli yer | Sahəsi, mm 2 | Xüsusi istehlak mW/MHz | Tezlik, MHz |
| ARM7TDMI | - | 0,53 (0,26) | 0.24 (0,06) | 100 (133) |
| ARM7TDMI-S | - | 0,62 (0,32) | 0,39 (0,11) | 80-100 (100-133) |
| SC100 | - | 0,50 | 0.21 | 80 |
| SC200 | - | 0,70 | 0.30 | 110 |
| ARM7EJ-S | - | 1,25 (0,65) | 0,45 (0,16) | 80-100 (100-133) |
| ARM946E-S | 8k + 8k | 5,8 (3,25) | 0,9 (0,45) | 150-170 (180-210) |
| ARM966E-S | 16k+16k TCM | 4,0 (2,25) | 0,65 (0,4) | 180-200 (220-250) |
| ARM1026EJ-S | 8k + 8k | 7,5 (4,2) | 1,15 (0,5) | 190-210 (266-325) |
| ARM1136J(F)-S | 16k/16k+ 16/16k TCM | - (8,2; 9,6) | 1,30 (0,4) | 250-270 (333-400) |
Şəkil 2. Prosessor nüvələri üçün texniki məlumatlar
ISE - dövrə emulyatoru, RT - real vaxt, DSP - rəqəmsal siqnal prosessoru, SIMD - bir təlimatda çoxlu məlumat, TCM - sıx birləşdirilmiş yaddaş (keş), ETM - daxili iz makroselləri, VIC - vektorlaşdırılmış kəsmə nəzarətçisi, ASB , AHB - daxili təkərlərin növləri
ARM nüvəsinin vədi 2004-cü ilin oktyabrında Santa Klarada (ABŞ) keçirilən ARM mikrokontroller tərtibatçıları konfransında Atmel-in inqilabi elanından sonra aydın olur. Elanın mahiyyəti Atmel-in 32-bit buraxmaq niyyəti idi. AT91SAM7S mikrokontrollerləri 8 bitlik qiymətə, 8 biti hədəfləyir. rəqabətli dəyərini eyni səviyyədə saxlamaqla, informasiya emalının funksionallığını genişləndirmək üçün tətbiqlər.
Baş barmaq təlimat dəsti
32-bit ARM prosessorları əvvəlki 16 biti dəstəkləyir. Thumb təlimat dəstini dəstəkləməklə inkişaf. 16-bit istifadə təlimatlar ekvivalent 32 bitlə müqayisədə 35%-ə qədər yaddaşa qənaət edə bilər. kodu, 32-bitin bütün üstünlüklərini saxlayaraq. sistem, məsələn, 32 bitlik yaddaşa daxil olmaq. ünvan sahəsi.
SIMD Texnologiyası
SIMD (bir təlimatda çoxlu məlumat) texnologiyası medianın genişləndirilməsində istifadə olunur və aşağı enerji sərfiyyatının tələb olunduğu tətbiqlərdə məlumatların işlənməsi sürətini artırmağa yönəlib. SIMD genişləndirmələri geniş proqram təminatı, o cümlədən proqram təminatı üçün optimallaşdırılmışdır. audio / video kodeklər, burada emal sürətini 4 dəfə artırmağa imkan verir.
DSP təlimat dəsti (DSP)
Bir çox proqramlar real vaxt rejimində siqnalın işlənməsi sürətinə yüksək tələblər qoyur. Ənənəvi olaraq, belə vəziyyətlərdə tərtibatçılar rəqəmsal siqnal prosessorunun (DSP) istifadəsinə müraciət edirlər ki, bu da həm inkişafın özünün, həm də son cihazın enerji istehlakını və dəyərini artırır. Bu çatışmazlıqları aradan qaldırmaq üçün bir sıra ARM prosessorları 16-bit icra edən DSP təlimatlarını birləşdirmişdir. və 32-bit. arifmetik əməliyyatlar.
Jazelle® Texnologiyası
ARM Jazelle texnologiyası Java proqramlaşdırma dilini dəstəkləyən proqramlar üçün nəzərdə tutulub. O, eyni vaxtda köməkçi prosessor və ya xüsusi Java prosessorundan istifadə etməklə əldə edilə bilməyən yüksək performans, aşağı sistem dəyəri və aşağı güc tələblərinin unikal birləşməsini təklif edir.
ARM Jazelle texnologiyası 32 bitlik bir uzantıdır. ARM prosessoruna aparatda Java kodunu icra etməyə imkan verən RISC arxitekturası. Eyni zamanda, ARM arxitekturasından istifadə edərək Java kodunun icrasında misilsiz performans əldə edilir. Beləliklə, tərtibatçılar Java proqramlarını, o cümlədən, sərbəst şəkildə həyata keçirmək imkanı əldə edirlər. əməliyyat sistemləri və proqram kodu, eyni prosessorda.
Jazelle texnologiyası hazırda aşağıdakı ARM prosessorlarına inteqrasiya olunub: ARM1176JZ(F)-S, ARM1136J(F)-S, ARM1026EJ-S, ARM926EJ-S və ARM7EJ-S.
Ənənəvi ARM prosessorları 2 təlimat dəstini dəstəkləyir: ARM rejimində 32 bit təlimatlar və Thumb rejimində ən populyar təlimatlar 16 bitə sıxılır. format. Jazelle texnologiyası yeni Java rejimində işə salınan üçüncü Java təlimat dəstini əlavə etməklə bu konsepsiyanı genişləndirir.
Ağıllı Enerji İdarəetmə Texnologiyası
Portativ cihazların (məsələn, ağıllı telefonlar, şəxsi rəqəmsal köməkçilər və audio/video pleyerlər) tərtibatçılarının üzləşdiyi əsas problemlərdən biri enerji istehlakını optimallaşdırmaqdır ki, bu da yaxşılaşdıra bilər. performans xüsusiyyətləri batareyanın ömrünü uzatmaqla və ya cihazın ölçüsünü azaltmaqla bitmiş cihaz.
Enerji istehlakının azaldılmasının ənənəvi üsulu daxili elementlərin söndürülməsi dərinliyi ilə fərqlənən boş (boş) və ya yuxu (yuxu) kimi iqtisadi iş rejimlərinin istifadəsidir. Bir qayda olaraq, belə bir sistemin aktiv iş rejimi ən pis iş şəraiti üçün nəzərdə tutulmuşdur və maksimum yüklə xarakterizə olunur və bununla da batareyanın ömrünü lazımsız şəkildə azaldır. Beləliklə, batareyanın enerji istehlakını daha da optimallaşdırmaq üçün tərtibatçılar aktiv rejimdə enerjinin idarə edilməsinə xüsusi diqqət yetirirlər.
Bu prosesi asanlaşdırmaq üçün ARM prosessorları üçün Intelligent Energy Manager (IEM) texnologiyası hazırlanmışdır. Bu texnologiya dinamik güc miqyasını yerinə yetirmək üçün birlikdə işləyən aparat və proqram komponentlərinin birləşməsidir.
Təchizat gərginliyinə dinamik nəzarət metodunun mahiyyəti CMOS prosessorlarının enerji istehlakının ifadəsinə əsaslanır:
burada P - ümumi enerji istehlakı, C - dəyişdirilmiş tutum, fc - prosessor tezliyi, təchizatı gərginliyi, statik rejimdə sızma cərəyanıdır. İfadədən belə çıxır ki, enerji istehlakını tənzimləmək üçün tezlik və təchizatı gərginliyi dəyişdirilə bilər.
Enerji istehlakını azaltmaq üçün tezliklərin azaldılması mikrokontrollerlərdə və çiplərdəki sistemlərdə (PSoC) geniş istifadə olunur, lakin bu metodun dezavantajı məhsuldarlığın azalması deyil. Təchizat gərginliyinə dinamik nəzarət üsulu təchizatı gərginliyinin dəyişdirilməsinə əsaslanır, lakin tənzimləmə imkanları tükənərsə, əlavə üsul olaraq prosessor tezliyinin tənzimlənməsi üsulu istifadə olunur.
ARM arxitekturasına əsaslanan mikrokontrollerlər
Cədvəl 1 ümumini təqdim edir Müqayisəli xüsusiyyətlərƏn tanınmış və sərfəli istehsalçıların ARM mikrokontrollerləri: Analog Device, Atmel, Philips Semiconductors və Texas Instruments və Cədvəl 2 onların texniki məlumatlarını daha ətraflı təqdim edir.
Cədvəl 1. Müxtəlif istehsalçıların ARM mikrokontrollerlərinin əsas xüsusiyyətlərinə görə müqayisəsi
| TMS 470 (Texas Instruments) | AT91 (Atmel) | Mikro Çevirici (AD) | LPC2000 (Philips) |
| Sistemli: | |||
| Yaddaş: | |||
| Analoq ətraf qurğular: | |||
| Rəqəmsal periferik qurğular: | |||
| İnterfeyslər: | |||
Cədvəl 2. Atmel, Analog Device, Texas Instruments, Philips Semiconductors şirkətlərindən ARM mikro nəzarətçiləri üçün texniki məlumatlar
| ad | Əsas | Çərçivə | Yaddaş | Periferik qurğular | I/O | Maks. h-ta, MHz | ||||||
| Flash, KB | RAM, KB | Taymer | ADC, ch / res | SPI/U(S)APP/ I2C | USB Dev/Host | BACARMAQ | Digər | |||||
| Texas Instruments-dan TMS470 ailəsinin mikro nəzarətçiləri | ||||||||||||
| TMS470R1A64 | ARM7TDMI | 80 LQFP | 64 | 4 | 13 | 8/10 | 2/2/- | - | 2 | C2SI | 40 | 48 |
| ARM7TDMI | 100 LQFP | 128 | 8 | 16 | 16/10 | 2/2/- | - | 1 | C2SI | 50 | 48 | |
| ARM7TDMI | 100 LQFP | 256 | 12 | 16 | 16/10 | 2/2/- | - | 1 | C2SI | 50 | 48 | |
| ARM7TDMI | 100/144LQFP | 288 | 16 | 12 | 12/10 | 2/2/1 | - | 2 | C2SI, RAP, EBM, MSM | 93 | 48 | |
| ARM7TDMI | 144 LQFP | 512 | 32 | 32 | 16/10 | 2/2/- | - | 2 | RAP | 87 | 60 | |
| ARM7TDMI | 144 LQFP | 768 | 48 | 32 | 16/10 | 5/2/- | - | 3 | RAP | 87 | 60 | |
| TMS470R1A1024 | ARM7TDMI | 144 LQFP | 1024 | 64 | 12 | 12/10 | 5/2/1 | - | 2 | DMA, EBM, MSM | 93 | 60 |
| Atmel-in AT91 ARM Thumb ailəsi | ||||||||||||
| ARM7TDMI | QFP100 | - | 8 | 3 | -/2/- | EBI | 32 | 40 | ||||
| ARM7TDMI | QFP100 | - | 256 | 3 | -/2/- | EBI | 32 | 70 | ||||
| ARM7TDMI | BGA121 | 512 | 256 | 3 | -/2/- | EBI | 32 | 70 | ||||
| ARM7TDMI | BGA121 | 2048 | 256 | 3 | -/2/- | EBI | 32 | 70 | ||||
| ARM7TDMI | QFP144 BGA144 |
- | 8 | 6 | 2/2/- | EBI, PIT, RTT | 54 | 33 | ||||
| ARM7TDMI | QFP176 BGA176 |
- | 8 | 6 | 8/10 | 1/3/- | EBI, RTC, 2x10 rubl DAC | 58 | 33 | |||
| ARM7TDMI | QFP100 | 256 | 96 | 6 | 1/4/1 | 1/- | SSC, PIT, RTC, RTT | 63 | 66 | |||
| ARM7TDMI | BGA256 | 1 | 16 | 3 | 1/2/- | EBI, int. SDRAM, 2xEthernet | 48 | 36 | ||||
| ARM7TDMI | QFP144 | - | 4 | 9 | 8/10 | 1/3/- | EBI, 4 PWM, CAN | 49 | 40 | |||
| ARM7TDMI | QFP176 | - | 16 | 10 | 16/10 | 1/2/- | 4 | EBI | 57 | 30 | ||
| ARM7TDMI | QFP100 | 256 | 32 | 9 | 16/10 | 2/4/1 | 1/- | 1 | 8 PWM, RTT, PIT, RC Gen., SSC, MCI | 62 | 60 | |
| ARM7TDMI | QFP48 | 32 | 8 | 3 | 8/10 | 1/1/1 | 21 | 55 | ||||
| ARM7TDMI | QFP64 | 64 | 16 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 4 PWM, RTT, PIT, RC Gen., SSC | 32 | 55 | ||
| ARM7TDMI | QFP64 | 128 | 32 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 4 PWM, RTT, PIT, RC Gen., SSC | 32 | 55 | ||
| ARM7TDMI | QFP64 | 256 | 64 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 4 PWM, RTT, PIT, RC Gen., SSC | 32 | 55 | ||
| ARM7TDMI | QFP100 | 128 | 32 | 3 | 8/10 | 1/2/1 | 1/- | 1 | 4 PWM, RTT, PIT, RC Gen., SSC, Ethernet | 60 | 55 | |
| ARM920T | QFP208 BGA256 |
128 | 16 | 6 | 1/4/1 | 1/2 | EBI, RTC, RTT, PIT, SDRAM, 3xSSC, MCI, Ethernet | 94 | 180 | |||
| AT91SAM9261 | ARM7TDMI | BGA217 | 32 | 160 | 3 | 3/3/1 | 1/2 | EBI, RTT, PIT, int.SDRAM, 3xSSC, MCI | 96 | 200 | ||
| Analoq Cihazdan MicroConverter ailəsinin mikro nəzarətçiləri | ||||||||||||
| ARM7TDMI | CP-40 | 62 | 8 | 5/12 | 1/1/2 | 4 x 12r DAC, K, PLM | 14 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | CP-40 | 62 | 8 | 8/12 | 1/1/2 | 2 x 12r DAC, K, PLM | 13 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | CP-40 | 62 | 8 | 10/12 | 1/1/2 | K, PLM | 13 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | CP-64 | 62 | 8 | 10/12 | 1/1/2 | 2 x 12p.DAC, 3ph. PWM, K, PLM | 30 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | CP-64 | 62 | 8 | 12/12 | 1/1/2 | 3f. PWM, K, PLM | 30 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | ST-80 | 62 | 8 | 12/12 | 1/1/2 | 4 x 12p.DAC, 3 fazalı PWM, K, PLM | 40 | 45 | ||||
| ARM7TDMI | ST-80 | 62 | 8 | 16/12 | 1/1/2 | 3f. PWM, K, PLM | 40 | 45 | ||||
| Philips Semiconductors-dan LPC2000 ailəsinin mikro nəzarətçiləri | ||||||||||||
| ARM7TDMI-S | LQFP48 | 128 | 16 | 4 | 1/2/1 | 6 ch. PWM | 32 | 60 | ||||
| ARM7TDMI-S | LQFP48 | 128 | 32 | 4 | 1/2/1 | 6 ch. PWM | 32 | 60 | ||||
| ARM7TDMI-S | LQFP48 | 128 | 64 | 4 | 1/2/1 | 6 ch. PWM | 32 | 60 | ||||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 128 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 ch. PWM | 46 | 60 | |||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 128 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 ch. PWM | 46 | 60 | |||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 256 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 ch. PWM | 46 | 60 | |||
| ARM7TDMI-S | LQFP64 | 256 | 16 | 4 | 4/10 | 2/2/1 | 6 ch. PWM | 46 | 60 | |||
| 2/2/1 | 6 ch. PWM | 112 | 60 | |||||||||
| ARM7TDMI-S | LQFP144 | 256 | 16 | 4 | 8/10 | 2/2/1 | 2 | 6 ch. PWM | 112 | 60 | ||
| ARM7TDMI-S | LQFP144 | 256 | 16 | 4 | 8/10 | 2/2/1 | 4 | 6 ch. PWM | 112 | 60 | ||
Əksər mikrokontrollerlərdə ümumi ARM7TDMI nüvəsinin istifadəsinə baxmayaraq, müxtəlif istehsalçıların mikrokontrolörləri olduqca aydın portretə malikdir. Analoq Cihaz 12 bitlik analoq periferik qurğularda şəksiz liderdir. ADC və DAC sinfi 1MHz. Bu istiqamətdə, Atmel nəzərəçarpacaq dərəcədə geri qalır, fərdi ADC-lərin inkişafında artıq 2GHz maneəni götürmüşdür, lakin layiqli ADC-ni 32-bitə inteqrasiya etmək üçün. mikrokontroller və edə bilmədi. Bununla belə, Atmel mikrokontrolörlərinin bu çatışmazlığı onların "dostluğunu" (quraşdırılmış RC generatoru və stabilizatordan istifadə edərkən, mikrokontrolleri işə salmaq üçün yalnız bir təchizatı gərginliyi tələb olunur), səmərəliliyi və ən əsası, aşağı qiymətə qalib gəlir. Sözügedən mikrokontrollerlər arasında yalnız Atmel mikrokontrollerləri USB interfeysi olanlardır. TI mikrokontrollerləri orta qiymətə həddindən artıq təmsilçilik ilə xarakterizə olunur. TMS470 mikro nəzarətçiləri ilə işləyərək, periferik resursların kifayət qədər olduğuna əmin ola bilərsiniz. LPC2000 (Philips) mikro nəzarət cihazlarını nəzərdən keçirilən meyarlara görə qızıl orta adlandırmaq olar. Onlar Philips ənənəsində hazırlanmış və standart 16C550 UART ilə uyğun gələn, həmçinin modem interfeysi və FIFO buferləmə ilə aparat rabitəsi idarəetmə rejiminə malik olan UART-ın olması ilə fərqlənirlər. Philips ARM mikrokontrollerləri arasında siz -40…+105°C-lik geniş temperatur diapazonu üçün nümayəndələr tapa bilərsiniz.
32-bit alternativ nüvəli mikrokontrollerlər
32 bitə gəldikdə. mikrokontrollerlər, digər 32-bitləri qeyd etməmək ədalətsizlik olardı. ARM nüvəsinə alternativlər. Bu baxımdan, Fujitsu-dan FR nüvəsini və Motorola-dan M68000/M68300-i ayırmaq lazımdır.
FR nüvəsi bir neçə ailəni təşkil edən çoxlu sayda mikrokontrollerlərdə (40-dan çox) istifadə olunur və ARM nüvəsi ilə eyni olan minimum performans azalması ilə proqram yaddaşından istifadəni optimallaşdırmaq üçün 16 bitlik təlimat dəsti rejiminə malikdir. ROM və operativ yaddaşın ölçüsü 512 kB-a çatır, növündən asılı olaraq, müxtəlif standart periferiyalar, o cümlədən dəstəklənir. 10-bit ADC, 12 bit PWM, CAN interfeysi, UART və s. ARM mikrokontrollerlərində olduğu kimi, FR nüvəsinə əsaslanan mikrokontrollerlər də tərtibatçının qoyduğu və mikrokontrollerlər xətti boyunca tanınan ümumi ənənələri ilə seçilir. Fujitsu vəziyyətində bu, endianizm üçün aparat dəstəyi, hardware bit axtarış funksiyası, eyni tipli periferik cihazların çoxlu kanalları və maskalana bilməyən kəsmə girişidir. Kifayət qədər layiqli 10 bitlik bir çox mikro nəzarətçiyə inteqrasiya edilmişdir. ADC (çevirmə vaxtı 1,7 µs) və DAC (0,9 µs). FRLite ailəsində 1mA / MHz xüsusi enerji istehlakı üçün rekord müəyyən edilmişdir. FR 65E ailəsi saat tezliyinin 66 MHz-ə çatdığı maksimum sürətə malikdir.
32-bit Motorola mikro nəzarətçiləri standart funksional modullar dəstindən həyata keçirilməsi ilə xarakterizə olunur. 68300 ailəsinin mikro nəzarətçilərinə aşağıdakılar daxildir: 32 bitlik prosessor (CPU32), daxili yaddaş modulları, sistem inteqrasiya interfeysi modulu (SIM), serial interfeys modulu (QSM), taymer prosessoru (TPU) və ya taymer modulu (GPT), analoq rəqəmsal çevirici (ADC) və bir sıra başqaları. Modullar bir-birinə modullararası avtobus vasitəsilə qoşulur. 68300 ailəsinin mikrokontrolörlərində istifadə edilən CPU32 prosessoru əsas funksiyalarına görə 68000 ailəsinin 32 bitlik MC68020 mikroprosessoruna bənzəyir.Rabitə sistemlərində istifadə üçün xüsusi dəsti olan rabitə RISC prosessor modulunu ehtiva edən mikrokontrollerlər istehsal olunur. məlumat mübadiləsi üçün alətlər. Belə rabitə nəzarətçiləri (68360, 68302, 68356) həm də 68300 ailənin bir hissəsidir.68000 ailənin həll olunan vəzifələrin sinfindən asılı olaraq onların resurslarının və imkanlarının bölgüsüdür. Bu, iki sinif tapşırıqların həyata keçirilməsini nəzərdə tutur: mikroprosessor sisteminin özünün işinə sistem proqram təminatının köməyi ilə nəzarət (əməliyyat sistemi - nəzarətçi) və tətbiq olunan istifadəçi tapşırıqlarının həlli. Bu, iş rejimlərinə səbəb olur: nəzarətçi rejimi və ya istifadəçi rejimi. Rejimdən asılı olaraq, proqramlar icra edildikdə, mikrokontroller resurslarının hamısına və ya bir hissəsinə daxil olmağa icazə verilir. Nəzarətçi rejimi prosessor tərəfindən həyata keçirilən istənilən göstərişləri yerinə yetirməyə və bütün registrlərə daxil olmağa imkan verir. İstifadəçi rejimində sistemin vəziyyətində digər proqramların icrasına mane ola biləcək və ya prosessorun iş rejimini poza biləcək belə dəyişikliklərin mümkünlüyünü məhdudlaşdırmaq üçün bir sıra göstərişlərin yerinə yetirilməsi və müəyyən registrlərə giriş qadağandır. nəzarətçi tərəfindən təyin edilir. Motorola mikro nəzarət cihazlarının seçilməsinin lehinə güclü arqument M68000 ailəsinin öz dövründə yüksək populyarlığı və M68000 və daha müasir M68300 mikrokontrollerlərinin proqram təminatı ilə uyğunluğudur ki, bu da mövcud proqram təminatının yeni işlənmələrdə istifadəsinə imkan verir və bununla da dizayn vaxtını azaldır.
- ARM nüvəsinin şübhəsiz üstünlüyü onun standartlığıdır ki, bu da sizə digər uyğun mikrokontrollerlərdən proqram təminatından istifadə etməyə, dizayn alətlərinə daha geniş çıxış əldə etməyə və ya mikrokontrollerlər arasında daha asan miqrasiya etməyə imkan verir.
- Fərqli istehsalçıların mikrokontrolörlərində eyni ARM nüvəsinin istifadəsinə baxmayaraq, buna baxmayaraq, onların hər birinin öz siması var ki, bu da periferik cihazların orijinal "resepti" ilə əldə edilir və bəzi periferik cihazlarda lider mövqelərini tutur, məsələn, Analoq Cihaz üçün bu rəqəmsal-analoq çeviricidir.
- ARM nüvələrinin təmsilçi nomenklaturası və inkişaf dinamikası var, lakin müqayisədən belə çıxır ki, ARM7TDMI nüvəsinə əsaslanan mikrokontrollerlər əsasən geniş ictimaiyyət üçün əlçatandır. Bu, məsələn, ARM mikrokontrolörlərinin əsas istehlak sahəsinin məişət, ofis, istifadəçi elektron cihazları və avadanlıqları olması ilə izah edilə bilər, təəssüf ki, əsasən xarici OEM-lər tərəfindən istehsal olunur.
- 32 bitlik mikrokontrollerlər bazarı yüksək tutuma malikdir, bu da yaxın illərdə dinamik şəkildə artacaq, ona görə də biz sadəcə olaraq mikrokontroller istehsalçılarının bu bazarın payı uğrunda mübarizəsini izləməli, elanları izləməli və yeni texnologiyalara yiyələnməyə vaxt tapmalıyıq. .
Ədəbiyyat
- J. Wilbrink. 8-bitdən 32-bit Mikronəzarətçilərə Köçmənin Asanlaşdırılması/Atmel Corporation -2004.
- "Atmel Dünyanın İlk Sub$3 ARM7 Flash Mikrokontrollerini təqdim edir", Atmel xəbərləri 19.10.04, www.atmel.com.
- Processor Cores Flyer//Ref: ARM DOI 0111-4/05.03, Buraxılış: May 2003.
- Sayt materialları
www.arm.com
ARM adı, şübhəsiz ki, mobil texnologiya ilə maraqlanan hər kəs tərəfindən eşidilib. Çoxları bu abbreviaturanı smartfon və planşetlər üçün prosessor növü kimi başa düşür, digərləri isə bunun ümumiyyətlə prosessor olmadığını, onun arxitekturası olduğunu qeyd edir. Və əlbəttə ki, az adam ARM-in yaranma tarixini araşdırdı. Bu yazıda biz bütün bu nüansları anlamağa çalışacağıq və müasir gadgetların niyə ARM prosessorlarına ehtiyac duyduğunu sizə xəbər verəcəyik.
Tarixə qısa ekskursiya
"ARM" üçün soruşduqda, Vikipediya bu abbreviatura üçün iki məna verir: Acorn RISC Machine və Advanced RISC Machines. Sıra ilə başlayaq. 1980-ci illərdə Böyük Britaniyada fəaliyyətə fərdi kompüterlər yaratmaqla başlayan Acorn Computers şirkəti yaradılmışdır. O zaman Acorn həm də "British Apple" adlanırdı. Şirkət üçün həlledici dövr 1980-ci illərin sonlarına təsadüf etdi, onun baş mühəndisi iki yerli universitet məzununun yeni növ azaldılmış təlimat dəsti (RISC) prosessor arxitekturası ilə çıxış etmək qərarından istifadə etdi. Acorn Risc Machine prosessoruna əsaslanan ilk kompüter belə ortaya çıxdı. Uğur özünü çox gözlətmədi. 1990-cı ildə ingilislər Apple ilə müqavilə bağladılar və tezliklə çipsetin yeni versiyası üzərində işə başladılar. Nəticədə, inkişaf qrupu prosessora bənzər Advanced RISC Machines adlı bir şirkət yaratdı. Yeni arxitekturaya malik çiplər Advanced Risc Machine və ya qısaca ARM kimi də tanındı.1998-ci ildən Advanced Risc Machine ARM Limited kimi tanınmağa başladı. Hazırda şirkət öz prosessorlarının istehsalı və satışı ilə məşğul deyil. ARM Limited-in əsas və yeganə fəaliyyəti texnologiyaların inkişafı və ARM arxitekturasından istifadə etmək üçün müxtəlif şirkətlərə lisenziyaların satışıdır. Bəzi istehsalçılar hazır nüvələr üçün lisenziya alır, digərləri öz nüvələri ilə prosessorlar istehsal etmək üçün sözdə "memarlıq lisenziyası" alırlar. Bu şirkətlərə Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon və başqaları daxildir. Bəzi məlumatlara görə, ARM Limited hər bir belə prosessordan 0,067 dollar qazanır. Bu rəqəm həm orta, həm də köhnəlmişdir. Hər il çipsetlərdə getdikcə daha çox nüvə var və yeni çoxnüvəli prosessorlar köhnəlmiş nümunələri dəyərinə görə üstələyir.
ARM çiplərinin texniki xüsusiyyətləri
Müasir prosessor arxitekturasının iki növü var: CISC(Kompleks Təlimatlar Dəstinin Hesablanması) və RISC(Azaldılmış Təlimat Setinin Hesablanması). CISC arxitekturası x86 prosessor ailəsinə (Intel və AMD), RISC arxitekturası isə ARM ailəsinə aiddir. RISC və CISC və müvafiq olaraq x86 və ARM arasındakı əsas formal fərq RISC prosessorlarında istifadə olunan azaldılmış təlimat dəstidir. Beləliklə, məsələn, CISC arxitekturasındakı hər bir təlimat bir neçə RISC təlimatına çevrilir. Bundan əlavə, RISC prosessorları daha az tranzistordan istifadə edir və beləliklə, daha az enerji sərf edirlər.ARM prosessorlarının əsas prioriteti performansın enerji istehlakına nisbətidir. ARM x86-dan daha yüksək performans-vatt nisbətinə malikdir. Siz lazım olan gücü 24 x86 nüvədən və ya yüzlərlə kiçik, aşağı güclü ARM nüvələrindən əldə edə bilərsiniz. Əlbəttə ki, ARM arxitekturasındakı ən güclü prosessor belə heç vaxt güc baxımından Intel Core i7 ilə müqayisə oluna bilməz. Ancaq eyni Intel Core i7 aktiv soyutma sisteminə ehtiyac duyur və heç vaxt telefon qutusuna sığmayacaq. Burada ARM rəqabətdən kənardadır. Bir tərəfdən, min x86 prosessoru əvəzinə milyon ARM prosessorundan istifadə edərək superkompüter qurmaq üçün cəlbedici variant kimi görünür. Digər tərəfdən, iki arxitektura birmənalı şəkildə müqayisə edilə bilməz. Müəyyən mənada üstünlük ARM üçün, bəzi hallarda isə x86 üçün olacaq.
Bununla belə, ARM arxitekturasının çip prosessorlarını çağırmaq tamamilə düzgün deyil. Bir neçə prosessor nüvəsinə əlavə olaraq, onlara digər komponentlər də daxildir. Ən uyğun termin "tək çipli sistem" və ya "çip üzərində sistem" (SoC) olardı. Mobil qurğular üçün müasir tək çipli sistemlərə RAM nəzarətçisi, qrafik sürətləndirici, video dekoder, audio kodek və simsiz rabitə modulları daxildir. Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, fərdi çipset komponentləri üçüncü tərəf istehsalçıları tərəfindən hazırlana bilər. Bunun ən parlaq nümunəsi ARM Limited (Mali qrafikası) ilə yanaşı Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) və Imagination Technologies (PowerVR) tərəfindən hazırlanmış qrafik nüvələridir.
Praktikada belə görünür. Əksər büdcəli Android mobil cihazları şirkət tərəfindən istehsal olunan çipsetlərlə gəlir. MediaTek, demək olar ki, həmişə ARM Limited-in təlimatlarına əməl edir və onları Cortex-A nüvələri və Mali qrafikası (daha az PowerVR) ilə tamamlayır.
A-brendləri flaqman cihazları üçün tez-tez istehsal etdiyi çipsetlərdən istifadə edirlər Qualcomm. Yeri gəlmişkən, ən son Qualcomm Snapdragon çipləri (,) mərkəzi prosessor üçün tam fərdi Kryo nüvələri və qrafik sürətləndirici üçün Adreno ilə təchiz edilmişdir.
Haqqında alma, sonra iPhone və iPad üçün şirkət üçüncü tərəf şirkətləri tərəfindən istehsal olunan PowerVR qrafik sürətləndiricisi ilə öz A seriyalı çiplərindən istifadə edir. Belə ki, 64 bitlik dördnüvəli A10 Fusion prosessoru və PowerVR GT7600 qrafik prosessoru quraşdırılıb.
Ailənin prosessorlarının arxitekturası məqalənin yazılması zamanı aktual hesab olunur. ARMv8. O, 64 bitlik təlimat dəstindən istifadə edən və 4 GB-dan çox RAM-ı dəstəkləyən ilk idi. ARMv8 arxitekturası 32-bit proqramlarla geriyə uyğundur. İndiyə qədər ARM Limited tərəfindən hazırlanmış ən səmərəli və ən güclü prosessor nüvəsidir Korteks-A73, və əksər SoC istehsalçıları onu dəyişmədən istifadə edirlər.
Cortex-A73, Cortex-A72-dən 30% daha sürətli performans təmin edir və ARMv8 arxitekturasının tam dəstini dəstəkləyir. Prosessor nüvəsinin maksimum tezliyi 2,8 GHz-dir.
ARM-dən istifadə sahəsi
ARM-in ən böyük şöhrəti mobil cihazların inkişafına gətirib çıxardı. Smartfonların və digər portativ avadanlıqların kütləvi istehsalı ərəfəsində enerjiyə qənaət edən prosessorlar işə yaradı. ARM Limited-in inkişafının kulminasiya nöqtəsi 2007-ci ildə Britaniya şirkəti Apple ilə tərəfdaşlığını yenilədikdə oldu və bir müddət sonra kupertiniyalılar ARM arxitektura prosessoru ilə ilk iPhone-u təqdim etdilər. Sonradan ARM arxitekturasına əsaslanan tək çipli sistem bazarda demək olar ki, bütün smartfonların dəyişməz komponentinə çevrildi.
ARM Limited-in portfeli Cortex-A ailəsi ilə məhdudlaşmır. Əslində, Cortex markası altında A, R, M hərfləri ilə işarələnən üç prosessor nüvəsi var. Core ailəsi Korteks-A, artıq bildiyimiz kimi, ən güclüdür. Onlar əsasən smartfonlarda, planşetlərdə, pristavkalarda, peyk qəbuledicilərində, avtomobil sistemlərində, robot texnikasında istifadə olunur. Prosessor nüvələri Korteks-R real vaxt rejimində yüksək performanslı vəzifələri yerinə yetirmək üçün optimallaşdırılmışdır, buna görə də belə çiplər tibbi avadanlıqlarda, avtonom təhlükəsizlik sistemlərində və saxlama mühitində tapılır. Ailənin əsas vəzifəsi Korteks-M sadəliyi və aşağı qiymətidir. Texniki cəhətdən bunlar ən zəif prosessor nüvələridir və ən az enerji sərfiyyatına malikdir. Belə nüvələrə əsaslanan prosessorlar, demək olar ki, cihazın minimal güc və aşağı qiymət tələb etdiyi hər yerdə istifadə olunur: sensorlar, kontrollerlər, həyəcan siqnalları, displeylər, ağıllı saatlar və digər avadanlıq.
Ümumiyyətlə, CPU tələb edən kiçikdən böyüyə qədər müasir cihazların əksəriyyəti ARM çiplərindən istifadə edir. Böyük bir artı, ARM arxitekturasının Linux (Android və Chrome OS daxil olmaqla), iOS və Windows (Windows Phone) əsasında bir çox əməliyyat sistemləri tərəfindən dəstəklənməsidir.
Bazarda rəqabət və gələcək perspektivlər
Etiraf etmək lazımdır ki, hazırda ARM-in ciddi rəqibləri yoxdur. Və ümumiyyətlə, bu, ARM Limited-in müəyyən bir zamanda düzgün seçim etməsi ilə əlaqədardır. Ancaq səyahətinin lap əvvəlində şirkət fərdi kompüterlər üçün prosessorlar istehsal etdi və hətta Intel ilə rəqabət aparmağa çalışdı. ARM Limited fəaliyyət istiqamətini dəyişdikdən sonra onun üçün də asan olmadı. Sonra Microsoft tərəfindən təmsil olunan proqram təminatı inhisarçısı, Intel ilə əməkdaşlıq müqaviləsi bağlayaraq, ARM Limited də daxil olmaqla digər istehsalçılara heç bir şans buraxmadı - Windows sadəcə ARM prosessorları olan sistemlərdə işləmədi. Nə qədər paradoksal səslənsə də, indi vəziyyət kəskin şəkildə dəyişə bilər və Windows artıq bu arxitektura əsasında prosessorları dəstəkləməyə hazırdır.
ARM çiplərinin uğurundan sonra Intel rəqabətədavamlı prosessor yaratmağa cəhd etdi və çiplə bazara girdi. Intel Atom. Bunu etmək üçün ona ARM Limited-dən daha çox vaxt lazım idi. Çipset 2011-ci ildə istehsala girdi, lakin, necə deyərlər, qatar artıq getdi. Intel Atom x86 CISC prosessorudur. Şirkətin mühəndisləri ARM-dən daha az enerji sərfiyyatına nail olublar, lakin hazırda müxtəlif mobil proqram təminatı x86 arxitekturasına zəif uyğunlaşmaya malikdir.
Keçən il Intel mobil sistemlərin gələcək inkişafı ilə bağlı bir neçə əsas qərardan imtina etdi. Əslində mobil cihazlar üçün bir şirkət kimi qazancsız hala gəldi. Smartfonlarını Intel Atom çipsetləri ilə birləşdirən yeganə əsas istehsalçı ASUS idi. Bununla belə, Intel Atom hələ də netbuklar, nettoplar və digər portativ cihazlarda kütləvi şəkildə istifadə olunurdu.
ARM Limited-in bazardakı mövqeyi unikaldır. Hal-hazırda, demək olar ki, bütün istehsalçılar onun inkişaflarından istifadə edirlər. Eyni zamanda, şirkətin öz zavodları yoxdur. Bu, onun Intel və AMD ilə bərabər dayanmasına mane olmur. ARM-in tarixinə başqa bir maraqlı fakt da daxildir. Ola bilsin ki, indi ARM texnologiyası ARM Limited-in yaranmasının mərkəzində dayanan Apple-a aid ola bilər. Qəribədir ki, 1998-ci ildə böhran dövrlərini yaşayan kupertinoslular paylarını satdılar. İndi Apple digər şirkətlərlə birlikdə iPhone və iPad-də istifadə olunan ARM prosessorları üçün lisenziya almağa məcburdur.
İndi ARM prosessorları ciddi vəzifələri yerinə yetirməyə qadirdir. Qısa müddətdə onlar serverlərdə istifadə olunacaq, xüsusən də Facebook və PayPal məlumat mərkəzlərində artıq belə həllər var. Əşyaların İnterneti (IoT) və ağıllı ev cihazları dövründə ARM çiplərinə tələbat daha da artdı. Beləliklə, ARM üçün ən maraqlı şey hələ qarşıdadır.
Müasir qadcetlərin böyük əksəriyyəti eyniadlı ARM Limited şirkəti tərəfindən hazırlanan ARM arxitekturasına əsaslanan prosessorlardan istifadə edir. Maraqlıdır ki, şirkət özü prosessorlar istehsal etmir, yalnız öz texnologiyalarını üçüncü tərəf çip istehsalçılarına lisenziyalaşdırır. Bundan əlavə, şirkət Cortex prosessor nüvələrini və Mali qrafik sürətləndiricilərini də inkişaf etdirir, biz bu materialda mütləq toxunacağıq.
ARM Limited
ARM şirkəti, əslində, öz sahəsində monopolistdir və müxtəlif mobil əməliyyat sistemlərindəki müasir smartfon və planşetlərin böyük əksəriyyəti ARM arxitekturasına əsaslanan prosessorlardan istifadə edir. Çip istehsalçıları ARM-dən fərdi nüvələri, təlimat dəstlərini və əlaqəli texnologiyalara lisenziya verir və lisenziyaların qiyməti prosessor nüvələrinin növündən (aşağı güclü büdcə həllərindən ən müasir dördnüvəli və hətta səkkiz nüvəli çiplərə qədər) və əlavə olaraq əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir. komponentlər. ARM Limited-in 2006-cı il üzrə illik gəlir hesabatı təxminən 2,5 milyard prosessorun lisenziyalaşdırılmasından (2011-ci ildə 7,9 milyard dollardan çox) 161 milyon dollar gəlir göstərdi ki, bu da hər çip üçün təxminən 0,067 dollar deməkdir. Lakin yuxarıda qeyd etdiyimiz səbəbdən müxtəlif lisenziyaların qiymət fərqinə görə bu çox orta rəqəmdir və o vaxtdan şirkətin qazancı dəfələrlə artmalı idi.
Hazırda ARM prosessorları çox geniş yayılmışdır. Bu arxitekturadakı çiplər hər yerdə, serverlərə qədər istifadə olunur, lakin çox vaxt ARM-ni sabit disk kontrollerlərindən tutmuş müasir smartfonlara, planşetlərə və digər qadcetlərə qədər quraşdırılmış və mobil sistemlərdə tapmaq olar.
Korteks nüvələri
ARM müxtəlif vəzifələr üçün istifadə olunan bir neçə nüvə ailəsi hazırlayır. Məsələn, Cortex-Mx və Cortex-Rx əsasında prosessorlar (burada "x" rəqəm və ya dəqiq əsas nömrəni göstərən rəqəmdir) quraşdırılmış sistemlərdə və hətta marşrutlaşdırıcılar və ya printerlər kimi istehlakçı cihazlarında istifadə olunur.
Biz onların üzərində ətraflı dayanmayacağıq, çünki bizi ilk növbədə Cortex-Axe ailəsi maraqlandırır - belə nüvəli çiplər ən məhsuldar cihazlarda, o cümlədən smartfonlar, planşetlər və oyun konsollarında istifadə olunur. ARM daim Cortex-Axe xəttindən yeni nüvələr üzərində işləyir, lakin bu yazı zamanı smartfonlar aşağıdakılardan istifadə edir:
Nömrə nə qədər böyükdürsə, prosessorun performansı bir o qədər yüksəkdir və müvafiq olaraq, istifadə olunduğu cihazların sinfi daha bahalıdır. Bununla belə, qeyd etmək lazımdır ki, bu qayda həmişə müşahidə olunmur: məsələn, Cortex-A7 nüvələrinə əsaslanan çiplər Cortex-A8 əsaslı çiplərdən daha yüksək performansa malikdir. Buna baxmayaraq, Cortex-A5 prosessorları artıq demək olar ki, köhnəlmiş hesab olunursa və müasir cihazlarda demək olar ki, istifadə edilmirsə, Cortex-A15 prosessorlarını flaqman kommunikatorlarda və planşetlərdə tapmaq olar. Bir müddət əvvəl ARM rəsmi olaraq yeni, daha güclü və eyni zamanda enerjiyə qənaət edən Cortex-A53 və Cortex-A57 nüvələrinin işlənib hazırlanmasını elan etdi ki, bu nüvələr ARM big.LITTLE texnologiyası və dəstəyindən istifadə edərək bir çipdə birləşdiriləcək. ARMv8 təlimat dəsti (“arxitektura versiyası”), lakin onlar hazırda kütləvi istehlak cihazlarında istifadə edilmir. Cortex nüvəli çiplərin əksəriyyəti çoxnüvəli ola bilər və dördnüvəli prosessorlar müasir yüksək səviyyəli smartfonlarda hər yerdə mövcuddur.
Böyük smartfon və planşet istehsalçıları adətən Qualcomm kimi tanınmış çip istehsalçılarının prosessorlarından və ya artıq kifayət qədər populyarlaşan öz həllərindən istifadə edirlər (məsələn, Samsung və onun Exynos çipsetləri ailəsi), lakin əksər kiçik şirkətlərin qadcetlərinin texniki xüsusiyyətləri arasında. , siz tez-tez "Cortex-A7 @ 1 GHz əsasında prosessor" və ya "Dual Core Cortex-A7 @ 1 GHz" kimi təsvirləri tapa bilərsiniz, bu da orta istifadəçiyə heç nə deməyəcək. Bu cür nüvələr arasındakı fərqlərin nə olduğunu başa düşmək üçün əsas olanlara diqqət yetirək.
Cortex-A5 nüvəsi ən büdcə cihazları üçün ucuz prosessorlarda istifadə olunur. Bu cür cihazlar yalnız məhdud sayda tapşırıqları yerinə yetirmək və sadə proqramları işə salmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur, lakin ümumiyyətlə resurs tələb edən proqramlar və xüsusən də oyunlar üçün nəzərdə tutulmayıb. Cortex-A5 prosessorlu gadget nümunəsi, 1,2 GHz tezliyində iki Cortex-A5 nüvəsi olan Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 çipini alan Highscreen Blast-dır.
Cortex-A7 prosessorları Cortex-A5 çiplərindən daha güclüdür və daha çox yayılmışdır. Belə çiplər 28 nanometrlik proses texnologiyası əsasında hazırlanır və 4 meqabayta qədər ikinci səviyyəli böyük yaddaşa malikdir. Cortex-A7 nüvələri əsasən büdcə smartfonlarında və iconBIT Mercury Quad kimi aşağı qiymətli orta mənzilli cihazlarda və istisna olaraq Exynos 5 Octa prosessorlu Samsung Galaxy S IV GT-i9500-də tapılır - bu çipsetdən istifadə edir. Cortex-A7-də enerjiyə qənaət edən dördnüvəli prosessor.
Cortex-A8 nüvəsi "qonşuları", Cortex-A7 və Cortex-A9 kimi geniş yayılmış deyil, lakin hələ də müxtəlif giriş səviyyəli gadgetlarda istifadə olunur. Cortex-A8 çiplərinin işləmə tezliyi 600 MHz-dən 1 GHz-ə qədər dəyişə bilər, lakin bəzən istehsalçılar prosessorları daha yüksək tezliklərə aşırlar. Cortex-A8 nüvəsinin bir xüsusiyyəti çoxnüvəli konfiqurasiyalara dəstəyin olmamasıdır (yəni bu nüvələrdəki prosessorlar yalnız bir nüvəli ola bilər) və onlar artıq hesab edilən 65 nanometrlik proses texnologiyasında icra olunur. köhnəlmiş.
Korteks-A9
Bir neçə il əvvəl Cortex-A9 nüvələri ən yaxşı həll yolu hesab olunurdu və Nvidia Tegra 2 və Texas Instruments OMAP4 kimi həm ənənəvi tək nüvəli, həm də daha güclü iki nüvəli çiplərdə istifadə olunurdu. Hazırda 40 nanometrlik proses texnologiyası üzrə hazırlanmış Cortex-A9 əsasında hazırlanmış prosessorlar populyarlığını itirmir və bir çox orta səviyyəli smartfonlarda istifadə olunur. Belə prosessorların işləmə tezliyi 1 ilə 2 və ya daha çox gigahertz ola bilər, lakin adətən 1,2-1,5 GHz ilə məhdudlaşır.
2013-cü ilin iyun ayında ARM rəsmi olaraq yeni 28nm proses texnologiyasına əsaslanan və orta səviyyəli smartfonlarda Cortex-A9 nüvələrini əvəz etmək üçün nəzərdə tutulmuş Cortex-A12 nüvəsini təqdim etdi. Tərtibatçı Cortex-A9 ilə müqayisədə performansda 40% artım vəd edir və bundan əlavə, Cortex-A12 nüvələri enerjiyə qənaət edən Cortex-A7 ilə birlikdə ARM big.LITTLE arxitekturasında məhsuldar olaraq iştirak edə biləcək, bu da imkan verəcəkdir. istehsalçıları ucuz səkkiz nüvəli çiplər yaratmaq. Düzdür, bu yazı hazırlanarkən bütün bunlar yalnız planlardadır və Cortex-A12 çiplərinin kütləvi istehsalı hələ qurulmayıb, baxmayaraq ki, RockChip artıq dördnüvəli Cortex-A12 prosessorunu buraxmaq niyyətini açıqlamışdı. 1,8 GHz tezliyi.
2013-cü il üçün Cortex-A15 nüvəsi və onun törəmələri ən yaxşı həll yoludur və müxtəlif istehsalçıların flaqman kommunikator çiplərində istifadə olunur. 28 nanometrlik proses texnologiyası əsasında hazırlanmış və Cortex-A15 əsasında hazırlanmış yeni prosessorlar arasında Samsung Exynos 5 Octa və Nvidia Tegra 4 var və bu nüvə tez-tez digər istehsalçıların modifikasiyası üçün platforma rolunu oynayır. Məsələn, Apple-ın ən son A6X prosessoru Cortex-A15-in modifikasiyası olan Swift nüvələrindən istifadə edir. Cortex-A15 əsasında hazırlanmış çiplər 1,5-2,5 GHz tezliyində işləməyə qadirdir və bir çox üçüncü tərəf standartlarına dəstək və 1 TB-a qədər fiziki yaddaşa müraciət etmək imkanı bu cür prosessorları kompüterlərdə istifadə etməyə imkan verir (necə Bank Raspberry Pi kartının ölçüsündə mini-kompüteri xatırlamaq olmaz).
Cortex-A50 seriyası
2013-cü ilin birinci yarısında ARM Cortex-A50 seriyası adlı yeni çiplər xəttini təqdim etdi. Bu xəttin nüvələri arxitekturanın yeni versiyası olan ARMv8-ə uyğun olaraq hazırlanacaq və yeni təlimat dəstlərini dəstəkləyəcək və eyni zamanda 64 bit olacaq. Yeni bit dərinliyinə keçid mobil əməliyyat sistemlərinin və proqramların optimallaşdırılmasını tələb edəcək, lakin təbii ki, on minlərlə 32 bitlik proqramlar üçün dəstək qalacaq. 64 bitlik arxitekturaya ilk keçən şirkət Apple oldu. Şirkətin iPhone 5S kimi ən son cihazları məhz belə Apple A7 ARM prosessorunda işləyir. Onun Cortex nüvələrindən istifadə etməməsi diqqətəlayiqdir - onlar istehsalçının Swift adlı öz nüvələri ilə əvəz olunur. 64 bitlik prosessorlara keçmək ehtiyacının aşkar səbəblərindən biri 4 GB-dan çox RAM-a dəstək və əlavə olaraq hesablama zamanı daha böyük rəqəmlərlə işləmək imkanıdır. Əlbəttə ki, bu, ilk növbədə, serverlər və fərdi kompüterlər üçün aktual olsa da, lakin bir neçə ildən sonra bu qədər operativ yaddaşa malik smartfon və planşetlər bazarda görünsə, təəccüblənməyəcəyik. Bu günə qədər yeni arxitekturada çiplərin buraxılması planları və onlardan istifadə edən smartfonlar haqqında heç nə məlum deyil, lakin çox güman ki, belə prosessorlar Samsung-un artıq elan etdiyi kimi, 2014-cü ildə flaqmanlar alacaqlar.
Cortex-A53 nüvəsi Cortex-A9-un birbaşa “varisi” olacaq seriyanı açır. Cortex-A53-ə əsaslanan prosessorlar performans baxımından Cortex-A9-a əsaslanan çiplərdən nəzərəçarpacaq dərəcədə üstündür, lakin eyni zamanda, aşağı enerji istehlakı saxlanılır. Belə prosessorlar həm fərdi, həm də Cortex-A57 prosessoru ilə eyni çipsetdə birləşdirilən ARM big.LITTLE konfiqurasiyasında istifadə oluna bilər.
Performans Cortex-A53, Cortex-A57
20 nanometrlik proses texnologiyası əsasında hazırlanacaq Cortex-A57 prosessorları yaxın gələcəkdə ən güclü ARM prosessorlarına çevrilməlidir. Yeni nüvə öz sələfi Cortex-A15-i müxtəlif performans göstəricilərində əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir (yuxarıda müqayisəyə baxa bilərsiniz) və PC bazarını ciddi şəkildə hədəfləyən ARM-ə görə, əsas kompüterlər (o cümlədən noutbuklar) üçün sərfəli həll olacaq. ), təkcə mobil cihazlar deyil.
QOL böyük.Kiçik
Müasir prosessorların enerji sərfiyyatı probleminin yüksək texnoloji həlli kimi, ARM mahiyyəti müxtəlif növ nüvələri bir çipdə, adətən eyni sayda enerjiyə qənaət edən və yüksək keyfiyyətli nüvələri birləşdirməkdən ibarət olan big.LITTLE texnologiyasını təklif edir. performans olanlar.
Müxtəlif növ nüvələrin bir çipdə işləməsi üçün üç sxem var: big.LITTLE (klasterlər arasında miqrasiya), big.LITTLE IKS (nüvələr arasında miqrasiya) və big.LITTLE MP (heterogen multiprocessing).
big.LITTLE (klasterlər arasında miqrasiya)
ARM big.LITTLE arxitekturasına əsaslanan ilk çipset Samsung Exynos 5 Octa prosessoru idi. O, orijinal big.LITTLE "4+4" sxemindən istifadə edir ki, bu da resurs tutumlu proqramlar və oyunlar üçün dörd yüksək performanslı Cortex-A15 nüvəsini və dörd enerjini bir çipdə iki klasterə (sxemin adı da belədir) birləşdirmək deməkdir. əksər proqramlarla gündəlik iş üçün Cortex-A7 nüvələrinə qənaət edir və eyni vaxtda yalnız bir növ nüvə işləyə bilər. Nüvə qrupları arasında keçid, tam avtomatik rejimdə istifadəçi üçün demək olar ki, dərhal və görünməz şəkildə baş verir.
big.LITTLE IKS (nüvələr arasında miqrasiya)
big.LITTLE arxitekturasının daha mürəkkəb tətbiqi bir neçə real nüvənin (adətən iki) bir virtual nüvədə birləşməsidir, əməliyyat sisteminin nüvəsi tərəfindən idarə olunur və hansı nüvələrin enerjiyə qənaətli və ya məhsuldar olmasını qərara alır. Əlbəttə ki, bir neçə virtual nüvə də var - təsvirdə dörd virtual nüvənin hər birində bir Cortex-A7 və Cortex-A15 nüvəsi olan IKS sxeminin nümunəsi göstərilir.
big.LITTLE MP (heterojen multiprocessing)
big.LITTLE MP sxemi ən "qabaqcıl" biridir - onda hər bir nüvə müstəqildir və lazım olduqda ƏS nüvəsi tərəfindən işə salına bilər. Bu o deməkdir ki, ARM big.LITTLE MP arxitekturasında qurulmuş çipsetdə dörd Cortex-A7 nüvəsi və eyni sayda Cortex-A15 nüvəsi istifadə olunarsa, 8 nüvənin hamısı fərqli olsa da, eyni vaxtda işləyə biləcək. növləri. Bu tipli ilk prosessorlardan biri Mediatek-in səkkiznüvəli çipi - 2 GHz takt tezliyində işləyə bilən, həmçinin UltraHD rezolyusiyasında video yaza və oynaya bilən MT6592 idi.
Gələcək
Hazırda mövcud olan məlumata görə, yaxın gələcəkdə ARM digər şirkətlərlə birlikdə yeni Cortex-A53 və Cortex-A57 nüvələrindən istifadə edəcək yeni nəsil big.LITTLE çiplərinin buraxılışını həyata keçirməyi planlaşdırır. Bundan əlavə, Çin istehsalçısı MediaTek ARM big.LITTLE-də büdcə prosessorlarını buraxmaq niyyətindədir ki, bu da “2+2” sxeminə uyğun işləyəcək, yəni iki nüvəli iki qrupdan istifadə edəcək.
Mali qrafik sürətləndiriciləri
Prosessorlarla yanaşı, ARM Mali ailəsinin qrafik sürətləndiricilərini də hazırlayır. Prosessorlar kimi, qrafik sürətləndiricilər də anti-aliasing səviyyəsi, avtobus interfeysi, keş (sürəti artırmaq üçün istifadə olunan ultra sürətli yaddaş) və “qrafik nüvələrin” sayı (baxmayaraq ki, bir məqalədə yazdığımız kimi) kimi bir çox parametrlərlə xarakterizə olunur. əvvəlki məqalədə, bu rəqəm, CPU-nu təsvir etmək üçün istifadə edilən terminlə oxşarlığa baxmayaraq, iki GPU-nu müqayisə edərkən performansa çox az təsir göstərir).
İlk ARM qrafik sürətləndiricisi, LG Renoir sensor telefonunda (bəli, ən adi cib telefonu) istifadə edilən indi istifadə olunmayan Mali 55 idi. GPU oyunlarda istifadə edilmədi - yalnız interfeysi çəkmək üçün və bugünkü standartlara görə primitiv xüsusiyyətlərə malik idi, lakin Mali seriyasının "əcdadı" oldu.
O vaxtdan bəri irəliləyiş uzun bir yol keçdi və indi dəstəklənən API-lər və oyun standartları heç də az əhəmiyyət kəsb etmir. Məsələn, OpenGL ES 3.0 dəstəyi indi yalnız Qualcomm Snapdragon 600 və 800 kimi ən güclü prosessorlarda elan edilir və ARM məhsulları haqqında danışsaq, standart Mali-T604 kimi sürətləndiricilər tərəfindən dəstəklənir (o idi). yeni Midgard mikroarxitekturasında hazırlanmış ilk ARM GPU oldu), Mali-T624, Mali-T628, Mali-T678 və xüsusiyyətlərinə görə oxşar bəzi digər çiplər. Bu və ya digər GPU, bir qayda olaraq, nüvə ilə sıx bağlıdır, lakin buna baxmayaraq, ayrıca göstərilir, yəni oyunlarda qrafikanın keyfiyyəti sizin üçün vacibdirsə, o zaman proqramın adına baxmağın mənası var. smartfon və ya planşetin texniki xüsusiyyətlərində sürətləndirici.
ARM həmçinin orta səviyyəli smartfonlar üçün qrafik sürətləndiricilərə malikdir, bunlardan ən çox yayılmışları Mali-400 MP və Mali-450 MP-dir ki, onlar nisbətən aşağı performans və məhdud API dəsti və dəstəklənən standartlarla böyük qardaşlarından fərqlənir. Buna baxmayaraq, bu GPU-lar yeni smartfonlarda, məsələn, səkkiz nüvəli MTK6592 prosessoruna əlavə olaraq Mali-450 MP4 qrafik sürətləndiricisini (Mali-450 MP-nin təkmilləşdirilmiş modifikasiyası) almış Zopo ZP998-də istifadə olunmağa davam edir.
Güman ki, 2014-cü ilin sonunda ən son ARM qrafik sürətləndiriciləri olan smartfonlar peyda olacaq: 2013-cü ilin oktyabrında təqdim edilmiş Mali-T720, Mali-T760 və Mali-T760 MP. Mali-T720 aşağı səviyyəli smartfonlar üçün yeni GPU və Open GL ES 3.0-ı dəstəkləyən bu seqmentdə ilk GPU olmalıdır. Mali-T760, öz növbəsində, ən güclü mobil qrafik sürətləndiricilərindən birinə çevriləcək: elan edilmiş xüsusiyyətlərə görə, GPU 16 emal nüvəsinə malikdir və həqiqətən nəhəng emal gücünə malikdir, 326 Gflops, lakin eyni zamanda, dörd dəfə azdır. yuxarıda göstərilən Mali-T604-dən daha çox enerji istehlakı.
Bazarda ARM-dən CPU və GPU-nun rolu
ARM-in, təkrar edirik ki, hazırda mobil prosessorların böyük əksəriyyətində istifadə olunan eyniadlı arxitekturanın müəllifi və tərtibçisi olmasına baxmayaraq, onun nüvələr və qrafik sürətləndiricilər şəklində həlləri əsas smartfonlar arasında populyar deyil. istehsalçılar. Məsələn, Android OS-də flaqman kommunikatorların Krait nüvələri olan Snapdragon prosessoruna və Qualcomm-dan Adreno qrafik sürətləndiricisinə, Windows Phone smartfonlarında eyni şirkətin çipsetlərinə və bəzi qadcet istehsalçılarına, məsələn, Apple-a sahib olması düzgün hesab olunur. , öz nüvələrini inkişaf etdirin. İndiki vəziyyət niyə belədir?
Bəlkə də bəzi səbəblər daha dərin ola bilər, lakin onlardan biri digər şirkətlərin məhsulları arasında ARM-dən CPU və GPU-nun dəqiq yerləşdirilməsinin olmamasıdır ki, bunun da nəticəsində şirkətin inkişafları istifadə üçün əsas komponentlər kimi qəbul edilir. B markalı cihazlar, ucuz smartfonlar və onların əsasında daha yetkin qərarlar yaratmaq. Məsələn, Qualcomm, demək olar ki, hər təqdimatda təkrar edir ki, yeni prosessorlar yaratarkən onun əsas məqsədlərindən biri enerji istehlakını azaltmaqdır və onun Cortex nüvələri ilə dəyişdirilən Krait nüvələri ardıcıl olaraq daha yüksək performans nəticələri göstərir. Oxşar bəyanat oyunlara yönəlmiş Nvidia çipsetləri üçün də keçərlidir, lakin Samsung-un Exynos prosessorlarına və Apple-ın A seriyasına gəldikdə isə, eyni şirkətlərin smartfonlarında quraşdırıldığı üçün onların öz bazarı var.
Yuxarıda göstərilənlər ARM inkişaflarının üçüncü tərəf prosessorları və nüvələrindən əhəmiyyətli dərəcədə pis olduğunu ifadə etmir, lakin bazarda rəqabət son nəticədə yalnız smartfon alıcılarına xeyir verir. Deyə bilərik ki, ARM bəzi blanklar təklif edir, lisenziya almaqla istehsalçılar onları artıq özbaşına dəyişdirə bilərlər.
Nəticə
ARM arxitekturası mikroprosessorları aşağı enerji istehlakı və nisbətən böyük emal gücü sayəsində mobil cihaz bazarını uğurla fəth etdi. Əvvəllər, MIPS kimi digər RISC arxitekturaları ARM ilə rəqabət aparırdı, lakin indi onun yalnız bir ciddi rəqibi qalıb - x86 arxitekturasına malik Intel, yeri gəlmişkən, bazar payı uğrunda fəal mübarizə aparsa da, hələlik heç biri tərəfindən qəbul edilmir. istehlakçılar və ya əksər istehsalçılar tərəfindən ciddi şəkildə, xüsusən də əslində heç bir flaqman olmadıqda (Lenovo K900 artıq ARM prosessorlarında ən son səviyyəli smartfonlarla rəqabət apara bilməz).
Necə düşünürsünüz, kimsə ARM-ə təkan verə biləcəkmi və bu şirkətin taleyi və onun arxitekturası bundan sonra necə inkişaf edəcək?
Prosessor necedi. Niyə ARM gələcəkdir? Müasir elektronika istehlakçısını təəccübləndirmək çox çətindir. Artıq cibimizin qanuni olaraq smartfonla dolmasına, noutbukun çantada olmasına, “ağıllı” saatın əlindəki addımları itaətkarcasına saymasına, səs-küyün azaldılması sistemi aktiv olan qulaqcıqların qulaqlarımızı oxşamasına artıq öyrəşmişik.
Gülməli şeydir, amma biz bir deyil, iki, üç və ya daha çox kompüteri bir anda gəzdirməyə öyrəşmişik. Axı, prosessoru olan bir cihazı belə adlandırmaq olar. Və müəyyən bir cihazın necə görünməsinin əhəmiyyəti yoxdur. Miniatür çip təlatümlü və sürətli inkişaf yolunu qət edərək işinə cavabdehdir.
Prosessorlar mövzusunu niyə gündəmə gətirdik? Hər şey sadədir. Son on ildə mobil cihazlar dünyasında əsl inqilab baş verdi.
Bu cihazlar arasında cəmi 10 il fərq var. Lakin Nokia N95 o zaman bizə kosmik cihaz kimi görünürdü və bu gün biz ARKit-ə müəyyən inamsızlıqla baxırıq.
Lakin hər şey başqa cür də ola bilərdi və darmadağın edilmiş Pentium IV adi alıcının ən böyük arzusu olaraq qalacaqdı.
Biz mürəkkəb texniki terminlər olmadan etməyə və prosessorun necə işlədiyini izah etməyə və hansı arxitekturanın gələcək olduğunu öyrənməyə çalışdıq.
1. Hər şey necə başladı
İlk prosessorlar kompüterinizin sistem blokunun qapağını açdığınız zaman gördüyünüzdən tamamilə fərqli idi.
XX əsrin 40-cı illərində mikrosxemlərin əvəzinə vakuum boruları ilə tamamlanan elektromexaniki rölelər istifadə edildi. Lampalar bir diod rolunu oynadı, vəziyyəti dövrədə gərginliyi azaltmaq və ya artırmaqla tənzimlənə bilərdi. Quruluşlar belə görünürdü:
Bir nəhəng kompüterin işləməsi üçün yüzlərlə, bəzən minlərlə prosessor lazım idi. Lakin, eyni zamanda, belə bir kompüterdə standart Windows və macOS dəstindən NotePad və ya TestEdit kimi sadə redaktoru belə işlədə bilməyəcəksiniz. Kompüter sadəcə kifayət qədər gücə malik olmayacaqdı.
2. Tranzistorların yaranması
İlk sahə effektli tranzistorlar 1928-ci ildə ortaya çıxdı. Lakin dünya yalnız 1947-ci ildə kəşf edilən bipolyar tranzistorlar meydana çıxdıqdan sonra dəyişdi.
1940-cı illərin sonunda eksperimental fizik Walter Brattain və nəzəriyyəçi Con Bardin ilk nöqtəli tranzistoru inkişaf etdirdilər. 1950-ci ildə ilk keçid tranzistoru ilə əvəz olundu və 1954-cü ildə məşhur istehsalçı Texas Instruments silikon tranzistorunu elan etdi.
Lakin əsl inqilab 1959-cu ildə, alim Jean Henri monolit inteqral sxemlər üçün əsas olan ilk silisium planar (düz) tranzistoru hazırladığı zaman baş verdi.
Bəli, bu, bir az mürəkkəbdir, ona görə də gəlin bir az daha dərindən qazaq və nəzəri hissə ilə məşğul olaq.
3. Tranzistor necə işləyir
Beləliklə, tranzistor kimi bir elektrik komponentinin vəzifəsi cərəyanı idarə etməkdir. Sadəcə olaraq, bu kiçik çətin açar elektrik axınına nəzarət edir.
Bir tranzistorun şərti keçiddən əsas üstünlüyü ondan ibarətdir ki, bir insanın mövcudluğunu tələb etmir. Bunlar. belə bir element cərəyanı müstəqil şəkildə idarə etməyə qadirdir. Bundan əlavə, o, elektrik dövrəsini özünüz açıb-söndürdüyünüzdən çox daha sürətli işləyir.
Kompüterin vəzifəsi elektrik cərəyanını rəqəmlər şəklində göstərməkdir.
Əgər əvvəllər vəziyyətlərin dəyişdirilməsi vəzifəsi yöndəmsiz, həcmli və səmərəsiz elektrik röleləri tərəfindən yerinə yetirilirdisə, indi tranzistor bu adi işi öz üzərinə götürdü.
60-cı illərin əvvəllərindən tranzistorlar silikondan hazırlanmağa başladı ki, bu da prosessorları daha yığcam etməyə deyil, həm də onların etibarlılığını əhəmiyyətli dərəcədə artırmağa imkan verdi.
Ancaq əvvəlcə diodla məşğul olaq
Silisium (digər tərəfdən, dövri cədvəldə Si - "silisium") yarımkeçiricilər kateqoriyasına aiddir, yəni bir tərəfdən cərəyanı dielektrikdən daha yaxşı ötürür, digər tərəfdən metaldan daha pis edir.
İstəsək də, istəməsək də, prosessorların işini və sonrakı inkişaf tarixini başa düşmək üçün bir silikon atomunun quruluşuna qərq olmalıyıq. Qorxma, gəlin bunu qısa və çox aydın edək.
Tranzistorun vəzifəsi əlavə güc mənbəyinə görə zəif bir siqnalı gücləndirməkdir.
Silikon atomunun dörd elektronu var, bunun sayəsində o, eyni yaxın üç atomla bağlar (və daha dəqiq desək, kovalent bağlar) əmələ gətirir və kristal qəfəs əmələ gətirir. Elektronların çoxu əlaqədə olsa da, onların kiçik bir hissəsi kristal qəfəsdən keçə bilir. Məhz elektronların bu qismən ötürülməsinə görə silikon yarımkeçirici kimi təsnif edildi.
Lakin elektronların belə zəif hərəkəti tranzistorun praktikada istifadəsinə imkan verməzdi, ona görə də alimlər dopinqlə, daha sadə desək, elektronların xarakterik düzülüşü ilə silikon kristal qəfəsə atomlar əlavə etməklə tranzistorların məhsuldarlığını artırmaq qərarına gəldilər.
Beləliklə, 5 valentli fosfor çirkindən istifadə etməyə başladılar, bunun sayəsində n tipli tranzistorlar əldə edildi. Əlavə bir elektronun olması onların hərəkətini sürətləndirməyə, cərəyan axını artırmağa imkan verdi.
P-tipli tranzistorları dopinq edərkən, üç elektrondan ibarət bor belə bir katalizator oldu. Bir elektronun olmaması səbəbindən kristal qəfəsdə dəliklər yaranır (onlar müsbət yük rolunu oynayırlar), lakin elektronların bu dəlikləri doldura bilməsi səbəbindən silisiumun keçiriciliyi əhəmiyyətli dərəcədə artır.
Tutaq ki, bir silikon vafli götürdük və onun bir hissəsini p tipli çirklə, digərini isə n tipli çirkləndirdik. Beləliklə, bir diod aldıq - tranzistorun əsas elementi.
İndi n-hissəsində yerləşən elektronlar p-hissəsində yerləşən dəliklərə getməyə meylli olacaqlar. Bu halda n tərəfi bir qədər mənfi yükə, p tərəfi isə müsbət yükə malik olacaq. Bu “cazibə qüvvəsi” nəticəsində yaranan elektrik sahəsi – maneə elektronların sonrakı hərəkətinin qarşısını alacaq.
Enerji mənbəyini dioda elə bir şəkildə qoşarsanız ki, “-” lövhənin p tərəfinə, “+” isə n tərəfinə toxunsun, cərəyan axını mümkün olmayacaq. enerji mənbəyinin mənfi kontaktına, elektronlar isə müsbətə çəkiləcək və birləşmiş təbəqənin genişlənməsi səbəbindən p və n elektronları arasındakı əlaqə itəcəkdir.
Ancaq enerji təchizatını kifayət qədər gərginliklə əksinə bağlasanız, yəni. Mənbədən p tərəfinə "+" və n tərəfinə "-" işarəsi ilə n tərəfində yerləşdirilmiş elektronlar mənfi qütb tərəfindən itələnəcək və p- tərəfində dəliklər tutaraq p tərəfinə itələnəcək. bölgə.
Amma indi elektronlar enerji mənbəyinin müsbət qütbünə çəkilir və onlar p-deşikləri vasitəsilə hərəkət etməyə davam edirlər. Bu fenomen diodun irəli əyilməsi adlanır.
diod + diod = tranzistor
Özlüyündə tranzistor bir-birinə bağlanmış iki diod kimi düşünülə bilər. Bu halda, p-bölgəsi (deşiklərin yerləşdiyi yer) onlar üçün ümumi olur və "baza" adlanır.
N-P-N tranzistorunun əlavə elektronları olan iki n-regionu var - onlar həm də "emitter" və "kollektor" və deşikləri olan bir zəif bölgədir - "əsas" adlanan p-bölgəsi.
Əgər enerji təchizatını (gəlin onu V1 adlandıraq) tranzistorun n-regionlarına (qütbdən asılı olmayaraq) qoşarsanız, bir diod əks istiqamətli olacaq və tranzistor söndürülmüş vəziyyətdə olacaq.
Ancaq başqa bir enerji mənbəyini (gəlin onu V2 adlandıraq) birləşdirən kimi "+" kontaktını "mərkəzi" p-regionuna (baza) və "-" kontaktını n-regionuna (emitter) təyin edirik. elektronların bir hissəsi yenidən əmələ gələn zəncirdən (V2) keçəcək və hissə müsbət n-bölgəsi tərəfindən cəlb olunacaq. Nəticədə elektronlar kollektor bölgəsinə axacaq və zəif elektrik cərəyanı güclənəcək.
Nəfəs al!
4. Beləliklə, kompüter əslində necə işləyir?
Və indi ən vacib şey.
Tətbiq olunan gərginlikdən asılı olaraq tranzistor açıq və ya qapalı ola bilər. Gərginlik potensial maneəni dəf etmək üçün kifayət deyilsə (p və n plitələrinin qovşağında eyni) - tranzistor qapalı vəziyyətdə olacaq - "söndürülmüş" vəziyyətdə və ya ikili sistemin dilində " 0”.
Kifayət qədər gərginliklə tranzistor açılır və biz ikilikdə "on" və ya "1" dəyərini alırıq.
0 və ya 1 olan bu vəziyyət kompüter sənayesində "bit" adlanır.
Bunlar. biz bəşəriyyət üçün kompüterlərə yol açan keçidin əsas xüsusiyyətini əldə edirik!
İlk elektron rəqəmsal kompüter ENIAC-da və ya daha sadə desək, ilk kompüterdə 18 minə yaxın triod lampadan istifadə edilmişdir. Kompüterin ölçüsü tennis kortu ilə müqayisə edilə bilər, çəkisi isə 30 ton idi.
Prosessorun necə işlədiyini başa düşmək üçün anlamaq üçün daha iki əsas məqam var.
An 1. Beləliklə, biz bitin nə olduğuna qərar verdik. Lakin onun köməyi ilə biz bir şeyin yalnız iki xüsusiyyətini əldə edə bilərik: ya “bəli”, ya da “yox”. Kompüterin bizi daha yaxşı başa düşməyi öyrənməsi üçün onlar bayt adlandırdıqları 8 bit (0 və ya 1) birləşməsini tapdılar.
Baytdan istifadə edərək, siz sıfırdan 255-ə qədər rəqəmi kodlaya bilərsiniz. Bu 255 ədəddən - sıfırların və birlərin birləşməsindən istifadə edərək istənilən şeyi kodlaya bilərsiniz.
Moment 2. Rəqəmlərin və hərflərin heç bir məntiqsiz olması bizə heç nə verməzdi. Məhz buna görə də məntiqi operatorlar anlayışı meydana çıxdı.
Yalnız iki tranzistoru müəyyən bir şəkildə birləşdirərək, eyni anda bir neçə məntiqi hərəkətə nail ola bilərsiniz: "və", "və ya". Hər bir tranzistorda gərginliyin miqdarının və onların əlaqə növünün birləşməsi sıfır və birlərin müxtəlif birləşmələrini əldə etməyə imkan verir.
Proqramçıların səyləri ilə sıfırların və birlərin dəyərləri, ikili sistem ondalığa çevrilməyə başladı ki, kompüterin tam olaraq "dediyini" başa düşək. Əmrləri daxil etmək üçün isə klaviaturadan hərflərin daxil edilməsi kimi adi hərəkətlərimiz ikili əmrlər zənciri kimi təqdim olunur.
Sadəcə olaraq, təsəvvür edin ki, hər bir hərf 0 və 1-in birləşməsinə uyğun gələn yazışma cədvəli, deyək ki, ASCII var. Siz klaviaturada düyməni basdınız və həmin anda prosessorda proqram sayəsində tranzistorlar belə dəyişdirildi ki, aşağıdakılar ekranda açarda ən çox yazılmış hərf göründü.
5. Və tranzistor yarışı başladı
İngilis radio mühəndisi Geoffrey Dahmer 1952-ci ildə monolit yarımkeçirici kristalda ən sadə elektron komponentləri yerləşdirməyi təklif etdikdən sonra kompüter sənayesi irəliyə doğru sıçrayış etdi.
Dahmerin təklif etdiyi inteqral sxemlərdən mühəndislər tez bir zamanda tranzistorlara əsaslanan mikroçiplərə keçdilər. Öz növbəsində, bu çiplərdən bir neçəsi artıq prosessorun özünü formalaşdırıb.
Əlbəttə ki, bu cür prosessorların ölçüləri müasir olanlara çox bənzəmir. Bundan əlavə, 1964-cü ilə qədər bütün prosessorlarda bir problem var idi. Onlar fərdi yanaşma tələb edirdilər - hər bir prosessor üçün öz proqramlaşdırma dili.
1964 IBM System/360. Universal Proqramlaşdırma Koduna uyğun kompüter. Bir prosessor modeli üçün təlimat dəsti digəri üçün istifadə edilə bilər.
70-ci illər. İlk mikroprosessorların görünüşü. Intel-dən tək çip prosessoru. Intel 4004 - 10 µm TPU, 2300 tranzistor, 740 kHz.
1973 Intel 4040 və Intel 8008. 3000 tranzistor, Intel 4040 üçün 740 kHz və Intel 8008 üçün 500 kHz tezlikdə 3500 tranzistor.
1974 Intel 8080. 6 µm TPU və 6000 tranzistor. Saat tezliyi təxminən 5000 kHz-dir. Altair-8800 kompüterində istifadə olunan bu prosessor idi. Intel 8080-in yerli nüsxəsi Kiyev Mikrocihazlar Elmi-Tədqiqat İnstitutu tərəfindən hazırlanmış KR580VM80A prosessorudur. 8 bit
1976 Intel 8080. 3 µm TPU və 6500 tranzistor. Saat tezliyi 6 MHz. 8 bit
1976 Zilog Z80. 3 mikron TPU və 8500 tranzistor. 8 MHz-ə qədər saat tezliyi. 8 bit
1978 Intel 8086. 3 µm TPU və 29.000 tranzistor. Saat tezliyi təxminən 25 MHz-dir. Bu gün də istifadə olunan x86 təlimat dəsti. 16 bit
1980 Intel 80186. 3 µm TPU və 134.000 tranzistor. Saat tezliyi - 25 MHz-ə qədər. 16 bit
1982 Intel 80286. 1.5 µm TPU və 134.000 tranzistor. Tezlik - 12,5 MHz-ə qədər. 16 bit
1982 Motorola 68000. 3 µm və 84.000 tranzistor. Bu prosessor Apple Lisa kompüterində istifadə edilmişdir.
1985 Intel 80386. 1,5 µm Tp və 275 000 tranzistor. Tezlik - 386SX versiyasında 33 MHz-ə qədər.
Görünür ki, siyahını qeyri-müəyyən müddətə davam etdirmək olar, lakin sonra Intel mühəndisləri ciddi problemlə üzləşdilər.
80-ci illərin sonlarında çıxdı. Hələ 60-cı illərin əvvəllərində Intel-in yaradıcılarından biri Qordon Mur “Mur qanunu” adlanan qanunu tərtib etmişdir. Bu belə səslənir:
Hər 24 aydan bir inteqral sxem çipindəki tranzistorların sayı iki dəfə artır.
Bu qanunu qanun adlandırmaq çətindir. Bunu empirik müşahidə adlandırmaq daha düzgün olardı. Texnologiyanın inkişaf tempini müqayisə edən Mur, oxşar tendensiyanın formalaşa biləcəyi qənaətinə gəldi.
Ancaq artıq dördüncü nəsil Intel i486 prosessorlarının inkişafı zamanı mühəndislər artıq performans tavanına çatdıqları və eyni ərazidə daha çox prosessor yerləşdirə bilməyəcəkləri faktı ilə üzləşdilər. O zaman texnologiya buna imkan vermirdi.
Həll olaraq, bir sıra əlavə elementlərdən istifadə edərək bir variant tapıldı:
ön yaddaş;
konveyer;
quraşdırılmış koprosessor;
çarpan.
Hesablama yükünün bir hissəsi bu dörd qovşağın çiyinlərinə düşdü. Nəticədə, keş yaddaşın görünüşü bir tərəfdən prosessorun dizaynını çətinləşdirir, digər tərəfdən isə o, xeyli güclənib.
Intel i486 prosessoru artıq 1,2 milyon tranzistordan ibarət idi və onun işləmə tezliyi maksimum 50 MHz-ə çatdı.
1995-ci ildə AMD inkişafa qoşuldu və o dövrdə 32 bitlik arxitekturada ən sürətli i486 uyğun Am5x86 prosessorunu buraxdı. O, artıq 350 nanometrlik texnoloji texnologiya əsasında istehsal edilib və quraşdırılmış prosessorların sayı 1,6 milyon ədədə çatıb. Saat tezliyi 133 MHz-ə yüksəldi.
Lakin çip istehsalçıları çipdə quraşdırılmış prosessorların sayını daha da artırmağa və artıq utopik CISC (Complex Instruction Set Computing) arxitekturasını inkişaf etdirməyə cəsarət etmədilər. Əvəzində amerikalı mühəndis Devid Patterson prosessorların işini optimallaşdırmağı təklif etdi, yalnız ən zəruri hesablama təlimatlarını buraxdı.
Beləliklə, prosessor istehsalçıları RISC (Reduced Instruction Set Computing) platformasına keçdilər, lakin bu da kifayət etmədi.
1991-ci ildə 100 MHz tezliyində işləyən 64 bitlik R4000 prosessoru buraxıldı. Üç ildən sonra R8000 prosessoru, iki ildən sonra isə 195 MHz-ə qədər saat tezliyi ilə R10000 peyda olur. Paralel olaraq, arxitektura xüsusiyyəti vurma və bölmə təlimatlarının olmaması olan SPARC prosessorları bazarı inkişaf etdi.
Çip istehsalçıları tranzistorların sayı üzərində mübarizə aparmaq əvəzinə öz işlərinin arxitekturasını yenidən düşünməyə başladılar. "Lazımsız" əmrlərin rədd edilməsi, təlimatların bir dövrədə yerinə yetirilməsi, ümumi dəyərli registrlərin və boru kəmərlərinin olması tranzistorların sayını təhrif etmədən prosessorların saat tezliyini və gücünü tez bir zamanda artırmağa imkan verdi.
1980-1995-ci illər arasında ortaya çıxan memarlıqlardan yalnız bir neçəsi:
Onlar RISC platformasına, bəzi hallarda isə CISC platformasının qismən, birgə istifadəsinə əsaslanırdı. Lakin texnologiyanın inkişafı bir daha çip istehsalçılarını prosessorlar yaratmağa davam etməyə məcbur etdi.
1999-cu ilin avqustunda AMD K7 Athlon bazara çıxdı, 250 nm proses texnologiyasından istifadə edərək və 22 milyon tranzistor daxil olmaqla istehsal edildi. Daha sonra bar 38 milyon prosessora qaldırıldı. Sonra 250 milyona qədər texnoloji prosessor artdı, saat tezliyi artdı. Ancaq fizikanın dediyi kimi, hər şeyin bir həddi var.
7. Tranzistor rəqabətinin sonu yaxınlaşır
2007-ci ildə Gordon Moore çox açıq bir bəyanat verdi:
Mur Qanunu tezliklə tətbiqini dayandıracaq. Qeyri-məhdud sayda prosessoru qeyri-müəyyən müddətə quraşdırmaq mümkün deyil. Bunun səbəbi maddənin atom təbiətidir.
İki aparıcı çip istehsalçısı AMD və Intel-in son bir neçə ildə prosessorun inkişaf tempini açıq şəkildə yavaşlatması çılpaq gözlə nəzərə çarpır. Texnoloji prosesin dəqiqliyi cəmi bir neçə nanometrə qədər artıb, lakin daha çox prosessor yerləşdirmək mümkün deyil.
Yarımkeçirici istehsalçıları 3DNand yaddaşı ilə paralel olaraq çoxqatlı tranzistorları işə salmaqla hədələsələr də, 30 il əvvəl divarlı x86 arxitekturasında ciddi rəqib peyda oldu.
8. "Normal" prosessorları nə gözləyir
Mur qanunu 2016-cı ildən etibarsızdır. Bu barədə rəsmi olaraq ən böyük prosessor istehsalçısı Intel elan edib. Hər iki ildən bir hesablama gücünü iki dəfə 100% artırmaq çip istehsalçıları üçün artıq mümkün deyil.
İndi prosessor istehsalçılarının bir neçə perspektivsiz variantları var.
Birinci seçim kvant kompüterləridir. Artıq məlumatı təmsil etmək üçün hissəciklərdən istifadə edən kompüter yaratmaq cəhdləri olub. Dünyada bir neçə oxşar kvant cihazı var, lakin onlar yalnız aşağı mürəkkəblik alqoritmlərinin öhdəsindən gələ bilirlər.
Bundan əlavə, yaxın onilliklərdə belə cihazların seriyalı buraxılmasından söhbət gedə bilməz. Bahalı, səmərəsiz və... yavaş!
Bəli, kvant kompüterləri müasir analoqlarından qat-qat az enerji istehlak edir, lakin tərtibatçılar və komponent istehsalçıları yeni texnologiyaya keçənə qədər onlar daha yavaş olacaq.
İkinci seçim tranzistor qatları olan prosessorlardır. Həm Intel, həm də AMD bu texnologiya haqqında ciddi düşünüblər. Bir tranzistor qatının əvəzinə bir neçəsini istifadə etməyi planlaşdırırlar. Göründüyü kimi, yaxın illərdə təkcə nüvələrin sayı və saat tezliyi deyil, həm də tranzistor təbəqələrinin sayı vacib olacaq prosessorlar görünə bilər.
Həll yaşamaq hüququna malikdir və beləliklə, monopolistlər istehlakçıya daha bir neçə onillik süd verə biləcəklər, lakin sonda texnologiya yenidən tavana çarpacaq.
Bu gün, ARM arxitekturasının sürətli inkişafını dərk edən Intel, Ice Lake çipləri ailəsi haqqında sakit bir açıqlama verdi. Prosessorlar 10 nanometrlik prosesdə istehsal olunacaq və smartfonlar, planşetlər və mobil qurğular üçün əsas olacaq. Amma 2019-cu ildə baş verəcək.
9. ARM gələcəkdir Deməli, x86 arxitekturası 1978-ci ildə yaranıb və CISC platforma tipinə aiddir. Bunlar. özlüyündə bütün hallar üçün göstərişlərin mövcudluğunu nəzərdə tutur. Çox yönlülük x86-nın əsas güclü nöqtəsidir.
Lakin, eyni zamanda, çox yönlülük bu prosessorlarla qəddar bir zarafat oynadı. x86 bir neçə əsas çatışmazlıqlara malikdir:
əmrlərin mürəkkəbliyi və onların açıq qarışıqlığı;
yüksək enerji istehlakı və istilik yayılması.
Yüksək performans üçün enerji səmərəliliyi ilə vidalaşmalı oldum. Üstəlik, hazırda iki şirkət x86 arxitekturası üzərində işləyir, bunu inhisarçılara etibarlı şəkildə aid etmək olar. Bunlar Intel və AMD-dir. Yalnız onlar x86 prosessorları istehsal edə bilirlər, bu isə o deməkdir ki, yalnız onlar texnologiyaların inkişafını idarə edir.
Eyni zamanda, bir neçə şirkət ARM-in (Arcon Risk Machine) hazırlanmasında iştirak edir. Hələ 1985-ci ildə tərtibatçılar arxitekturanın gələcək inkişafı üçün əsas kimi RISC platformasını seçdilər.
CISC-dən fərqli olaraq, RISC minimum tələb olunan təlimat sayına malik prosessorun dizaynını, lakin maksimum optimallaşdırmanı nəzərdə tutur. RISC prosessorları CISC-dən çox kiçikdir, daha çox enerji sərfiyyatı və sadədir.
Üstəlik, ARM əvvəlcə yalnız x86-ya rəqib olaraq yaradılmışdır. Tərtibatçılar x86-dan daha səmərəli arxitektura qurmaq vəzifəsini qoyublar.
40-cı illərdən bəri mühəndislər başa düşürlər ki, prioritet vəzifələrdən biri kompüterlərin və ilk növbədə prosessorların özlərinin ölçüsünü azaltmaq üzərində işləməkdir. Ancaq təxminən 80 il əvvəl, çətin ki, hər kəs tam hüquqlu bir kompüterin kibrit qutusundan kiçik olacağını təsəvvür edə bilməzdi.
Geekbench-in ən yüksək səviyyələrində gəzən skeptik istifadəçilər üçün sizə xatırlatmaq istəyirəm: mobil texnologiyada ilk növbədə ölçü vacibdir.
Stolun üstünə “ARM arxitekturasını parçalayan” güclü 18 nüvəli prosessoru olan konfet çubuğunu qoyun və iPhone-u onun yanına qoyun. Fərqi hiss edirsiniz?
11. Çıxış yerinə
Kompüterlərin 80 illik inkişaf tarixini bir materialda əhatə etmək mümkün deyil. Ancaq bu məqaləni oxuduqdan sonra hər hansı bir kompüterin əsas elementinin - prosessorun necə qurulduğunu və yaxın illərdə bazardan nə gözlədiyini başa düşə biləcəksiniz.
Əlbəttə ki, Intel və AMD tək çipdə tranzistorların sayını daha da artırmaq və çoxlaylı elementlər ideyasını təbliğ etmək üzərində işləyəcəklər.
Bəs sizin bir müştəri kimi belə gücə ehtiyacınız varmı?
Düşünmürəm ki, siz iPad Pro və ya flaqman iPhone X-in performansından narazısınız. Mətbəxinizdəki multivarkınızın performansından və ya 65 düymlük 4K-nın şəkil keyfiyyətindən narazı olduğunuzu düşünmürəm. televizor. Lakin bütün bu cihazlar ARM arxitekturasında prosessorlardan istifadə edir.
Windows artıq rəsmi olaraq ARM-ə maraqla baxdığını elan etdi. Şirkət bu arxitekturaya dəstəyi yenidən Windows 8.1-ə daxil etdi və hazırda aparıcı ARM çip istehsalçısı Qualcomm ilə tandem üzərində fəal şəkildə işləyir.
Google ARM-ə də baxmağı bacardı - Chrome OS əməliyyat sistemi bu arxitekturanı dəstəkləyir. Bu arxitekturaya da uyğun gələn bir neçə Linux paylamaları bir anda ortaya çıxdı. Və bu yalnız başlanğıcdır.
Və sadəcə bir anlıq enerjiyə qənaət edən ARM prosessorunu qrafen batareyası ilə birləşdirməyin nə qədər xoş olacağını təsəvvür etməyə çalışın. Məhz bu arxitektura gələcəyi diktə edə biləcək mobil erqonomik qadcetlər əldə etməyə imkan verəcək.
Kompüter dünyası sürətlə dəyişir. Stolüstü kompüterlər satış reytinqində birinci yeri noutbuklara itirib və onlar bazarı planşet və digər mobil cihazlara vermək üzrədir. 10 il əvvəl biz təmiz megahertz, real güc və performansı qiymətləndirirdik. İndi bazarı fəth etmək üçün prosessor təkcə sürətli deyil, həm də qənaətcil olmalıdır. Çoxları ARM-i 21-ci əsrin memarlığı hesab edir. Belədir?
Yeni - yaxşı unudulmuş köhnə
Jurnalistlər, ARM PR adamlarının ardınca, tez-tez bu arxitekturanı tamamilə yeni bir şey kimi təqdim edirlər, bu da boz saçlı x86-nı basdırmalıdır.
Əslində, ARM və x86, onların əsasında qurulur Intel prosessorları, Noutbuklarda və masaüstü kompüterlərdə quraşdırılmış AMD və VIA, praktiki olaraq eyni yaşdadır. İlk x86 çipi 1978-ci ildə buraxıldı. ARM layihəsi rəsmi olaraq 1983-cü ildə başlamışdır, lakin o, x86-nın yaradılması ilə demək olar ki, eyni vaxtda həyata keçirilən inkişaflara əsaslanırdı.
İlkin ARM-lər mütəxəssisləri incəlikləri ilə heyran etdi, lakin nisbətən aşağı performansları ilə yüksək sürət tələb edən və performansa əhəmiyyət verməyən bazarı fəth edə bilmədilər. ARM-in populyarlığının yüksəlməsi üçün müəyyən şərtlər olmalı idi.
Səksəninci və doxsanıncı illərin əvvəlində nisbətən ucuz yağları ilə güclü 6 litrlik mühərrikləri olan nəhəng yolsuzluq avtomobilləri tələb olunurdu. Elektriklə işləyən avtomobillərlə maraqlananlar az idi. Amma neftin bir barelinin qiyməti 100 dollardan bahalaşan indiki vaxtda qarınqulu mühərrikli iri avtomobillər ancaq varlılar üçündür, qalanları yanacaq sərfiyyatlı avtomobillərə keçməyə tələsir. Bənzər bir şey ARM ilə də baş verdi. Hərəkətlilik və səmərəlilik məsələsi ortaya çıxanda memarlığa böyük tələbat olduğu ortaya çıxdı.
"Risk" prosessoru
ARM RISC arxitekturasıdır. O, azaldılmış əmrlər dəstindən istifadə edir - RISC (azaldılmış təlimat dəsti kompüteri). Bu tip arxitektura yetmişinci illərin sonlarında, Intel öz x86-nı təqdim etdiyi vaxtda meydana çıxdı.
Mühəndislər müxtəlif kompilyatorlar və mikrokodlu prosessorlarla təcrübə apararkən müşahidə etdilər ki, bəzi hallarda sadə təlimatların ardıcıllığı tək mürəkkəb əməliyyatdan daha sürətli olur. Məhdud sadə təlimatlar dəsti ilə işləməyi əhatə edən, dekodlanması və icrası minimum vaxt aparan bir arxitektura yaratmaq qərara alındı.
RISC prosessorları üçün ilk layihələrdən biri 1981-ci ildə Berkeley Universitetinin bir qrup tələbə və müəllimi tərəfindən həyata keçirilmişdir. Məhz bu zaman Britaniya şirkəti Acorn zamanın çağırışı ilə üzləşdi. 6502 prosessoru əsasında Dumanlı Albionda çox məşhur olan BBC Micro təhsil kompüterləri istehsal etdi.Lakin tezliklə bu ev kompüterləri daha təkmil maşınlara uduzmağa başladı. Acorn bazarı itirmək riski ilə üzləşdi. RISC prosessorları üzərində tələbə işi ilə tanış olan şirkətin mühəndisləri öz çiplərinin yaradılmasının öhdəsindən gəlməyin olduqca sadə olacağına qərar verdilər. 1983-cü ildə Acorn RISC Machine layihəsi başladı, sonradan ARM-ə çevrildi. Üç il sonra ilk prosessor buraxıldı.
İlk ARM-lər
O, son dərəcə sadə idi. İlk ARM çipləri hətta çoxalma və bölmə təlimatlarından məhrum idi, bu da daha çox şey kimi görünürdü. sadə təlimatlar. Çiplərin başqa bir xüsusiyyəti yaddaşla işləmə prinsipləri idi: verilənlərlə bütün əməliyyatlar yalnız registrlərdə həyata keçirilə bilərdi. Eyni zamanda, prosessor registr pəncərəsi adlanan pəncərə ilə işləyirdi, yəni o, əsasən universal olan bütün mövcud registrlərin yalnız bir hissəsinə daxil ola bilirdi və onların işi prosessorun olduğu rejimdən asılı idi. Bu, ARM-in ilk versiyalarına önbelleği tərk etməyə imkan verdi.
Bundan əlavə, təlimat dəstlərini sadələşdirərək, memarlar bir sıra digər bloklar olmadan edə bildilər. Məsələn, ilk ARM-də ümumiyyətlə mikrokod, eləcə də üzən nöqtə vahidi FPU yox idi. İlk ARM-də tranzistorların ümumi sayı 30.000 idi.Oxşar x86-da bir neçə dəfə, hətta daha çox böyüklük sırası var idi. Əmrləri şərti olaraq yerinə yetirməklə əlavə enerji qənaəti əldə edilir. Yəni, reyestrdə müvafiq fakt olarsa, bu və ya digər əməliyyat həyata keçiriləcək. Bu, prosessora "həddindən artıq jestlərdən" qaçmağa kömək edir. Bütün göstərişlər ardıcıllıqla yerinə yetirilir. Nəticədə, ARM performansını itirdi, lakin əhəmiyyətli dərəcədə deyil, enerji istehlakında əhəmiyyətli dərəcədə qazandı.
Arxitekturanın qurulmasının əsas prinsipləri ilk ARM-lərdə olduğu kimi qalır: yalnız registrlərdə məlumatlarla işləmək, azaldılmış təlimatlar dəsti, minimum əlavə modullar. Bütün bunlar arxitekturaya nisbətən yüksək performansda aşağı enerji sərfiyyatını təmin edir.
Onu artırmaq üçün ARM ötən illər ərzində bir neçə əlavə təlimat dəsti təqdim etmişdir. Klassik ARM ilə yanaşı, Thumb, Thumb 2, Jazelle var. Sonuncu Java kodunun icrasını sürətləndirmək üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Korteks - ən inkişaf etmiş ARM
Cortex - mobil qurğular, quraşdırılmış sistemlər və mikrokontrollerlər üçün müasir arxitekturalar. Müvafiq olaraq, CPU-lar Cortex-A, quraşdırılmış - Cortex-R və mikrokontrollerlər - Cortex-M kimi təyin olunur. Onların hamısı ARMv7 arxitekturasına əsaslanır.
ARM xəttindəki ən qabaqcıl və güclü arxitektura Cortex-A15-dir. Onun əsasında əsasən iki və ya dörd nüvəli modellərin istehsal ediləcəyi güman edilir. Bütün əvvəlki ARM-lərin Cortex-A15 bloklarının sayı və keyfiyyəti baxımından x86-ya ən yaxındır.
Cortex-A15 multimedia məlumatlarının işlənməsini sürətləndirmək üçün nəzərdə tutulmuş FPU və bir sıra NEON SIMD təlimatları ilə təchiz edilmiş prosessor nüvələrinə əsaslanır. Nüvələr 13 mərhələli boru kəmərinə malikdir, onlar təlimatların sərbəst qaydada icrasını, ARM əsaslı virtualizasiyanı dəstəkləyir.
Cortex-A15 genişləndirilmiş yaddaş ünvanlama sistemini dəstəkləyir. ARM 32 bitlik arxitektura olaraq qalır, lakin şirkətin mühəndisləri 64 bitlik və ya digər genişləndirilmiş ünvanları 32 bitlik başa düşülən prosessora çevirməyi öyrəniblər. Texnologiya Uzun Fiziki Ünvan Genişləndirilməsi adlanır. Onun sayəsində Cortex-A15 nəzəri olaraq 1 TB-a qədər yaddaşa müraciət edə bilir.
Hər bir nüvə birinci səviyyəli keş ilə təchiz edilmişdir. Bundan əlavə, 4 MB-a qədər aşağı gecikmə ilə paylanmış L2 önbelleği var. Prosessor digər bloklar və periferiya qurğuları ilə əlaqə saxlamaq üçün istifadə oluna bilən 128 bitlik koherent avtobusla təchiz edilmişdir.
Cortex-A15-in əsasını təşkil edən nüvələr Cortex-A9-un təkamülüdür. Bənzər bir quruluşa malikdirlər.
Cortex-A9, Cortex-A15-dən fərqli olaraq, həm çox, həm də tək nüvəli versiyalarda istehsal edilə bilər. Maksimum tezlik 2,0 GHz-dir, Cortex-A15 2,5 GHz tezliyində işləyən çiplərin yaradılması imkanını təklif edir. Onun əsasında çiplər 40 nm və daha nazik istehsal proseslərindən istifadə edilməklə istehsal olunacaq. Cortex-A9 65 və 40 nm proses texnologiyalarında mövcuddur.
Cortex-A9, Cortex-A15 kimi, yüksək performanslı smartfon və planşetlərdə istifadə üçün nəzərdə tutulmuşdur, lakin daha ciddi proqramlar, məsələn, serverlər üçün çox sərtdir. Yalnız Cortex-A15 hardware virtualizasiyasına, genişləndirilmiş yaddaş ünvanına malikdir. Bundan əlavə, NEON Advanced SIMD təlimat dəsti və Cortex-A9-da FPU isteğe bağlı elementlərdir, Cortex-A15-də isə məcburidir.
Cortex-A8 gələcəkdə səhnədən tədricən yox olacaq, lakin hələlik bu tək nüvəli seçim büdcə smartfonlarında istifadə olunacaq. 600 MHz-dən 1 GHz-ə qədər tezlikləri olan aşağı qiymətli həll balanslaşdırılmış bir arxitekturadır. FPU-ya malikdir, SIMD NEON-un ilk versiyasını dəstəkləyir. Cortex-A8 tək istehsal prosesini nəzərdə tutur - 65 nm.
ARM əvvəlki nəsilləri
ARM11 prosessorları mobil bazarda olduqca geniş yayılmışdır. Onlar ARMv6 arxitekturasına və onun modifikasiyalarına əsaslanır. O, 8-9-mərhələli boru kəmərləri, Java kodunun işlənməsini sürətləndirən Jazelle dəstəyi, SIMD təlimatlarının axını, Thumb-2 ilə xarakterizə olunur.
XScale, ARM10E, ARM9E prosessorları ARMv5 arxitekturasına və onun modifikasiyalarına əsaslanır. Maksimum boru kəmərinin uzunluğu 6 mərhələdir, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. XScale çiplərində ikinci səviyyəli keş var. Prosessorlar 2000-ci illərin ortalarından etibarən smartfonlarda istifadə olunurdu və bu gün onları bəzi ucuz mobil telefonlarda tapmaq olar.
ARM9TDMI, ARM8, StrongARM 3-5 mərhələli boru kəmərinə malik ARMv4-ün nümayəndələridir, Thumb-ı dəstəkləyir. Məsələn, ARMv4 erkən klassik iPod-larda tapıldı.
ARM6 və ARM7 ARMv3-dür. Bu arxitekturada FPU bloku ilk dəfə peyda oldu, arxitekturanın ilk nümunələrində olduğu kimi 26 bit deyil, 32 bitlik yaddaş ünvanlanması həyata keçirildi. Formal olaraq, ARMv2 və ARMv1 32 bitlik çiplər idi, lakin əslində onlar yalnız 26 bitlik ünvan sahəsi ilə aktiv şəkildə işləyirdilər. Keş ilk dəfə ARMv2-də ortaya çıxdı.
Onların adı legiondur
Acorn əvvəlcə prosessor bazarında oyunçu olmaq niyyətində deyildi. ARM layihəsinin vəzifəsi kompüterlərin istehsalı üçün öz istehsalı olan bir çipin yaradılması idi - Acorn-da onun əsas işi hesab edilən fərdi kompüterin yaradılması idi.
Bir qrup tərtibatçıdan ARM Apple sayəsində şirkətə çevrildi. 1990-cı ildə Apple ilk Newton əl kompüteri üçün qənaətcil prosessor hazırlamaq üçün VLSI və Acorn ilə əməkdaşlıq etdi. Bu məqsədlər üçün daxili Acorn layihəsinin adını alan ayrıca bir şirkət yaradıldı - ARM.
Apple şirkətinin iştirakı ilə ingilis tərtibatçısının müasir çiplərinə ən yaxın olan ARM6 prosessoru yaradılmışdır. Eyni zamanda, DEC ARM6 arxitekturasını patentləşdirə bildi və StrongARM brendi altında çiplər istehsal etməyə başladı. Bir neçə il sonra texnologiya başqa bir patent mübahisəsinin bir hissəsi olaraq Intel-ə verildi. Mikroprosessor nəhəngi ARM əsasında öz analoqunu - XScale prosessorunu yaratmışdır. Ancaq əvvəlki onilliyin ortalarında Intel, yalnız x86-a diqqət yetirərək, bu "əsas olmayan aktivdən" xilas oldu. XScale artıq ARM lisenziyasına malik Marvell tərəfindən ələ keçirilib.
Dünyaya yeni çıxan ARM əvvəlcə prosessorların istehsalı ilə məşğul ola bilmədi. Onun rəhbərliyi pul qazanmağın başqa yolunu seçdi. ARM arxitekturası sadəlik və çeviklik ilə xarakterizə olunurdu. Əvvəlcə nüvə hətta bir önbellekten də məhrum idi, buna görə də sonradan FPU daxil olmaqla əlavə modullar, nəzarətçilər prosessora yaxından inteqrasiya edilmədi, lakin olduğu kimi bazaya asıldı.
Müvafiq olaraq, ARM texnoloji cəhətdən inkişaf etmiş şirkətlərə ehtiyacları üçün prosessorlar və ya mikrokontrollerlər yaratmağa imkan verən ağıllı bir dizaynerə sahib oldu. Bu, standart funksionallığı genişləndirə bilən sözdə koprosessorların köməyi ilə həyata keçirilir. Ümumilikdə, arxitektura 16-ya qədər (0-dan 15-ə qədər nömrələnmiş) soprosessoru dəstəkləyir, lakin 15 nömrə keş və yaddaşın idarə edilməsi funksiyalarını yerinə yetirən soprosessor üçün qorunur.
Periferik qurğular registrlərini prosessorun və ya köməkçi prosessorun yaddaş sahəsinə uyğunlaşdırmaqla ARM çipinə qoşulur. Məsələn, bir görüntü emal çipi nisbətən sadə ARM7TDMI əsaslı nüvədən və HDTV-nin deşifrəsini təmin edən koprosessordan ibarət ola bilər.
ARM öz arxitekturasını lisenziyalaşdırmağa başlayıb. Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, eyni zamanda Samsung, Nokia, Nintendo və ya Canon kimi tamamilə qeyri-əsas şirkətlər də daxil olmaqla, digər şirkətlər silikonun tətbiqində artıq iştirak ediblər.
Öz fabriklərinin olmaması, eləcə də təsirli qonorar, ARM-ə arxitekturanın yeni versiyalarını hazırlamaqda daha çevik olmağa imkan verdi. Şirkət onları isti tortlar kimi bişirdi, yeni nişlərə girdi. Smartfon və planşetlərə əlavə olaraq, arxitektura GPS naviqatorları, rəqəmsal kameralar və videokameralar kimi ixtisaslaşmış prosessorlarda istifadə olunur. Onun əsasında sənaye nəzarətçiləri və quraşdırılmış sistemlər üçün digər çiplər yaradılır.
ARM lisenziya sistemi mikroelektronikanın əsl hipermarketidir. Şirkət təkcə yeni deyil, həm də köhnəlmiş arxitekturalara lisenziya verir. Sonuncu, aşağı qiymətli cihazlar üçün mikrokontrollerlər və ya çiplər yaratmaq üçün istifadə edilə bilər. Təbii ki, qonorarın səviyyəsi istehsalçını maraqlandıran memarlıq variantının yenilik və mürəkkəblik dərəcəsindən asılıdır. Ənənəvi olaraq, ARM-in prosessorları hazırladığı texniki proseslər x86 üçün uyğun hesab edilənlərdən 1-2 addım geri qalır. Arxitekturanın yüksək enerji səmərəliliyi onu yeni texniki standartlara keçiddən daha az asılı edir. Intel və AMD fiziki ölçüləri və enerji istehlakını qoruyarkən saat sürətlərini və nüvələrin sayını artırmaq üçün daha incə çiplər hazırlamağa çalışırlar. ARM yerli olaraq daha aşağı güc tələblərinə malikdir və həmçinin hər vatt üçün daha çox performans təmin edir.
NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell prosessorlarının xüsusiyyətləri
ARM-ni sağa və sola lisenziyalaşdırmaqla, tərtibatçılar tərəfdaşların səlahiyyətləri hesabına öz arxitekturasının mövqeyini gücləndirdilər. NVIDIA Tegra bu işdə klassik nümunə sayıla bilər. Çip üzərində sistemlərin bu xətti ARM arxitekturasına əsaslanır, lakin NVIDIA-nın artıq üçölçülü qrafika və sistem məntiqi sahəsində özünün çox ciddi inkişafı var.
ARM arxitekturanı yenidən dizayn etmək üçün lisenziya verənlərə geniş səlahiyyətlər verir. Müvafiq olaraq, NVIDIA mühəndisləri ARM (CPU hesablama) və öz məhsullarını Tegra-da birləşdirə bildilər - üçölçülü qrafika ilə işləmək və s. Nəticədə, Tegra öz sinfində ən yüksək 3D performansına malikdir. Onlar Samsung və Texas Instruments tərəfindən istifadə edilən PowerVR-dan 25-30%, Qualcomm-un Adreno-dan isə demək olar ki, iki dəfə sürətlidir.
ARM arxitekturasına əsaslanan digər prosessor istehsalçıları daha yüksək tezliklərə və performansa nail olmaq üçün müəyyən əlavə blokları gücləndirir, çipləri təkmilləşdirirlər.
Məsələn, Qualcomm ARM istinad dizaynından istifadə etmir. Şirkətin mühəndisləri onu ciddi şəkildə yenidən dizayn etdilər və onu Scorpio adlandırdılar - Snapdragon çiplərinin əsasını məhz o təşkil edir. Standart IP ARM ilə təmin ediləndən daha incə texniki prosesləri mənimsəmək üçün dizayn qismən yenidən işlənib. Nəticədə, ilk Snapdragons 45 nm standartlarında istehsal edildi, bu da onları daha yüksək tezliklərlə təmin etdi. Elan edilmiş 2,5 GHz tezlikli bu prosessorların yeni nəsli hətta ARM Cortex-A9 əsasında analoqlar arasında ən sürətli ola bilər. Qualcomm həmçinin AMD-dən alınmış dizaynlara əsaslanan öz Adreno qrafik nüvəsindən istifadə edir. Beləliklə, bir növ, Snapdragon və Tegra genetik səviyyədə düşməndir.
Samsung Hummingbird-i yaradan zaman həm də arxitekturanın optimallaşdırılması yolunu tutdu. Koreyalılar Intrinsity ilə birlikdə məntiqi dəyişdilər ki, bu da bəzi əməliyyatları yerinə yetirmək üçün lazım olan təlimatların sayını azaltdı. Beləliklə, məhsuldarlığın 5-10% -ni qazanmaq mümkün idi. Bundan əlavə, dinamik ikinci səviyyəli keş və ARM NEON multimedia genişləndirilməsi əlavə edildi. Koreyalılar PowerVR SGX540-dan qrafik modul kimi istifadə edirdilər.
ARM Cortex-A arxitekturasına əsaslanan yeni OMAP seriyasındakı Texas Instruments, təsvirin işlənməsini sürətləndirməyə cavabdeh olan xüsusi IVA modulunu əlavə etdi. Bu, sensorun daxili kamerasından gələn məlumatları tez bir zamanda emal etməyə imkan verir. Bundan əlavə, o, ISP-yə qoşulur və videonun sürətləndirilməsinə kömək edir. OMAP həmçinin PowerVR qrafiklərindən istifadə edir.
Apple A4-ün böyük 512 KB keş, PowerVR qrafikası var və ARM nüvəsinin özü Samsung tərəfindən yenidən işlənmiş arxitektura variantına əsaslanır.
2011-ci ilin əvvəlində iPad 2-də debüt edən iki nüvəli Apple A5, keçən dəfə Samsung tərəfindən optimallaşdırıldığı kimi, ARM Cortex-A9 arxitekturasına əsaslanır. A4 ilə müqayisədə yeni çip iki dəfə L2 keş yaddaşına malikdir - o, 1 MB-a qədər artırılıb. Prosessor iki kanallı RAM nəzarətçisinə malikdir və təkmilləşdirilmiş video bloka malikdir. Nəticədə onun bəzi tapşırıqlarda performansı Apple A4-dən iki dəfə çoxdur.
Marvell öz Sheeva arxitekturasına əsaslanan çipləri təklif edir, daha yaxından araşdırıldıqda, bir vaxtlar Intel və ARM-dən alınmış XScale hibridinə çevrilir. Bu çiplər analoqları ilə müqayisədə böyük yaddaş yaddaşına malikdir və xüsusi multimedia modulu ilə təchiz olunub.
Hazırda ARM lisenziya sahibləri yalnız ARM Cortex-A9 arxitekturasına əsaslanan çiplər istehsal edirlər. Eyni zamanda, dördnüvəli variantlar yaratmağa imkan versə də, NVIDIA, Apple, Texas Instruments və başqaları hələ də bir və ya iki nüvəli modellərlə məhdudlaşır. Bundan əlavə, çiplər 1,5 GHz-ə qədər tezliklərdə işləyir. Cortex-A9 sizə iki GHz prosessorlar hazırlamağa imkan verir, lakin yenə də istehsalçılar tezlikləri sürətlə artırmağa çalışmırlar - hələlik bazarda 1,5 GHz-də kifayət qədər iki nüvəli prosessorlar olacaq.
Cortex-A15-ə əsaslanan prosessorlar həqiqətən çox nüvəli olmalıdır, lakin elan edilərsə, kağız üzərində. Onların silikonda görünməsi gələn il gözlənilməlidir.
Cari Cortex-A9 əsaslı ARM lisenziyalı prosessorları:
x86 - əsas rəqib
x86 CISC arxitekturasının nümayəndəsidir. Onlar əmrlərin tam dəstindən istifadə edirlər. Bu vəziyyətdə bir təlimat bir neçə aşağı səviyyəli əməliyyatı yerinə yetirir. Proqram kodu, ARM-dən fərqli olaraq, daha yığcamdır, lakin o qədər sürətli işləmir və daha çox resurs tələb edir. Bundan əlavə, lap əvvəldən x86-lar bütün lazımi bloklarla təchiz edilmişdi ki, bu da onların həm çox yönlülüyünü, həm də acgözlüyünü təklif edirdi. Əmrlərin qeyd-şərtsiz, paralel icrasına əlavə enerji sərf olundu. Bu, sürət üstünlüyünə nail olmağa imkan verir, lakin bəzi əməliyyatlar əvvəlki şərtləri təmin etmədiyi üçün boşdur.
Bunlar klassik x86 idi, lakin 80486-dan başlayaraq, Intel faktiki olaraq CISC təlimatlarını yerinə yetirən daxili RISC nüvəsi yaratdı, əvvəllər daha sadə təlimatlara parçalandı. Müasir Intel və AMD prosessorları eyni dizayna malikdir.
Windows 8 və ARM
ARM və x86 bu gün 30 ildən az bir müddət əvvəl fərqlənir, lakin hələ də onları prosessor bazarının müxtəlif yuvalarına ayıran fərqli prinsiplərə əsaslanır. Əgər kompüterin özü dəyişməsəydi, arxitekturalar heç vaxt keçə bilməzdi.
Mobillik və səmərəlilik ön plana çıxdı, smartfon və planşetlərə daha çox diqqət yetirildi. Apple mobil qurğular və onlara bağlı infrastrukturdan çox pul qazanır. Microsoft geridə qalmaq istəmir və ikinci ildir ki, planşet bazarında öz yerini tutmağa çalışır. Google olduqca yaxşı işləyir.
Masaüstü kompüter ilk növbədə iş alətinə çevrilir, məişət kompüterinin yeri planşetlər və xüsusi qurğular tərəfindən işğal edilir. Bu şərtlər altında Microsoft misli görünməmiş bir addım atacaq. . Bunun nəyə gətirib çıxaracağı tam aydın deyil. Əməliyyat sisteminin iki versiyasını və ya hər iki arxitektura ilə işləyəcək birini alacağıq. Microsoft-un x86 dəstəyi ARM-i basdıracaq, ya yox?
Hələlik məlumat azdır. Microsoft CES 2011-də ARM əsaslı cihazda Windows 8-i nümayiş etdirdi. Stiv Balmer göstərdi ki, ARM platformasında siz Windows-dan videolara baxmaq, şəkillərlə işləmək, İnternetdən istifadə etmək olar - Internet Explorer hətta aparat sürətləndirilməsi ilə də işləyirdi - USB-ni birləşdirin. sənədləri çap etmək üçün cihazlar. Bu demoda ən vacibi Microsoft Office-in virtual maşın olmadan ARM üzərində işləməsi idi. Təqdimatda Qualcomm, Texas Instruments və NVIDIA prosessorlarına əsaslanan üç qadcet nümayiş etdirilib. Windows-un standart "yeddi" qabığı var idi, lakin Microsoft nümayəndələri yeni, yenidən işlənmiş sistem nüvəsini elan etdilər.
Bununla belə, Windows təkcə Microsoft mühəndisləri tərəfindən hazırlanmış bir əməliyyat sistemi deyil, həm də milyonlarla proqramdır. Bəzi proqram təminatı bir çox peşə sahibləri üçün vacibdir. Məsələn, Adobe CS paketi. Şirkət proqram təminatının ARM-Windows versiyasını dəstəkləyəcək, yoxsa yeni nüvə Photoshop və digər populyar proqramların NVIDIA Tegra və ya oxşar çipləri olan kompüterlərdə əlavə kod dəyişiklikləri olmadan işləməsinə imkan verəcəkmi?
Bundan əlavə, video kartları ilə bağlı bir sual var. İndi noutbuklar üçün video kartlar masaüstü qrafik çiplərinin enerji istehlakını optimallaşdırmaqla hazırlanır - onlar memarlıq baxımından eynidir. Eyni zamanda, indi video kart "kompüter daxilində kompüter" kimi bir şeydir - onun özünün ultra-sürətli operativ yaddaşı və özünəməxsus hesablama çipi var ki, bu da xüsusi tapşırıqlarda adi prosessorları əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir. Sözsüz ki, onlar üçün 3D qrafika ilə işləyən proqramların müvafiq optimallaşdırılması aparılıb. Bəli və müxtəlif video redaktə proqramları və qrafik redaktorlar (xüsusən, CS4 versiyasından Photoshop) və daha yaxınlarda brauzerlər də GPU aparat sürətləndirilməsindən istifadə edirlər.
Təbii ki, Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS və digər mobil sistemlərdə bazarda müxtəlif mobil (daha doğrusu, ultramobil) sürətləndiricilər üçün lazımi optimallaşdırma aparılıb. Bununla belə, onlar Windows-da dəstəklənmir. Sürücülər, əlbəttə ki, yazılacaq (və artıq yazılmışdır - Intel Atom Z500 seriyalı prosessorları "smartfon" qrafik nüvəsinin PowerVR SGX 535 inteqrasiya olunduğu çipsetlə təchiz edilmişdir), lakin onlar üçün proqramların optimallaşdırılması gec ola bilər, əgər ümumiyyətlə olur.
Aydındır ki, "iş masasında ARM" həqiqətən işə düşməyəcək. İnternetə daxil olacaq və filmlərə baxacaqları aşağı güc sistemləri istisna olmaqla. Ümumiyyətlə nettoplarda. Beləliklə, ARM sadəcə Intel Atom-un işğal etdiyi və AMD-nin Brazos platforması ilə aktiv şəkildə irəlilədiyi yerdən bir addım atmağa çalışır. Və onun bir hissəsi olduğu görünür. Hər iki prosessor şirkəti çox rəqabətli bir şeylə "çəkilmirsə".
Yerlərdə Intel Atom və ARM artıq rəqabət aparır. Onlar kiçik bir ofisə və ya mənzilə xidmət edə biləcək şəbəkə anbarları və aşağı güclü serverlər yaratmaq üçün istifadə olunur. Həmçinin sərfəli Intel çiplərinə əsaslanan bir neçə kommersiya klaster layihəsi var. ARM Cortex-A9-a əsaslanan yeni prosessorların xüsusiyyətləri onlardan infrastrukturu dəstəkləmək üçün istifadə etməyə imkan verir. Beləliklə, bir neçə ildən sonra biz kiçik lokal şəbəkələr üçün ARM serverləri və ya ARM-NAS əldə edə bilərik və aşağı gücə malik veb-serverlərin meydana çıxmasını istisna etmək olmaz.
İlk sparrinq
X86 tərəfdən ARM-in əsas rəqibi Intel Atomdur və indi . x86 və ARM-in müqayisəsi OpenSourceMark, miniBench və SiSoftware Sandra-nın həmmüəlliflərindən biri olan test paketlərini yaradan Van Smit tərəfindən aparılıb. Yarışda Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050 iştirak edib. X86 çiplərinin tezlikləri azaldı, lakin daha inkişaf etmiş yaddaş sayəsində yenə də üstünlüyə malik idilər.
Nəticələr çox maraqlı idi. ARM çipi tam ədəd əməliyyatlarında rəqibləri qədər sürətli olduğunu, eyni zamanda daha az enerji sərf etdiyini sübut etdi. Burada təəccüblü heç nə yoxdur. Əvvəlcə memarlıq həm kifayət qədər sürətli, həm də qənaətcil idi. Üzən nöqtə əməliyyatlarında ARM x86 itirdi. Intel və AMD çipləri üçün mövcud olan ənənəvi güclü FPU bloku buraya təsir etdi. Xatırladaq ki, o, ARM-də nisbətən yaxınlarda ortaya çıxdı. FPU-nun üzərinə düşən vəzifələr müasir istifadəçinin həyatında mühüm yer tutur - bunlar oyunlar, video və audio kodlaşdırma və digər axın əməliyyatlarıdır. Təbii ki, Van Smitin apardığı sınaqlar bu gün o qədər də aktual deyil. ARM, Cortex-A9 və xüsusilə Cortex-A15 versiyalarında arxitekturasının zəif tərəflərini əhəmiyyətli dərəcədə artırdı, məsələn, tapşırıqların icrasını paralelləşdirərək, göstərişləri qeyd-şərtsiz yerinə yetirə bilir.
ARM perspektivi
Beləliklə, hansı arxitekturadan istifadə etməlisiniz, ARM və ya x86? Hər ikisinə mərc etmək daha yaxşı olardı. Bu gün biz kompüter bazarının yenidən formatlaşdırılması şəraitində yaşayırıq. 2008-ci ildə netbuklar parlaq gələcək proqnozlaşdırırdılar. Ucuz kompakt noutbuklar, xüsusən də qlobal böhran fonunda əksər istifadəçilər üçün əsas kompüter olmalı idi. Ancaq sonra iqtisadi bərpa başladı və iPad gəldi. Planşetlər indi bazarın kralıdır. Bununla belə, planşet əyləncə konsolu kimi yaxşıdır, lakin ilk növbədə toxunma girişinə görə istifadə etmək çox rahat deyil - bu məqaləni iPad-də yazmaq çox çətin və uzun olardı. Planşetlər zamanın sınağına dözəcəkmi? Bəlkə bir neçə ildən sonra yeni bir oyuncaq tapacağıq.
Ancaq yenə də yüksək performans tələb olunmayan və istifadəçi fəaliyyətinin əsasən əyləncə ilə məhdudlaşdığı və işlə bağlı olmadığı mobil seqmentdə ARM x86-dan daha üstün görünür. Onlar məqbul performans səviyyəsini, həmçinin böyük batareya ömrünü təmin edirlər. Intel-in Atomu yada salmaq cəhdləri indiyədək uğursuz olub. ARM vatt başına performans üçün yeni bir bar təyin edir. Çox güman ki, ARM kompakt mobil qadcetlərdə uğur qazanacaq. Netbuk bazarında onlar da lider ola bilərlər, lakin burada hər şey prosessor tərtibatçılarından çox deyil, Microsoft və Google-dan asılıdır. Birincisi, Windows 8-də normal ARM dəstəyini tətbiq edərsə, ikincisi isə Chrome ƏS-ni xatırlayacaqdır. İndiyədək Qualcomm tərəfindən təklif olunan smartbooklar bazara çıxmayıb. x86-a əsaslanan netbuklar sağ qaldı.
ARM tərəfindən planlaşdırıldığı kimi, bu istiqamətdə bir irəliləyiş Cortex-A15 arxitekturası tərəfindən edilməlidir. Şirkət media pleyer, 3D TV və internet terminalını birləşdirəcək ev əyləncə sistemləri üçün onun əsasında 1,0-2,0 GHz tezliyə malik iki və dördnüvəli prosessorları tövsiyə edir. 1,5-2,5 GHz tezlikli dördnüvəli çiplər ev və veb serverlərin əsası ola bilər. Nəhayət, Cortex-A15 üçün ən iddialı istifadə nümunəsi simsiz infrastrukturdur. O, 1,5-2,5 GHz tezliyi olan dörd və ya daha çox nüvəli çiplərdən istifadə edə bilər.
Ancaq hələlik bunlar sadəcə planlardır. Cortex-A15 keçən ilin sentyabrında ARM-ə təqdim edildi. Cortex-A9 şirkət tərəfindən 2007-ci ilin oktyabrında nümayiş etdirildi, iki il sonra şirkət çiplərin tezliyini 2,0 GHz-ə qədər artırmaq imkanı olan A9 versiyasını təqdim etdi. Müqayisə üçün qeyd edək ki, NVIDIA Tegra 2 - Cortex-A9 əsasında ən populyar həllərdən biri - yalnız ötən ilin yanvarında buraxılıb. Yaxşı, ona əsaslanan ilk gadgets, istifadəçilər daha altı aydan sonra hiss edə bildilər.
İşləyən fərdi kompüterlər və yüksək performanslı həllər seqmenti x86 üçün qalacaq. Bu, arxitekturanın ölümü demək olmayacaq, lakin pul baxımından Intel və AMD ARM prosessorlarının istehsalçılarına gedəcək gəlirin bir hissəsinin itirilməsinə hazırlaşmalıdırlar.
