Архітектура ARM процесора

Матеріал з Фізмат Вікіпедії
Версія від 18:25, 13 грудня 2011, створена Tsynajko yo (обговореннявнесок)
(різн.) ← Попередня версія • Поточна версія (різн.) • Новіша версія → (різн.)
Перейти до: навігація, пошук

ARM архітектура процесора

План

Що таке ARM

Особливості архітектури ARM


Що таке ARM

Насамперед ARM - це успішна IT-компанія. ARM Ltd (скорочення від Advanced RISC Machines) - британська корпорація, один з найбільших розробників і ліцензіарів архітектури 32-розрядних RISC-процесорів (ARM), орієнтованих на використання в портативних пристроях. Що важливо, сама ARM не виробляє мікропроцесори, а тільки займається розробками та ліцензує власну технологію третім фірмам, таким як Atmel, Cirrus Logic, Intel, Marvell, NXP, Samsung, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, Broadcom, які, власне, і займаються промисловим виробництвом чипів. ARM стверджує, що загальний обсяг мікропроцесорів, вироблених за їх ліцензії, перевищує 2,5 мільярда штук. В даний час відомі кілька сімейств мікропроцесорів ARM - ARM7 (з тактовою частотою до 60-72 МГц, призначені, наприклад, для недорогих мобільних телефонів), ARM9 (з частотами порядку 200 МГц для просунутих телефонів і кишенькових комп'ютерів) і ARM9E. Новітніми родинами є Cortex і ARM11 з тактовою частотою до 1 Ггц і розширеними можливостями для цифрової обробки сигналів.

Популярне сімейство мікропроцесорів XScale фірми Marvell (до 27 червня 2007 року це був проект Intel), насправді є розширенням архітектури ARM9, доповненої набором інструкцій Wireless MMX, спеціально розроблених корпорацією Intel для підтримки мультимедійних додатків.

Архітектура ARM - 32-бітова мікропроцесорна архітектура з скороченим набором команд (RISC), що розробляється компанією ARM Limited. На сьогоднішній день сімейство ARM, за підрахунками, сягає 82% від усіх вбудовуваних 32-бітних RISC-процесорів, що робить його однією з найбільш широко поширених 32-бітних архітектур. Процесори ARM знайшли собі місце в безлічі електронних пристроїв - КПК, стільникових телефонах, медіаплеєрах, кишенькових ігрових пристроях, калькуляторах, комп'ютерної периферії, мережевому устаткуванні і т.д.

Історія появи компанії та архітектури ARM вельми показова. Колись існувала британська фірма Acorn Комп'ютери, яка в 1981 році випустила вдалий домашній ПК BBC Micro. Він проводився до 1994 року, але сьогодні незаслужено забутий. Але після успіху з випуском комп'ютерів BBC Micro, Acorn Комп'ютери вирішила замінити використовувався в BBC Micro процесор MOS Technology 6502 досконалішим. Колишній процесор був недостатньо потужним для роботи з графічним інтерфейсом. Але інші процесори, такі як Motorola 68000 і National Semiconductor 32016, також не підходили для цього завдання.

Тоді в Acorn всерйоз задумалися про створення свого власного процесора. Інженерів компанії зацікавив проект Berkeley RISC. На їхню думку, аспірантам каліфорнійського університету Берклі було цілком під силу створити новий 32-бітний процесор, який вирішив би проблеми Acorn. Два інженера Acorn - Стів Фарбер і Софі Уілсон - приступили до роботи. Програма емуляції процесора була написана на BBC Основні і могла виконуватися на BBC Micro з процесором 6502. Все працювало прекрасно, доводячи, що розробники на вірному шляху. Незабаром до проекту приєднався інший інженер компанії Acorn - Герман Хаузер. І тоді ця невелика група розробників приступила до втілення «в кремнії» архітектури, задуманої Софі Уілсон.

Перший ARM-процесор (ARM pасшіфpовивался як Advanced RISC Machine) був спpоектіpован і виготовлений Acorn Computer Group в сеpедине 1980-х. У 1990 Acorn комп'ютери разом з Apple Computer створили нову компанію під назву Advaced RISC Machines ТОВ


Особливості архітектури ARM

Для вбудованих додатків потрібно постійно зростаюча продуктивність, і розвиток архітектури ARM відбувалося під впливом ключових нових технологій, що забезпечують додаткову ефективність. Розробники компанії використовували весь спектр методів, що застосовуються в галузі комп'ютерних архітектур для використання паралелізму. Методи підвищення продуктивності, використовувані в ARM, включають змінне час виконання команд, паралелізм на рівні подслое, операції в стилі процесорів цифрової обробки сигналів (DSP), паралелізм рівня потоків, обробку виключних ситуацій та багатопроцесорний обробку. Історія еволюції архітектури ARM показує, що в різні періоди часу в процесорах використовувалися різні типи паралелізму. Кульмінацією цього процесу став мультипроцессор ARM11 MPCore. Варіант RISC-організації процесора ARM у багатьох відношеннях відрізняється від традиційного підходу, в якому висока продуктивність досягалася за рахунок відносно великого набору регістрів, зниження кількості класів інструкцій, архітектури «навантаження-магазин» і простого конвеєра. Частково це пов'язано з тим, що процесор ARM є вбудовуваним процесором, спеціально розробленим для розміщення всередині пристроїв категорії SoC.

Змінна час виконання деяких команд пояснюється тим, що для підвищення ефективності команди ARM можуть завантажувати і записувати в пам'ять кілька регістрів відразу. Так що час виконання цих команд залежить від заданого числа регістрів. Такі команди особливо корисні для збереження і відновлення контексту в пролозі і епілозі процедур. Це підвищує щільність коду, скорочує число обираних з пам'яті команд і скорочує енергоспоживання.

Операційні системи, які працюють на ARM: Linux, BSD, Plan 9, Inferno, OpenSolaris, FreeRTOS, Nucleus, Symbian OS, Windows CE, Android, QNX, Maemo, IPhone OS.