ARM architektūra: energiją taupantys procesoriai mobiliesiems įrenginiams

Sužinokite apie ARM architektūrą — energiją taupančius procesorius mobiliesiems: ilgesnė baterija, mažesnė šiluma ir našus 32/64 bitų veikimas moderniuose įrenginiuose.

ARM architektūra - tai kompiuterių procesorių architektūra, dažniausiai naudojama įterptosiose sistemose ir mobiliuosiuose įrenginiuose, pavyzdžiui, mobiliuosiuose telefonuose, planšetiniuose kompiuteriuose ir nešiojamuosiuose žaidimų pultuose, pavyzdžiui, "Game Boy Advance". ARM procesoriai naudoja labai mažai elektros energijos ir išskiria labai mažai šilumos. Dauguma ARM centrinių procesorių veikia naudodami akumuliatoriaus energiją ir jiems nereikia aušinimo ventiliatoriaus. ARM procesoriuose dažniausiai naudojama "Linux" operacinė sistema.

2013 m. ARM buvo populiariausia pasaulyje 32 bitų procesorių architektūra. Nuo to laiko gamyba išaugo iki milijonų per dieną. Nuo tada atsirado 64 bitų ARM, leidžianti adresuoti didesnę nei 3,8 GB atmintį ir naudojama daugumoje šiuolaikinių išmaniųjų telefonų.

Kas yra ARM ir kuo jis skiriasi

ARM (istorinis pavadinimas: Acorn RISC Machine, vėliau žinomas kaip Advanced RISC Machines) yra RISC tipo (angl. Reduced Instruction Set Computing) instrukcijų rinkinys ir architektūra. Pagrindiniai ARM pranašumai yra paprastesnės instrukcijos, mažesnis energijos suvartojimas ir galimybė efektyviai realizuoti didelį našumą satuojant mažesnį energijos kiekį. Svarbu suprasti, kad ARM yra instrukcijų rinkinys ir dizainas — konkrečius lustus kuria skirtingi gamintojai (pvz., Qualcomm, Apple, Samsung, MediaTek), kurie gali licencijuoti ARM technologiją arba kurti savo implementacijas.

Energijos taupymas ir šilumos valdymas

Energijos efektyvumas yra vienas iš pagrindinių ARM architektūros bruožų. ARM lustai dažnai naudoja pažangias technologijas:

• mažos galios režimai ir energijos valdymo blokai, leidžiantys užmigdyti atskirus branduolius;
• heterogeninė branduolių architektūra (pvz., big.LITTLE), kur sudėtingoms užduotims naudojami „galingesni“ branduoliai, o fone — taupesni;
• mažesnis plokštės darbas ir mažesnė įtampa, sumažinant šilumos generavimą.

ARM šeima ir paskirtys

ARM architektūra apima kelias pagrindines produktų linijas, kurios pritaikytos skirtingiems poreikiams:

• Cortex-A – skirtas programų procesoriams (išmaniesiems telefonams, planšetėms, kai kuriems nešiojamiems kompiuteriams);
• Cortex-R – skirta realaus laiko sistemoms (pvz., automobilių elektronikai, kietųjų diskų valdikliams);
• Cortex-M – optimizuota mažos galios mikrovaldikliams ir įterptoms sistemoms (Internet of Things, sensoriai, prietaisų valdikliai).

Instrukcijų rinkiniai ir evoliucija

ARM vystėsi per kelias versijas: senesnės 32 bitų kartos (pvz., ARMv7) buvo plačiai paplitusios mobiliajame sektoriuje. Vėlesnės kartos — 64 bitų ARM (pvz., ARMv8, ARMv9) — leido adresuoti didesnę atmintį ir pagerino našumą bei saugumą. Šiuolaikiniai išmanieji telefonai ir daug naujų taikomųjų sričių naudoja 64 bitų sprendimus.

Funkcijos ir saugumas

ARM lustai dažnai turi papildomas technologijas, kurios pagerina našumą ir saugumą:

• NEON – SIMD vienetas, skirtas daugiasriegiams ar multimedijų apskaičiavimams;
• TrustZone – aparatinio lygio saugumo zona, leidžianti atskirti patikimą ir nepatikimą kodą;
• integruoti kriptografiniai moduliai, aparatūros palaikymas virtualizacijai ir kitoms pažangioms funkcijoms.

Ekosistema ir operacinės sistemos

Nors ARM dažnai siejamas su Linux (ir daugeliu atvejų iš tiesų Linux yra dažna pasirinkimo galimybė), architektūra palaiko daugybę kitų operacinių sistemų: Android, iOS (Apple), kai kurias Windows versijas (Windows on ARM), realaus laiko operacines sistemas ir specializuotas platformas. Be to, plati programinės įrangos ekosistema ir kompiliatorių palaikymas palengvina vystymą.

Pritaikymo sritys

ARM procesoriai plačiai naudojami:

• išmaniuosiuose telefonuose ir planšetėse;
• įterptose sistemose ir IoT įrenginiuose;
• nešiojamuose žaidimų pultuose ir pramogų įrenginiuose;
• kai kuriose serverių ir duomenų centro platformose (ypač ten, kur svarbus energijos vartojimo efektyvumas);
• automobilių elektronikoje, gydymo prietaisuose ir pramonės valdymo sistemose.

Santrauka

ARM architektūra — tai energiją taupanti, plačiai pritaikoma RISC architektūra, kuri per pastaruosius dešimtmečius tapo dominuojančia mobiliuosiuose ir įterptuosiuose įrenginiuose. Dėl mažo energijos suvartojimo, įvairių produktų linijų ir plačios licencijavimo ekosistemos ARM procesoriai randa panaudojimą nuo paprastų sensorinių įrenginių iki pažangių išmaniųjų telefonų ir kitų sudėtingų sistemų.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra ARM architektūra?

K: Kodėl ARM procesoriai populiarūs mobiliuosiuose įrenginiuose?

K: Kokia operacinė sistema dažniausiai naudojama ARM procesoriuose?

K: Kada ARM buvo populiariausia pasaulyje 32 bitų procesorių architektūra?

K: Kiek ARM procesorių pagaminama kasdien?

K: Kas yra 64 bitų ARM?

K: Kur dažniausiai naudojama 64 bitų ARM?

Paieška pagal raidę