ARM işlemci Nedir

| Temmuz 28, 2019 Tarihinde güncellendi
ARM işlemci Nedir

ARM işlemci, Advanced RISC Machines (ARM) firması tarafından geliştirilen RISC (azaltılmış komut seti bilgisayarı) mimarisine dayanan bir CPU ailesindendir.

ARM, 32 bit ve 64 bit RISC çok çekirdekli işlemciler yapar . RISC işlemcileri , daha az sayıda bilgisayar talimatı gerçekleştirecek şekilde tasarlanmıştır, böylece saniyede milyonlarca komut gerçekleştirerek daha yüksek hızda çalışabilirler ( MIPS ). Gereksiz talimatları söküp ve yolları optimize ederek, RISC işlemcileri, CISC (karmaşık komut seti hesaplama) cihazlarının güç talebinin bir kısmında üstün performans sunar.

ARM işlemcileri akıllı telefonlar , tabletler , multimedya oynatıcılar gibi tüketici elektroniği cihazlarında ve giyilebilir cihazlar gibi diğer mobil cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Azaltılmış komut dizileri nedeniyle, daha az transistör gerektirir, bu da entegre devre için daha küçük bir kalıp boyutu sağlar. ARM işlemcinin küçük boyutu, azaltılmış karmaşıklık ve düşük güç tüketimi, bunları giderek minyatür hale getirilmiş cihazlar için uygun kılar.

ARM işlemci özellikleri şunları içerir:

Yük / depo mimarisi.
Ortogonal bir komut seti.
Çoğunlukla tek çevrim yürütme.
Gelişmiş güç tasarrufu tasarımı.
Ölçeklenebilir yüksek performans için 64 ve 32-bit yürütme durumları.
Donanım sanallaştırma desteği.

ARM işlemcilerin basitleştirilmiş tasarımı, geliştiriciler için daha verimli çok çekirdekli işlem ve kolay kodlama sağlar. X86 pazar lideri Intel ürünleri ile aynı ham hesaplama işlem hacmine sahip olmasalar da, ARM işlemciler bazen her iki mimaride var olan uygulamalar için Intel işlemcilerin performansını aştı.

Satıcılar arasında başa baş rekabet, ARM dizüstü bilgisayarlarda kullanım oranı oldukca artıyor. Örneğin Microsoft, Surface tabanlı bilgisayarların ARM tabanlı sürümlerini sunar. Windows RT’ye karşı x86 sürümlerinin daha temiz kod tabanı da kısmen sorumlu olabilir – Windows RT daha düzenli hale gelmiştir, çünkü bazı eski donanımları desteklemesi gerekmez.

ARM aynı zamanda, yöndeki büyük bir değişikliği ve ham hesaplama gücü üzerinden watt başına performansa ilişkin bahislerin korunmasını temsil eden bir hareket olan sunucu pazarına doğru ilerliyor. AMD, Opteron serisi işlemcileri için 8 çekirdekli ARM işlemcileri sunar. ARM sunucuları , sunucu tabanlı bilgi işlemde önemli bir kaymayı temsil ediyor. 12, 16, 24 veya daha fazla çekirdeğe sahip geleneksel x86 sınıfı bir sunucu, zorlu hesaplama iş yüklerini işlemek için kaba kuvvet hızı ve gücü kullanarak her işlemcinin hızını ve karmaşıklığını artırarak performansı artırır.

Buna karşılık, bir ARM sunucusu, yalnızca birkaç tane daha yüksek kapasiteli işlemci yerine işleme görevlerini bu büyük sayı arasında paylaşan belki de daha küçük, daha az karmaşık, düşük güçlü işlemciler kullanır. Bu yaklaşım, bazen x86 tabanlı sunucuların “ölçeklendirilmesi” nin aksine “ölçeklendirme” olarak adlandırılır.

ARM mimarisi ilk olarak 1980’lerde Acorn Computers tarafından geliştirilmiştir.

AMR İşlemci Gelişimi

ARM , önceden Advanced RISC Machine , “aslen Acorn RISC Machine” , çeşitli ortamlar için yapılandırılmış, bilgisayar işlemcileri için azaltılmış komut seti hesaplama (RISC) mimarileri ailesidir. “Arm Holdings” mimariyi geliştirir ve bu mimarilerden birini uygulayan kendi ürünlerini tasarlayan diğer şirketlere lisans verir . çip üzerindeki sistemler (SoC) ve bellek, arayüzler, radyolar içeren modüller üzerindeki sistemler (SoM), vb. Ayrıca bu talimat setini uygulayan damarları tasarlar ve bu tasarımları, bu ana tasarımları kendi ürünlerine dahil eden birkaç şirkete lisanslar.

Bir RISC mimarisine sahip olan işlemciler tipik olarak, maliyeti, güç tüketimini ve ısı dağıtımını artıran, karmaşık bir komut seti hesaplama (CISC) mimarisine (çoğu kişisel bilgisayarda bulunan x86 işlemciler gibi) sahip olanlara göre daha az transistör gerektirir. Bu özellikler, akıllı telefonlar , dizüstü bilgisayarlar ve tablet bilgisayarlar ve diğer gömülü sistemler dahil, hafif, taşınabilir, pille çalışan aygıtlar için tercih edilir. Büyük miktarlarda elektrik tüketen süper bilgisayarlar için, ARM güç tasarrufu sağlayan bir çözüm olabilir.

Arm Holdings periyodik olarak mimaride güncellemeler yayınlar. ARMv3’ten ARMv7’ye kadar olan mimari sürümler 32-bit adres alanını ( Acorn Archimedes’te kullanıldığı gibi Arm Holdings oluşturulmadan önce yapılan ARMv3 yongaları, 26-bit adres alanına sahipti) ve 32-bit aritmetiği desteklemektedir;

çoğu mimaride 32 bit sabit uzunlukta talimatlar bulunur. Thumb sürümü, geliştirilmiş kod yoğunluğu için hem 32 hem de 16 bit talimatlar sağlayan değişken uzunluklu bir komut setini destekler. Bazı eski çekirdekler ayrıca Java bayt kodlarının donanım yürütülmesini sağlayabilir. 2011’de piyasaya sürülen ARMv8-A mimarisi, yeni 32-bit sabit uzunlukta komut seti ile 64-bit adres alanı ve 64-bit aritmetik için destek ekledi.

2017 yılı itibariyle üretilen 100 milyardan fazla ARM işlemciyle , ARM en çok kullanılan komut seti mimarisi ve en büyük miktarda üretilen komut seti mimarisidir. Şu anda, yaygın olarak kullanılan Cortex çekirdeği , eski “klasik” çekirdekli ve özel Secur Core çekirdeği varyantları, bunların her birinin isteğe bağlı yetenekleri dahil etmesi veya hariç tutması için mevcut.

İngiliz bilgisayar üreticisi “Acorn Computers” ilk olarak 1980’lerde kişisel bilgisayarlarında kullanılmak üzere Acorn RISC Makine mimarisini (ARM) geliştirdi . İlk ARM tabanlı ürünleri, BBC Micro serisi bilgisayarlar için yardımcı işlemci modülleriydi. Başarılı BBC Micro bilgisayarından sonra, Acorn Computers, nispeten basit MOS Technology 6502 işlemcisinden, kısa bir süre sonra IBM PC’nin egemen olduğu gibi iş pazarlarına hitap etmek için 1981’de başlatıldığını düşündü. Acorn Business Computer (ABC) planı BBC Micro platformuyla çalışmak için birkaç ikinci işlemcinin yapılması gerekiyordu, ancak Motorola 68000 ve National Semiconductor (TI satın aldı) 32016 gibi işlemciler uygun görülmedi ve 6502 grafik tabanlı bir kullanıcı arayüzü için yeterince güçlü değildi.

Sophie Wilson’a göre, o sırada test edilen tüm işlemciler yaklaşık 4 Mbit / saniye bant genişliğiyle aynı performans gösterdi.

Mevcut tüm işlemcileri test ettikten ve eksik bulduktan sonra, Acorn yeni bir mimariye ihtiyaç duyduğuna karar verdi. Berkeley RISC projesinden kağıtlardan ilham alan Acorn, kendi işlemcisini tasarlamayı düşündü. 6502’nin tek kişilik bir şirket olan etkili bir şekilde güncellendiği Phoenix’teki Batı Tasarım Merkezi’ne yapılan bir ziyaret, Acorn mühendislerine Steve Furber ve Sophie Wilson’a büyük kaynaklara ve durumlarına ihtiyaç duymadıklarını gösterdi. sanat araştırma ve geliştirme tesisleri.

Wilson, 6502 saniyelik işlemcili bir BBC Micro’da çalışan BBC BASIC’de işlemcinin bir simülasyonunu yazarak komut setini geliştirdi. Bu, Acorn mühendislerini doğru yolda olduklarına ikna etti. Wilson, Acorn’un CEO’su Hermann Hauser’a yaklaştı ve daha fazla kaynak istedi. Hauser onayını verdi ve Wilson’ın modelini donanımda uygulamak için küçük bir ekip kurdu.

Acorn RISC Makinesi ARM2

Resmi Acorn RISC Makine projesi Ekim 1983’te başladı. VLSI Teknolojisini silikon ortağı olarak seçtiler, çünkü bir ROM kaynağı ve Acorn için özel cipslerdi. Wilson ve Furber tasarımı yönetti. 6502 ile benzer verimlilik ethosunu uyguladılar. 6502 gibi düşük gecikmeli giriş / çıkış (kesme) işlemlerinde kilit tasarım hedefi başarmaktı. 6502’nin bellek erişim mimarisi, geliştiricilerin maliyetli doğrudan bellek olmadan hızlı makineler üretmesine izin vermişti. erişim (DMA) donanımı.

İlk ARM silikon numunesi 26 Nisan 1985’te ilk kez alındığında ve test edildiğinde düzgün çalıştı.

İlk ARM uygulaması, destek yongalarının (VIDC, IOC, MEMC) geliştirilmesini bitirmek için simülasyon yazılımı geliştirilmesine yardımcı olan ve ARM2 geliştirmede kullanılan CAD yazılımını hızlandırdığı BBC Micro için ikinci bir işlemci olarak kullanıldı. Wilson daha sonra ARM meclis dilinde BBC BASIC’i yeniden yazdı. Komut setinin tasarlanmasından elde edilen derinlemesine bilgi, kodun çok yoğun olmasını sağladı ve ARM BBC BASIC’i herhangi bir ARM emülatörü için son derece iyi bir test haline getirdi. İlke olarak ARM tabanlı bir bilgisayarın orijinal amacı, Acorn Archimedes’in serbest bırakılmasıyla 1987’de başarıldı. [20] 1992 yılında, Acorn bir kez daha Kraliçenin ARM Teknoloji Ödülü’nü kazandı.

ARM2’de 32 bit veri yolu , 26 bit adres alanı ve 27 adet 32 ​​bit yazmaç bulunuyordu . Program sayacının kayıtlarından sekiz bit başka amaçlar için mevcuttu; ilk altı bit (26 bit adres alanı nedeniyle kullanılabilir) durum bayrağı olarak görev yaptı ve ayar modları için alt iki bit (program sayacı her zaman kelime hizalı olduğu için kullanılabilir) kullanıldı. Adres veriyolu ARM6’da 32 bite uzatıldı, ancak durum kodları için ayrılan bitler nedeniyle program kodunun 26 bitlik uyumluluk modunda ilk 64 MB bellek içinde kalması gerekiyordu. ARM2, Motorola’nın altı yaşındaki 68000 modelinin 40.000 civarında olan modeline kıyasla sadece 30.000 transistör sayısına sahipti. Bu sadeliğin büyük bir kısmı, mikrokodun olmamasından (68000’in yaklaşık dörtte birini temsil ediyor) ve herhangi bir önbellek içermemekten geldi. Bu basitlik, düşük güç tüketimi sağladı, ancak Intel 80286’dan daha iyi performans sağladı. Bir halef olan ARM3, performansı daha da arttıran 4KB’lik bir önbellekle üretildi.

1980’lerin sonunda, Apple Computer ve VLSI Technology , ARM çekirdeğinin yeni sürümlerinde Acorn ile çalışmaya başladı. 1990’da Acorn, tasarım ekibini, ilerideki RISC Machines Ltd. adlı yeni bir şirket haline getirdi, 1998’de. Yeni Apple-ARM çalışması sonunda 1992’nin başlarında piyasaya sürülen ARM6’ya dönüşecekti. Apple, ARM6 tabanlı ARM610’u Apple Newton PDA’larının temeli olarak kullandı.

ARM Erken lisanslar

1994’te Acorn, ARM610’u RiscPC bilgisayarlarında ana merkezi işlem birimi (CPU) olarak kullandı. DEC , ARMv4 mimarisini lisansladı ve 233 MHz’de StrongARM’ı üretti. , bu CPU sadece bir watt harcadı (daha yeni sürümler çok daha az çizim yapıyor). Bu çalışma daha sonra bir dava çözümünün bir parçası olarak Intel’e geçti ve Intel, i960’larını StrongARM ile destekleme fırsatı buldu. Intel daha sonra Marvell’e sattığı XScale adlı kendi yüksek performanslı uygulamasını geliştirdi. ARM çekirdeğinin transistör sayısı, bu değişiklikler boyunca esasen aynı kaldı; ARM2’nin 30.000 transistörü vardı, ARM6 ise sadece 35.000’e yükseldi.

2005 yılında, satılan tüm cep telefonlarının yaklaşık% 98’i en az bir ARM işlemci kullandı. 2010 yılında, ARM mimarisine dayanan çip üreticileri, akıllı telefonların % 95’ini, dijital televizyonların % 35’ini ve set üstü kutularını ve mobil bilgisayarların % 10’unu temsil eden 6.1 milyar ARM tabanlı işlemcinin gönderildiğini bildirdi. 2011 yılında, 32 bit ARM mimarisi mobil cihazlarda en yaygın kullanılan mimariydi ve gömülü sistemlerde en popüler 32 bit mimariydi. 2013 yılında 10 milyar insan üretildi ve “ARM tabanlı çipler dünyanın mobil cihazlarının yaklaşık yüzde 60’ında bulundu”.

ARM çekirdeği bir çok üründe, özellikle de PDA’larda ve akıllı telefonlarda kullanılır . Bazı bilgi işlem örnekleri Microsoft’un ilk nesil Surface ve Surface 2’si , Apple’ın iPad’leri ve Asus’un Eee Pad Transformer tablet bilgisayarları ve çeşitli Chromebook dizüstü bilgisayarlarıdır. Diğerleri arasında Apple’ın iPhone akıllı telefonu ve iPod’lu taşınabilir medya oynatıcı , Canon PowerShot dijital kameralar , Nintendo Switch hibrit ve 3DS avuçiçi oyun konsolları ve TomTom turn-by-turn navigasyon sistemleri var.

2005 yılında, Arm Holdings, insan beynini simüle etmek için ARM çekirdeklerini kullanan Manchester Üniversitesi bilgisayar SpiNNaker’ın geliştirilmesinde yer aldı.

ARM işlemcileri ayrıca Raspberry Pi , BeagleBoard , BeagleBone , PandaBoard, cUBOX ve diğer tek kartlı bilgisayarlarda da kullanılıyor , çünkü çok küçük, ucuz ve çok az güç tüketiyorlar.

ARMv7-A gibi 32-bit ARM mimarisi, 2011’den itibaren mobil cihazlarda en yaygın kullanılan mimariydi .

1995’ten beri, ARM Mimarisi Referans El Kitabı, ARM işlemci mimarisi ve komut seti ile ilgili temel dokümantasyon kaynağı olmuştur ve tüm ARM işlemcilerinin desteklemesi gereken arayüzleri (talimat semantiği gibi) değişiklik gösterebilecek uygulama detaylarından ayırmaktadır. Mimari zaman içinde gelişti ve mimarinin yedi sürümü olan ARMv7, üç mimari “profili” tanımladı:

Cortex-A serisinde 32 bit çekirdek ve bazı ARM olmayan çekirdekler tarafından uygulanan A profili, “Uygulama” profili

Cortex-R serisindeki çekirdekler tarafından uygulanan “gerçek zamanlı” profil olan R profili

Cortex-M serisindeki çoğu çekirdek tarafından uygulanan “Mikrodenetleyici” profili olan M profili

Her ne kadar mimari profiller ilk önce ARMv7 için tanımlanmış olsa da, ARM daha sonra daha az talimat ile ARMv6-M mimarisini (Cortex M0 / M0 + / M1 tarafından kullanılan) ARMV6-M mimarisini tanımladı.

CPU modları

M-profil dışında, 32-bit ARM mimarisi, uygulanan mimari özelliklere bağlı olarak birkaç CPU modunu belirler. Zamanın herhangi bir anında, CPU sadece bir modda olabilir, fakat harici olaylar nedeniyle veya programlı olarak modları değiştirebilir.

Kullanıcı modu: Ayrıcalıklı olmayan tek mod.

FIQ modu: İşlemci hızlı bir kesme isteğini kabul ettiğinde girilen ayrıcalıklı bir mod.

IRQ modu: İşlemci kesinti kabul ettiğinde girilen ayrıcalıklı bir mod.

Gözetmen (svc) modu: CPU sıfırlandığında veya bir SVC komutu yürütüldüğünde ayrıcalıklı bir mod girilir.

İptal modu: Bir ön alım iptal işlemi veya veri iptal istisnası gerçekleştiğinde girilen ayrıcalıklı bir mod.

Tanımsız mod: Tanımsız bir komut istisnası meydana geldiğinde girilen ayrıcalıklı bir mod.

Sistem modu (ARMv4 ve üzeri): Bir istisna tarafından girilmeyen tek ayrıcalıklı mod.

Program Durum Kaydı’nın (CPSR) mod bitlerine, başka bir ayrıcalıklı moddan (kullanıcı modundan değil) açıkça yazan bir komut çalıştırılarak girilebilir.

Monitör modu (ARMv6 ve ARMv7 Güvenlik Uzantıları, ARMv8 EL3): ARM çekirdeğinde TrustZone eklentisini desteklemek için bir monitör modu tanıtıldı.

Hyp modu (ARMv7 Sanallaştırma Uzantıları, ARMv8 EL2): CPU’nun güvenli çalışması için Popek ve Goldberg sanallaştırma gereksinimlerini destekleyen bir hiper yönetici modu.

İş parçacığı modu (ARMv6-M, ARMv7-M, ARMv8-M): Ayrıcalıklı veya imtiyazsız olarak belirtilebilecek bir mod. Ana Yığın İşaretleyicisinin (MSP) veya İşlem Yığın İşaretleyicisinin (PSP) kullanılması, ayrıcalıklı erişime sahip KONTROL kaydında da belirtilebilir. Bu mod, RTOS ortamındaki kullanıcı görevleri için tasarlanmıştır, ancak genellikle süper döngü için çıplak metal olarak kullanılır.

İşlemci modu (ARMv6-M, ARMv7-M, ARMv8-M): İstisna işleme adanmış bir mod (İplik modunda kullanılan RESET hariç). İşleyici modu her zaman MSP’yi kullanır ve ayrıcalıklı düzeyde çalışır.

Kaynak https://en.wikipedia.org/wiki/ARM_architecture

pcbway-turkiye-pcb-montaji

Yayım tarihi: 2018/07/28 Etiketler:



Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.