Procesory zgodne z architekturą ARM (Advanced RISC Machine) są 32-bitowymi układami typu RISC (Reduced Instruction Set Computer). Zestaw podstawowych instrukcji, które taki procesor potrafi wykonać, liczy co najwyżej kilkadziesiąt nieskomplikowanych rozkazów, podczas gdy dla montowanych w komputerach procesorów Intela i AMD, budowanych zgodnie z architekturą x86, lista instrukcji potrafi sięgać kilkuset. Dzięki temu procesory RISC mają prostą w porównaniu z x86 budowę, bardzo szybko wykonują pojedyncze rozkazy oraz są wyjątkowo energooszczędne. Moc obliczeniowa współczesnych procesorów RISC, w tym układów ARM, pozwala instalować na nich wielowątkowe systemy operacyjne bez problemu obsługujące transmisję internetową, odczyt i zapis plików na dysku, interfejs graficzny czy odtwarzanie multimediów.
Procesory ARM są stosowane głównie w tzw. systemach wbudowanych (embedded). Znaleźć je można m.in. w sterownikach dysków twardych; montowane są jako układy obsługujące urządzenia sieciowe (np. routery, switche); sterują automatyką przemysłową; stosuje się je w kalkulatorach, telefonach komórkowych, sprzęcie AGD (np. w pralkach i lodówkach), samochodach, a nawet w dziecięcych interaktywnych zabawkach. Co ważne, napędzają prawie wszystkie smartfony i tablety, coraz częściej trafiają też do netbooków, a nawet prostszych laptopów.
Obecnie produkuje się rocznie 5 mld procesorów zgodnych z architekturą ARM! Przyjrzyjmy się, skąd ta ogromna popularność.
Początki
Architekturę ARM opracowała brytyjska firma Acorn Computers. Pierwsza wersja produkcyjna procesora ARM2 była gotowa w 1986 roku. Prostota jego architektury wynikała głównie stąd, że procesor do swojego działania nie potrzebował – jak to jest w architekturze x86 – specjalnego wewnętrznego programu, który zamieniał listę rozkazów procesora na ciąg mikroinstrukcji realizowanych już fizycznie przez poszczególne elementy procesora. W układzie ARM rozkazy procesora już były tymi mikroinstrukcjami. Z tego powodu procesor ARM
cechował bardzo niski pobór energii i jednocześnie duża szybkość przetwarzania – wówczas większa niż procesora Intel 80 286.
Pod koniec lat osiemdziesiątych współpracę z Acorn Computers rozpoczął Apple Computer. Efektem było utworzenie w 1990 roku spółki Advanced RISC Machines, czyli ARM Ltd., w której już dwa lata później powstał procesor ARM6. Był montowany w jednym z pierwszych na świecie palmtopów – Apple Newton, produkowanym przez Apple od 1993 do 1998 roku.
Procesor dla każdego
Opracowane przez ARM Ltd. jądro procesora ARM6 jest proste i elastyczne. Można je bez problemu łączyć z dodatkowymi blokami funkcjonalnymi, np. kontrolerem pamięci, układem graficznym, kontrolerem magistrali PCI Express i USB czy kontrolerem dysku twardego. W ten sposób można stworzyć bardzo szybko tani i energooszczędny mikroprocesor dostosowany do konkretnych wymagań.
Dzisiaj podstawą działalności firmy ARM Ltd. jest sprzedaż licencji na zaprojektowane przez nią kolejne generacje procesorów ARM. Wiele firm korzysta z nich, modyfikując je oraz dodając (lub odejmując) do nich potrzebne do różnych zastosowań moduły funkcjonalne. Wielu producentów na bazie układów ARM projektuje też własne mikrokontrolery, procesory bądź systemy SoC (System on Chip), czyli kompletne systemy elektroniczne z procesorem, przeznaczone do wykonywania konkretnych zadań. Wytwarzaniem układów ARM zajmują się m.in. Analog Device, Apple, Freescale (Motorola), IBM, Infineon, Intel, NEC, Nvidia, NXP (Philips), Samsung, Texas Instruments i Qualcomm, choć niektóre samą produkcję układów zlecają firmom trzecim, np. tajwańskiej TSMC.
Architektura procesorów ARM Cortex A15 – w uproszczeniu
Procesor ARM Cortex A15 jest wyposażony w cztery rdzenie oraz 128-bitową magistralę systemową AMBA 4. Magistrala ta umożliwia bardzo wydajną wewnętrzną komunikację między różnymi elementami funkcjonalnymi zintegrowanymi na płytce krzemowej układu SoC (System on Chip). Pozwala też na wymianę danych między wieloma połączonymi ze sobą układami procesorów. Dzięki temu możliwa będzie m.in. budowa tabletu czy smartfonu, do którego w razie potrzeby użytkownik będzie mógł zamontować kolejny procesor, zwiększając tym samym (nawet kilkakrotnie) moc obliczeniową urządzenia.
