Архитектура arm просмотреть — Мир ПК

Чем архитектура ARM отличается от x86

В наше время существует две самые популярные архитектуры процессоров. Это x86, которая была разработана еще 80х годах и используется в персональных компьютерах и ARM — более современная, которая позволяет сделать процессоры меньше и экономнее. Она используется в большинстве мобильных устройств или планшетов.

Обе архитектуры имеют свои плюсы и минусы, а также сферы применения, но есть и общие черты. Многие специалисты говорят, что за ARM будущее, но у нее остаются некоторые недостатки, которых нет в x86. В нашей сегодняшней статье мы рассмотрим чем архитектура arm отличается от x86. Рассмотрим принципиальные отличия ARM или x86, а также попытаемся определить что лучше.

Что такое архитектура?

Процессор — это основной компонент любого вычислительного устройства, будь то смартфон или компьютер. От его производительности зависит то, насколько быстро будет работать устройство и сколько оно сможет работать от батареи. Если говорить просто, то архитектура процессора — это набор инструкций, которые могут использоваться при составлении программ и реализованы на аппаратном уровне с помощью определенных сочетаний транзисторов процессора. Именно они позволяют программам взаимодействовать с аппаратным обеспечением и определяют каким образом будут передаваться данные в память и считываться оттуда.

На данный момент существуют два типа архитектур: CISC (Complex Instruction Set Computing) и RISC (Reduced Instruction Set Computing). Первая предполагает, что в процессоре будут реализованы инструкции на все случаи жизни, вторая, RISC — ставит перед разработчиками задачу создания процессора с набором минимально необходимых для работы команд. Инструкции RISC имеют меньший размер и более просты.

Архитектура x86

Архитектура процессора x86 была разработана в 1978 году и впервые появилась в процессорах компании Intel и относится к типу CISC. Ее название взято от модели первого процессора с этой архитектурой — Intel 8086. Со временем, за неимением лучшей альтернативы эту архитектуру начали поддерживать и другие производители процессоров, например, AMD. Сейчас она является стандартом для настольных компьютеров, ноутбуков, нетбуков, серверов и других подобных устройств. Но также иногда процессоры x86 применяются в планшетах, это довольно привычная практика.

Первый процессор Intel 8086 имел разрядность 16 бит, далее в 2000 годах вышел процессор 32 битной архитектуры, и еще позже появилась архитектура 64 бит. Мы подробно рассматривали разрядность процессоров в отдельной статье. За это время архитектура очень сильно развилась были добавлены новые наборы инструкций и расширения, которые позволяют очень сильно увеличить производительность работы процессора.

В x86 есть несколько существенных недостатков. Во-первых — это сложность команд, их запутанность, которая возникла из-за длинной истории развития. Во-вторых, такие процессоры потребляют слишком много энергии и из-за этого выделяют много теплоты. Инженеры x86 изначально пошли по пути получения максимальной производительности, а скорость требует ресурсов. Перед тем, как рассмотреть отличия arm x86, поговорим об архитектуре ARM.

Архитектура ARM

Эта архитектура была представлена чуть позже за x86 — в 1985 году. Она была разработана известной в Британии компанией Acorn, тогда эта архитектура называлась Arcon Risk Machine и принадлежала к типу RISC, но затем была выпущена ее улучшенная версия Advanted RISC Machine, которая сейчас и известна как ARM.

При разработке этой архитектуры инженеры ставили перед собой цель устранить все недостатки x86 и создать совершенно новую и максимально эффективную архитектуру. ARM чипы получили минимальное энергопотребление и низкую цену, но имели низкую производительность работы по сравнению с x86, поэтому изначально они не завоевали большой популярности на персональных компьютерах.

В отличие от x86, разработчики изначально пытались получить минимальные затраты на ресурсы, они имеют меньше инструкций процессора, меньше транзисторов, но и соответственно меньше всяких дополнительных возможностей. Но за последние годы производительность процессоров ARM улучшалась. Учитывая это, и низкое энергопотребление они начали очень широко применяться в мобильных устройствах, таких как планшеты и смартфоны.

Отличия ARM и x86

А теперь, когда мы рассмотрели историю развития этих архитектур и их принципиальные отличия, давайте сделаем подробное сравнение ARM и x86, по различным их характеристикам, чтобы определить что лучше и более точно понять в чем их разница.

Производство

Производство x86 vs arm отличается. Процессоры x86 производят только две компании Intel и AMD. Изначально эта была одна компания, но это совсем другая история. Право на выпуск таких процессоров есть только у этих компаний, а это значит, что и направлением развития инфраструктуры будут управлять только они.

ARM работает совсем по-другому. Компания, разрабатывающая ARM, не выпускает ничего. Они просто выдают разрешение на разработку процессоров этой архитектуры, а уже производители могут делать все, что им нужно, например, выпускать специфические чипы с нужными им модулями.

Количество инструкций

Это главные различия архитектуры arm и x86. Процессоры x86 развивались стремительно, как более мощные и производительные. Разработчики добавили большое количество инструкций процессора, причем здесь есть не просто базовый набор, а достаточно много команд, без которых можно было бы обойтись. Изначально это делалось чтобы уменьшить объем памяти занимаемый программами на диске. Также было разработано много вариантов защит и виртуализаций, оптимизаций и многое другое. Все это требует дополнительных транзисторов и энергии.

ARM более прост. Здесь намного меньше инструкций процессора, только те, которые нужны операционной системе и реально используются. Если сравнивать x86, то там используется только 30% от всех возможных инструкций. Их проще выучить, если вы решили писать программы вручную, а также для их реализации нужно меньше транзисторов.

Потребление энергии

Из предыдущего пункта выплывает еще один вывод. Чем больше транзисторов на плате, тем больше ее площадь и потребление энергии, правильно и обратное.

Процессоры x86 потребляют намного больше энергии, чем ARM. Но на потребление энергии также влияет размер самого транзистора. Например, процессор Intel i7 потребляет 47 Ватт, а любой процессор ARM для смартфонов — не более 3 Ватт. Раньше выпускались платы с размером одного элемента 80 нм, затем Intel добилась уменьшения до 22 нм, а в этом году ученые получили возможность создать плату с размером элемента 1 нанометр. Это очень сильно уменьшит энергопотребление без потерь производительности.

За последние годы потребление энергии процессорами x86 очень сильно уменьшилось, например, новые процессоры Intel Haswell могут работать дольше от батареи. Сейчас разница arm vs x86 постепенно стирается.

Тепловыделение

Количество транзисторов влияет еще на один параметр — это выделение тепла. Современные устройства не могут преобразовывать всю энергию в эффективное действие, часть ее рассеивается в виде тепла. КПД плат одинаковый, а значит чем меньше транзисторов и чем меньше их размер — тем меньше тепла будет выделять процессор. Тут уже не возникает вопрос ARM или x86 будет выделять меньше теплоты.

Производительность процессоров

ARM изначально не были заточены для максимальной производительности, это область преуспевания x86. Отчасти этому причина меньше количество транзисторов. Но в последнее время производительность ARM процессоров растет, и они уже могут полноценно использоваться в ноутбуках или на серверах.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели чем отличается ARM от x86. Отличия довольно серьезные. Но в последнее время грань между обоими архитектурами стирается. ARM процессоры становятся более производительными и быстрыми, а x86 благодаря уменьшению размера структурного элемента платы начинают потреблять меньше энергии и выделять меньше тепла. Уже можно встретить ARM процессор на серверах и в ноутбуках, а x86 на планшетах и в смартфонах.

А как вы относитесь к этим x86 и ARM? За какой технологией будущее по вашему мнению? Напишите в комментариях! Кстати, Линус Торвальдс предпочитает x86.

На завершение видео о развитии арихтектуры ARM:

ARM architecture

This page gives an overview of the ARM Architecture Reference Manuals. Read this page to help you decide which Architecture document you require. The following documents are available:

ARMv8-A Architecture Reference Manual

This manual describes the ARMv8-A architecture. This includes instruction set, exception model, memory model, programmers’ model and the debug architecture for both the 32-bit (AArch32) and 64-bit (AArch64) execution states.

PLEASE NOTE: This is a beta release of the manual. Where there is any conflict in the AArch32 information that is common to ARMv7-A, the ARMv7-AR Architecture Reference Manual (Issue C), document ARM DDI 0406, takes precedence.

ARMv8-M Architecture Reference Manual

This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv8 (M profile) compliant processors, including:

This manual has been written for engineers implementing ARM processors, porting operating systems, or writing development tools, who require detailed information on the ARMv8-M architecture.

ARMv7-AR Architecture Reference Manual

This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv7 (A&R profile) compliant processors, including:

• Cortex-A series
• Cortex-R series
• Qualcomm Scorpion.

It also describes the later ARMv6 architecture releases for ARM11 processors, and describes Thumb-2 and the TrustZone security extensions.

ARMv7-M Architecture Reference Manual

This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv7 (M profile) compliant processors, including:

This manual has been written for engineers implementing ARM processors, porting operating systems, or writing development tools, who require detailed information on the ARMv7-M architecture.

ARMv6-M Architecture Reference Manual

This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv6-M compliant processors, including:

• Cortex-M0
• Cortex-M1 used in FPGA product offerings.

The ARMv5 Architecture Reference Manual

This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv4 and ARMv5 compliant processors, including:

• ARM7
• ARM9
• ARM10
• StrongARM
• Intel XScale
• the Marvell Feroceon product line.

It also describes the initial ARMv6 architecture release. It does not describe Thumb-2 or the TrustZone Security Extensions.

Refer to the ARMv7-AR Architecture Reference Manual for information on Thumb-2 and TrustZone.

Related information

Knowledge Articles

Help

Using this set

To browse this set, use the Contents frame on the left:

• click on a topic to view it, and also to expand it so you can see the topics or documents it contains
• click on the bes /> beside a topic to collapse it.

To search the documentation, enter your search term in the Search our documentation field above the Contents tab:

• ensure you are searching in the correct part of the site:
  • to search all the site, choose All documents
  • to search only this set, choose Current set of documents, and select the topic containing the documents you want to search
  • to search a particular document in this set, choose Current document, and select the document or any topic ins >

  Viewing SVG graphics

  All line drawings use the SVG format. This enables you to zoom in on the graphic without losing any quality. To view these graphics, your browser must support the SVG format. If your browser does not have native support, you must install an appropriate plugin such as the Adobe SVG Viewer.

  Finding out more

  For more detailed information about using this site, see the site Frequently Asked Questions.

  ARM architecture

  This page gives an overview of the ARM Architecture Reference Manuals. Read this page to help you decide which Architecture document you require. The following documents are available:

  ARMv8-A Architecture Reference Manual

  This manual describes the ARMv8-A architecture. This includes instruction set, exception model, memory model, programmers’ model and the debug architecture for both the 32-bit (AArch32) and 64-bit (AArch64) execution states.

  PLEASE NOTE: This is a beta release of the manual. Where there is any conflict in the AArch32 information that is common to ARMv7-A, the ARMv7-AR Architecture Reference Manual (Issue C), document ARM DDI 0406, takes precedence.

  ARMv8-M Architecture Reference Manual

  This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv8 (M profile) compliant processors, including:

  This manual has been written for engineers implementing ARM processors, porting operating systems, or writing development tools, who require detailed information on the ARMv8-M architecture.

  ARMv7-AR Architecture Reference Manual

  This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv7 (A&R profile) compliant processors, including:

  • Cortex-A series
  • Cortex-R series
  • Qualcomm Scorpion.

  It also describes the later ARMv6 architecture releases for ARM11 processors, and describes Thumb-2 and the TrustZone security extensions.

  ARMv7-M Architecture Reference Manual

  This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv7 (M profile) compliant processors, including:

  This manual has been written for engineers implementing ARM processors, porting operating systems, or writing development tools, who require detailed information on the ARMv7-M architecture.

  ARMv6-M Architecture Reference Manual

  This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv6-M compliant processors, including:

  • Cortex-M0
  • Cortex-M1 used in FPGA product offerings.

  The ARMv5 Architecture Reference Manual

  This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv4 and ARMv5 compliant processors, including:

  • ARM7
  • ARM9
  • ARM10
  • StrongARM
  • Intel XScale
  • the Marvell Feroceon product line.

  It also describes the initial ARMv6 architecture release. It does not describe Thumb-2 or the TrustZone Security Extensions.

  Refer to the ARMv7-AR Architecture Reference Manual for information on Thumb-2 and TrustZone.

  Related information

  Knowledge Articles

  Help

  Using this set

  To browse this set, use the Contents frame on the left:

  

  • click on a topic to view it, and also to expand it so you can see the topics or documents it contains
  • click on the bes /> beside a topic to collapse it.

  To search the documentation, enter your search term in the Search our documentation field above the Contents tab:

  

  • ensure you are searching in the correct part of the site:
    • to search all the site, choose All documents
    • to search only this set, choose Current set of documents, and select the topic containing the documents you want to search
    • to search a particular document in this set, choose Current document, and select the document or any topic ins >

    Viewing SVG graphics

    All line drawings use the SVG format. This enables you to zoom in on the graphic without losing any quality. To view these graphics, your browser must support the SVG format. If your browser does not have native support, you must install an appropriate plugin such as the Adobe SVG Viewer.

    Finding out more

    For more detailed information about using this site, see the site Frequently Asked Questions.