لقد سمع كل من يهتم بتقنيات الهاتف المحمول عن بنية ARM. ومع ذلك، بالنسبة لمعظم الناس، يرتبط هذا بمعالجات الأجهزة اللوحية أو الهواتف الذكية. ويصححها آخرون، موضحين أن الأمر ليس الحجر نفسه، بل هندسته المعمارية فقط. لكن لم يكن أي منهم تقريبًا مهتمًا بالتأكيد بمكان وزمان ظهور هذه التكنولوجيا بالفعل.

وفي الوقت نفسه، تنتشر هذه التكنولوجيا على نطاق واسع بين العديد من الأدوات الحديثة، والتي يتزايد عددها كل عام. بالإضافة إلى ذلك، في طريق تطوير الشركة، التي بدأت في تطوير معالجات ARM، هناك حالة واحدة مثيرة للاهتمام، والتي ليس من الخطيئة أن نذكرها؛ ربما تصبح درسًا للمستقبل لشخص ما.

بنية ARM للدمى

يخفي اختصار ARM شركة بريطانية ناجحة إلى حد ما ARM Limited في مجال تكنولوجيا المعلومات. إنها تمثل اختصارًا لـ Advanced RISC Machines وهي أحد المطورين والمرخصين الرئيسيين في العالم لبنية معالج RISC 32 بت التي تعمل على تشغيل معظم الأجهزة المحمولة.

لكن من المميز أن الشركة نفسها لا تنتج معالجات دقيقة، بل تقوم فقط بتطوير وترخيص تقنيتها لأطراف أخرى. على وجه الخصوص، يتم شراء بنية وحدة التحكم الدقيقة ARM من قبل الشركات المصنعة التالية:

• اتميل.
• منطق سيروس.
• شركة انتل.
• تفاحة.
• نفيديا.
• هايسيليكون.
• مارفيل.
• سامسونج.
• كوالكوم.
• سوني اريكسون.
• شركة Texas Instruments.
• برودكوم.

بعضها معروف لجمهور واسع من مستهلكي الأدوات الرقمية. وفقا لشركة ARM البريطانية، فإن العدد الإجمالي للمعالجات الدقيقة المنتجة باستخدام تقنيتها يزيد عن 2.5 مليار. هناك عدة سلاسل من الحجارة المتنقلة:

• ARM7 - تردد الساعة 60-72 ميجا هرتز، وهو مناسب للهواتف المحمولة ذات الميزانية المحدودة.
• ARM9/ARM9E - التردد أعلى بالفعل، حوالي 200 ميجا هرتز. تم تجهيز المزيد من الهواتف الذكية الوظيفية والمساعدات الرقمية الشخصية (PDAs) بمثل هذه المعالجات الدقيقة.

تعد Cortex وARM11 من عائلات المعالجات الدقيقة الأكثر حداثة مقارنة ببنية وحدة التحكم الدقيقة السابقة ARM، مع سرعات ساعة تصل إلى 1 جيجا هرتز وقدرات معالجة الإشارات الرقمية المتقدمة.

المعالجات الدقيقة xScale الشهيرة من Marvell (حتى منتصف صيف 2007، كان المشروع تحت تصرف Intel) هي في الواقع نسخة موسعة من بنية ARM9، تكملها مجموعة تعليمات MMX اللاسلكية. يركز هذا الحل من Intel على دعم تطبيقات الوسائط المتعددة.

تشير تقنية ARM إلى بنية معالج دقيق 32 بت تحتوي على مجموعة تعليمات مخفضة، والتي يشار إليها باسم RISC. وفقًا للحسابات، فإن استخدام معالجات ARM يمثل 82% من إجمالي عدد معالجات RISC المنتجة، مما يشير إلى مساحة تغطية واسعة إلى حد ما لأنظمة 32 بت.

تم تجهيز العديد من الأجهزة الإلكترونية ببنية معالج ARM، وهذه ليست فقط أجهزة المساعد الرقمي الشخصي والهواتف المحمولة، ولكن أيضًا وحدات تحكم الألعاب المحمولة والآلات الحاسبة والأجهزة الطرفية للكمبيوتر ومعدات الشبكات وغير ذلك الكثير.

رحلة صغيرة إلى الوراء في الوقت المناسب

دعونا نعود بآلة الزمن الخيالية إلى بضع سنوات ونحاول معرفة أين بدأ كل شيء. من الآمن أن نقول إن ARM هي بالأحرى شركة محتكرة في مجالها. وهذا ما تؤكده حقيقة أن الغالبية العظمى من الهواتف الذكية والأجهزة الرقمية الإلكترونية الأخرى يتم التحكم فيها بواسطة معالجات دقيقة تم إنشاؤها باستخدام هذه البنية.

في عام 1980، تأسست شركة Acorn Computers وبدأت في إنشاء أجهزة الكمبيوتر الشخصية. لذلك، تم تقديم ARM سابقًا باسم Acorn RISC Machines.

وبعد مرور عام، تم تقديم نسخة منزلية من جهاز BBC Micro PC مع أول بنية معالج ARM للمستهلكين. لقد كان ناجحًا، ومع ذلك، لم تتمكن الشريحة من التعامل مع المهام الرسومية، كما أن الخيارات الأخرى في شكل معالجات Motorola 68000 وNational Semiconductor 32016 لم تكن مناسبة أيضًا لذلك.

ثم فكرت إدارة الشركة في إنشاء المعالج الدقيق الخاص بها. كان المهندسون مهتمين ببنية المعالج الجديدة التي اخترعها خريجو إحدى الجامعات المحلية. لقد استخدمت للتو مجموعة التعليمات المخفضة، أو RISC. وبعد ظهور أول جهاز كمبيوتر، والذي تم التحكم فيه بواسطة معالج Acorn Risc Machine، جاء النجاح بسرعة كبيرة - في عام 1990، تم إبرام اتفاقية بين العلامة التجارية البريطانية وأبل. كان هذا بمثابة بداية تطوير مجموعة شرائح جديدة، والتي أدت بدورها إلى تشكيل فريق تطوير كامل يُشار إليه باسم Advanced RISC Machines، أو ARM.

ابتداءً من عام 1998، غيرت الشركة اسمها إلى ARM Limited. والآن لم يعد المتخصصون يشاركون في إنتاج وتنفيذ بنية ARM. ماذا أعطى هذا؟ لم يؤثر ذلك بأي شكل من الأشكال على تطوير الشركة، على الرغم من أن الاتجاه الرئيسي والوحيد للشركة كان تطوير التقنيات، وكذلك بيع التراخيص لشركات الطرف الثالث حتى يتمكنوا من استخدام بنية المعالج. في الوقت نفسه، تحصل بعض الشركات على حقوق النوى الجاهزة، بينما تقوم شركات أخرى بتجهيز المعالجات بالنوى الخاصة بها بموجب ترخيص مكتسب.

ووفقا لبعض البيانات، فإن أرباح الشركة على كل حل من هذا القبيل هي 0.067 $. لكن هذه المعلومات متوسطة وقديمة. يتزايد عدد النوى في الشرائح كل عام، وبالتالي فإن تكلفة المعالجات الحديثة تتجاوز النماذج القديمة.

منطقة التطبيق

لقد كان تطوير الأجهزة المحمولة هو الذي جلب شعبية هائلة لشركة ARM Limited. وعندما انتشر إنتاج الهواتف الذكية وغيرها من الأجهزة الإلكترونية المحمولة على نطاق واسع، تم استخدام المعالجات الموفرة للطاقة على الفور. أتساءل عما إذا كان هناك Linux على بنية الذراع؟

ذروة تطور ARM حدثت في عام 2007، عندما تم تجديد شراكتها مع علامة Apple التجارية. بعد ذلك، تم تقديم أول هاتف iPhone يعتمد على معالج ARM للمستهلكين. منذ ذلك الوقت، أصبحت بنية المعالج هذه مكونًا ثابتًا في أي هاتف ذكي تم تصنيعه تقريبًا، ولا يمكن العثور عليه إلا في سوق الأجهزة المحمولة الحديثة.

يمكننا القول أن كل الأجهزة الإلكترونية الحديثة التي تحتاج إلى التحكم بواسطة المعالج تقريبًا مجهزة بطريقة أو بأخرى بشرائح ARM. وحقيقة أن بنية المعالج هذه تدعم العديد من أنظمة التشغيل، سواء كانت Linux أو Android أو iOS أو Windows، هي ميزة لا يمكن إنكارها. من بينها Windows CE 6.0 Core المضمن، كما أن بنية الذراع مدعومة به. تم تصميم هذه المنصة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والأنظمة المدمجة.

السمات المميزة لـ x86 وARM

العديد من المستخدمين الذين سمعوا الكثير عن ARM وx86 يخلطون قليلاً بين هاتين المعمارتين. وفي الوقت نفسه، لديهم بعض الاختلافات. هناك نوعان رئيسيان من البنى:

• CISC (حوسبة مجموعة التعليمات المعقدة).
• الحوسبة).

يتضمن CISC معالجات x86 (Intel أو AMD)، RISC، كما يمكنك أن تفهم بالفعل، يتضمن عائلة ARM. تتمتع معماريات x86 والذراع بمعجبيها. بفضل جهود المتخصصين في ARM، الذين أكدوا على كفاءة استخدام الطاقة واستخدام مجموعة بسيطة من التعليمات، استفادت المعالجات بشكل كبير من هذا - بدأ سوق الهاتف المحمول في التطور بسرعة، والعديد من الهواتف الذكية تعادل تقريبا قدرات أجهزة الكمبيوتر.

وفي المقابل، اشتهرت إنتل دائمًا بإنتاج معالجات ذات أداء ونطاق ترددي عاليين لأجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والخوادم وحتى أجهزة الكمبيوتر العملاقة.

فازت هاتان العائلتان بقلوب المستخدمين بطريقتهما الخاصة. ولكن ما هو الفرق بينهما؟ هناك عدة مميزات مميزة أو حتى مميزات؛ دعونا نلقي نظرة على أهمها.

قوة المعالجة

لنبدأ في تحليل الاختلافات بين بنيات ARM وx86 باستخدام هذه المعلمة. تخصص أساتذة RISC هو استخدام أقل قدر ممكن من التعليمات. علاوة على ذلك، يجب أن تكون بسيطة قدر الإمكان، مما يمنحها مزايا ليس فقط للمهندسين، ولكن أيضًا لمطوري البرامج.

الفلسفة هنا بسيطة - إذا كانت التعليمات بسيطة، فإن الدائرة المطلوبة لا تتطلب الكثير من الترانزستورات. ونتيجة لذلك، يتم تحرير مساحة إضافية لشيء ما أو تصبح أحجام الرقائق أصغر. لهذا السبب، بدأت معالجات ARM الدقيقة في دمج الأجهزة الطرفية مثل معالجات الرسومات. ومن الأمثلة على ذلك كمبيوتر Raspberry Pi، الذي يحتوي على عدد قليل من المكونات.

ومع ذلك، فإن التعليمات البسيطة تأتي بتكلفة. لتنفيذ مهام معينة، يلزم وجود تعليمات إضافية، مما يؤدي عادةً إلى زيادة استهلاك الذاكرة والوقت اللازم لإنجاز المهام.

على عكس بنية معالج الذراع، يمكن لتعليمات شرائح CISC، مثل الحلول من Intel، تنفيذ مهام معقدة بمرونة كبيرة. بمعنى آخر، تقوم الأجهزة المعتمدة على RISC بتنفيذ العمليات بين السجلات، وعادةً ما تتطلب من البرنامج تحميل المتغيرات في السجل قبل إجراء العملية. معالجات CISC قادرة على تنفيذ العمليات بعدة طرق:

• بين السجلات
• بين التسجيل وموقع الذاكرة؛
• بين خلايا الذاكرة

ولكن هذا ليس سوى جزء من السمات المميزة، فلننتقل إلى تحليل الميزات الأخرى.

استهلاك الطاقة

اعتمادًا على نوع الجهاز، قد يكون لاستهلاك الطاقة درجات متفاوتة من الأهمية. بالنسبة للنظام المتصل بمصدر طاقة ثابت (شبكة كهربائية)، لا يوجد ببساطة حد لاستهلاك الطاقة. ومع ذلك، تعتمد الهواتف المحمولة والأدوات الإلكترونية الأخرى بشكل كامل على إدارة الطاقة.

هناك اختلاف آخر بين معمارية Arm وx86 وهو أن الأول لديه استهلاك طاقة أقل من 5 واط، بما في ذلك العديد من الحزم ذات الصلة: وحدات معالجة الرسومات، والأجهزة الطرفية، والذاكرة. ترجع هذه الطاقة المنخفضة إلى العدد الأصغر من الترانزستورات المدمجة مع السرعات المنخفضة نسبيًا (إذا رسمنا توازيًا مع معالجات سطح المكتب). وفي الوقت نفسه، يؤثر هذا على الإنتاجية - حيث تستغرق العمليات المعقدة وقتًا أطول حتى تكتمل.

تتمتع نوى Intel ببنية أكثر تعقيدًا، ونتيجة لذلك، يكون استهلاكها للطاقة أعلى بكثير. على سبيل المثال، يستهلك معالج Intel I-7 عالي الأداء حوالي 130 واط من الطاقة، والإصدارات المحمولة - 6-30 واط.

برمجة

من الصعب جدًا إجراء مقارنة حول هذه المعلمة، نظرًا لأن كلا العلامتين التجاريتين تحظى بشعبية كبيرة في دوائرهما. تعمل الأجهزة التي تعتمد على معالجات ذات بنية ذراعية بشكل مثالي مع أنظمة تشغيل الأجهزة المحمولة (Android، وما إلى ذلك).

الأجهزة التي تعمل بمعالجات Intel قادرة على تشغيل منصات مثل Windows وLinux. بالإضافة إلى ذلك، كلا العائلتين من المعالجات الدقيقة تتعاملان بشكل جيد مع التطبيقات المكتوبة بلغة جافا.

من خلال تحليل الاختلافات في البنيات، يمكننا أن نقول شيئًا واحدًا مؤكدًا - معالجات ARM تدير بشكل أساسي استهلاك الطاقة للأجهزة المحمولة. الهدف الرئيسي لحلول سطح المكتب هو توفير الأداء العالي.

إنجازات جديدة

قامت شركة ARM، بفضل سياستها المختصة، بالسيطرة الكاملة على سوق الهاتف المحمول. لكنها في المستقبل لن تتوقف عند هذا الحد. منذ وقت ليس ببعيد، تم تقديم تطور جديد للنوى: Cortex-A53 وCortex-A57، الذي تلقى تحديثًا مهمًا واحدًا - دعم الحوسبة 64 بت.

يعد Core A53 بمثابة خليفة مباشر لـ ARM Cortex-A8، والذي، على الرغم من أن أدائه لم يكن مرتفعًا جدًا، إلا أنه كان لديه الحد الأدنى من استهلاك الطاقة. كما يلاحظ الخبراء، يتم تقليل استهلاك الطاقة في البنية بمقدار 4 مرات، ومن حيث الأداء لن يكون أدنى من نواة Cortex-A9. وهذا على الرغم من أن المساحة الأساسية لـ A53 أصغر بنسبة 40% من تلك الموجودة في A9.

سيحل نواة A57 محل Cortex-A9 وCortex-A15. في الوقت نفسه، يدعي مهندسو ARM بزيادة هائلة في الأداء - أعلى بثلاث مرات من أداء نواة A15. بمعنى آخر، سيكون المعالج الدقيق A57 أسرع 6 مرات من Cortex-A9، وستكون كفاءته في استخدام الطاقة أفضل 5 مرات من A15.

لتلخيص ذلك، تختلف سلسلة Cortex، أي a53 الأكثر تقدمًا، عن سابقاتها في الأداء العالي على خلفية كفاءة الطاقة العالية بشكل متساوٍ. حتى معالجات Cortex-A7 المثبتة على معظم الهواتف الذكية لا يمكنها المنافسة!

ولكن الأمر الأكثر قيمة هو أن بنية Arm cortex a53 هي المكون الذي سيسمح لك بتجنب المشكلات المرتبطة بنقص الذاكرة. بالإضافة إلى ذلك، سوف يستنزف الجهاز البطارية بشكل أبطأ. وبفضل المنتج الجديد، ستصبح هذه المشاكل الآن شيئًا من الماضي.

الحلول الرسومية

بالإضافة إلى تطوير المعالجات، تعمل ARM على تنفيذ مسرعات الرسومات من سلسلة Mali. وأولهم هو Mali 55. وقد تم تجهيز هاتف LG Renoir بهذا المسرع. ونعم، هذا هو الهاتف المحمول الأكثر عادية. فقط فيه وحدة معالجة الرسومات لم تكن مسؤولة عن الألعاب، ولكنها قدمت الواجهة فقط، لأنه وفقًا للمعايير الحديثة، يتمتع معالج الرسومات بقدرات بدائية.

لكن التقدم يتقدم بلا هوادة إلى الأمام، وبالتالي، من أجل مواكبة العصر، تمتلك ARM أيضًا نماذج أكثر تقدمًا ذات صلة بالهواتف الذكية متوسطة السعر. نحن نتحدث عن GPU Mali-400 MP و Mali-450 MP المشتركين. على الرغم من أن لديهم أداء منخفض ومجموعة محدودة من واجهات برمجة التطبيقات، إلا أن هذا لا يمنعهم من العثور على تطبيق في نماذج الأجهزة المحمولة الحديثة. ومن الأمثلة الصارخة على ذلك هاتف Zopo ZP998، حيث يتم إقران شريحة MTK6592 ذات الثماني النواة مع مسرع الرسومات Mali-450 MP4.

القدرة التنافسية

حاليًا، لا أحد يعارض ARM حتى الآن، ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أنه تم اتخاذ القرار الصحيح في ذلك الوقت. ولكن ذات مرة، في بداية رحلته، عمل فريق من المطورين على إنشاء معالجات لأجهزة الكمبيوتر الشخصية، بل وقاموا بمحاولة التنافس مع عملاق مثل Intel. ولكن حتى بعد تغيير اتجاه النشاط، واجهت الشركة وقتا عصيبا.

وعندما أبرمت العلامة التجارية الشهيرة للكمبيوتر Microsoft اتفاقية مع Intel، لم يكن لدى الشركات المصنعة الأخرى أي فرصة - رفض نظام التشغيل Windows العمل مع معالجات ARM. كيف لا يمكن مقاومة استخدام محاكيات gcam لهندسة الذراع؟! أما بالنسبة لشركة إنتل، فمراقبة موجة نجاح شركة ARM Limited، حاولت أيضًا إنشاء معالج سيكون منافسًا جديرًا. ولهذا الغرض، تم توفير شريحة Intel Atom لعامة الناس. لكن الأمر استغرق فترة زمنية أطول بكثير من شركة ARM المحدودة. ودخلت الشريحة حيز الإنتاج فقط في عام 2011، ولكن الوقت الثمين قد ضاع بالفعل.

في الأساس، Intel Atom هو معالج CISC مع بنية x86. تمكن المتخصصون من تحقيق استهلاك أقل للطاقة مقارنة بحلول ARM. ومع ذلك، فإن جميع البرامج التي تم إصدارها لمنصات الأجهزة المحمولة لا تتكيف بشكل جيد مع بنية x86.

في نهاية المطاف، أدركت الشركة ضخامة القرار وتخلت بعد ذلك عن إنتاج المعالجات للأجهزة المحمولة. الشركة المصنعة الرئيسية الوحيدة لرقائق Intel Atom هي ASUS. في الوقت نفسه، لم تغرق هذه المعالجات في غياهب النسيان؛ فقد تم تجهيزها بشكل جماعي بأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الأخرى.

ومع ذلك، هناك احتمال أن يتغير الوضع وأن نظام التشغيل Windows المفضل لدى الجميع سيدعم معالجات ARM الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك، يتم اتخاذ خطوات في هذا الاتجاه، ربما يظهر بالفعل شيء مثل محاكيات gcam على بنية ARM لحلول الأجهزة المحمولة؟! ومن يدري، سيخبرنا الوقت، وسيوضع كل شيء في مكانه.

هناك لحظة واحدة مثيرة للاهتمام في تاريخ تطور شركة ARM (كان هذا هو المقصود في بداية المقال). في يوم من الأيام، كانت شركة ARM Limited تعتمد على شركة Apple ومن المحتمل أن تكون كل تقنيات ARM مملوكة لها. ومع ذلك، قرر المصير خلاف ذلك - في عام 1998، كانت شركة أبل في أزمة، واضطرت الإدارة إلى بيع حصتها. حاليًا، هي على قدم المساواة مع الشركات المصنعة الأخرى وتستمر في شراء التكنولوجيا من ARM Limited لأجهزة iPhone وiPad الخاصة بها. من كان يستطيع أن يعرف كيف يمكن أن تتطور الأمور؟!

معالجات ARM الحديثة قادرة على إجراء عمليات أكثر تعقيدًا. وفي المستقبل القريب تهدف إدارة الشركة إلى دخول سوق السيرفرات وهو ما لا شك فيه أنها مهتمة به. علاوة على ذلك، في عصرنا الحديث، عندما يقترب عصر تطوير إنترنت الأشياء (IoT)، بما في ذلك الأجهزة المنزلية "الذكية"، يمكننا التنبؤ بزيادة الطلب على الرقائق ذات بنية ARM.

لذا، فإن أمام شركة ARM Limited مستقبل ليس قاتمًا على الإطلاق! ومن غير المرجح أن يكون هناك في المستقبل القريب أي شخص يمكنه أن يحل محل هذا العملاق المحمول بلا شك في تطوير معالجات الهواتف الذكية وغيرها من الأجهزة الإلكترونية المماثلة.

كاستنتاج

استحوذت معالجات ARM بسرعة على سوق الأجهزة المحمولة، وذلك بفضل انخفاض استهلاك الطاقة والأداء الجيد على الرغم من أنه ليس مرتفعًا جدًا. في الوقت الحالي، لا يمكن إلا أن نحسد على الوضع في ARM. تستخدم العديد من الشركات المصنعة تقنياتها، مما يضع أجهزة RISC المتقدمة على قدم المساواة مع عمالقة تطوير المعالجات مثل Intel و AMD. وهذا على الرغم من أن الشركة ليس لديها إنتاج خاص بها.

لبعض الوقت، كان منافس العلامة التجارية للهاتف المحمول هو شركة MIPS ذات الهندسة المعمارية التي تحمل الاسم نفسه. ولكن في الوقت الحاضر، لا يزال هناك منافس جدي واحد فقط وهو شركة Intel، على الرغم من أن إدارتها لا تعتقد أن بنية الذراع يمكن أن تشكل تهديدًا لحصتها في السوق.

أيضًا، وفقًا لخبراء شركة Intel، فإن معالجات ARM غير قادرة على تشغيل إصدارات سطح المكتب من أنظمة التشغيل. ومع ذلك، فإن مثل هذا البيان يبدو غير منطقي بعض الشيء، لأن أصحاب أجهزة الكمبيوتر فائقة السرعة لا يستخدمون البرامج "الثقيلة". في معظم الحالات، تحتاج إلى الوصول إلى الإنترنت وتحرير المستندات والاستماع إلى ملفات الوسائط (الموسيقى والأفلام) وغيرها من المهام البسيطة. وتتعامل حلول ARM بشكل جيد مع مثل هذه العمليات.

معالجات ARM - ما هي وفيم تُستخدم.لقد أصبح ظهور المعالجات المحمولة عالية الأداء في السوق من نواحٍ عديدة إنجازًا ثوريًا حقيقيًا. يمكننا أن نقول أنه لأول مرة تتمتع بنية x86 بمنافس كبير، والذي، على الرغم من أنه في المراحل المبكرة احتل مكانة مجاورة فقط، فقد بدأ بالفعل في إزاحة مكانة الشركة الرائدة في صناعة الكمبيوتر منذ فترة طويلة.

ولكن ما هو الفرق؟ ما هي بنية ARM وكيف تختلف عن x86؟ يستخدم الأخير، المستخدم في معالجات Intel وAMD، مجموعة من تعليمات CISC. تعد المعالجة المبنية عليها عملية للغاية، وتفتح الفرص للمبرمجين ومطوري الأجهزة، ولكنها تتطلب قدرًا كبيرًا من موارد الطاقة. جوهر CISC، تقريبًا، هو أن كل أمر وارد يتم فك تشفيره إلى أبسط عنصر ثم معالجته فقط.

الأمر مختلف على ARM. إنه يعمل على أساس أوامر RISC، والتي تحتوي بالفعل على مجموعة جاهزة من العناصر البسيطة. وهذا يقلل من مرونة المعالج، ولكن سرعة معالجة البيانات تزيد بشكل كبير، وبالتالي يقلل من استهلاك الطاقة لمثل هذا المعالج.

ومن هنا يتبين أن x86 عبارة عن بنية عالمية مناسبة لحل العديد من المشكلات، بينما تتطلب ARM أجهزة أكثر دقة وقدرات مثل هذه البنية محدودة إلى حد ما. ومع ذلك، أصبحت قدرات ARM أكثر توسعية. بالفعل، أصبحت هذه المعالجات مناسبة للعمل المكتبي القياسي، وتشغيل محتوى الوسائط، وتصفح الإنترنت.

تتطور ARM بسرعة، وهو ما يسهله حقيقة أن العشرات من العلامات التجارية التنافسية تعمل على هذه التكنولوجيا من خلال الامتياز، بينما تعمل شركتان فقط على بنية x86، والتي يقول ممثلوها بشكل مباشر تقريبًا أن هناك ركودًا في هذا القطاع... ولا يمكنك قول الشيء نفسه عن ARM.

عند الحديث عن رقائق ARM، هناك شيء واحد جدير بالملاحظة وهو مدى تعقيد أنظمة الهاتف المحمول الحديثة المقدمة. ARM ليس مجرد معالج واحد. كقاعدة عامة، يتضمن: وحدة تحكم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، ومسرع الرسومات، ووحدة فك ترميز الفيديو، وترميز الصوت، ووحدات الاتصال اللاسلكية الاختيارية. يسمى هذا النظام بالشريحة الواحدة. وبعبارة أخرى، ARM عبارة عن شريحة على شريحة.

اليوم، لدى ARM عدة أجيال من المعالجات:

أرم9. يمكن أن تصل سرعة شرائح ARM9 إلى 400 ميجاهرتز. هذه الرقائق عفا عليها الزمن، ولكن لا تزال في الطلب. على سبيل المثال، في أجهزة التوجيه اللاسلكية ومحطات الدفع. تتيح لك مجموعة الأوامر البسيطة لهذه الشريحة تشغيل العديد من تطبيقات Java بسهولة.

أرم11. تتميز معالجات ARM11 بمجموعة أكثر اكتمالاً من الأوامر البسيطة التي تعمل على توسيع وظائفها وسرعاتها العالية على مدار الساعة (حتى 1 جيجاهرتز). نظرًا لانخفاض استهلاك الطاقة والتكلفة المنخفضة، لا تزال شرائح ARM11 مستخدمة في الهواتف الذكية ذات المستوى المبدئي.

أرمv7. تنتمي رقائق بنية ARM الحديثة إلى عائلة ARMv7، والتي وصل ممثلوها الرئيسيون بالفعل إلى ثمانية مراكز وسرعة ساعة تزيد عن 2 جيجا هرتز. تنتمي نوى المعالج التي طورتها شركة ARM Limited مباشرة إلى خط Cortex وتستخدمها معظم الشركات المصنعة للأنظمة أحادية الشريحة دون تغييرات كبيرة.

أرم كورتكس-A8.تاريخيًا، كان أول معالج أساسي لعائلة ARMv7 هو Cortex-A8، والذي شكل الأساس لأنظمة SoC الشهيرة في ذلك الوقت مثل Apple A4 (iPhone 4 وiPad) وSamsung Hummingbird (Samsung Galaxy S وGalaxy Tab). إنه يوضح ما يقرب من ضعف الأداء مقارنة بـ ARM11 السابق، وللأسف، استهلاك أعلى للطاقة، مما يجعل هذه الشريحة الآن لا تحظى بشعبية كبيرة.

أرم كورتكس-A9.بعد Cortex-A8، قدمت ARM Limited جيلًا جديدًا من الرقائق - Cortex-A9، وهو الآن الأكثر شيوعًا ويحتل مكانة متوسطة السعر. لقد زاد أداء نوى Cortex-A9 بمقدار ثلاثة أضعاف تقريبًا مقارنة بـ Cortex-A8، ومن الممكن أيضًا دمج اثنين أو حتى أربعة منها في شريحة واحدة.

معالج Cortex-A5 وCortex-A7.عند تصميم نوى المعالج Cortex-A5 وCortex-A7، اتبعت شركة ARM Limited نفس الهدف - وهو تحقيق حل وسط بين الحد الأدنى من استهلاك الطاقة لـ ARM11 والأداء المقبول لـ Cortex-A8. لم ينسوا إمكانية الجمع بين اثنين أو أربعة مراكز - تظهر شرائح Cortex-A5 و Cortex-A7 متعددة النواة للبيع تدريجيًا (Qualcomm MSM8625 و MTK 6589).

أرم كورتكس-A15.أصبحت نوى المعالج Cortex-A15 استمرارًا منطقيًا لـ Cortex-A9 - ونتيجة لذلك، تمكنت رقائق بنية ARM لأول مرة في التاريخ من مقارنة الأداء تقريبًا مع Intel Atom، وهذا بالفعل نجاح كبير. ليس من قبيل الصدفة أن تحدد شركة Canonical معالج ARM Cortex-A15 ثنائي النواة أو معالج Intel Atom مماثل في متطلبات النظام لإصدار Ubuntu Touch OS مع تعدد المهام الكامل.

رقائق ذراعمستقبل عظيم ينتظر. يتزايد عدد الأوامر وتكرار التشغيل وعدد النوى بشكل نشط، ويظل استهلاك الطاقة منخفضًا. في المستقبل، ستصبح رقائق ARM مناسبة للمهام المتعددة واسعة النطاق، والتي تتميز حاليًا فقط بأنظمة x86. ومع ذلك، حتى في ظل ظروف ناقل التطوير الحالي، من السابق لأوانه القول إن قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية سيتحول بالكامل إلى شرائح ARM. والنقطة هنا في المقام الأول هي السعر. تنمو تكلفة رقائق الأجهزة المحمولة بشكل كبير، في حين يستمر سعر x86 في الانخفاض. إن عامل السعر، إلى جانب الاختلاف في الوظائف، هو الذي سيتم التغلب عليه إلى حد ما، وهناك توقعات مفهومة تمامًا بأن أنظمة ARM المتقدمة لن تفوز قريبًا بانتصار غير مشروط في السباق لصالح المستهلكين...

تستخدم الغالبية العظمى من الأدوات الحديثة معالجات تعتمد على بنية ARM، والتي طورتها الشركة التي تحمل الاسم نفسه ARM Limited. ومن المثير للاهتمام أن الشركة لا تنتج المعالجات بنفسها، ولكنها تقوم فقط بترخيص تقنياتها لمصنعي الرقائق التابعين لجهات خارجية. بالإضافة إلى ذلك، تقوم الشركة أيضًا بتطوير نوى معالج Cortex ومسرعات الرسومات Mali، والتي سنتطرق إليها بالتأكيد في هذه المادة.

أرم المحدودة

تعد شركة ARM في الواقع محتكرة في مجالها، والغالبية العظمى من الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية الحديثة على أنظمة تشغيل الأجهزة المحمولة المختلفة تستخدم معالجات تعتمد على بنية ARM. يقوم مصنعو الرقائق بترخيص النوى الفردية ومجموعات التعليمات والتقنيات ذات الصلة من ARM، وتختلف تكلفة التراخيص بشكل كبير اعتمادًا على نوع نوى المعالج (يمكن أن يتراوح ذلك من حلول ميزانية منخفضة الطاقة إلى رباعية النواة المتطورة وحتى ثمانية النواة رقائق) ومكونات إضافية. أظهر تقرير الأرباح السنوية لشركة ARM Limited لعام 2006 إيرادات قدرها 161 مليون دولار لترخيص حوالي 2.5 مليار معالج (ارتفاعًا من 7.9 مليار في عام 2011)، وهو ما يترجم إلى حوالي 0.067 دولار لكل شريحة. ومع ذلك، للسبب المذكور أعلاه، يعد هذا رقمًا متوسطًا جدًا نظرًا للاختلاف في أسعار التراخيص المختلفة، ومنذ ذلك الحين كان من المفترض أن تنمو أرباح الشركة عدة مرات.

حاليًا، معالجات ARM منتشرة على نطاق واسع. تُستخدم الرقائق المبنية على هذه البنية في كل مكان، بما في ذلك الخوادم، ولكن غالبًا ما يمكن العثور على ARM في الأنظمة المدمجة والمحمولة، بدءًا من وحدات التحكم لمحركات الأقراص الثابتة وحتى الهواتف الذكية الحديثة والأجهزة اللوحية والأدوات الذكية الأخرى.

النوى القشرة

تقوم ARM بتطوير عدة عائلات من النوى التي يتم استخدامها لمهام مختلفة. على سبيل المثال، تُستخدم المعالجات المستندة إلى Cortex-Mx وCortex-Rx (حيث "x" عبارة عن رقم أو رقم يشير إلى الرقم الأساسي الدقيق) في الأنظمة المدمجة وحتى الأجهزة الاستهلاكية، مثل أجهزة التوجيه أو الطابعات.

لن نتناولها بالتفصيل، لأننا مهتمون في المقام الأول بعائلة Cortex-Ax - تُستخدم الرقائق التي تحتوي على هذه النوى في الأجهزة الأكثر إنتاجية، بما في ذلك الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ووحدات التحكم في الألعاب. تعمل شركة ARM باستمرار على أنوية جديدة من خط Cortex-Ax، ولكن في وقت كتابة هذا المقال، يتم استخدام ما يلي في الهواتف الذكية:

كلما زاد العدد، زاد أداء المعالج، وبالتالي، زادت تكلفة فئة الأجهزة التي يتم استخدامها فيها. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه لا يتم مراعاة هذه القاعدة دائمًا: على سبيل المثال، تتمتع الرقائق المستندة إلى نوى Cortex-A7 بأداء أعلى من تلك المستندة إلى Cortex-A8. ومع ذلك، إذا كانت المعالجات المستندة إلى Cortex-A5 تعتبر بالفعل قديمة تقريبا ولا تستخدم تقريبا في الأجهزة الحديثة، فيمكن العثور على وحدات المعالجة المركزية المستندة إلى Cortex-A15 في أجهزة الاتصال والأجهزة اللوحية الرائدة. منذ وقت ليس ببعيد، أعلنت ARM رسميًا عن تطوير أنوية Cortex-A53 وCortex-A57 الجديدة والأكثر قوة وفي نفس الوقت الموفرة للطاقة، والتي سيتم دمجها في شريحة واحدة باستخدام تقنية ARM big.LITTLE ودعم ARMv8. مجموعة التعليمات ("إصدار البنية")، ولكنها لا تُستخدم حاليًا في الأجهزة الاستهلاكية السائدة. يمكن أن تكون معظم شرائح Cortex-core متعددة النواة، كما أن المعالجات رباعية النواة شائعة في الهواتف الذكية المتطورة اليوم.

عادةً ما تستخدم الشركات المصنعة الكبيرة للهواتف الذكية والأجهزة اللوحية معالجات من شركات تصنيع شرائح معروفة مثل Qualcomm أو حلولها الخاصة التي أصبحت شائعة جدًا بالفعل (على سبيل المثال، Samsung وعائلتها من شرائح Exynos)، ولكن من بين الخصائص التقنية للأدوات من معظم الشركات الصغيرة يمكنك غالبًا العثور على وصف مثل "معالج يعتمد على Cortex-A7 بسرعة 1 جيجاهرتز" أو "Cortex-A7 ثنائي النواة بسرعة 1 جيجاهرتز"، وهو ما لا يعني شيئًا للمستخدم العادي. ومن أجل فهم الاختلافات بين هذه النوى، دعونا نركز على الاختلافات الرئيسية.

يتم استخدام نواة Cortex-A5 في المعالجات منخفضة التكلفة للأجهزة ذات الميزانية المحدودة. تم تصميم هذه الأجهزة فقط لأداء مجموعة محدودة من المهام وتشغيل التطبيقات البسيطة، ولكنها ليست مصممة على الإطلاق للبرامج كثيفة الموارد، وخاصة الألعاب. مثال على الأداة التي تحتوي على معالج Cortex-A5 هو Highscreen Blast، الذي حصل على شريحة Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 التي تحتوي على نواتين Cortex-A5 بتردد ساعة يبلغ 1.2 جيجا هرتز.

تعد معالجات Cortex-A7 أقوى من شرائح Cortex-A5 كما أنها أكثر شيوعًا. يتم تصنيع هذه الرقائق باستخدام تقنية معالجة تبلغ 28 نانومتر، وتحتوي على ذاكرة تخزين مؤقت كبيرة من المستوى الثاني تصل إلى 4 ميغابايت. تم العثور على نوى Cortex-A7 بشكل رئيسي في الهواتف الذكية ذات الميزانية المحدودة والأجهزة متوسطة التكلفة مثل IconBIT Mercury Quad، وأيضًا، كاستثناء، في Samsung Galaxy S IV GT-i9500 مع معالج Exynos 5 Octa - تستخدم مجموعة الشرائح هذه تقنية توفير الطاقة عند أداء المهام المتساهلة. معالج Cortex-A7 رباعي النواة.

نواة Cortex-A8 ليست منتشرة على نطاق واسع مثل جيرانها، Cortex-A7 وCortex-A9، ولكنها لا تزال تستخدم في العديد من الأدوات ذات المستوى المبدئي. يمكن أن تتراوح سرعة ساعة التشغيل لرقائق Cortex-A8 من 600 ميجاهرتز إلى 1 جيجاهرتز، لكن في بعض الأحيان يقوم المصنعون برفع تردد التشغيل للمعالجات إلى ترددات أعلى. إحدى ميزات Cortex-A8 الأساسية هي عدم دعم التكوينات متعددة النواة (أي أن المعالجات الموجودة على هذه النوى يمكن أن تكون أحادية النواة فقط)، ويتم تنفيذها باستخدام تقنية معالجة تبلغ 65 نانومتر، والتي تم النظر فيها بالفعل عفا عليها الزمن.

كورتكس-A9

قبل عامين فقط، كانت نوى Cortex-A9 تعتبر الحل الأمثل وتم استخدامها في كل من الرقائق التقليدية أحادية النواة والرقائق ثنائية النواة الأكثر قوة، مثل Nvidia Tegra 2 وTexas Instruments OMAP4. حاليًا، لا تفقد معالجات Cortex-A9 المصنوعة باستخدام تقنية معالجة 40 نانومتر شعبيتها وتستخدم في العديد من الهواتف الذكية متوسطة الفئة. يمكن أن يكون تردد تشغيل هذه المعالجات من 1 إلى 2 جيجاهيرتز أو أكثر، لكنه يقتصر عادة على 1.2-1.5 جيجا هرتز.

في يونيو 2013، قدمت ARM رسميًا نواة Cortex-A12، والتي تم تصنيعها باستخدام تقنية معالجة 28 نانومتر جديدة وهي مصممة لتحل محل نوى Cortex-A9 في الهواتف الذكية متوسطة الفئة. يعد المطور بزيادة في الأداء بنسبة 40٪ مقارنة بـ Cortex-A9، وبالإضافة إلى ذلك، ستكون نوى Cortex-A12 قادرة على المشاركة في بنية ARM الكبيرة. LITTLE باعتبارها معمارية منتجة إلى جانب Cortex-A7 الموفرة للطاقة، مما سيسمح الشركات المصنعة لإنشاء شرائح ثمانية النواة غير مكلفة. صحيح، في وقت كتابة هذا التقرير، كل هذا فقط في الخطط، ولم يتم بعد إنشاء الإنتاج الضخم لرقائق Cortex-A12، على الرغم من أن RockChip قد أعلنت بالفعل عن نيتها إطلاق معالج Cortex-A12 رباعي النواة بتردد 1.8 جيجا هرتز.

اعتبارًا من عام 2013، يعد Cortex-A15 ومشتقاته هو الحل الأفضل ويتم استخدامه في شرائح الاتصالات الرئيسية من مختلف الشركات المصنعة. من بين المعالجات الجديدة التي تم تصنيعها باستخدام تقنية معالجة 28 نانومتر والمبنية على Cortex-A15، هناك Samsung Exynos 5 Octa وNvidia Tegra 4، وغالبًا ما يعمل هذا النواة كمنصة للتعديلات من الشركات المصنعة الأخرى. على سبيل المثال، يستخدم أحدث معالج A6X من Apple أنوية Swift، وهي عبارة عن تعديل لـ Cortex-A15. الشرائح المعتمدة على Cortex-A15 قادرة على العمل بتردد 1.5-2.5 جيجا هرتز، كما أن دعم العديد من معايير الطرف الثالث والقدرة على معالجة ما يصل إلى 1 تيرابايت من الذاكرة الفعلية يجعل من الممكن استخدام مثل هذه المعالجات في أجهزة الكمبيوتر (كيف لا يمكن للمرء أن يتذكر جهاز كمبيوتر صغير بحجم بطاقة Raspberry Pi المصرفية).

سلسلة اللحاء-A50

في النصف الأول من عام 2013، قدمت ARM خطًا جديدًا من الرقائق يسمى سلسلة Cortex-A50. سيتم تصنيع نوى هذا الخط وفقًا لإصدار جديد من البنية، ARMv8، وسيدعم مجموعات التعليمات الجديدة، وسيصبح أيضًا 64 بت. سيتطلب الانتقال إلى عمق بت جديد تحسين أنظمة التشغيل والتطبيقات المحمولة، ولكن، بالطبع، سيظل الدعم لعشرات الآلاف من تطبيقات 32 بت. كانت شركة Apple أول من تحول إلى بنية 64 بت. تعمل أحدث أجهزة الشركة، على سبيل المثال، iPhone 5S، على معالج Apple A7 ARM. والجدير بالذكر أنه لا يستخدم نوى Cortex - بل يتم استبدالها بالنوى الخاصة بالشركة المصنعة والتي تسمى Swift. أحد الأسباب الواضحة للحاجة إلى الانتقال إلى معالجات 64 بت هو دعم أكثر من 4 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي، بالإضافة إلى القدرة على التعامل مع أرقام أكبر بكثير عند الحساب. بالطبع، في الوقت الحالي، هذا مناسب، أولا وقبل كل شيء، للخوادم وأجهزة الكمبيوتر، لكننا لن نتفاجأ إذا ظهرت الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية التي تحتوي على مثل هذا القدر من ذاكرة الوصول العشوائي في السوق في غضون سنوات قليلة. حتى الآن، لا يُعرف أي شيء عن خطط إنتاج الرقائق على البنية الجديدة والهواتف الذكية التي تستخدمها، ولكن من المحتمل أن تتلقى الشركات الرائدة هذه المعالجات بالضبط في عام 2014، كما أعلنت سامسونج بالفعل.

تبدأ السلسلة بنواة Cortex-A53، والتي ستكون "الخليفة" المباشرة لـ Cortex-A9. تتفوق المعالجات المعتمدة على Cortex-A53 بشكل ملحوظ على الرقائق المعتمدة على Cortex-A9 في الأداء، ولكنها في نفس الوقت تحافظ على استهلاك منخفض للطاقة. يمكن استخدام هذه المعالجات إما بشكل فردي أو في تكوين ARM كبير. LITTLE، حيث يتم دمجها على نفس مجموعة الشرائح مع معالج Cortex-A57

أداء اللحاء-A53، اللحاء-A57

ومن المفترض أن تصبح معالجات Cortex-A57، والتي سيتم تصنيعها باستخدام تقنية معالجة 20 نانومتر، أقوى معالجات ARM في المستقبل القريب. يتفوق النواة الجديدة بشكل كبير على سابقتها، Cortex-A15، في معايير الأداء المختلفة (يمكنك رؤية المقارنة أعلاه)، ووفقًا لشركة ARM، التي تستهدف سوق أجهزة الكمبيوتر بشكل جدي، فإنها ستكون حلاً مربحًا لأجهزة الكمبيوتر العادية (بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر المحمولة)، وليس فقط الأجهزة المحمولة.

ذراع كبير.قليل

كحل عالي التقنية لمشكلة استهلاك الطاقة للمعالجات الحديثة، تقدم ARM تقنية LITTLE الكبيرة، والتي يتمثل جوهرها في الجمع بين أنواع مختلفة من النوى على شريحة واحدة، وعادة ما يكون نفس العدد من النوى الموفرة للطاقة والأداء العالي تلك.

هناك ثلاثة مخططات لتشغيل أنواع مختلفة من النوى على شريحة واحدة: big.LITTLE (الترحيل بين المجموعات)، وbig.LITTLE IKS (الترحيل بين النوى)، وbig.LITTLE MP (المعالجة المتعددة غير المتجانسة).

big.LITTLE (الهجرة بين المجموعات)

أول مجموعة شرائح تعتمد على بنية ARM الكبيرة. LITTLE كانت معالج Samsung Exynos 5 Octa. إنه يستخدم نظام big.LITTLE "4+4" الأصلي، وهو ما يعني الجمع في مجموعتين (ومن هنا اسم المخطط) على شريحة واحدة، أربعة أنوية Cortex-A15 عالية الأداء للتطبيقات والألعاب كثيفة الاستخدام للموارد وأربعة أنوية طاقة. توفير نوى Cortex-A7 للعمل اليومي مع معظم البرامج، ويمكن لنوع واحد فقط من النواة العمل في وقت واحد. يحدث التبديل بين مجموعات النوى على الفور تقريبًا ودون أن يلاحظها أحد من قبل المستخدم في الوضع التلقائي بالكامل.

big.LITTLE IKS (الهجرة بين النوى)

التنفيذ الأكثر تعقيدًا لبنية Big.LITTLE هو الجمع بين عدة مراكز حقيقية (عادةً اثنتين) في مركز افتراضي واحد، يتم التحكم فيه بواسطة نواة نظام التشغيل، والتي تقرر أي النوى ستستخدم - موفرة للطاقة أو منتجة. بالطبع، هناك أيضًا العديد من النوى الافتراضية - يُظهر الرسم التوضيحي مثالاً لمخطط IKS، حيث يحتوي كل من النوى الافتراضية الأربعة على نواة Cortex-A7 وCortex-A15 واحدة.

big.LITTLE MP (معالجة متعددة غير متجانسة)

يعد نظام big.LITTLE MP هو الأكثر "تقدمًا" - حيث يكون كل نواة مستقلاً ويمكن تشغيله بواسطة نواة نظام التشغيل حسب الحاجة. هذا يعني أنه إذا تم استخدام أربعة أنوية Cortex-A7 ونفس العدد من أنوية Cortex-A15، فستكون مجموعة الشرائح المبنية على بنية ARM الكبيرة. LITTLE MP قادرة على تشغيل جميع النوى الثمانية في وقت واحد، على الرغم من أنها من أنواع مختلفة. كانت إحدى المعالجات الأولى من هذا النوع هي شريحة Mediatek - MT6592 ذات الثمانية النواة، والتي يمكنها العمل بتردد ساعة يبلغ 2 جيجا هرتز، وكذلك تسجيل وتشغيل الفيديو بدقة UltraHD.

مستقبل

وفقًا للمعلومات المتاحة حاليًا، تخطط ARM في المستقبل القريب، جنبًا إلى جنب مع شركات أخرى، لإطلاق الجيل التالي من الرقائق الكبيرة.LITTLE، والتي ستستخدم نوى Cortex-A53 وCortex-A57 الجديدة. بالإضافة إلى ذلك، ستقوم الشركة المصنعة الصينية MediaTek بإنتاج معالجات الميزانية بناءً على ARM big.LITTLE، والتي ستعمل وفقًا لمخطط "2 + 2"، أي استخدام مجموعتين من مركزين.

مسرعات الرسومات مالي

بالإضافة إلى المعالجات، تقوم ARM أيضًا بتطوير مسرعات الرسومات لعائلة Mali. مثل المعالجات، تتميز مسرعات الرسومات بالعديد من المعلمات، على سبيل المثال، مستوى الصقل، وواجهة الناقل، وذاكرة التخزين المؤقت (ذاكرة فائقة السرعة تستخدم لزيادة سرعة التشغيل) وعدد "نوى الرسومات" (على الرغم من أنه كما كتبنا في المقالة السابقة، هذا المؤشر، على الرغم من التشابه مع المصطلح المستخدم لوصف وحدة المعالجة المركزية، ليس له أي تأثير تقريبًا على الأداء عند مقارنة وحدتي معالجة رسوميات).

كان أول مسرع رسومات ARM هو Mali 55 غير المستخدم حاليًا، والذي تم استخدامه في هاتف LG Renoir الذي يعمل باللمس (نعم، الهاتف الخلوي الأكثر شيوعًا). لم يتم استخدام وحدة معالجة الرسومات في الألعاب - فقط لعرض الواجهة، وكانت تتمتع بخصائص بدائية وفقًا لمعايير اليوم، ولكنها أصبحت "سلف" سلسلة Mali.

منذ ذلك الحين، قطع التقدم شوطًا طويلًا، وأصبحت الآن واجهات برمجة التطبيقات ومعايير الألعاب المدعومة ذات أهمية كبيرة. على سبيل المثال، يتم الإعلان الآن عن دعم OpenGL ES 3.0 فقط في أقوى المعالجات مثل Qualcomm Snapdragon 600 و800، وإذا تحدثنا عن منتجات ARM، فإن المعيار مدعوم بواسطة مسرعات مثل Mali-T604 (كان الأول تم تصنيع وحدة معالجة الرسومات ARM باستخدام بنية Midgard الدقيقة الجديدة)، وMali-T624، وMali-T628، وMali-T678 وبعض الرقائق الأخرى المشابهة في الخصائص. ترتبط وحدة معالجة الرسومات هذه أو تلك، كقاعدة عامة، ارتباطًا وثيقًا بالنواة، ولكن، مع ذلك، يتم الإشارة إليها بشكل منفصل، مما يعني أنه إذا كانت جودة الرسومات في الألعاب مهمة بالنسبة لك، فمن المنطقي أن تنظر إلى اسم مسرع في مواصفات الهاتف الذكي أو الجهاز اللوحي.

تحتوي ARM أيضًا على مسرعات رسومات للهواتف الذكية متوسطة الفئة في تشكيلتها، وأكثرها شيوعًا Mali-400 MP وMali-450 MP، والتي تختلف عن إخوانها الأكبر سنًا في الأداء المنخفض نسبيًا ومجموعة محدودة من واجهات برمجة التطبيقات والمعايير المدعومة. على الرغم من ذلك، يستمر استخدام وحدات معالجة الرسومات هذه في الهواتف الذكية الجديدة، على سبيل المثال، Zopo ZP998، الذي حصل على مسرع الرسومات Mali-450 MP4 (تعديل محسّن لـ Mali-450 MP) بالإضافة إلى معالج MTK6592 ثماني النواة.

من المفترض أن تظهر الهواتف الذكية المزودة بأحدث مسرعات الرسومات ARM في نهاية عام 2014: Mali-T720 وMali-T760 وMali-T760 MP، والتي تم طرحها في أكتوبر 2013. من المقرر أن يكون Mali-T720 هو وحدة معالجة الرسومات الجديدة للهواتف الذكية منخفضة التكلفة وأول وحدة معالجة رسومات في هذا القطاع تدعم Open GL ES 3.0. سيصبح Mali-T760 بدوره أحد أقوى مسرعات الرسومات المحمولة: وفقًا للخصائص المعلنة، تحتوي وحدة معالجة الرسومات على 16 مركزًا للحوسبة ولديها قوة حوسبة هائلة حقًا، 326 Gflops، ولكن في نفس الوقت، أربع مرات استهلاك طاقة أقل من Mali-T604 المذكور أعلاه.

دور وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات من ARM في السوق

على الرغم من حقيقة أن ARM هو مؤلف ومطور البنية التي تحمل الاسم نفسه، والتي، نكرر، تُستخدم الآن في الغالبية العظمى من معالجات الأجهزة المحمولة، فإن حلولها في شكل النوى ومسرعات الرسومات لا تحظى بشعبية كبيرة في الهواتف الذكية الكبرى الشركات المصنعة. على سبيل المثال، من المعتقد بحق أن أجهزة الاتصال الرئيسية التي تعمل بنظام التشغيل Android يجب أن تحتوي على معالج Snapdragon مع أنوية Krait ومسرع رسومات Adreno من شركة Qualcomm؛ ويتم استخدام شرائح من نفس الشركة في الهواتف الذكية التي تعمل بنظام Windows Phone، وبعض الشركات المصنعة للأدوات الذكية، على سبيل المثال، أبل، تطوير النوى الخاصة بهم. لماذا هذا الوضع موجود حاليا؟

ربما تكون بعض الأسباب أعمق، ولكن أحدها هو عدم وجود وضع واضح لوحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات من ARM بين منتجات الشركات الأخرى، ونتيجة لذلك يُنظر إلى تطورات الشركة على أنها مكونات أساسية للاستخدام في B - الأجهزة ذات العلامات التجارية والهواتف الذكية غير المكلفة وإنشاء حلول أكثر نضجًا. على سبيل المثال، تكرر شركة Qualcomm في كل عرض تقديمي تقريبًا أن أحد أهدافها الرئيسية عند إنشاء معالجات جديدة هو تقليل استهلاك الطاقة، وأن نوى Krait الخاصة بها، وهي نوى Cortex المعدلة، تظهر باستمرار نتائج أداء أعلى. ينطبق بيان مماثل على شرائح NVIDIA، التي تركز على الألعاب، ولكن بالنسبة لمعالجات Exynos من Samsung وسلسلة A من Apple، فإن لديهم سوقهم الخاص بسبب التثبيت في الهواتف الذكية لنفس الشركات.

ما ورد أعلاه لا يعني على الإطلاق أن تطورات ARM أسوأ بكثير من المعالجات والنوى من شركات الطرف الثالث، ولكن المنافسة في السوق في النهاية تفيد مشتري الهواتف الذكية فقط. يمكننا القول أن ARM تقدم بعض الفراغات، من خلال شراء ترخيص يمكن للمصنعين تعديلها بشكل مستقل.

خاتمة

نجحت المعالجات الدقيقة المعتمدة على بنية ARM في غزو سوق الأجهزة المحمولة نظرًا لانخفاض استهلاكها للطاقة وقدرة الحوسبة العالية نسبيًا. في السابق، تنافست بنيات RISC الأخرى مع ARM، على سبيل المثال MIPS، ولكن الآن لم يتبق لها سوى منافس جاد واحد فقط - Intel مع بنية x86، والتي، بالمناسبة، على الرغم من أنها تقاتل بنشاط من أجل حصتها في السوق، لم يتم إدراكها بعد سواء من قبل المستهلكين أو من قبل معظم الشركات المصنعة على محمل الجد، لا سيما في ظل الغياب الفعلي للرائدات القائمة عليها (لم يعد Lenovo K900 قادرًا على التنافس مع أحدث الهواتف الذكية المتطورة على معالجات ARM).

ما رأيك، هل سيتمكن أي شخص من استبدال ARM، وما هو مستقبل هذه الشركة وهندستها المعمارية؟

مرحبا بقراءنا الأحباء. سنخبرك اليوم عن بنية معالج Cortex a53.

أنت لا تدرك حتى عدد أدواتك التي تعمل بفضل هذا المعالج. قليل من الناس يعرفون ميزات نوى التكنولوجيا وما يميزها عن بعضها البعض. ستتعرف في هذه المقالة على ميزات Cortex a53 المشهورة.

صفات

يمكن أن تحتوي هذه المعالجات على من 1 إلى 8 مراكز ونظام ذاكرة L1 وذاكرة تخزين مؤقت مشتركة L2. لفهم ما يميز المكون الرئيسي لجميع معدات هذا النموذج تقريبًا عن الأجهزة الأخرى، عليك أن تعرف مزاياه:

• الأداء العالي (يدعم مجموعة واسعة من تطبيقات الهاتف المحمول، والتلفزيون الرقمي، والمركبات الفضائية، والتخزين وغيرها من المعدات المماثلة)؛
• بنية Army8-A عالية الجودة للتصميمات المستقلة للمبتدئين؛
• عالمية (يمكن إقرانها بأي معالجات، مثل Cortex-A72 وCortex-A57 وغيرها)؛
• منتج عالي الجودة بسعة تحميل كبيرة.

هذه هي نقاط القوة الرئيسية لهذا المنتج، ولكن ليس كل مزاياه. يؤدي جوهر هذه العلامة التجارية العديد من الوظائف:

• يدعم ما يصل إلى 64 بت وأحدث إصدارات الهندسة المعمارية؛
• تقنية أمان TrustZone؛
• ملحقات DSP وSIMD؛
• ناقل ذو 8 مراحل بمخرجين وعدد صحيح محسّن؛
• يمكن أن تعمل على ترددات من 1.5 جيجا هرتز؛
• دعم المحاكاة الافتراضية للأجهزة.

هذه مجموعة قياسية من الوظائف لهذا المكون الفني، ولكنها ليست جميع الوظائف التي تؤديها هذه الآلية المعقدة.

أين يتم استخدامه في أغلب الأحيان؟

تم العثور على هذا النوع من المعالجات ليس فقط في الهواتف الذكية من الطبقة المتوسطة (Xiaomi redmi 4، Redmi 3s، Meizu m3/m5 Note، وما إلى ذلك)، ولكن أيضًا في التقنيات التالية:

• هندسة الطيران؛
• شبكة؛
• تخزين البيانات (مثل الأقراص الصلبة، SDD)؛
• نظام المعلومات والترفيه في السيارة؛

ميزات إضافية

• خط الأنابيب، وهو المسؤول عن انخفاض استهلاك الطاقة؛
• إنتاجية عالية، مما يسمح لك بتنفيذ أوامر متعددة في وقت واحد؛
• ميزات توفير الطاقة المتقدمة.

يرتبط المعالج بعناوين IP مختلفة

تُستخدم هذه التقنية في SoCs بالإضافة إلى تقنيات Arm وGraphics IP وSystem IP وPhysical IP. نحن نقدم لك قائمة كاملة من الأدوات التي يمكن من خلالها استخدام جوهر هذه العلامة التجارية :

• مالي-T860/مالي-T880;
• مالي-DP550؛
• مالي-V550؛
• كور لينك؛
• وحدة تحكم في الذاكرة؛
• وحدة تحكم المقاطعة؛
• استوديو التطوير DS-5؛
• مترجم ARM.
• مجالس التطوير؛
• نماذج سريعة.

هناك نوعين من معالجات Cortex a53:

• AArch64 - يسمح لك بتثبيت واستخدام تطبيقات 64 بت؛
• AArch32 – يجعل من الممكن استخدام تطبيقات Armv7-A الموجودة فقط.

لماذا تحتاج كل هذه المعلومات التقنية؟

إذا كنت لا تفهم شيئًا عن التكنولوجيا والخصائص، فبمعنى أبسط، يوفر Cortex a53 أداءً أكبر بكثير من سابقاتها مع مستوى أعلى من كفاءة استخدام الطاقة. الأداء الأساسي أعلى من أداء العلامة التجارية Cortex-A7، الموجودة في العديد من الهواتف الذكية الشهيرة.

إن بنية Armv8-A هي التي تحدد وظائف التقنيات. تتمتع هذه العلامة التجارية للنواة بمعالجة بيانات 64 بت وعناوين افتراضية موسعة وسجلات للأغراض العامة 64 بت. كل هذه الميزات جعلت هذا المعالج هو الأول الذي تم تصميمه خصيصًا لتوفير معالجة 64 بت موفرة للطاقة.

وبالتالي، أنت تدرك أن معالج Cortex A53 هو على وجه التحديد المكون الفني الذي لا ينبغي عليك تخطيه عند اختيار المعدات. إذا كان هاتفك الذكي يحتوي على مثل هذا المعالج الذي يستخدم هذه البنية، فلا داعي للقلق بشأن نفاد الذاكرة أو استنزاف هاتفك بسرعة. كل هذه المشاكل أصبحت من الماضي

نأمل أن تكون مقالتنا مفيدة لك. إذا كان الأمر كذلك، اشترك في مجموعاتنا على الشبكات الاجتماعية وترقب المقالات الجديدة التي قد تكون مفيدة لك أيضًا. لا تنسوا قناتنا على موقع YouTube.

كان هناك موقع معك

الجواب هو للتطبيقات ذات السلامة الوظيفية المتزايدة. يتم استخدام نوى ARM Cortex-R على الأقل لهذا الغرض في وحدات التحكم الدقيقة عالية الأداء "في الوقت الفعلي" من شركة Texas Instruments.

على الرغم من أن معالجات Cortex-R متوافقة تمامًا تقريبًا مع معالجات Cortex-A وCortex-M من حيث مجموعة التعليمات، إلا أنه لا تزال هناك اختلافات كبيرة بينهما. على وجه الخصوص، يوفر نواة Cortex-R أداءً أعلى من Cortex-M، بينما يكون في الوقت نفسه قادرًا على إجراء عمليات حتمية يصعب تحقيقها على معالجات التطبيقات Cortex-A. لذلك من حيث الأداء، يقع Cortex-R بين Cortex-M وCortex-A، ولكن في نفس الوقت يمكن استخدامه في كل من وحدات التحكم الدقيقة والمعالجات.

تم بناء قلب Cortex-R على بنية جامعة هارفارد ويوفر سرعات عالية على مدار الساعة بفضل خط أنابيب مكون من 8 مراحل وتنفيذ تعليمات سلمية فائقة. تعمل تعليمات SIMD الخاصة بالأجهزة على تمكين معالجة الإشارات الرقمية ومعالجة الوسائط عالية الأداء. يتميز Cortex-M أيضًا بميزات تحسين الأداء مثل الجلب المسبق للتعليمات، وتوقع الفرع، ومقسم الأجهزة. تساعد هذه المكونات المعمارية معالجات Cortex-R4 وCortex-R5 على تحقيق أداء DMIPS/MHz عالي. ميزة أخرى مثيرة للاهتمام في نواة Cortex-R هي أن خط أنابيب الفاصلة العائمة المتوافق مع IEEE-754 يدعم تنسيقات الدقة الفردية (32 بت) والدقة المزدوجة (64 بت)، ويعمل بالتوازي مع الفاصلة العائمة. أرقام نقطة ثابتة.

بفضل الذاكرة ذات زمن الوصول المنخفض المقترنة بإحكام بالمعالج، تحدث الاستجابات للأحداث في الوقت الفعلي في أسرع وقت ممكن، ويتم تنفيذ معالجة المقاطعة في أسرع وقت ممكن. تساعد هذه القدرات، إلى جانب الأداء العالي والحتمية لنواة Cortex-R، على تلبية متطلبات التطبيقات في الوقت الفعلي التي تتطلب أيضًا الأمان الوظيفي.

إذا كنت تعمل في مجال سلامة وموثوقية الأجهزة، فمن المحتمل أنك سمعت عن السلامة الوظيفية للمكونات الإلكترونية القابلة للبرمجة، وأول ما قد يتبادر إلى ذهنك هو IEC 61508. وهو معيار أمان دولي رئيسي موجود منذ حوالي 20 عامًا ويتم الالتزام به في العديد من الصناعات. يتم توفير السلامة الوظيفية في النقل (صناعات الطيران والسكك الحديدية والسيارات) والصناعة والطب والطاقة المتجددة وغيرها من المجالات. وقد قامت هذه الصناعات إما بتطوير معايير السلامة الخاصة بها أو تكييف المعايير الدولية مثل IEC 61508. وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى أن صناعة السيارات اعتمدت معيار السلامة الوظيفية الخاص بها، ISO 26262، في عام 2012.

إذًا، ما هو الجيد في Cortex-R من حيث السلامة الوظيفية؟ بادئ ذي بدء، ميزات التكوين الفريدة التي تسمح بتصحيح الأخطاء. هذه الميزات عبارة عن خيارات قامت ARM بدمجها مباشرة في النواة، والتي تتضمن وظائف اكتشاف الأخطاء وتصحيحها، وحماية ذاكرة الناقل والذاكرة L1، وأوضاع البرامج الخاصة بالمستخدم والمتميزة مع وحدة حماية الذاكرة (MPU)، ودعم التكوين ثنائي النواة (DCLS).

ما هو DCLS ولماذا هو مطلوب؟ إذا كنت مهندس برمجيات تعمل في مشروع يتطلب جهازًا للعمل بشكل موثوق وآمن، فإن DCLS ستجعل حياتك أسهل بكثير. يعد هذا مفيدًا بشكل خاص إذا كنت تستخدم وحدتي تحكم دقيقتين أو مركزين مستقلين لتشخيص الأخطاء في مركز واحد.

هناك بعض المشاكل المحددة عند العمل مع نواة مستقلة. أولاً، تحتاج إلى كتابة كود "إضافي" لكل متحكم دقيق يقوم بمراقبة متحكم آخر. ثانيًا، أنت الآن بحاجة إلى جعل هذا الرمز هو الجزء الرئيسي من وحدة أمان النظام الخاصة بك، وهذا يعني أنه يجب عليك توفير موثوقية وسلامة التشغيل الإضافي في كل سطر من هذا الرمز. مع DCLS، أصبح هذا الرمز "الإضافي" والحاجة إلى تأمينه شيئًا من الماضي. بالطبع، لا يزال يتعين على المطور كتابة الكثير من أسطر التعليمات البرمجية المتعلقة بالأمان، لكن هذه الآلية لا تزال تجعل حياته أسهل.

لسهولة الفهم، يمكن اعتبار آلية DCLS بمثابة مزيج من المعالج الرئيسي ووحدة التحقق. من وجهة نظر المبرمج، برمجة مثل هذا النظام لن تختلف عن برمجة متحكم تقليدي أحادي النواة. النواة الثانية، أي وحدة التحقق، إلى جانب منطق المقارنة، تؤدي عمل الكود "الإضافي" الموصوف أعلاه، بالإضافة إلى أكثر من ذلك بكثير. يمكن لمنطق المقارنة اكتشاف خطأ في بضع دورات للمعالج، في حين أن النواة المنفصلة قد تستغرق مئات أو حتى آلاف الدورات للقيام بذلك. لذلك، يعد DCLS أسرع بكثير في اكتشاف الأخطاء ويمكنه توفير الوقت الثمين في تطوير تعليمات برمجية موثوقة.