Процессоры ARM

Если исследовать любой электронный гаджет, отличный от компьютера, то в нем можно легко найти микросхему микроконтроллера (МК, DSP). Даже на отдельных устройствах ПК применяются свои собственные микроконтроллеры, выполняющие роль процессора. Казалось бы – а зачем они нужны, если есть центральный процессор? Во-первых, его мощности может не хватить для всех задач. К примеру, для обслуживания видеокарты, сетевой карты и собственных нужд. Это понятно сразу. Во-вторых, дублировать процессор для мелких устройств нерентабельно – слишком он дорогой, большой и горячий в работе; здесь требуются простые аналоги, способные хорошо выполнять ограниченный круг специфических задач.

Такие процессоры имеют архитектуру ARM и применяются сейчас практически везде, где нужна средняя вычислительная мощность без необходимости охлаждения. Название ARM является аббревиатурой от Advanced RISC Machine. RISC процессоры – процессоры с набором наиболее простых команд, которые удобно применять в параллельных процессах. В ARM система команд обычно сложнее, но не такая сложная, как в традиционных CISC процессорах – ARM процессоры даже не используют микрокод!

Производит весь набор процессоров и инструментальных средств к ним компания ARM Ltd, а остальные компании являются лицензиатами, то есть вынуждены покупать лицензии, благо, они недорогие. Среди лицензиатов встречаются знакомые имена: Analog Devices, Intel, nVidia, Atmel, Texas Instruments и многие другие.

Главное достоинство процессора состоит в его достаточно высокой производительности при малом потреблении энергии. Упрощенные схемы ядра и команд позволяют использовать меньше транзисторов, так что процессор может иметь компактный вид, иногда даже сверхкомпактный – для производства флешек, к примеру. Как и серьезные «братья», процессоры могут поддерживать 16, 32 и 64 битную архитектуру.

С начала производства сменилось много поколений ARM процессоров, и архитектура ядер до v3 считается устаревшей. Актуальные версии – v4-v7. Интересен сам код процессоров. Во-первых, там очень много регистров общего назначения, а стековые операции почти не применяются. Во-вторых, все команды имеют один размер, выровнены на границы слова. Каждая команда выполняется за один такт. Во время работы процессор может переключаться с экономичного режима команд ARM (16 бит) на Thumb (32 бита) установкой специального флага регистра, а есть уже Thumb-2, где все обе эти системы выбираются автоматически. Интересны расширения Jazelle для процессоров – они являются аналогом Java-кода, и могут непосредственно выполняться ARM-процессором.