Funktionen und Vorteile von ARM-Computern: Alles, was Sie wissen müssen

Dieser Artikel lädt Sie ein, in das faszinierende Universum von einzutauchen ARM-Computer. Wir werden ihre Geschichte, ihre Funktionsweise, ihre Verwendung im wirklichen Leben, die Unterschiede zu anderen Architekturen (wie etwa Intel und AMD x86) sowie ihre Stärken und Schwächen genauer betrachten.

Wenn vor wenigen Jahrzehnten jemand das Wort "Prozessor" erwähnte, dachte er als erstes an Marken wie Intel o AMD, mit seinen bekannten PC-Chips. In den letzten Jahren hat sich jedoch ein neuer Akteur in der Branche einen Namen gemacht und die Art und Weise, wie wir Computer, Mobiltelefone und alle Arten digitaler Geräte verstehen, revolutioniert: ARM-Prozessoren. Doch was steckt wirklich hinter dieser Architektur? Was sind seine wirklichen Vorteile gegenüber anderen herkömmlichen Prozessoren?

Wie funktioniert ein ARM-Prozessor? Wichtige Prinzipien und Unterschiede zu x86

Der Schlüssel zur ARM-Architektur liegt in der Einfachheit und Effizienz des Befehlssatzes. Da sie auf der RISC-Philosophie basieren, führen ARM-CPUs sehr grundlegende Operationen (Addition, Subtraktion, Datenbewegung, Sprung usw.) in einzelnen Taktzyklen aus, anstatt komplexe und lange Anweisungen wie CISC (typisch für x86 von Intel und AMD). Dies bedeutet, dass ein ARM-Chip weniger Transistoren, was wiederum bedeutet:

• Geringerer Energieverbrauch.
• Reduzierung der Wärmeentwicklung.
• Niedrigere Herstellungskosten.

In neueren Designs (wie ARMv8 und ARMv9) Ein ARM-Prozessor kann sowohl im 32-Bit- als auch im 64-Bit-Modus arbeiten., wobei er bei alltäglichen Aufgaben die Verarbeitungsleistung seiner x86-Konkurrenten erreicht und manchmal sogar übertrifft. Der Kernanpassung ermöglicht jedem Hersteller, bestimmte Einheiten hinzuzufügen, den Cache-Speicher zu erweitern, Grafik-Coprozessoren oder künstliche Intelligenz hinzuzufügen usw.

Es gibt auch zwei Betriebsarten:

• ARM-Modus: 32-Bit-Anweisungen, maximale Leistung und Performance
• Daumenmodus: 16-Bit komprimierte Anweisungen, geringerer Stromverbrauch und höhere Codedichte, ideal für Geräte mit Speicherbeschränkungen

Einfachheit bedeutet nicht Leistungsmangel: Aktuelle Versionen von ARM verfügen über erweiterte Pipeline, Pipeline, Verzweigungsvorhersage und mehrere Kerne., und kommt der Leistung der besten x86-Chips sehr nahe, insbesondere bei Aufgaben, bei denen Energieeffizienz entscheidend ist.

Hauptmerkmale von ARM-Computern

Um vollständig zu verstehen, was einen Computer mit einem ARM-Prozessor so besonders macht, müssen wir uns alle seine Funktionen ansehen. technische Spezifikationen, sowohl auf Hardware- als auch auf logischer Architekturebene:

• RISC-Architektur: einfache Anweisung, schnelle Ausführung, weniger Transistoren
• Kernanpassung: Hersteller können das Design ändern, Grafiken, KI, Sicherheit usw. integrieren.
• Extrem niedriger Energieverbrauch: ideal für tragbare Geräte und Ausrüstung ohne aktive Kühlsysteme
• 32- und 64-Bit-Kompatibilität: Die neuesten Generationen unterstützen beides und verbessern sowohl die Geschwindigkeit als auch die Speicherkapazität.
• Cache- und Speichereffizienz: Integration von optimiertem L1/L2-Cache und Datenbus
• Erweiterte Unterrichtsunterstützung: Daumenmodus, SIMD-Unterstützung (NEON), Gleitkommaeinheiten und Erweiterungen für künstliche Intelligenz in den neuesten Modellen
• Offene Lizenz: Jeder kann seine eigenen ARM-basierten Chips entwickeln, indem er die Designlizenz bezahlt. Dies hat zu einer enormen Produktvielfalt und einem Wettbewerb zwischen den Herstellern geführt.
• Breite Betriebssystemkompatibilität: Android, iOS, Windows, Linux, macOS (auf den neuesten Macs) und viele andere

Auf der Nutzungsebene Die Verbreitung von ARM-Chips beschränkt sich nicht auf Mobiltelefone und Tablets.; Immer mehr ARM-Computer, Laptops, Mini-PCs, Server und sogar Supercomputer verlassen sich auf ihre Effizienz und Skalierbarkeit.

Vorteile von ARM-Computern gegenüber Intel und AMD

Die Vorteile der ARM-Architektur gegenüber herkömmlichen x86-Prozessoren (Intel und AMD) liegen auf der Hand. Zu den Stärken zählen:

• Unübertroffene Energieeffizienz: Stromverbrauch ist viel kleiner, was bedeutet Längere Akkulaufzeit für Laptops und niedrigere Stromrechnungen für Server. Einige ARM-Chips der neuesten Generation verbrauchen kaum 1 W, verglichen mit 15–45 W bei herkömmlichen x86-Chips.
• Kühlung leicht gemacht: durch geringere Wärmeentwicklung, Sie benötigen keine leistungsstarken Lüfter oder komplexe Ableitungssysteme. Dies ermöglicht lüfterlose Designs sowie schlankere und leisere Gehäuse.
• Niedrigster Herstellungspreis: weniger Transistoren und Silizium, einfacher in großem Maßstab herzustellen, Senkung der Kosten und Ermöglichung der Herstellung erschwinglicher Computer.
• Flexibilität und AnpassbarkeitHersteller können kundenspezifische Chips für jeden Bedarf erstellen, von sehr kleinen IoT-Geräten bis hin zu Hochleistungscomputern.
• Ständige Aktualisierungen: Wettbewerb zwischen Herstellern (Apple, Qualcomm, Samsung, MediaTek, NVIDIA usw.) treibt Innovation und kontinuierliche Verbesserung von Leistung und Effizienz voran.
• Multiplattform-Unterstützung: Es ist üblich, ARM-Computer zu sehen, die mit Android, Linux, Chrome OS, Windows 10/11 und macOS kompatibel sind, was eine enorme Vielseitigkeit für Entwickler und Anwender.

Diese Vorteile erklären Warum ARMs die mobile Welt erobert haben und nun auch im Bereich Laptops, Convertibles, Mini-PCs und Server eine ernstzunehmende Konkurrenz darstellen. Die Einführung von Apple Silicon-Chips in Macs hat gezeigt, dass ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Leistung und Akkulaufzeit erreicht werden kann, und ebnet damit den Weg für andere Hersteller, diesem Beispiel zu folgen.

Wichtigste aktuelle Nachteile und Einschränkungen

Natürlich hat das nicht nur Vorteile. Auch bei ARM-Rechnern gibt es Einschränkungen, die berücksichtigt werden müssen.:

• Eingeschränkte Softwarekompatibilität: viele Anwendungen (insbesondere solche, die für x86 entwickelt wurden) Sie funktionieren nicht nativ auf ARM. Obwohl es Emulationssysteme gibt (wie Rosetta 2 von Apple oder Prism unter Windows), Die Leistung kann beeinträchtigt werden.
• Geringere Rohleistung in einigen Szenarien: Bei sehr anspruchsvollen Aufgaben (professionelle Videobearbeitung, extremes Gaming, CAD, fortgeschrittene Virtualisierung) sind ARM-Chips Sie bleiben normalerweise hinter den besten x86.
• Abhängigkeit von Optimierungen: für Holen Sie das Beste daraus herausmüssen Entwickler spezielle Versionen ihrer Anwendungen für ARM erstellen.
• Geringeres Angebot an Hardware und Komponenten: Obwohl Es verändert sich rasant., im Moment gibt es Weniger Optionen für 100 % ARM-kompatible Komponenten und Zubehör auf dem Markt, insbesondere in Europa und Amerika.
• Einschränkungen beim Spielen und bei der Anpassung: Gaming-PCs erfordern oft dedizierte GPUs, mehr RAM und Aufrüstbarkeit, die auf ARM noch stärker eingeschränkt sind als auf x86-Plattformen.

Der Trend geht jedoch dahin, dass diese Einschränkungen mit der Zeit abgebaut werden, da Hersteller und Entwickler zunehmend auf ARM setzen.

Arten von ARM-Prozessoren und technologische Entwicklung

Das ARM-Ökosystem umfasst mehrere Varianten und Familien, von den frühesten 16- und 32-Bit-Chips bis hin zu den neuesten 64-Bit-Monstern für Server, Desktops und High-End-Laptops. Schauen wir uns die wichtigsten an:

• ARM1, ARM2, ARM3: historische Pioniere, weit verbreitet in frühen Personalcomputern und eingebetteten Systemen
• ARM6, ARM7, ARM9, ARM11: fortschreitende Weiterentwicklung von Leistung und Effizienz mit integriertem Cache, Multimedia-Unterstützung und dem Aufkommen von SIMD- und Thumb-Anweisungen
• StrongARM und XScale: von DEC und Intel lizenzierte Chips, die in den 2000er Jahren in PDAs, Mobiltelefonen und Industriegeräten sehr beliebt waren
• Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M: die wichtigsten Familien von heute. Cortex-A für allgemeine Anwendungen (Smartphones, Tablets, Laptops), mit Single- und Multi-Core-Versionen, NEON, TrustZone und Multimedia-Funktionen. Cortex-R für Echtzeitsysteme (Autos, Automatisierung) und Cortex-M für stromsparende, kostengünstige Mikrocontroller.
• Apple Silicon: Apples eigene ARM-basierte Chips, vom M1 bis zum M3, mit Pro-, Max- und Ultra-Varianten, die bei der Leistung auf Laptops und Desktops mit macOS führend sind.
• Löwenmaul: Qualcomms Flaggschiff-Reihe, die häufig in Mobiltelefonen und jetzt auch in Ultrabooks und Laptops mit Snapdragon X Elite und dem neuen Copilot+ PC verwendet wird.

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Betriebssystem- und Softwarekompatibilität auf ARM

Ein wichtiger Aspekt ist Softwarekompatibilität, insbesondere in Desktop-Betriebssystemen und -Anwendungen:

• Android und iOS: Von Anfang an für ARM entwickelte Systeme, die Kompatibilität und gute Leistung auf Mobiltelefonen und Tablets gewährleisten.
• Linux: Breite Unterstützung für Distributionen wie Ubuntu, Debian, Arch Linux, Kali, Gentoo, Oracle Linux und viele mehr sowie BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD).
• macOSSeit 2020 laufen Macs mit Apple Silicon nur noch auf ARM, wobei die meisten Apps mit Rosetta 2 portiert oder emuliert werden.
• Windows 10 und 11 für ARM: Verbesserte Versionen, die native Apps und x86-Emulation unterstützen, insbesondere dank Windows 11 Copilot+ und seiner Prism-Engine.

Die große Herausforderung für ARM-Computer bleibt derzeit die Kompatibilität mit Desktopanwendungen. Während für viele beliebte Apps bereits native ARM-Versionen verfügbar sind, gibt es immer noch spezialisierte Software, die eine Emulation erfordert oder nicht optimiert ist.

Markt und wichtigste ARM-Computerhersteller

Heute ragen mehrere Unternehmen und Geräte als Trendsetter auf dem ARM-Markt für Computer heraus:

• Apfel: mit seinem MacBook, iMac, Mac Mini und Mac Studio auf Basis von Apple Silicon. Darüber hinaus verwenden auch iPhone, iPad, Apple Watch und Apple TV ARM.
• Microsoft: Die ARM-Computer der Surface Pro X- und Surface Copilot+-Reihen repräsentieren das Engagement von Redmond mit nativer Unterstützung für Windows und Optimierungsbemühungen.
• Qualcomm: Marktführer im Bereich Mobiltelefone mit Löwenmaul, und derzeit in Ultrabooks und Laptops mit Snapdragon X Elite und Copilot+ PC.
• Google: Chrome OS auf Chromebooks mit langer Akkulaufzeit und Kompatibilität mit Android-Apps.
• Samsung, HP, Acer, Lenovo: Sie bieten Laptops, Tablets und Convertibles mit ARM-Chips und vorinstalliertem Windows 11 ARM an und legen dabei Wert auf Autonomie und leichtes Design.
• Raspberry Pi: die Maker-Plattform, die ARM Millionen von Benutzern zugänglich gemacht hat und Programmierung, Robotik und IoT fördert.

Wichtige Unterschiede zwischen ARM und x86 (Intel/AMD)

Für viele lautet die Hauptfrage: Wie unterscheidet sich ein ARM-Prozessor wirklich von einem Intel- oder AMD-x86-Prozessor?

• Art der Anweisungen: ARM verwendet RISC mit einfachen und kurzen Anweisungen; x86 ist CISC mit komplexen und langen Anweisungen.
• Leistung pro Watt: ARM zeichnet sich durch hervorragende Energieeffizienz aus, ideal für Batterien und passive Systeme; x86-Rohleistung für anspruchsvolle Aufgaben.
• Architektur: ARM ist modular und anpassbar, x86 ist geschlossener und homogener.
• Softwarekompatibilität: x86 verfügt über jahrzehntelange native Software, aber ARM entwickelt sich mit Apps und plattformübergreifender Nutzung schnell weiter.
• Zielmarkt: ARM dominiert den Mobil- und IoT-Bereich und wächst bei Laptops und Servern; x86 auf PCs, Gaming und Legacy.

Die Zukunft der ARM-Computer: Was können wir erwarten?

El Zukunft von ARM Es entwickelt sich zu einer sehr ausgewogenen Option für Laptops, Convertibles, Mini-PCs und zunehmend auch für Desktops und Server. Der Schlüssel wird darin liegen, Entwickler zu motivieren, Anwendungen zu optimieren und die Emulation zu verbessern, ohne dabei Innovationen hinsichtlich Leistung und Effizienz aufzugeben.

Apple ist mit seinem Silicon und seinem geschlossenen Ökosystem weiterhin führend, während Microsoft, Google und andere Hersteller auf die Erweiterung der Kompatibilität und Leistung von ARM setzen. Der Trend geht zu immer leichteren Geräten mit großer Autonomie und ausreichender Leistung für 90 % des täglichen Gebrauchs., wodurch die rohe Leistung des x86 im Hintergrund bleibt.

Die Computerlandschaft wird durch ARM radikal verändert, das hat sich von einem Protagonisten in Mobiltelefonen zu einer zunehmend vorherrschenden Option auf Computern und Servern entwickelt. Die Wahl eines Geräts mit ARM-Kern verspricht Effizienz, Vielseitigkeit und eine Zukunft voller Innovationen.

Daniel Terrasa

Auf Technologie- und Internetthemen spezialisierter Redakteur mit mehr als zehn Jahren Erfahrung in verschiedenen digitalen Medien. Ich habe als Redakteur und Content-Ersteller für E-Commerce-, Kommunikations-, Online-Marketing- und Werbeunternehmen gearbeitet. Ich habe auch auf Websites aus den Bereichen Wirtschaft, Finanzen und anderen Sektoren geschrieben. Meine Arbeit ist auch meine Leidenschaft. Nun, durch meine Artikel in TecnobitsIch versuche, alle Neuigkeiten und neuen Möglichkeiten zu erkunden, die uns die Welt der Technologie jeden Tag bietet, um unser Leben zu verbessern.