Eiginleikar og kostir ARM tölva: allt sem þú þarft að vita

Þessi grein býður þér að sökkva þér niður í heillandi alheim ARM tölvur. Við ætlum að skoða nánar sögu þeirra, hvernig þau virka, raunverulega notkun þeirra, muninn á öðrum arkitektúrum (eins og x86 frá Intel og AMD) og styrkleika þeirra og veikleika.

Fyrir aðeins nokkrum áratugum, ef einhver nefndi orðið „örgjörvi“, þá var það fyrsta sem kom upp í hugann vörumerki eins og Intel o AMD, með sínum þekktu tölvuflögum. Hins vegar hefur nýr aðili á undanförnum árum getið sér gott orð í greininni og gjörbyltt því hvernig við skiljum tölvur, farsíma og alls kyns stafræn tæki: ARM örgjörvar. En hvað býr í raun og veru að baki þessari byggingarlist? Hverjir eru raunverulegir kostir þess umfram aðra hefðbundna örgjörva?

Hvernig virkar ARM örgjörvi? Lykilreglur og munur á x86

Lykillinn að ARM arkitektúrnum liggur í Einfaldleiki og skilvirkni leiðbeiningasettsins. ARM örgjörvar byggja á RISC heimspeki og framkvæma mjög einfaldar aðgerðir (samlagningu, frádrátt, gagnaflutning, stökk o.s.frv.) í einstökum klukkuhringrásum, í stað flókinna og langra skipana eins og CISC (dæmigert fyrir x86 frá Intel og AMD). Þetta þýðir að ARM örgjörvi getur haft færri smára, sem aftur þýðir:

• Minni orkunotkun.
• Minnkun á hitamyndun.
• Lægri framleiðslukostnaður.

Í nýrri hönnunum (eins og ARMv8 og ARMv9), ARM örgjörvi getur unnið bæði í 32-bita og 64-bita stillingum., sem jafnast á við og stundum er betri en vinnslugeta x86 keppinauta sinna í daglegum verkefnum. Hinn kjarnaaðlögun gerir hverjum framleiðanda kleift að bæta við tilteknum einingum, stækka skyndiminni, bæta við grafíkvinnsluforritum eða gervigreind o.s.frv.

Einnig eru til tvær aðferðir:

• ARM-stilling32-bita leiðbeiningar, hámarksafl og afköst
• Þumalfingursstilling16-bita þjappaðar leiðbeiningar, minni orkunotkun og meiri kóðaþéttleiki, tilvalið fyrir tæki með minnistakmarkanir

Einfaldleiki þýðir ekki skort á krafti: Núverandi útgáfur af ARM eru með háþróaða leiðslu, leiðslu, greinarspá og marga kjarna., sem er mjög nálægt afköstum bestu x86 örgjörvanna, sérstaklega í verkefnum þar sem orkunýting er mikilvæg.

Helstu eiginleikar ARM tölva

Til að skilja til fulls hvað gerir tölvu með ARM örgjörva sérstaka verðum við að skoða alla eiginleika hennar. tæknilega eiginleika, bæði á vélbúnaðar- og rökfræðilegu byggingarlistarstigi:

• RISC arkitektúrEinföld leiðbeining, hröð framkvæmd, færri smárar
• KjarnaaðlögunFramleiðendur geta breytt hönnuninni, samþætt grafík, gervigreind, öryggi o.s.frv.
• Mjög lág orkunotkunTilvalið fyrir flytjanleg tæki og búnað án virkra kælikerfa
• 32 og 64 bita samhæfniNýjustu kynslóðirnar styðja hvort tveggja, sem bætir bæði hraða og minnisgetu.
• Skyndiminni og minnisnýtingSamþætting á bjartsýni L1/L2 skyndiminni og gagnabussa
• Aukinn stuðningur við kennsluÞumalfingursstilling, SIMD-stuðningur (NEON), fleytitölueiningar og viðbætur fyrir gervigreind í nýjustu gerðunum
• Opið leyfiHver sem er getur þróað sínar eigin ARM-byggðu örgjörva með því að greiða hönnunarleyfið. Þetta hefur skapað gríðarlegt úrval af vörum og samkeppni milli framleiðenda.
• Víðtæk samhæfni við stýrikerfiAndroid, iOS, Windows, Linux, macOS (á nýjustu Mac-tölvunum), svo eitthvað sé nefnt.

Á notkunarstigi, Útbreiðsla ARM-flögna takmarkast ekki við farsíma og spjaldtölvur.; Það eru fleiri og fleiri ARM tölvur, fartölvur, smátölvur, netþjónar og jafnvel ofurtölvur sem reiða sig á skilvirkni sína og stigstærð.

Kostir ARM tölva fram yfir Intel og AMD

Kostirnir við ARM-arkitektúr umfram hefðbundna x86 örgjörva (Intel og AMD) eru nokkuð augljósir. Meðal sterkra þátta eru:

• Óviðjafnanleg orkunýtni: raforkunotkun er mun minni, sem þýðir Meiri rafhlöðuending fyrir fartölvur og lægri rafmagnsreikningar fyrir netþjóna. Sumar nýjustu kynslóðar ARM-flögur nota varla 1W, samanborið við 15-45W fyrir hefðbundnar x86-flögur.
• Kæling gerð einföldmeð því að framleiða minni hita, Þeir þurfa ekki öfluga viftu eða flókin dreifikerfi. Þetta gerir kleift að hanna viftulausa hluti, fá þynnri og hljóðlátari kassa.
• Lægsta framleiðsluverðfærri smárar og sílikon, auðveldara að framleiða í stórum stíl, lækka kostnað og gera kleift að búa til hagkvæmar tölvur.
• Sveigjanleiki og aðlögunFramleiðendur geta búið til sérsniðnar flísar fyrir allar þarfir, allt frá mjög litlum IoT tækjum til afkastamikilla tölva.
• Stöðugar uppfærslurSamkeppni milli framleiðenda (Apple, Qualcomm, Samsung, MediaTek, NVIDIA, o.s.frv.) knýr nýsköpun og stöðugar umbætur á afköstum og skilvirkni.
• Multiplatform stuðningurAlgengt er að sjá ARM tölvur sem eru samhæfar Android, Linux, Chrome OS, Windows 10/11 og macOS, sem býður upp á... gríðarleg fjölhæfni fyrir forritara og notendur.

Þessir kostir skýra Af hverju ARM-tölvur hafa sigrað farsímaheiminn og eru nú að keppa alvarlega á sviði fartölva, breytilegra tölva, smátölva og netþjóna.. Koma Apple kísilflísanna í Mac-tölvur hefur sýnt fram á að hægt er að ná frábæru jafnvægi milli aflgjafa og rafhlöðuendingar, sem ryður brautina fyrir aðra framleiðendur til að fylgja í kjölfarið.

Helstu ókostir og takmarkanir núverandi

Auðvitað eru þetta ekki allir kostir. ARM tölvur hafa einnig takmarkanir sem þarf að hafa í huga.:

• Takmörkuð hugbúnaðarsamhæfnimörg forrit (sérstaklega þau sem eru hönnuð fyrir x86) Þau virka ekki innbyggð á ARM. Þó að til séu hermikerfi (eins og Rosetta 2 frá Apple eða Prism í Windows), afköst gætu orðið fyrir áhrifum.
• Minni hráorka í sumum tilfellumÍ mjög krefjandi verkefnum (fagleg myndvinnslu, öfgafull leikjavinnsla, CAD, háþróuð sýndarvæðing), ARM flísar Þeir lenda yfirleitt á eftir bestu x86.
• Háð hagræðingu: fyrir fá sem mest út úr því, forritarar verða að búa til sérstakar útgáfur af forritum sínum fyrir ARM.
• Minna framboð á vélbúnaði og íhlutum: samt er að breytast hratt, eins og er eru Færri möguleikar á 100% ARM-samhæfum íhlutum og fylgihlutum á markaðnum, sérstaklega í Evrópu og Ameríku.
• Takmarkanir í leikjum og sérstillingumLeikjatölvur þurfa oft sérstaka skjákort, meira vinnsluminni og uppfærslumöguleika, sem eru enn takmarkaðri á ARM en á x86 kerfum.

Þróunin er þó sú að þessar takmarkanir muni minnka með tímanum, þar sem framleiðendur og forritarar reiða sig í auknum mæli á ARM.

Tegundir ARM örgjörva og tækniþróun

ARM vistkerfið hefur nokkrar afbrigði og fjölskyldur, allt frá elstu 16 og 32-bita örgjörvunum til nýjustu 64-bita dýranna sem miða að netþjónum, skjáborðstölvum og hágæða fartölvum. Við skulum skoða þá helstu:

• ARM1, ARM2, ARM3: sögulegir brautryðjendur, mikið notaðir í fyrstu einkatölvum og innbyggðum kerfum
• ARM6, ARM7, ARM9, ARM11: stigvaxandi þróun í afli og skilvirkni, með innbyggðum skyndiminni, margmiðlunarstuðningi og tilkomu SIMD og Thumb leiðbeininga
• StrongARM og XScale: örgjörvar með leyfi frá DEC og Intel, mjög vinsælir á árunum 2000 í lófatölvum, farsímum og iðnaðartækjum
• Heilabörkur A, heilabörkur R, heilabörkur M: þær fjölskyldur sem skipta mestu máli í dag. Cortex-A fyrir almenn forrit (snjallsíma, spjaldtölvur, fartölvur), með ein- og fjölkjarna útgáfum, NEON, TrustZone og margmiðlunarmöguleikum. Cortex-R fyrir rauntímakerfi (bíla, sjálfvirkni) og Cortex-M fyrir orkusparandi og hagkvæma örstýringar.
• Apple kísillARM-byggð örgjörvar frá Apple, frá M1 til M3, með Pro, Max og Ultra útgáfum, sem eru fremstir í frammistöðu á fartölvum og borðtölvum sem keyra macOS.
• SnapdragonFlaggskiplína Qualcomm, mikið notuð í farsímum og nú í ultrabooks og fartölvum með Snapdragon X Elite og nýju Copilot+ tölvunni.

Tengd grein:

Nýtt Surface Pro tæki birtist í kínverskri vottun, stríðni við ARM-knúna endurnýjun.

Stýrikerfi og hugbúnaðarsamhæfni á ARM

Lykilatriði er hugbúnaðarsamhæfni, sérstaklega í stýrikerfum og forritum fyrir skjáborð:

• Android og iOSKerfi hönnuð frá upphafi fyrir ARM, sem tryggir eindrægni og góða afköst í farsímum og spjaldtölvum.
• LinuxVíðtækur stuðningur við dreifingar eins og Ubuntu, Debian, Arch Linux, Kali, Gentoo, Oracle Linux og margar fleiri, sem og BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD).
• MacOSFrá árinu 2020 hafa Mac-tölvur með Apple Silicon eingöngu keyrt á ARM, og flest forrit hafa verið flutt eða hermd með Rosetta 2.
• Windows 10 og 11 fyrir ARMBættar útgáfur sem styðja innfædd forrit og x86 hermun, sérstaklega þökk sé Windows 11 Copilot+ og Prism vélinni.

Stóra áskorunin fyrir ARM tölvur núna er enn sú samhæfni við skrifborðsforrit. Þó að mörg vinsæl forrit hafi þegar innbyggðar ARM útgáfur, þá er samt sem áður til sérhæfður hugbúnaður sem krefst hermunar eða er ekki fínstilltur.

Markaður og helstu framleiðendur ARM tölvu

Í dag standa nokkur fyrirtæki og tæki upp úr sem leiðandi á ARM markaðnum fyrir tölvur:

• Applemeð MacBook, iMac, Mac Mini og Mac Studio sem byggja á Apple Silicon. Að auki nota iPhone, iPad, Apple Watch og Apple TV einnig ARM.
• MicrosoftARM tölvurnar í Surface Pro X og Surface Copilot+ línunum endurspegla skuldbindingu Redmond, með innbyggðum stuðningi fyrir Windows og hagræðingaraðgerðum.
• Qualcommleiðandi í farsímaframleiðslu með Snapdragon, og nú í ultrabooks og fartölvum með Snapdragon X Elite og Copilot+ PC.
• GoogleChrome OS í Chromebook tölvum, með frábærri rafhlöðuendingu og samhæfni við Android forrit.
• Samsung, HP, Acer, LenovoÞeir bjóða upp á fartölvur, spjaldtölvur og breytanlegar tölvur með ARM-örfum og foruppsettum Windows 11 ARM, með áherslu á sjálfvirkni og létt hönnun.
• Hindberjum Pi: framleiðandavettvangurinn sem hefur fært ARM til milljóna notenda og eflt forritun, vélfærafræði og IoT.

Lykilmunur á ARM og x86 (Intel/AMD)

Fyrir marga er aðalspurningin: hvernig er ARM örgjörvi í raun og veru frábrugðinn Intel eða AMD x86 örgjörva?

• Tegund leiðbeiningaARM notar RISC, með einföldum og stuttum leiðbeiningum; x86 er CISC, með flóknum og löngum skipunum.
• Afköst á hvert wattARM er orkusparandi og tilvalið fyrir rafhlöður og óvirk kerfi; x86 hráorka fyrir krefjandi verkefni.
• ArkitektúrARM er mátbundið og sérsniðið, x86 er lokaðra og einsleitara.
• Eindrægni hugbúnaðarx86 hefur áratuga innbyggðan hugbúnað, en ARM er að þróast hratt með forritum og fjölpallaforritum.
• MarkhópurARM er ráðandi í farsímum, IoT og er að vaxa í fartölvum og netþjónum; x86 á tölvum, leikjum og eldri tölvum.

Framtíð ARM tölva: hvað má búast við?

El framtíð ARM Það er að koma fram sem mjög jafnvægislegur valkostur fyrir fartölvur, breytanlegar tölvur, mini-tölvur og í auknum mæli borðtölvur og netþjóna. Lykilatriðið verður að hvetja forritara til að fínstilla forrit og bæta hermun, en um leið viðhalda nýsköpun í afli og skilvirkni.

Apple heldur áfram að vera leiðandi með sílikon og lokað vistkerfi sitt, á meðan Microsoft, Google og aðrir framleiðendur veðja á að auka eindrægni og afköst á ARM. Þróunin er í átt að sífellt léttari tækjum, með mikilli sjálfvirkni og nægjanlegri afköstum fyrir 90% af daglegri notkun., og skilur hráa kraft x86 eftir í bakgrunni.

Tölvuumhverfið er að breytast gjörsamlega vegna ARM, sem hefur farið úr því að vera aðalvalkostur í farsímum í að verða sífellt ríkjandi valkostur á tölvum og netþjónum. Að velja tæki með ARM kjarna lofar skilvirkni, fjölhæfni og framtíð fullri af nýsköpun.

Daníel Terrasa

Ritstjóri sérhæfður í tækni- og netmálum með meira en tíu ára reynslu í mismunandi stafrænum miðlum. Ég hef starfað sem ritstjóri og efnishöfundur fyrir rafræn viðskipti, samskipti, markaðssetningu á netinu og auglýsingafyrirtæki. Ég hef einnig skrifað á vefsíður hagfræði, fjármála og annarra geira. Vinnan mín er líka ástríða mín. Nú, í gegnum greinar mínar í Tecnobits, Ég reyni að kanna allar fréttir og ný tækifæri sem tækniheimurinn býður okkur á hverjum degi til að bæta líf okkar.