ARM kompiuterių savybės ir privalumai: viskas, ką reikia žinoti

Šis straipsnis kviečia pasinerti į žavingą visatą ARM kompiuteriai. Atidžiau panagrinėsime jų istoriją, veikimo principus, realų panaudojimą, skirtumus nuo kitų architektūrų (pvz., „Intel“ ir AMD x86) bei jų stipriąsias ir silpnąsias puses.

Vos prieš kelis dešimtmečius, jei kas nors paminėdavo žodį „procesorius“, pirmiausia į galvą ateidavo tokie prekių ženklai kaip "Intel" o AMD, su savo gerai žinomais asmeninių kompiuterių lustais. Tačiau pastaraisiais metais šiame sektoriuje išgarsėjo naujas žaidėjas, kuris pakeitė mūsų supratimą apie kompiuterius, mobiliuosius telefonus ir visų rūšių skaitmeninius įrenginius: ARM procesoriai. Bet kas iš tikrųjų slypi už šios architektūros? Kokie yra jo tikrieji pranašumai, palyginti su kitais tradiciniais procesoriais?

Kaip veikia ARM procesorius? Pagrindiniai principai ir skirtumai su x86

ARM architektūros raktas slypi tame, kad instrukcijų rinkinio paprastumas ir efektyvumas. Remiantis RISC filosofija, ARM procesoriai atlieka labai paprastas operacijas (sudėtis, atimtis, duomenų perkėlimas, šuoliai ir kt.) atskirais takto ciklais, o ne sudėtingas ir ilgas instrukcijas, kaip CISC (būdingos „Intel“ ir AMD x86). Tai reiškia, kad ARM lustas gali turėti mažiau tranzistorių, o tai savo ruožtu reiškia:

• Mažesnės energijos sąnaudos.
• Išsiskiriančios šilumos sumažinimas.
• Mažesnės gamybos sąnaudos.

Naujesniuose dizainuose (pvz., ARMv8 ir ARMv9), ARM procesorius gali veikti tiek 32 bitų, tiek 64 bitų režimuose., kasdienėse užduotyse prilygstantis ir kartais pranokstantis savo x86 konkurentų apdorojimo galią. The pagrindinis pritaikymas leidžia kiekvienam gamintojui pridėti konkrečius įrenginius, išplėsti talpyklos atmintį, pridėti grafikos koprocesorius arba dirbtinį intelektą ir kt.

Taip pat yra du veikimo režimai:

• ARM režimas32 bitų instrukcijos, maksimali galia ir našumas
• Nykščio režimas16 bitų suspaustos instrukcijos, mažesnės energijos sąnaudos ir didesnis kodo tankis, idealiai tinka įrenginiams su atminties apribojimais

Paprastumas nereiškia galios stokos: Dabartinės ARM versijos turi pažangų konvejerį, konvejerį, šakų prognozavimą ir kelis branduolius., labai priartėdamas prie geriausių x86 lustų našumo, ypač atliekant užduotis, kuriose labai svarbus energijos vartojimo efektyvumas.

Pagrindinės ARM kompiuterių savybės

Norėdami iki galo suprasti, kuo ypatingas kompiuteris su ARM procesoriumi, turime pažvelgti į visas jo savybes. techninės charakteristikostiek aparatinės, tiek loginės architektūros lygmeniu:

• RISC architektūrapaprasta instrukcija, greitas vykdymas, mažiau tranzistorių
• Pagrindinis pritaikymasGamintojai gali modifikuoti dizainą, integruoti grafiką, dirbtinį intelektą, saugumą ir kt.
• Itin mažas energijos suvartojimasidealiai tinka nešiojamiesiems įrenginiams ir įrangai be aktyvių aušinimo sistemų
• 32 ir 64 bitų suderinamumasNaujausios kartos palaiko abu, pagerindamos tiek greitį, tiek atminties talpą.
• Talpyklos ir atminties efektyvumasOptimizuotos L1/L2 talpyklos ir duomenų magistralės integracija
• Išplėstinė instrukcijų paramaNykščio režimas, SIMD palaikymas (NEON), slankiojo kablelio vienetai ir dirbtinio intelekto plėtiniai naujausiuose modeliuose
• Atviroji licencijaKiekvienas gali kurti savo ARM pagrindu veikiančius lustus, sumokėjęs už projektavimo licenciją. Dėl to atsirado didžiulė produktų įvairovė ir konkurencija tarp gamintojų.
• Platus operacinių sistemų suderinamumas„Android“, „iOS“, „Windows“, „Linux“, „macOS“ (naujausiuose „Mac“ kompiuteriuose) ir daugelis kitų

Naudojimo lygmenyje, ARM lustų plitimas neapsiriboja mobiliaisiais telefonais ir planšetiniais kompiuteriais.; Vis daugiau ARM kompiuterių, nešiojamųjų kompiuterių, mini kompiuterių, serverių ir net superkompiuterių priklauso nuo jų efektyvumo ir mastelio keitimo.

ARM kompiuterių pranašumai, palyginti su „Intel“ ir AMD

ARM architektūros pranašumai, palyginti su tradiciniais x86 procesoriais („Intel“ ir AMD), yra gana akivaizdūs. Tarp stipriųjų pusių yra:

• Neprilygstamas energijos vartojimo efektyvumas: elektros energijos suvartojimas yra daug mažesnis, o tai reiškia Ilgesnis nešiojamųjų kompiuterių akumuliatoriaus veikimo laikas ir mažesnės serverių sąskaitos už elektrą. Kai kurie naujausios kartos ARM lustai sunaudoja vos 1 W, palyginti su 15–45 W, kuriuos suvartoja įprasti x86 lustai.
• Paprastas vėsinimas: gaminant mažiau šilumos, Jiems nereikia galingų ventiliatorių ar sudėtingų išsklaidymo sistemų. Tai leidžia sukurti konstrukcijas be ventiliatoriaus, plonesnius ir tylesnius korpusus.
• Žemiausia gamybos kainamažiau tranzistorių ir silicio, lengviau gaminti dideliu mastu, mažinant išlaidas ir sudarant sąlygas kurti įperkamus kompiuterius.
• Lankstumas ir pritaikymasGamintojai gali kurti individualius lustus kiekvienam poreikiui – nuo ​​labai mažų daiktų interneto įrenginių iki didelio našumo kompiuterių.
• Nuolatiniai atnaujinimaiGamintojų konkurencija („Apple“, „Qualcomm“, „Samsung“, „MediaTek“, „NVIDIA“ ir kt.) skatina inovacijas ir nuolatinį našumo bei efektyvumo gerinimą.
• Daugiaformis palaikymasĮprasta matyti ARM kompiuterius, suderinamus su „Android“, „Linux“, „Chrome OS“, „Windows 10/11“ ir „macOS“, kurie siūlo didžiulis universalumas kūrėjams ir vartotojams.

Šie privalumai paaiškina Kodėl ARM užkariavo mobiliųjų įrenginių pasaulį ir dabar rimtai konkuruoja nešiojamųjų kompiuterių, konvertuojamų kompiuterių, mini kompiuterių ir serverių srityse?. „Apple Silicon“ lustų atsiradimas „Mac“ kompiuteriuose parodė, kad galima pasiekti puikų energijos ir baterijos veikimo laiko balansą, atverdamas kelią kitiems gamintojams sekti jų pavyzdžiu.

Pagrindiniai dabartiniai trūkumai ir apribojimai

Žinoma, tai ne visi privalumai. ARM kompiuteriai taip pat turi apribojimų, į kuriuos reikia atsižvelgti.:

• Ribotas programinės įrangos suderinamumas: daugelis programų (ypač tų, kurios skirtos x86) Jie neveikia natūraliai ARM sistemoje. Nors yra emuliacijos sistemų (pvz., „Apple Rosetta 2“ arba „Prism“ sistemoje „Windows“), gali būti paveiktas našumas.
• Kai kuriais atvejais mažesnė neapdorota galiaAtliekant labai sudėtingas užduotis (profesionalus vaizdo įrašų redagavimas, ekstremalūs žaidimai, CAD, pažangi virtualizacija), ARM lustai Jie paprastai atsilieka nuo geriausių x86.
• Priklausomybė nuo optimizacijų: už išgauti kuo daugiau naudoskūrėjai turi sukurti konkrečias savo programų versijas ARM.
• Mažesnis techninės įrangos ir komponentų tiekimas: nors sparčiai keičiasi, šiuo metu yra Mažiau rinkoje esančių 100 % ARM suderinamų komponentų ir priedų variantų, ypač Europoje ir Amerikoje.
• Žaidimų ir pritaikymo apribojimaiŽaidimų kompiuteriams dažnai reikalingos specialios GPU, daugiau RAM ir atnaujinimo galimybės, kurios ARM platformose yra dar labiau ribojamos nei x86 platformose.

Tačiau tendencija yra ta, kad šie apribojimai laikui bėgant mažėja, nes gamintojai ir kūrėjai vis labiau pasikliauja ARM.

ARM procesorių tipai ir technologinė evoliucija

ARM ekosistemoje yra keletas variantų ir šeimų – nuo ​​​​seniausių 16 ir 32 bitų lustų iki naujausių 64 bitų žvėrių, skirtų serveriams, staliniams kompiuteriams ir aukščiausios klasės nešiojamiesiems kompiuteriams. Pažvelkime į pagrindinius:

• ARM1, ARM2, ARM3: istoriniai pionieriai, plačiai naudojami ankstyvuosiuose asmeniniuose kompiuteriuose ir įterptosiose sistemose
• ARM6, ARM7, ARM9, ARM11: laipsniška galios ir efektyvumo evoliucija su integruota talpykla, multimedijos palaikymu ir SIMD bei „Thumb“ instrukcijų atsiradimu
• StrongARM ir XScale: DEC ir „Intel“ licencijuoti lustai, labai populiarūs 2000-aisiais delniniuose kompiuteriuose, mobiliuosiuose telefonuose ir pramoniniuose įrenginiuose
• Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M: aktualiausios šeimos šiandien. „Cortex-A“ bendrosios paskirties programoms (išmaniesiems telefonams, planšetiniams kompiuteriams, nešiojamiesiems kompiuteriams), su vieno ir kelių branduolių versijomis, NEON, „TrustZone“ ir multimedijos galimybėmis. „Cortex-R“ – realaus laiko sistemoms (automobiliams, automatizavimui), o „Cortex-M“ – mažai energijos vartojantiems, ekonomiškiems mikrovaldikliams.
• Obuolių silicis„Apple“ ARM pagrindu sukurti lustai – nuo ​​„M1“ iki „M3“, su „Pro“, „Max“ ir „Ultra“ variantais, kurie pirmauja nešiojamuosiuose ir stacionariuose kompiuteriuose su „macOS“ operacine sistema pagal našumą.
• "Snapdragon„Qualcomm“ flagmanų serija, plačiai naudojama mobiliuosiuose telefonuose, o dabar ir ultrabook'uose bei nešiojamuosiuose kompiuteriuose su „Snapdragon X Elite“ ir naujuoju „Copilot+ PC“.

Susijęs straipsnis:

Naujas „Surface Pro“ įrenginys pasirodė Kinijos sertifikate, erzinantis ARM maitinamą atnaujinimą.

Operacinės sistemos ir programinės įrangos suderinamumas ARM sistemoje

Pagrindinis aspektas yra programinės įrangos suderinamumas, ypač darbalaukio operacinėse sistemose ir programose:

• "Android" ir "iOS"Sistemos nuo pat pradžių buvo sukurtos ARM sistemai, užtikrinančios suderinamumą ir gerą veikimą mobiliuosiuose telefonuose ir planšetiniuose kompiuteriuose.
• LinuxPlatus tokių distribucijų kaip „Ubuntu“, „Debian“, „Arch Linux“, „Kali“, „Gentoo“, „Oracle Linux“ ir daugelio kitų, taip pat BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD), palaikymas.
• macOSNuo 2020 m. „Mac“ kompiuteriai su „Apple Silicon“ veikia tik ARM aplinkoje, o dauguma programų yra perkeltos arba emuliuojamos naudojant „Rosetta 2“.
• „Windows 10“ ir „11“, skirtos ARMPatobulintos versijos, palaikančios vietines programas ir x86 emuliaciją, ypač dėka „Windows 11 Copilot+“ ir jos „Prism“ variklio.

Didžiausias ARM kompiuterių iššūkis šiuo metu išlieka darbalaukio programų suderinamumas. Nors daugelis populiarių programų jau turi gimtąsias ARM versijas, vis dar yra specializuotos programinės įrangos, kuriai reikalinga emuliacija arba kuri nėra optimizuota.

Rinka ir svarbiausi ARM kompiuterių gamintojai

Šiandien kelios įmonės ir įrenginiai išsiskiria kaip ARM kompiuterių rinkos tendencijų kūrėjai:

• Applesu savo „MacBook“, „iMac“, „Mac Mini“ ir „Mac Studio“, pagrįstais „Apple Silicon“. Be to, „iPhone“, „iPad“, „Apple Watch“ ir „Apple TV“ taip pat naudoja ARM.
• "Microsoft"„Surface Pro X“ ir „Surface Copilot+“ serijų ARM kompiuteriai atspindi „Redmond“ įsipareigojimą, siūlydami integruotą „Windows“ palaikymą ir optimizavimo pastangas.
• "Qualcomm: lyderis mobiliųjų telefonų srityje "Snapdragon, o šiuo metu – ultrabookuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose su „Snapdragon X Elite“ ir „Copilot+ PC“.
• "Google"„Chrome“ OS „Chromebook“ kompiuteriuose, pasižyminti ilga baterijos veikimo trukme ir suderinamumu su „Android“ programėlėmis.
• „Samsung“, „HP“, „Acer“, „Lenovo“Jie siūlo nešiojamuosius kompiuterius, planšetinius kompiuterius ir transformuojamus kompiuterius su ARM lustais ir iš anksto įdiegta „Windows 11 ARM“, teikdami pirmenybę autonomijai ir lengvam dizainui.
• Aviečių Pi: kūrėjų platforma, kuri suteikė ARM milijonams vartotojų, skatindama programavimą, robotiką ir daiktų internetą.

Pagrindiniai ARM ir x86 (Intel/AMD) skirtumai

Daugeliui pagrindinis klausimas yra: kuo ARM procesorius iš tikrųjų skiriasi nuo „Intel“ ar AMD x86 procesoriaus?

• Instrukcijų tipasARM naudoja RISC su paprastomis ir trumpomis instrukcijomis; x86 yra CISC, su sudėtingomis ir ilgomis instrukcijomis.
• Našumas vienam vatuiARM pasižymi puikiu energijos vartojimo efektyvumu, idealiai tinka baterijoms ir pasyvioms sistemoms; x86 neapdorota galia sudėtingoms užduotims.
• ArchitektūraARM yra modulinė ir pritaikoma, x86 yra uždaresnė ir homogeniškesnė.
• Programinės įrangos suderinamumasx86 turi dešimtmečius gyvos gimtosios programinės įrangos, tačiau ARM sparčiai žengia į priekį su programėlėmis ir kelių platformų veikimu.
• Tikslinė rinkaARM dominuoja mobiliųjų įrenginių ir daiktų interneto srityse, o nešiojamųjų kompiuterių ir serverių srityse ji auga; x86 kompiuteriuose, žaidimuose ir senesnėse sistemose.

ARM kompiuterių ateitis: ko galime tikėtis?

El ARM ateitis Jis tampa labai subalansuotu pasirinkimu nešiojamiesiems kompiuteriams, transformuojamiems kompiuteriams, mini kompiuteriams ir, vis dažniau, staliniams kompiuteriams bei serveriams. Svarbiausia bus motyvuoti kūrėjus optimizuoti programas ir tobulinti emuliaciją, kartu išlaikant inovacijas galios ir efektyvumo srityse.

„Apple“ ir toliau pirmauja su savo silicio ir uždara ekosistema, o „Microsoft“, „Google“ ir kiti gamintojai lažinasi dėl suderinamumo ir našumo išplėtimo ARM sistemoje. Tendencija yra vis lengvesnių įrenginių link, pasižyminčių didele autonomija ir pakankamu našumu 90 % kasdienio naudojimo., paliekant x86 procesoriaus galią antrame plane.

ARM radikaliai keičia skaičiavimo aplinką. iš pagrindinio veikėjo mobiliuosiuose telefonuose tapo vis labiau vyraujančiu pasirinkimu kompiuteriuose ir serveriuose. Pasirinkus įrenginį su ARM branduoliu, žadama efektyvumas, universalumas ir ateitis, kupina inovacijų.

Danielis Terrasa

Redaktorius specializuojasi technologijų ir interneto klausimais, turintis daugiau nei dešimties metų patirtį įvairiose skaitmeninėse laikmenose. Esu dirbusi redaktore ir turinio kūrėja elektroninės prekybos, komunikacijos, internetinės rinkodaros ir reklamos įmonėse. Taip pat rašiau ekonomikos, finansų ir kitų sektorių svetainėse. Mano darbas taip pat yra mano aistra. Dabar per mano straipsnius Tecnobits, stengiuosi ištirti visas naujienas ir naujas galimybes, kurias mums kasdien siūlo technologijų pasaulis, kad pagerintume savo gyvenimą.