Funkcje i zalety komputerów ARM: wszystko, co musisz wiedzieć

W tym artykule zapraszamy Cię do zanurzenia się w fascynującym wszechświecie Komputery ARM. Przyjrzymy się bliżej ich historii, sposobowi działania, ich rzeczywistemu zastosowaniu, różnicom w stosunku do innych architektur (takich jak x86 firm Intel i AMD) oraz ich mocnym i słabym stronom.

Jeszcze kilkadziesiąt lat temu, gdy ktoś wypowiadał słowo „procesor”, pierwszą rzeczą, jaka przychodziła mu na myśl, były marki takie jak Intel o AMD, ze swoimi dobrze znanymi układami scalonymi PC. Jednakże w ostatnich latach na rynku pojawił się nowy gracz, który zrewolucjonizował sposób, w jaki postrzegamy komputery, telefony komórkowe i wszelkiego rodzaju urządzenia cyfrowe: Procesory ARM. Ale co naprawdę kryje się za tą architekturą? Jakie są jego rzeczywiste zalety w porównaniu z innymi tradycyjnymi procesorami?

Jak działa procesor ARM? Kluczowe zasady i różnice w x86

Kluczem do architektury ARM jest prostota i wydajność zestawu instrukcji. Opierając się na filozofii RISC, procesory ARM wykonują podstawowe operacje (dodawanie, odejmowanie, przesyłanie danych, przeskakiwanie itp.) w pojedynczych cyklach zegara, zamiast skomplikowanych i długich instrukcji, takich jak CISC (typowe dla procesorów x86 firm Intel i AMD). Oznacza to, że układ ARM może mieć mniej tranzystorów, co z kolei oznacza:

• Niższe zużycie energii.
• Zmniejszenie ilości wytwarzanego ciepła.
• Niższe koszty produkcji.

W nowszych projektach (takich jak ARMv8 i ARMv9) Procesor ARM może pracować zarówno w trybie 32-bitowym, jak i 64-bitowym., dorównując, a czasami przewyższając mocą obliczeniową swoich rywali x86 w codziennych zadaniach. Ten podstawowa personalizacja umożliwia każdemu producentowi dodawanie określonych jednostek, rozszerzanie pamięci podręcznej, dodawanie koprocesorów graficznych lub sztucznej inteligencji itp.

Istnieją również dwa tryby działania:

• Tryb ARM:Instrukcje 32-bitowe, maksymalna moc i wydajność
• Tryb kciuka: 16-bitowe skompresowane instrukcje, niższe zużycie energii i większa gęstość kodu, idealne dla urządzeń z ograniczeniami pamięci

Prostota nie oznacza braku mocy: Obecne wersje ARM mają zaawansowany potok przetwarzania, potok przetwarzania, przewidywanie rozgałęzień i wiele rdzeni., zbliżając się pod względem wydajności do najlepszych układów x86, zwłaszcza w zadaniach, w których energooszczędność ma kluczowe znaczenie.

Główne cechy komputerów ARM

Aby w pełni zrozumieć, co sprawia, że ​​komputer z procesorem ARM jest wyjątkowy, musimy przyjrzeć się wszystkim jego funkcjom. specyfikacje technicznezarówno na poziomie sprzętu, jak i architektury logicznej:

• Architektura RISC:prosta instrukcja, szybkie wykonanie, mniej tranzystorów
• Rdzeń dostosowywania:Producenci mogą modyfikować projekt, integrować grafikę, sztuczną inteligencję, zabezpieczenia itp.
• Bardzo niskie zużycie energii:idealny do urządzeń przenośnych i sprzętu bez aktywnych systemów chłodzenia
• Zgodność z systemami 32- i 64-bitowymiNajnowsze generacje obsługują obie te funkcje, zwiększając zarówno szybkość, jak i pojemność pamięci.
• Wydajność pamięci podręcznej i pamięci masowej:Integracja zoptymalizowanej pamięci podręcznej L1/L2 i magistrali danych
• Rozszerzone wsparcie instrukcji:Tryb kciuka, obsługa SIMD (NEON), jednostki zmiennoprzecinkowe i rozszerzenia dla sztucznej inteligencji w najnowszych modelach
• Otwarta licencja:Każdy może opracować własny układ oparty na architekturze ARM, płacąc za licencję projektową. Doprowadziło to do ogromnej różnorodności produktów i zwiększonej konkurencji między producentami.
• Szeroka kompatybilność z systemami operacyjnymi:Android, iOS, Windows, Linux, macOS (na najnowszych komputerach Mac) i wiele innych

Na poziomie użytkowania, Popularność procesorów ARM nie ogranicza się do telefonów komórkowych i tabletów.; Coraz więcej jest komputerów ARM, laptopów, mini PC, serwerów, a nawet superkomputerów, które bazują na ich wydajności i skalowalności.

Zalety komputerów ARM w porównaniu z komputerami Intel i AMD

Zalety architektury ARM w porównaniu z tradycyjnymi procesorami x86 (Intel i AMD) są oczywiste. Do mocnych stron zaliczamy:

• Bezkonkurencyjna efektywność energetyczna: zużycie energii elektrycznej jest znacznie mniejszy, co oznacza Dłuższy czas pracy baterii w laptopach i niższe rachunki za prąd w serwerach. Niektóre najnowszej generacji procesory ARM zużywają zaledwie 1 W, podczas gdy konwencjonalne procesory x15 zużywają 45–86 W.
• Chłodzenie stało się proste:poprzez wytwarzanie mniejszej ilości ciepła, Nie wymagają mocnych wentylatorów ani skomplikowanych systemów rozpraszania ciepła. Dzięki temu możliwe stało się tworzenie konstrukcji bez wentylatorów, smuklejszych i cichszych obudów.
• Najniższa cena produkcji:mniej tranzystorów i krzemu, łatwiejsza produkcja na dużą skalę, obniżanie kosztów i umożliwianie tworzenia niedrogich komputerów.
• Elastyczność i personalizacjaProducenci mogą tworzyć niestandardowe układy scalone dostosowujące się do dowolnych potrzeb: od bardzo małych urządzeń IoT po wydajne komputery.
• Stałe aktualizacje:Konkurencja między producentami (Apple, Qualcomm, Samsung, MediaTek, NVIDIA itp.) napędza innowacje i ciągłą poprawę wydajności i efektywności.
• Obsługa wielu platform:Często można spotkać komputery ARM kompatybilne z systemami Android, Linux, Chrome OS, Windows 10/11 i macOS, które oferują ogromna wszechstronność dla programistów i użytkowników.

Te zalety wyjaśniają Dlaczego procesory ARM podbiły świat urządzeń mobilnych i obecnie poważnie konkurują na rynku laptopów, komputerów konwertowalnych, mini PC i serwerów. Wprowadzenie układów Apple Silicon do komputerów Mac pokazało, że można osiągnąć doskonałą równowagę między mocą a czasem pracy baterii, co otworzyło drogę innym producentom.

Główne obecne wady i ograniczenia

Oczywiście, to nie wszystkie zalety. Komputery ARM mają również ograniczenia, które należy wziąć pod uwagę.:

• Ograniczona kompatybilność oprogramowania:wiele aplikacji (szczególnie tych zaprojektowanych dla x86) Nie działają natywnie na ARM. Choć istnieją systemy emulacji (takie jak Rosetta 2 firmy Apple lub Prism w systemie Windows), wydajność może być zakłócona.
• Niższa moc surowa w niektórych scenariuszach:W przypadku zadań o bardzo dużych wymaganiach (profesjonalna edycja wideo, ekstremalne gry, CAD, zaawansowana wirtualizacja) stosowane są układy ARM Zwykle pozostają w tyle za najlepszymi x86.
• Zależność od optymalizacji: Do wyciągnij z tego jak najwięcej, programiści muszą tworzyć specjalne wersje swoich aplikacji dla architektury ARM.
• Niższa podaż sprzętu i podzespołów: Chociaż Szybko się zmienia, w tej chwili są Mniej opcji w 100% kompatybilnych z ARM komponentów i akcesoriów na rynku, zwłaszcza w Europie i Ameryce.
• Ograniczenia w grach i personalizacji:Komputery do gier często wymagają dedykowanych procesorów graficznych, większej ilości pamięci RAM i możliwości rozbudowy, które na platformach ARM są jeszcze bardziej ograniczone niż na platformach x86.

Jednakże tendencja jest taka, że ​​ograniczenia te z czasem będą się zmniejszać, gdyż producenci i programiści będą coraz częściej polegać na architekturze ARM.

Typy procesorów ARM i ewolucja technologiczna

Ekosystem ARM obejmuje wiele wariantów i rodzin, od najwcześniejszych układów 16- i 32-bitowych po najnowsze 64-bitowe procesory przeznaczone do serwerów, komputerów stacjonarnych i laptopów klasy high-end. Przyjrzyjmy się najważniejszym:

• Ramię1, Ramię2, Ramię3:historyczni pionierzy, szeroko wykorzystywani we wczesnych komputerach osobistych i systemach wbudowanych
• ARM6, ARM7, ARM9, ARM11: postępująca ewolucja mocy i wydajności, ze zintegrowaną pamięcią podręczną, obsługą multimediów i pojawieniem się instrukcji SIMD i Thumb
• StrongARM i XScale: chipy licencjonowane od DEC i Intel, bardzo popularne w latach 2000. w komputerach PDA, telefonach komórkowych i urządzeniach przemysłowych
• Kora-A, Kora-R, Kora-M:najważniejsze rodziny współcześnie. Cortex-A do zastosowań ogólnych (smartfony, tablety, laptopy) z wersjami jedno- i wielordzeniowymi, NEON, TrustZone i funkcjami multimedialnymi. Cortex-R dla systemów czasu rzeczywistego (samochody, automatyka) i Cortex-M dla energooszczędnych, ekonomicznych mikrokontrolerów.
• Apple Silicon:Własne procesory Apple oparte na architekturze ARM, od M1 do M3, z wariantami Pro, Max i Ultra, są liderami pod względem wydajności w laptopach i komputerach stacjonarnych z systemem macOS.
• WyżlinFlagowa seria produktów firmy Qualcomm, szeroko wykorzystywana w telefonach komórkowych, a teraz także w ultrabookach i laptopach ze Snapdragonem X Elite oraz nowym komputerze Copilot+.

Powiązany artykuł:

Nowe urządzenie Surface Pro doczekało się certyfikacji w Chinach, co sugeruje, że będzie to odświeżony model z procesorem ARM.

Zgodność systemu operacyjnego i oprogramowania na ARM

Jednym z kluczowych aspektów jest zgodność oprogramowania, zwłaszcza w systemach operacyjnych i aplikacjach dla komputerów stacjonarnych:

• Android i iOS:Systemy od początku projektowane dla architektury ARM, zapewniające kompatybilność i dobrą wydajność na telefonach komórkowych i tabletach.
• Linux:Szerokie wsparcie dla dystrybucji takich jak Ubuntu, Debian, Arch Linux, Kali, Gentoo, Oracle Linux i wielu innych, a także BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD).
• macOSOd 2020 roku komputery Mac z układami Apple Silicon działają wyłącznie na procesorach ARM, a większość aplikacji jest przenoszona lub emulowana przy użyciu Rosetta 2.
• Windows 10 i 11 dla ARM:Ulepszone wersje obsługujące aplikacje natywne i emulację x86, zwłaszcza dzięki systemowi Windows 11 Copilot+ i jego silnikowi Prism.

Największym wyzwaniem dla komputerów ARM pozostaje obecnie zgodność aplikacji desktopowych. Chociaż wiele popularnych aplikacji ma już natywne wersje ARM, istnieją nadal specjalistyczne oprogramowania, które wymagają emulacji lub nie są zoptymalizowane.

Rynek i najważniejsi producenci komputerów ARM

Obecnie na rynku komputerów z procesorami ARM wyróżnia się kilka firm i urządzeń:

• Jabłko: z komputerami MacBook, iMac, Mac Mini i Mac Studio opartymi na układzie Apple Silicon. Ponadto iPhone, iPad, Apple Watch i Apple TV również korzystają z ARM.
• Microsoft:Komputery ARM z serii Surface Pro X i Surface Copilot+ są odzwierciedleniem zaangażowania firmy Redmond, oferując natywną obsługę systemu Windows i wysiłki optymalizacyjne.
• Qualcomm:lider w telefonach komórkowych z Wyżlinoraz obecnie w ultrabookach i laptopach ze Snapdragonem X Elite i Copilot+ PC.
• Google:System operacyjny Chrome OS na Chromebookach, długi czas pracy na baterii i kompatybilność z aplikacjami na Androida.
• Samsung, HP, Acer, Lenovo:Oferują laptopy, tablety i komputery konwertowalne z procesorami ARM i fabrycznie zainstalowanym systemem Windows 11 ARM, stawiając na autonomię i lekką konstrukcję.
• Raspberry Pi:platforma twórcza, która udostępniła technologię ARM milionom użytkowników, wspierając programowanie, robotykę i IoT.

Kluczowe różnice między ARM i x86 (Intel/AMD)

Dla wielu osób najważniejszym pytaniem jest: czym tak naprawdę różni się procesor ARM od procesora Intel lub AMD x86?

• Rodzaj instrukcji:ARM używa RISC z prostymi i krótkimi instrukcjami; x86 to CISC, ze złożonymi i długimi instrukcjami.
• Wydajność na wat:ARM wyróżnia się efektywnością energetyczną, co jest idealne w przypadku baterii i systemów pasywnych; Surowa moc procesora x86 do wymagających zadań.
• Architektura:ARM jest modułowy i konfigurowalny, x86 jest bardziej zamknięty i jednorodny.
• Zgodność oprogramowania:Architektura x86 ma dziesiątki lat natywnego oprogramowania, ale ARM szybko rozwija się w zakresie aplikacji i rozwiązań wieloplatformowych.
• Rynek docelowy:ARM dominuje na rynku urządzeń mobilnych i IoT, a także rozwija się na rynku laptopów i serwerów; x86 na komputerach PC, do gier i starszych systemach.

Przyszłość komputerów ARM: czego możemy się spodziewać?

El przyszłość ARM Staje się bardzo zrównoważoną opcją dla laptopów, komputerów konwertowalnych, mini PC, a coraz częściej także komputerów stacjonarnych i serwerów. Kluczem będzie zmotywowanie programistów do optymalizacji aplikacji i udoskonalenia emulacji przy jednoczesnym zachowaniu innowacyjności w zakresie mocy i wydajności.

Apple nadal przewodzi w tej dziedzinie dzięki swojemu krzemowi i zamkniętemu ekosystemowi, podczas gdy Microsoft, Google i inni producenci stawiają na rozbudowę kompatybilności i wydajności w architekturze ARM. Obecnie obserwuje się tendencję do produkcji coraz lżejszych urządzeń, charakteryzujących się dużą autonomią i wydajnością wystarczającą do 90% codziennego użytku., pozostawiając surową moc x86 w tle.

Krajobraz komputerowy ulega radykalnej transformacji dzięki technologii ARM, która przestał być głównym rozwiązaniem w telefonach komórkowych i stał się coraz bardziej dominującą opcją w komputerach i serwerach. Wybór urządzenia z rdzeniem ARM gwarantuje wydajność, wszechstronność i przyszłość pełną innowacji.

Daniel Terrasa

Redaktor specjalizujący się w zagadnieniach technologii i Internetu z ponad dziesięcioletnim doświadczeniem w różnych mediach cyfrowych. Pracowałem jako redaktor i twórca treści dla firm z branży e-commerce, komunikacji, marketingu online i reklamy. Pisałem także na portalach poświęconych ekonomii, finansom i innym branżom. Moja praca jest także moją pasją. Teraz, poprzez moje artykuły w Tecnobits, staram się odkrywać wszystkie nowości i nowe możliwości, jakie świat technologii oferuje nam każdego dnia, aby poprawić nasze życie.