ساختمان و معماری (1)ARM

بنام خدا

ساختمان پردازنده های ای آر ام

ARM

در حقیقت arm بر پایه معماری RISC =>معماری دستورهای کاهشی رایانه برپا گشته که یک نسخه 32 بیتی از این گونه سازه های پردازشی است. RISC یا معماری مجموعه دستورالعمل های رایانه بوسیل ARM Holdings گسترش یافته است.

در واقع ARM سرنام Advanced RISC Machine یا مشینهای پیشرفته RISC هست، و پیش از آن نیز شرکتی به نام Acorn RISC Machine ماشینهای RISC بلوط این نام را یدک میکشید.

ای آر ام به گونه گسترده ای از معماری 32 بیتی در بیشر فرآورده های خود استفاده مینماید.

این معماری بوسیله بلوط رایانه برای استفاده در کامپیوترهای شخصی این شرکت نوشته و طراحی گردید، که نخستین فرآورده برپایه معماری ARM در حدود سال 1987 بنام ارشمیدس بلوط نمایان گردید.

امکان ها و برنامه های کاربری

درسال 2005 بیش از 98% از گوشی های همراه که بش از یک میلیارد بوده اند از آخرین نمونه های پردازنده های ای آر ام استفاده مینموده اند.و همچنین در سال 2009 بیش از 90% از گستره تمامی دستگاه های الکترونیکی مصرف کننده پردازنده های 32بیت توکار RISC از پرازنده های ARM بهره میبرده اند مانند دستیارهای شخصی تبلت ها موبایلها موسیقی پلیرها بازی خورهای دستی و حتی هارددرایو و روترهای اینترنتی هم از آن جمله اند.

گواهی ها پروانه ها

سازه های ARM گواهی پذیرند. شرکت هایی که گواهی کنونی یا پیشین ARM را دارا میباشند اینها هستند:

Alcatel-Lucent, Apple Inc., AppliedMicro, Atmel, Broadcom, Cirrus Logic, Digital Equipment Corporation, Ember, Energy Micro, Freescale, Intel (through DEC), LG, Marvell Technology Group, Microsemi, Microsoft, NEC, Nintendo, Nuvoton, Nvidia, Sony, NXP (formerly Philips), Oki, ON Semiconductor, Psion, Qualcomm, Renesas, Samsung, Sharp, Silicon Labs, STMicroelectronics, Symbios Logic, Texas Instruments, VLSI Technology, Yamaha, Fuzhou Rockchip, and ZiiLABS.

علاوه بر معماری انتزاعی ARM گروهی از پردازنده های تک و چند هسته ای را نیز طراحی نموده که ARM7, ARM9, ARM11, Cortex-A8, Cortex-A9, و Cortex-A15 از آن دسته هستند.

اغلب شرکت ها مجوز این طرح از ARM را برای ساخت سیستم های خود بر روی یک چیپ (SOC) با اجزای دیگر مانند RAM، کارت های گرافیک یا امکان رادیوی ارتباطی یکپارچه (برای گوشی های تلفن همراه) بکار میبرند.

سازندگان اصلی سامانه روی یک چیپ بر پایه معماری ARM این شرکتها با این پردازنده ها میباشند. شرکت انویدیا با نخستین فرآورده از سومین نگارش از Nvidia Tegra' .

ST-Ericsson's از Nova و NovaThor

Silicon Labs's Precision32 MCU,

Texas Instruments's OMAP products,

Samsung's Hummingbird and Exynos products,

Apple's A4, A5, and A5X chips,

and Freescale's i.MX.

همچنین شرکت ها می توانند از گواهی نامه های ARM برای ساخت پردازنده های گوناگون خود با استفاده از هسته و یا دستور کارهای ARM استفاده نمایند.

مجوزهای ساخت برای فرآورده های ARM برای شرکت های گوناگون متمایز گردیده که دربردارنده:

AppliedMicro's X-Gene,

Qualcomm's Snapdragon و Krait,اسنپدراگون های شرکت کوالکوم

DEC's StrongARM,

Marvell (پیشتر اینتل) XScale,

و Nvidia's گستره پروژه Denver.

تاریخچه

شرکت بلوط رایانه پس از گرفتن موافقت از شرکت بیبیسی میکرو سیستم بدنبال این بود که چگونه از معماری بسیار ساده MOS Technology 6502 به سوی چرخاندن بازار به سمت خود برود ، بازاری که داشت در سال 1981 کم کم تحت سلطه رایانه های شخصی IBM در می آمد.

شرکت Acorn Business Computer (ABC) دومین پردازنده خود را برای کار با پلتفرم های بیبیسی میکروسیستم ساخت اما پردازنده هایی ماانند Motorola 68000 و National Semiconductor 32016 نا مناسب بودند و همچنین 6502 نیز برای استفاده رابط کاربر گرافیک توانایی کافی نداشتند.

بلوط رایانه خواهان یک ساختار و معماری تازه و کارا بود و پردازنده های موجود را که مایل بود برای این کار آزمایش نمود. پس از این بلوط رایانه به صورت جدی دست بکار یاخت پردازنده خود شد ، و همه مهندسان خود را بر روی کار بروی پروژه Berkeley RISC گماشت . وبلوط رایانه نشان داد که برای ایجاد احساس و انگیزه رقابت بین دانشجویان دوره تحصیلات تکمیلی برای ساخت ریز پردازنده های 32 بیتی گونه RISC هیچ مشکلی ندارد.

یک سفر کوتاه به Western Design Center در فونیکس جایی که در یک شرکت تک نفره پردازنده 6502 بروز رسانی شده بود و استیو فوربر و سوفیا ویلسون نشان داده بودند که به امکانات و تجهیزات عظیم دولتی و شرکت های بزرگ هیچ احتیاجی نیست.

ویلسون یک مجموعه دستورکارها را جمع آوری و گسترش داد ، و همچنین یک شبیه ساز برای کار بر روی پلتفرم بیبیسی سیستم و نمونه دوم از پردازنده 6502 ساخت , و مهندسان بلوط رایانه را متقاعد کرد که این راه درست است. پیش از اینکه آنها راه بیشتری را بپیمایند به منابع بیشتری نیاز داشتند. و این زمانی بود که ویلسون نیاز داشت به مدیرعامل شرکت ، آقای هرمان هوزر در مورد روش کار شرکت توضیحاتی داده و او را در جریان بگذارد.

هنگامی که یک گروه کوچک برای کار روی سخت افزار مدل ویلسون گردهم قرارگرفته بودند آنها گامی را به جلو برداشته بودند.

ماشینهای RISC بلوط : ARM2

پروژه ماشینهای RISC بلوط رسما از اکتبر 1983 آغاز شد. شرکت VLSI Technology, Inc به عنوان شریک سیلیکون انتخاب گردید ، که از آنجا ROM های مورد نیاز و برخی چیپ ست های سفارشی را دریافت نمایند.

پردازنده طراحی شده بوسیله ویلسون و فوربر بود که ضمن تعهد اخلاقی رعایت مالکیت معنوی برخی از کارایی های 6502 را نیز دارا بود. که این هدف طراحی شامل دست یابی به زمان تاخیر کم ورودی و خروجی داده ها مانند 6502 بود.

معماری دسترسی به حافظه 6502 به توسعه دهندگان برای تولید ماشین های سریع و بدون استفاده از هزینه های سخت افزاری حافظه با دسترسی مستقیم مجاز بود.

VLSI نخستین ARM سیلیکونی را که کار می کرد برای اولین بار در تاریخ 26 آوریل 1985 معرفی نمود که هم اکنون ARM1نامیده می شوند.برای نخستین بار سامانه های واقعی کارکرد با نامگذاری ARM2 سال پس از آن در دسترس بود.

اولین کاربرد عملی خود را به عنوان یک پردازنده دوم به بی بی سی میکرو، که در آن به توسعه نرم افزار شبیه سازی کار بر روی تراشه های پشتیبانی (VIDC، IOC، MEMC) را به پایان برساند و برای سرعت بخشیدن به بهره برداری از نرم افزار CAD مورد استفاده در حال توسعه ARM2 مورد استفاده قرار گرفت. ویلسون پس از آن بازنویسی بی بی سی پایه در ARM مونتاژ زبان، و دانش عمیق از طراحی آموزش کد بسیار متراکم میباشد، داده مجموعه به دست آمده از بی بی سی ARM پایه یک آزمایش بسیار خوبی برای هر شبیه ساز ARM است.هدف اصلی یک کامپیوتر عمدتا مبتنی بر ARM-در سال 1987 با انتشار ارشمیدس بلوط به دست آورد.

در سال 1992 شرکت بلوط دوباره توانست جایزه سال را دریافت نماید.

ARM2 دارای گذرگاه داده های 32 بیتی بود ، 26-بیت فضای آدرس و بیست و هفت 32-بیتی ثبات دارد.

کد برنامه میتوانست تا 64 مگابایت نخست حافظه به درازا بکشد. برای شمارنده برنامه به 24 بیت محدود بود زیرا 6 بیت بالا و 2 بیت پایین از 32 بیت ثبات ها برای پرچم های نشان دهنده وضعیت بکار میرفت.

ARM2 تنها 30000 ترانزیستور بیشتر از موتورلا68000 که شش سال پیش ساخته شده بود بیشتر داشت.بخش عمده ای از این سادگی ناشی از نداشتن ریزکدها (که نشان دهنده حدود یک چهارم تا یک سوم از 68،000) و مانند بسیاری از پردازنده های آن روزها بود. و هیچگونه حافظه نهانی هم نداشتند. این سادگی باعث میگردید که توان کمتری را استفاده نموده و همچنین قدرتمندتر از پردازنده اینتل 80286 باشد.

جانشین آن AMR3 بود که با 4 کیلوبایت حافظه نهان بود و باعث بهبود کارکرد میشد ساخته شد.

Apple, DEC, Intel, Marvell: ARM6, StrongARM, XScale

Apple, DEC, Intel, Marvell: ARM6, StrongARM, XScale
درسال 1980 Apple Computer و VLSI Technology بهمراه بلوط کار روی نسخه تازه هسته

ARM را آغاز کردند.این کار بسیار مهمی بود زیرا گروه طراحی ای آر ام در سال 1990 به کمپانی دیگری به

نام ابزارهای پیشرفته RISC چرخش نمودند(تغییر نام دادند).(Advanced RISC Machines Ltd.)
زمانی کهAdvanced RISC Machines Ltd شرکت مادر خود بود تبدیل به ARM Ltd شد .سهام ARM Holdings plc، در بورس اوراق بهادار لندن و NASDAQ در سال 1998 عرضه گردیده است.
Apple-Arm جدید شرکت اپل تبدیل به ARM-6 شد، و برای اولین بار در اوایل سال 1992 منتشر شد.اپل

ARM ARM6 مبتنی بر ARM610 را به عنوان پایه ای برای اپل نیوتن PDA استفاده کرد.در سال 1994،

بلوط ARM 610 را به عنوان واحد پردازش مرکزی (CPU) اصلی در کامپیوترهای RISC-PC خود استفاده

کرد. کمپانی DEC با گرفتن مجوز ARM6 دست به بنیان گذاری و ساخت پردازنده StrongARM زد.پردازنده

ای که تنها یک وات انرژی میگرفت(که بسیار کمتر از پردازنده های مشابه و اخیر آن بود).این کار بعدها به عنوان

بخشی از حل و فصل دعوی به اینتل منتقل میشد.و اینتل هم فرصت یافت تا خط تولید قدیمی خود یعنی i960 را

با StrongARM تکمیل کند.اینتل بعدها پردازنده پیاده سازی شده با کارایی بالای خود بانام XScale را از آن

زمان به بعد به شرکت مارول فروخت.

صدور مجوز

در طول تمامی این فرازو نشیب ها و دگرگونی ها هسته ARM به همان اندازه ابتدایی خود مانده است.درحالی که

ARM2 به اندازه 30000 ترانزیستور داشت ARM6 تنها با 35000 ترانزیستور رشد کرد.کسب و کار ARM

همواره برپایه فروش IPcore ها استوار بوده است.که مجوز استفاده برای ایجاد میکروکنترلرها و پردازنده بر اساس

این هسته میباشد.تولید کننده گان طرح اصلی ترکیبی از هسته ARM را با تعداد قطعات انتخابی برای تولید یک پردازنده

کامل بکار میبرند.که هنوز هم میتواند بروی فیبرهای نیمه هادی قدیمی ساخته شده و هزینه تولید بسیار پایینی داشته

باشد. یکی از موفق ترین پیاده سازی ها ARM7TDMI بوده که تا کنون بیش از صدها ملیون دلار از آن فروخته

شده است.ATMEL مرکز طراحی پیشرو در ARM7TDMI مبتنی بر سیستم های جاسازی شده(توکار) بوده است.

ARM مجوز تولید بیش از یک ملیارد و ششصد ملیون هسته را تا سال 2005 فروخته است.در سال 2005 بیش

از یک ملیارد هسته ARM به درون گوشی های همراه رفت.تا ژانویه سال 2008، بیش از 10 میلیارد هسته ARM

ساخته شده بود.و در سال 2008 موسسه iSuppli پیش بینی کرد که تا سال 2011 سالیانه بیش از پنج

ملیارد هسته در سال تولید گردد.همانطور که تا ژانویه 2011، محصولات ARM توانست که بیش از 15 میلیارد

پردازنده های ARM را بفروشد.

معماری ARM مورد استفاده در گوشی های هوشمند، دستیار شخصی دیجیتال و دیگر دستگاه های تلفن همراه را از

محدوده ARMv5 در دستگاه های منسوخ با تولیدهای کم پایانی، به ARM سری M-، در حال حاضر و دستگاه هایی

با تولیدهای بالا در حرکت بوده است.

اما دستگاه های پایین تر ممکن است هسته های قدیمی تر با هزینه های مجوز پایین تر استفاده کنند.ARMv6 در اصل هسته های هینه سازی شده و کارآمد ARMv5 میباشند.و از ساختار مشابهی

استفاده میکنند.اما پردازنده های نسل کورتکسCortex (ARMv7) دارای قدرت بهره وری وسرعت بیشتر و گزینه های کارآمدی بیشتری نسبت به نسل های پیشین خود میباشند. هسته

Cortex-A برای برنامه هایی که نیازمندی بیشتری به کارایی و توان نسبت به هسته های ARM9 یا ARM11 که پیش از این در تلفن های هوشمند داشتند هدف گذاری و ساخته شدند .

هسته Cortex-R برای کاربردهای هم زمان و هسته های Cortex-M برا میکروکنترل ها هدف گذاری و ساخته شدند.
در سال 2009 برخی از کارخانه ها نت بوک هایی با پردازنده هایی بر پایه معماری ARM عرضه کردند. که در رقابت مستقیم با نت بوک های تولید شده با هسته اتم اینتل بودند.به گفته تحلیلگر

iSuppli شرکت IHS، تا سال 2015، تخمین زده می شود IC های ARM در 23 درصد از همه لپ تاپ ها دنیا استفاده گردند.
در سال 2011،شرکت فن آوری HiSilicon مجوز های مختلف از تکنولوژی ARM را برای استفاده در طراحی تراشه های ارتباطات سیار خود دریافت نموده است.که این شامل

ایستگاه های پایه 3G/4G، زیرساخت های شبکه و برنامه های کاربردی محاسبات تلفن همراه می باشد.

هسته های ARM
فهرست ریز پردازنده های ARM

ساختار خانواده
ARMv1 ARM1
ARMv2 ARM2, ARM3
ARMv3 ARM6, ARM7
ARMv4 StrongARM, ARM7TDMI, ARM9TDMI
ARMv5 ARM7EJ, ARM9E, ARM10E, XScale
ARMv6 ARM11, ARM Cortex-M
ARMv7 ARM Cortex-A, ARM Cortex-M, ARM Cortex-R
ARMv8 هنوز هسته ای برپایه این فن آوری ساخته نشده است. و از بسته های 64 بیتی داده و آدرس نیز پشتیبانی میکند.

برنامه های کاربردی نمونه ای از هسته ARM

هسته ARM در تعدادی از محصولات استفاده می شود. دست یارهای شخصی و به ویژه اسمارت فون ها مختلف. برخی از نمونه محاسبات ارشمیدس بلوط، iPad شرکت اپل و ASUS EEE

پد ترانسفورماتور ASUS از آن جمله اند.نمونه های دیگری نیز نظیر Apple iPod مدیا پلیر همراه,دوربین کنونPowerShot A470 digital و بازیی خور نینتندوDS
از هسته های ARM استفاده میکنند.
از سال 2005، ARM در رشته کامپیوتر دانشگاه منچستر ، و در پروژه بادبان سه گوش(SpiNNaker)،که از هسته ARM برای شبیه سازی مغز انسان استفاده می شود .

معماری

از سال 1995، کتاب مرجع دستی معماری ARM منبع اصلی تمام اسناد برای معماری ARM پردازنده و مجموعه دستورالعمل ها بوده است .
دارای رابط های متمایزی است که تمام پردازنده های ARM ، برای حمایت از جزئیات پیاده سازی است که ممکن است متفاوت باشد نیاز دارند (مانند نمونه های معنی دستورکارها).معماری هسته ها

در طول زمان تکامل یافته، و شروع با سری هسته کورتکس،با سه "پروفیل" تعریف می شوند:
"ویژگی برنامه پذیری: Cortex-A series
"ویژگی همزمانی: Cortex-R series
"ویژگی میکروکنترل ها: Cortex-M series.

ساختمان و معماری (1)ARM

مطالب مشابه :

ساختمان و معماری (1)ARM

10 طراحی بسیار جالب برای ساختمان ها در سراسرجهان

انواع فعل از نظر ساختمان

10 طراحی بسیار جالب برای ساختمان ها در سراسرجهان

دستور زبان فارسی (ساختمان كلمات ( فعل مركب )