معماری بازو

توضیحاتی در رابطه با معماری بازو

در این مقاله قصد داریم تا شما را با معماری بازو آشنا کنیم و همچنین از خانواده های مختلف پردازنده، بیشتر صحبت کنیم.

در این مقاله از چگونگی ساماندهی معماری بازو، از جمله ISA، وضعیت اجرایی، معماری و خانواده های پردازنده آن را توضیح خواهد داد.

Arm یک نام فراگیر در صنعت پردازنده است و هسته های بازو را می توان تقریبا در هر وسیله مدرن که به قدرت محاسباتی احتیاج دارد یافت می شود، مشاهده کرد.

این شامل روترهای شبکه، چاپگرها، تلفن های هوشمند، مانیتورهای رومیزی، دستگاه های پزشکی، روبات ها و حتی یخچال ها می شود و معماری بازو این روزها همه جا استفاده می شود.

هسته های بازو قبلا در کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می گرفتند، اما با ظهور Armv8، این معماری تغییر اساسی در توانایی ها و پتانسیل بازار خود ایجاد کرده است و همانطور که ذکر شد، معماری بازو  فراگیر شده است.

با این حساب، شاید ایده خوبی باشد که به عقب برگردیم و نگاهی بیندازیم که چگونه معماری کامپیوتر Arm از سطح بالایی سازماندهی شده است و چگونه Armv8 آنچه را که قبلا در مورد هسته های Arm می دانستیم تغییر داد.

معماری بازو

انواع آرم

معماری بازو رایانه ای

با توجه به این واقعیت که Arm از معماری خود مجوز می گیرد، هر دو ریز ساختار معماری طراحی شده و بازرگانی شخص ثالث وجود دارد.

بازو یک معماری را منتشر می کند و شرکت های دیگر می توانند آن را در طراحی خود پیاده سازی کنند و معماری بازو همه جانبه است.

در حقیقت، راهنمای مرجع بازوی هیچ میکروارضایی خاصی را بیان نمی کند، بلکه در عوض “رفتار یک ماشین انتزاعی را که به عنوان یک عنصر پردازش از آن استفاده می شود” تعریف می کند.

تا زمانی که پیاده سازی ها با این رفتار تعریف شده مطابقت داشته باشند، می توانند هسته های بازویی در نظر گرفته شوند و معماری بازو به کار گرفته شود.

به عنوان مثال، کمپانی هایی مانند اپل، انویدیا، کوالکام و سامسونگ همه آن ها ریزپردازنده خاص خود را طراحی کرده اند که یک معماری بازو خاص را پیاده سازی می کنند.

هسته های بازو به درون خانواده ها سامان داده می شوند. خانواده ها معماری های خاصی را که از مجموعه دستورالعمل های خاص استفاده می کنند، محاصره می کنند.

خانواده اصلی Arm Arm1 بود که از معماری Armv1 استفاده می کرد که به همراه ISA 32 بیتی که به سادگی Arm نامیده می شد.

با رشد معماری، ویژگی های جدیدی اضافه شد، از جمله مجموعه دستورالعمل های جدید در معماری Armv4T. این مجموعه دستورالعمل Thumb نام دارد و یک زیر مجموعه رمزگذاری شده ۱۶ بیتی از بازوی ISA است.

Thumb تراکم کد بیشتری نسبت به بازو را می دهد و این یکی از مزایای معماری بازو است.

جانشین آن Thumb-2 دستورالعمل های ۱۶ بیتی و ۳۲ بیتی را امکان پذیر می کند در حالی که تراکم کد بیشتری نسبت به بازو و بهبود عملکرد نسبت به Thumb دارد.

 

معماری بازو

پیشرفت قابل اندازه گیری در هر دو بازو

بازوهای ISA و وضعیت اجرایی

با اعلام Armv8، اولین معماری ۶۴ بیتی بازوی، شفاف سازی ISA ها مناسب شد. Arm ISA 32 بیتی اصلی، دوباره A32 نامگذاری شد، در حالی که ISA 64 بیتی جدید A64 لقب گرفت و Thumb T32 شد. A32 و T32، در حالی که به عقب با نسخه های قبلی سازگار است، در Armv8 گسترش یافتند.

برای حفظ سازگاری با نسخه های قبلی، Armv8 دو حالت اجرایی جدید را معرفی کرد: AArch32 و AArch64.

این ها به ترتیب در حالت های ۳۲ بیتی و ۶۴ بیتی هستند.

در حالت AArch32 از مجموعه دستورالعمل های A32 و T32 استفاده می شود، در حالی که AArch64 از A64 استفاده می کند.

معماری بازو

معماری بازو بسیار آسان است به این دلیل که همیشه “v” به نام خود دارند.

همانطور که قبلا نیز اشاره شد، Armv1 اولین معماری بازو بود، در حالی که Armv4T مجموعه دستورالعمل Thumb را معرفی کرد.

خانواده Arm11 شامل معماری Armv6 به همراه چند تغییرات دیگر مانند Armv6T2 و Armv6K است. پس از Arm11، خانواده ها در سری Cortex سازماندهی مجدد شدند.

از امروز، سه خانواده Cortex شامل معماری Armv7 و Armv8 هستند.

آیفون ۵S از Apple-A7 SoC استفاده کرده است که شامل یک هسته ۶۴ بیتی بازوی است و آن را به اولین پردازنده ۶۴ بیتی که تاکنون در یک تلفن هوشمند استفاده کرده است، تبدیل کرد.

میکروارکتوریکت، که معماری Armv8 را پیاده سازی کرده بود، توسط اپل طراحی شده و دوبله سیکلون است. آخرین Raspberry Pi، یک رایانه تک بورد محبوب، از یک هسته Armv8 استفاده می کند اما به دلیل محدودیت سیستم عامل و حافظه، آن را در حالت AArch32 اجرا می کند.

هسته از یک میکروارکتوریشن طراحی شده با بازوی به نام Cortex-A53 استفاده می کند.

 

معماری بازو

Apple A7 و Raspberry Pi هر دو از پیاده سازی های معماری بازو Armv8 استفاده می کنند.

سری های Cortex

خانواده های مدرن بازوی سری Cortex هستند و شامل سه پروفایل معماری هستند: Cortex-A، Cortex-R و Cortex-M.

هر هسته با این نامگذاری، ریزگردهایی هستند که توسط Arm طراحی شده اند.

خانواده Cortex-A در درجه اول پردازنده های برنامه ای با سیستم عامل و پشتیبانی از برنامه شخص ثالث در نظر گرفته می شوند.

این بدان معناست که آن ها می توانند در تلفن های هوشمند یا حتی سرورهایی که دارای برنامه کاربردی هستند به کار خود پایان دهند و اجرا شوند.

Cortex-A با ورژن های ۳۲ بیتی (Armv7-A) و ۶۴ بیتی (Armv8-A) به بازار عرضه می شود. Raspberry Pi 3 که در بالا نشان داده شده است، از هسته Cortex-A53 Arm استفاده می کند و معماری Armv8-A را پیاده سازی می کند.

خانواده Cortex-R، معماری های Armv7-R و Armv8-R، برای برنامه های Real-Time با کارایی بالا بهینه شده اند.

این پردازنده ها از تحمل بهتری برخوردار بوده و در کاربردهای مهم ایمنی، از جمله دستگاه های پزشکی، سیستم های کنترل صنعتی و سیستم های دارای ابزار ایمنی، به خوبی کار می کنند.

خانواده Cortex-M گروهی از هسته های کم مصرف ۳۲ بیتی کم هزینه و متشکل از Armv6-M، Armv7-M و Armv8-M هستند.

این خانواده از پردازنده ها به سمت میکروکنترلر، ASIC، FPGA و برنامه های SoC هدایت می شوند که در رقابت مستقیم با بازار ۸ بیتی MCU، یک هسته ۳۲ بیتی Cortex-M تعبیه شده در یک SoC بزرگتر می تواند یک ترکیب فوق العاده قدرتمند باشد.

Cortex-M همچنین در سیستم های IoT با سیستم عامل هایی مانند Arm Mbed MCU و OS، راه هایی پیدا کرده است.

معماری بازو

معماری بازو که توسط ISA سازماندهی شده است

نتیجه گیری

در این مقاله، ما با تمرکز بر معماری های مختلف و مجموعه های دستورالعمل مورد استفاده آن ها، از نگاه حساس به معماری بازو با توجه به معماری های مختلف و مجموعه های دستورالعمل استفاده کردیم.

ما همچنین به بررسی اجرایی های مختلف در هسته Armv8 و نحوه طبقه بندی معماری های مختلف به خانواده ها پرداختیم.

به طور خاص، ما به سری Cortex هسته های Arm و چگونگی تقسیم خانواده های پردازنده بر اساس کاربرد و پرونده مورد استفاده پرداختیم.

اگر با معماری و طبقه بندی های زیر آشنا نباشید، انتخاب پردازنده مناسب بازو برای طراحی یا پروژه شما می تواند دشوار و گیج کننده باشد.

حالا که می دانید این همه حروف و اعداد به چه معنی است، می توانید زمان بیشتری را روی سر زدن و زمان کمتری برای جستجو و تحقیق خود اختصاص دهید.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *