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، توضیحاتی را ارائه می دهیم. در واقع 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، مشاهده کرد. این شامل روترهای شبکه، چاپگرها، تلفن های هوشمند، مانیتورهای رومیزی، دستگاه های پزشکی، روبات ها و حتی یخچال ها می شود. معماری بازو این روزها بسیار پرکاربرد است و تقریبا 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 در سطح بالایی سازماندهی شده است و چگونه Armv8 آنچه را که قبلا در مورد هسته های Arm می دانستیم تغییر داد.
اینجا ببینید: آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی با 30 درصد تخفیف و مدرک معتبر از سازمان فنی حرفه ای
معماری بازو رایانه ای
بازو (Arm) یک معماری را نشان می دهد که 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 میکروکنترلر 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 16 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 16 بیتی و 32 بیتی را امکان پذیر می کند در حالی که تراکم کد بیشتری نسبت به بازو و بهبود عملکرد نسبت به Thumb دارد.
مقاله مرتبط: انواع مقاومت (ثابت، متغیر، وابسته)
بازوهای ISA و وضعیت اجرایی
با اعلام Armv8، اولین معماری 64 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 32 بیتی و 64 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 5S از Apple-A7 SoC استفاده کرده است که شامل یک هسته 64 بیتی بازوی است و آن را به اولین پردازنده 64 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.
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 32 بیتی (Armv7-A) و 64 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 32 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 8 بیتی MCU، یک هسته 32 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.
جمع بندی معماری بازو
در این مقاله سعی شد مبحث مربوط به معماری بازو بررسی شود. معماری بازو در واقع مبحثی مربوط به ریز پردازنده ها است که کاربردهای فراوانی در برد دستگاه های الکترونیکی مدرن دارد. برای هر طراح و تعمیرکار متخصص بردهای الکترونیکی، آشنایی با این قطعه و نحوه عملکرد آن ضروری است. تعمیرکاران بردهای الکترونیکی باید به طور مرتب اطلاعات خود را با این تغییرات و پیشرفت ها در صنعت ساخت بردهای الکترونیکی بروز کنند. در غیر این صورت به تدریج از بازار تعمیرات بردهای الکترونیکی خارج می شوند. بروز کردن اطلاعات و آشنایی با صنعت روز بردهای الکترونیکی برای هر تکنسین تعمیرات برد الکترونیکی ضروری است.
البته نگران نباشید زیرا این دغدغه با تلاش مجموعه آموزشی فنی سازان برطرف شده است. آموزشگاه فنی سازان دوره جامع تعمیرات بردهای الکترونیکی را برگزار می کند. این دوره به صورت مرتب با آخرین پیشرفت های این صنعت بروز رسانی می شود. اساتید این دوره از تکنسین های باسابقه و با دانش این حرفه می باشند. در پایان دوره نیز مدرک معتبر از سازمان فنی و حرفه ای به کارآموازن اعطا خواهد شد که می توانند بوسیله آن پروانه کسب بگیرند.
