ARM mimarisi

ARM mimarisi (orijinal adı Acorn RISC Machine) RISC tabanlı bir işlemci mimarisidir. Genel itibarıyla düşük güç tüketimi, diğer RISC tabanlı işlemcilere göre yüksek performanslı oluşu ve x86-x64 işlemcilere göre daha hesaplı olmasından dolayı gömülü sistemlerde, taşınabilir aygıtlarda kullanılan yongasetlerinin dizaynında tercih edilir. 32 ve 64 bit modelleri bulunur.

ARM firması kendi başına işlemci üretmez, ISA dizaynı ve kullanım lisansı satar. Bu sebeple aynı nesil işlemci farklı üreticilerden değiştirilmiş olarak çıkabilir, bağlı olarak da performans farklılıkları görülür. Bu yüzden işlemci nesilleri ve özellikleri incelenirken ARM referans tasarımı ele alınır.

 Tarihçe 
sağ|küçükresim|Conexant ARM işlemcisi çoğunlukla router'larda kullanılırdı.
Acorn Computers Ltd tarafından geliştirme projesi olarak ARM dizaynı 1983 yılında başladı.

Roger Wilson and Steve Furber liderliğinde takım, gelişmiş bir MOS Technology 6502'sinin neye benzeyeceğinin geliştirilmesine başladı. Acorn, 6502'sini temel aldığı için programa benzer chip, şirket için önemli bir avantaj sağladı.

Takım, ARM1 isimli geliştirilmiş örneği Nisan 1985"Some facts about the Acorn RISC Machine"  Roger Wilson posting to comp.arch, Nov 2 1988, Accessed 25 May 2007.'te ve takip eden yılda ilk gerçek ürün olan ARM2'yi tamamladı. ARM2'nin göze çarpan özellikleri, 32-bit veriyolu, 26-bit address space, 64 Mbayt adres alanı ve 16 adet 32-bitlik yazmaç sağlar. Bu yazmaçlardan birtanesi program sayacı olarak kullanılır. Bu sayacın en fazla 6 bit'i ve en az 2 bit'i işlemci durum göstergesi'ni tutar. 30,000 transistör ile yeryüzündeki en basit kullanışlı 32-bit mikroişlemcisi ARM2 işlemcisidir. Bu basitliğin çoğu microkod bulundurmamasından ve günümüzün çoğu işlemcisinde olduğu gibi önbellek içermemesidir. Bu basitlik Intel 80286 işlemcisinden hem daha iyi performans gösterirken hem de daha az güç kullanımı sağlıyordu. ARM3, performansı daha fazla arttırmasını sağlayan 4KB önbellek ile geliştirildi.

ARM6'nın ilk modeli 1991 yılında piyasaya sürüldü ve Apple, kendi Apple Newton PDA'ları için temel olarak ARM6-based ARM 610'nu kullandı. 1994 yılında, Acorn kendi Risc PC bilgisayarlarında ana CPU olarak the ARM6-based ARM 610'nu kullandı.

 ARM çekirdekleri 

 Aile Mimari Versiyon Çekirdek Özellik Önbellek (I/D)/MMU Tipik MIPS @ MHz Yardımcı uygulamaARM1ARMv1ARM1YokARM Evaluation System second processor for BBC Micro ARM2ARMv2ARM2Architecture 2 added the MUL (multiply) instructionYok4 MIPS @ 8 MHz0.33 DMIPS/MHzAcorn Archimedes, ChessmachineARMv2aARM250Integrated MEMC (MMU), Graphics and IO processor. Architecture 2a added the SWP and SWPB (swap) instructions.Yok, MEMC1a7 MIPS @ 12 MHzAcorn ArchimedesARM3ARMv2aARM2aFirst use of a processor cache on the ARM. 4K tümleşik12 MIPS @ 25 MHz0.50 DMIPS/MHzAcorn Archimedes ARM6 ARMv3ARM60v3 architecture first to support addressing 32 bits of memory (as opposed to 26 bits)Yok10 MIPS @ 12 MHz3DO Interactive Multiplayer, Zarlink GPS ReceiverARM600As ARM60, cache and coprocessor bus (for FPA10 floating-point unit).4K tümleşik28 MIPS @ 33 MHzARM610As ARM60, cache, no coprocessor bus.4K tümleşik17 MIPS @ 20 MHz0.65 DMIPS/MHzAcorn Risc PC 600, Apple Newton 100 series ARM7 ARMv3ARM7008 KB tümleşik40 MHzAcorn Risc PC prototype CPU cardARM710As ARM7008 KB tümleşik40 MHzAcorn Risc PC 700ARM710aAs ARM7008 KB tümleşik40 MHz0.68 DMIPS/MHzAcorn Risc PC 700, Apple eMate 300ARM7100As ARM710a, integrated SoC.8 KB tümleşik18 MHzPsion Series 5ARM7500As ARM710a, integrated SoC.4 KB tümleşik40 MHzAcorn A7000ARM7500FEAs ARM7500, "FE" Added FPA and EDO memory controller.4 KB tümleşik56 MHz0.73 DMIPS/MHzAcorn A7000+ ARM7TDMI ARMv4TARM7TDMI(-S)3-stage pipeline, ThumbYok15 MIPS @ 16.8 MHz63 DMIPS @ 70 MHzGame Boy Advance, Nintendo DS, iPod, Lego NXT, Atmel AT91SAM7, Juice Box, NXP Semiconductors LPC2000 and LH754xxARM710TAs ARM7TDMI, cache8 KB tümleşik, MMU36 MIPS @ 40 MHzPsion Series 5mx, Psion Revo/Revo Plus/Diamond MakoARM720TAs ARM7TDMI, cache8 KB tümleşik, MMU with Fast Context Switch Extension60 MIPS @ 59.8 MHzZipit Wireless Messenger, NXP Semiconductors LH7952xARM740TAs ARM7TDMI, cacheMPUARMv5TEJARM7EJ-S5-stage pipeline, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP instructionsYok StrongARM ARMv4SA-11016 KB/16 KB, MMU203 MHz1.0 DMIPS/MHzApple Newton 2x00 series, Acorn Risc PC, Rebel/Corel Netwinder, Chalice CATS, Psion NetbookSA-1110As SA-110, integrated SoC16 KB/16 KB, MMU233 MHzLART (computer), Intel Assabet, Ipaq H36x0, Balloon2, Zaurus SL-5x00, HP Jornada 7xx, Jornada 560 series, Palm Zire 31 ARM8 ARMv4 ARM810"ARM810 - Dancing to the Beat of a Different Drum"  ARM Limited presentation at Hot Chips 8, 1996.5-stage pipeline, static branch prediction, double-bandwidth memory 8 KB unified, MMU 84 MIPS @ 72 MHz1.16 DMIPS/MHz Acorn Risc PC prototype CPU card ARM9TDMI ARMv4TARM9TDMI5-stage pipeline, ThumbYokARM920T As ARM9TDMI, cache16 KB/16 KB, MMU200 MIPS @ 180 MHzArmadillo, GP32,GP2X (first core), Tapwave Zodiac (Motorola i. MX1), Hewlet Packard HP-49/50 Calculators, Sun SPOT, Cirrus Logic EP9302, EP9307, EP9312, EP9315, Samsung S3C2442 (HTC TyTN, FIC Neo FreeRunner)ARM922T As ARM9TDMI, caches8 KB/8 KB, MMUNXP Semiconductors LH7A40xARM940TAs ARM9TDMI, caches4 KB/4 KB, MPUGP2X (second core), Meizu M6 Mini Player ARM9E ARMv5TEARM946E-SThumb, Enhanced DSP instructions, cachesvariable, tightly coupled memories, MPUNintendo DS, Nokia N-Gage, Canon PowerShot A470, Conexant 802.11 chipsARM966E-SThumb, Enhanced DSP instructionsÖnbellek yok, TCMsST Micro STR91xF, includes Ethernet ARM968E-SAs ARM966E-SÖnbellek yok, TCMsNXP Semiconductors LPC2900ARMv5TEJARM926EJ-S Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP instructionsDeğişken, TCMs, MMU220 MIPS @ 200 MHz, Mobile phones: Sony Ericsson (K, W series); Siemens and Benq (x65 series and newer); Texas Instruments OMAP1710, OMAP1610, OMAP1611, OMAP1612, OMAP-L137, OMAP-L138; Qualcomm MSM6100, MSM6125, MSM6225, MSM6245, MSM6250, MSM6255A, MSM6260, MSM6275, MSM6280, MSM6300, MSM6500, MSM6800; Freescale i.MX21, i.MX27, Atmel AT91SAM9, NXP Semiconductors LPC3000, GPH Wiz, Marvell Feroceon, NEC C10046F5-211-PN2-A SoC - undocumented core in the ATi Hollywood graphics chip used in the Wii,Starlet . Samsung S3C2412 used in Squeezebox Duet's Controller. NeoMagic MiMagic Family MM6, MM6+, MM8, MTV; Buffalo TeraStation Live (NAS);ARMv5TEARM996HSClockless processor, as ARM966E-S Önbellek yok, TCMs, MPU ARM10E ARMv5TEARM1020E6-stage pipeline, Thumb, Enhanced DSP instructions, (VFP)32 KB/32 KB, MMUARM1022EAs ARM1020E16 KB/16 KB, MMUARMv5TEJARM1026EJ-SThumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP instructions, (VFP)Değişken, MMU ya da MPUWestern Digital MyBook II World Edition XScale ARMv5TE80200/IOP310/IOP315I/O Processor, Thumb, Enhanced DSP instructions80219400/600 MHzThecus N2100IOP321600 BogoMips @ 600 MHzIyonixIOP33xIOP34x1-2 core, RAID Acceleration32K/32K L1, 512K L2, MMUPXA210/PXA250Applications processor, 7-stage pipelinePXA210: 133 and 200 MHz, PXA250: 200, 300, and 400 MHzZaurus SL-5600, iPAQ H3900, Sony CLIÉ NX60, NX70V, NZ90PXA25532KB/32KB, MMU400 BogoMips @ 400 MHz; 371-533 MIPS @ 400 MHzGumstix basix & connex, Palm Tungsten E2, Zaurus SL-C860, Mentor Ranger & Stryder, iRex ILiadPXA263200, 300 and 400 MHzSony CLIÉ NX73V, NX80VPXA26xdefault 400 MHz, up to 624 MHzPalm Tungsten T3PXA27xApplications processor32 KB/32 KB, MMU800 MIPS @ 624 MHzGumstix verdex, eSOM270 PXA270 COM, HTC Universal, HP hx4700, Zaurus SL-C1000, 3000, 3100, 3200, Dell Axim x30, x50, and x51 series, Motorola Q, Balloon3, Trolltech Greenphone, Palm TX, Motorola Ezx Platform A728, A780, A910, A1200, E680, E680i, E680g, E690, E895, Rokr E2, Rokr E6, Fujitsu Siemens LOOX N560, Toshiba Portégé G500, Trēo 650-755p, Zipit Z2PXA800(E)FMonahans32KB/32KB L1, TCM, MMU1000 MIPS @ 1.25 GHzSamsung OmniaPXA900Blackberry 8700, Blackberry Pearl (8100)IXC1100Control Plane ProcessorIXP2400/IXP2800IXP2850IXP2325/IXP2350IXP42xNSLU2 IXP460/IXP465 ARM11ARMv6ARM1136J(F)-S8-stage pipeline, SIMD, Thumb, Jazelle DBX, (VFP)Değişken, MMU740 @ 532-665 MHz (i.MX31 SoC), 400-528 MHzTexas Instruments OMAP2420 (Nokia E90, Nokia N93, Nokia N95, Nokia N82), Zune, BUGbase, Nokia N800, Nokia N810, Qualcomm MSM7200 (with integrated ARM926EJ-S Coprocessor@274 MHz, used in Eten Glofiish, HTC TyTN II, HTC Nike), Freescale i.MX31 (used in the original Zune 30gb and Toshiba Gigabeat S), Freescale MXC300-30 (Nokia E63, Nokia E71, Nokia 5800, Nokia E51, Nokia E75, Nokia N97, Nokia N81), Qualcomm MSM7201A as seen in the HTC Dream. Motorola Z6. HTC HeroARMv6T2ARM1156T2(F)-S9-stage pipeline, SIMD, Thumb-2, (VFP)Değişken, MPUARMv6KZARM1176JZ(F)-SAs ARM1136EJ(F)-SDeğişken, MMU+TrustZoneApple iPhone, Apple iPod touch, Conexant CX2427X, Motorola RIZR Z8, Motorola RIZR Z10, NVIDIA GoForce 6100ARMv6KARM11 MPCoreAs ARM1136EJ(F)-S, 1-4 core SMPDeğişken, MMUNvidia APX 2500 CortexARMv7-ACortex-A8Application profile, VFP, NEON, Jazelle RCT, Thumb-2, 13-stage superscalar pipelineDeğişken (L1+L2), MMU+TrustZoneup to 2000 (2.0 DMIPS/MHz in speed from 600 MHz to greater than 1 GHz)Texas Instruments OMAP3xxx series, SBM7000, Oregon State University OSWALD, Gumstix Overo Earth, Pandora, Archos 5, FreeScale i.MX51-SOC, BeagleBoard, Apple iPhone 3GS, Palm Pre, Samsung i8910, Sony Ericsson Satio, Touch Book, Nokia N900.Cortex-A9Application profile, (VFP), (NEON), Jazelle RCT and DBX, Thumb-2, Out-of-order speculative issue superscalarMMU+TrustZone2.0 DMIPS/MHzCortex-A9 MPCoreAs Cortex-A9, 1-4 core SMPMMU+TrustZone2.0 DMIPS/MHz (per core)Texas Instruments OMAP4430/4440 ; "Sparrow" (planned)ARMv7-RCortex-R4(F)Embedded profile, Thumb-2, (FPU)Değişken önbellek, MPU optional600 DMIPS @ ~375 MHzBroadcom is a user, TMS570 from Texas InstrumentsARMv7-MCortex-M3Microcontroller profile, Thumb-2 only.Önbellek yok, MPU opsiyonel125 DMIPS @ 100 MHzEnergy Micro's EFM32, Luminary Micro microcontroller family, ST Microelectronics STM32, NXP Semiconductors LPC1700, Toshiba TMPM330FDFG, Ember's EM300 SeriesARMv6-MCortex-M0 (kod adı "Swift")Microcontroller profile, Thumb-2 (16-bit Thumb instructions & BL, MRS, MSR, ISB, DSB, and DMB).Önbellek yok.0.9 DMIPS/MHzNXP Semiconductors NXP LPC1100, Triad Semiconductor, MelfasCortex-M1FPGA targeted, Microcontroller profile, Thumb-2 (16-bit Thumb instructions & BL, MRS, MSR, ISB, DSB, and DMB).Yok, sıkı bağlı bellek seçenekleri.Up to 136 DMIPS @ 170 MHz"ARM Extends Cortex Family with First Processor Optimized for FPGA" , ARM press release, March 19 2007. Retrieved April 11, 2007. (0.8 DMIPS/MHz,"ARM Cortex-M1" , ARM product website. Retrieved April 11, 2007. MHz achievable FPGA-dependent)Actel ProASIC3, ProASIC3L, IGLOO and Fusion PSC devices, Altera Cyclone III, other FPGA products are also supported e.g. Synplicity
ARM Extends Cortex Family with First Processor Optimized for FPGA . Aile Mimari versiyon Çekirdek Özellik Önbellek (I/D)/MMU Tipik MIPS @ MHz Yardımcı uygulama

 Tasarım notları 

Tasarımın açık, basit ve hızlı olabilmesi için Acorn microbilgisayarlarında kullanılan 8-bit 6502 işlemcisine benzer bir şekilde mikrokod barındırmayacak şekilde geliştirildi.

ARM Mimarisi, aşağıda belirtilen RISC özellikleri içerir:

 Load-store mimarisi
 Yanlış hafıza erişimlerine karşı desteği yok. (ARMv6 çekirdeklerinde destekleniyor.)
 Geniş 16 × 32-bit yazmaç dosyası

Intel 80286 ve Motorola 68020 işlemcilerindeki gibi bazı bilindik tasarım özellikleri kullanıldı:

 Güçlü indeksleme,
 Basit ama hızlı 2-öncelikli-bölüm kesme altsistemi,
 Aritmetik yönergelerde ve adres hesaplamalarında performans sorunu olmadan 32-bit barrel shifter

Her yönergenin öncesinde 4-bit condition code'u kullanması ARM tasarımına ilginç bir eklemedir.

Hafıza erişim talimatlarında yerini almalar olduğu için bu kesmeler, önemli şekilde geçerli bitlerin kodlanmasını ...., fakat öbür taraftan da küçük if koşulları için kodlar oluşturulurken dallanma talimatlarından kaçınılır. Euclid'in Euclidean algorithm örneği en bilinen ve standart örnektir:

C programlama dilinde, döngü:

 int gcd (int i, int j) 
 {
    while (i != j)
    { 
       if (i > j) 
           i -= j;
       else 
           j -= i;
    }
    return i;
 } 

ARM assembly dilinde, döngü:

 loop   CMP    Ri, Rj; set condition "NE" if (i != j)
                    ;           "GT" if (i > j), 
                    ;        or "LT" if (i < j)           
        SUBGT  Ri, Ri, Rj; if "GT", i = i-j; 
        SUBLT  Rj, Rj, Ri; if "LT", j = j-i; 
        BNE    loop; if "NE", then loop

then ve else yantümcelerinde dallanmalardan kaçınılır.

Komut kümelerinin başka tek özelliği de kaydırma ve döndürmeleri "veri işlemleri" (aritmetik, mantıksal ve yazmaç-yazmaç hareketi) komutlarına bağlayabilmesidir. Örneğin C dilinde

a += (j << 2); 

Arm işlemcisinde tek çevrim komutu ve tek bir kelimeymiş gibi dönüştürülür.

 ADD Ra, Ra, Rj, LSL #2 

Tipik Arm programında bu sonuç beklenenden daha az hafıza erişimi ve boru hattının daha verimli kullanılmasını sağlar. ARM işlemcisinin yavaş hızla çalıştığı düşünülmesine karşın daha gelişmiş işlemciler ile yine de yarışabilir durumdadır.

 ARM lisansları 
ARM lisanslarını elinde tutan bazı firmalar: Analog Devices, Atmel, Broadcom, Cirrus Logic, Faraday technology, IBM, Infineon Technologies, Nintendo, NXP Semiconductors (spun off from Philips in 2006), OKI, Samsung, Sharp, STMicroelectronics, Texas Instruments ve VLSI

 Yaklaşık lisans bedeli 
2.45 milyar ünitenin lisanslama sonucu,"Business review/Financial review/IFRS", p. 10, ARM annual report and accounts, 2006 . Retrieved May 7 2007 ARM'nin yıllık raporuna göre lisans bedeli toplam 164.1 milyon Amerikan Doları'dır. Bu yaklaşık ünite başına 0.067 Amerikan dolarına denk gelir. Tüm çekirdeklerin ortalaması olmasına karşın pahalı ve ucuz eski çekirdekleri de buna dâhildir.

 Kaynakça 


Kategori:1983 tanıtımları
Kategori:İşlemci mimarisi