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ARM处理器
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ARM为嵌入式处理器IP供应商,公司前身为Acorn Computer,曾开发RISC处理器,1990年ARM正式成立,开始采用授权的商业模式。采用ARM技术IP内核的处理器,即称为ARM(Advanced RISC Machines,进阶精简指令集机器)处理器,其产品应用于多嵌入式系统设计,已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网路系统、无线系统等各类产品市场。[1]ARM处理器非常适用于行动通讯领域,因其主要设计目标为低成本、高效能、低耗电的特性。且ARM占所有32位元嵌入式处理器75%比重。

1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集电脑)的概念,重点放在如何使电脑的结构更加简单合理地提高运算速度上,RISC结构会优先选取使用频最高的简单指令,避免复杂指令,及将指令长度固定。指令格式和寻地方式种类减少,并以控制逻辑为主,不用或少用微程式码控制等措施来达到目的。RISC的特色是使用管线 (Pipeline) 的方式增进速度,但是在不属于指令载入期间,进行记忆体存取会破坏管线的可重叠性,因此RISC处理器通常会禁止运算指令直接存取记忆体,只允许载入储存指令存取记忆体。

采用RISC架构的ARM微处理器具有如下特点:

  • 体积小、低功耗、低成本、高性能
  • 支援Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,兼容8位/16位元
  • 大量使用暂存器,资料处理指令只对暂存器进行操作,只有载入/存储指令可以存取记忆体,以提高指令的执行效率
  • 大部分数据操作都在暂存器中完成
  • 寻址方式灵活简单,执行效率高
  • 采用固定长度的指令格式,指令归整、简单、基本定址方式有2~3种

StrongARM微处理器系列,主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统,如电子商务、电子政务、电子银行业务、网路和认证系统等领域。

而Intel StrongARM SA-1100处理器是采用ARM架构高度整合的32位元RISC微处理器,融合Intel设计和处理技术以及ARM架构的电源效率,采用在软体上相容ARMv4架构、同时采用具有Intel技术优点的架构,Intel StrongARM处理器为携带型通讯产品和消费类电子产品之解决方案。

Xscale处理器是基于ARMv5TE架构的解决方案,是一款全性能、高成本效益比、低功耗的处理器,支援16位元的Thumb指令和DSP指令集,已使用在数位行动电话、PDA和网路产品。Xscale 处理器是Intel主要推广的一款ARM微处理器。

基于CISC的x86架构处理器,为了电脑产业发展而不断加入指令集,使得处理器日益庞大,但每个指令集用到的频率也越差越大,许多指令到后来相当少用,甚至可以被新的指令所取代。而ARM架构则大幅简化架构,仅保留所需要的指令,可以让整个处理器更为简化,拥有小体积、高效能的特性。

ARM的架构可以作到高密度整合,ARM授权的弹性以及核心架构单纯,ARM处理器架构很容易与其他专职的特殊核心,像是GPU、多媒体解码核心、基频数据机、I/O控制等架构整合,透过SoC(System On a Chip,系统单晶片)的方式,整合成一颗小小的ARM架构应用处理器,完成近年x86架构处理器积极跨足的单晶片设计,各种不同的核心分工各司其职,ARM架构应用处理器的核心负担相较传统x86处理器更低,因其早前应用处理器的需求就是以低功耗为重点,如今效能提升后,仍保有省电的特性。

ARM架构处理器在智慧型手机与平板电脑等行动装置市占率达9成以上,包括TI OMAP、Qualcomm Snapdragon、三星的蜂鸟(Hummingbird)、猎户座(Orion)、Freescale的i.MX、NVIDIA Tegra等应用处理器等。

2012年,微软推出的Windows 8有支援ARM架构处理器,因此2012年搭载ARM架构处理器的笔电出货量将达760万台,占全球笔电市场占有率约3%,至2015年,出货量将增至7,400万台,大幅成长9倍,在笔电市场的占有率也大增到23%,并为NVIDIA、Qualcomm、德仪等供应商带来商机,为NVIDIA及高通晶片代工的台积电、为德仪代工的联电等,与3大厂处理器FCCSP基板的景硕皆受惠。[2]

2011年10月,ARM 推出了全新的 64 位元架构处理器 ARMv8 ,因此RISC 处理器也迈向64 位元,而 x86 架构的 CISC处理器早已推出64位元的处理器。

ARMv8 处理器最大的特色就是支援定址至64位元,与x86架构一样,更大的位元定址代表支援更大的运算容量与效能。 ARMv8 架构下包含两种执行序 (Process) , AArch64 以及 AArch32 ,其中 AArch32 向下支援32位元的指令集,代表 ARMv8 也兼容其他 32 位元的环境,而 AArch64 则是支援全新的64位元指令集,让ARMv8可以相容于64位元的环境。

2014 年到2016 年以后,ARM 将其主力放在 ARMv7 架构下的 Cortex A 系列处理器,未来将会转向Cortex A9 ,而架构也会开始导入 ARM11 的架构。


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ARM处理器发展现况

参考资料

  1. ARM处理器09.11.2016 MoneyDj理财网
  2. 软银重金收购ARM 著眼物联网市场07.28.2016 财经知识库