Чим архітектура arm відрізняється від x86

У наш час існує дві найпопулярніші архітектури процесорів. Це x86, яка була розроблена ще 80-х роках і використовується в персональних комп`ютерах і ARM - більш сучасна, яка дозволяє зробити процесори менше і економніше. Вона використовується в більшості мобільних пристроїв або планшетів.

Обидві архітектури мають свої плюси і мінуси, а також сфери застосування, але є і загальні риси. Багато фахівців говорять, що за ARM майбутнє, але у неї залишаються деякі недоліки, яких немає в x86. У нашій сьогоднішній статті ми розглянемо ніж архітектура arm відрізняється від x86. Розглянемо принципові відмінності ARM або x86, а також спробуємо визначити що краще.

Що таке архітектура?

Процесор - це основний компонент будь-якого обчислювального пристрою, будь то смартфон або комп`ютер. Від його продуктивності залежить те, наскільки швидко буде працювати пристрій і скільки воно зможе працювати від батареї. Якщо говорити просто, то архітектура процесора - це набір інструкцій, які можуть використовуватися при складанні програм і реалізовані на апаратному рівні за допомогою певних сполучень транзисторів процесора. Саме вони дозволяють програмам взаємодіяти з апаратним забезпеченням і визначають яким чином будуть передаватися дані в пам`ять і зчитуватися звідти.

На даний момент існують два типи архітектур: CISC (Complex Instruction Set Computing) і RISC (Reduced Instruction Set Computing). Перша передбачає, що в процесорі будуть реалізовані інструкції на всі випадки життя, друга, RISC - ставить перед розробниками завдання створення процесора з набором мінімально необхідних для роботи команд. Інструкції RISC мають менший розмір і простіші.

архітектура x86

Архітектура процесора x86 була розроблена в 1978 році і вперше з`явилася в процесорах компанії Intel і відноситься до типу CISC. Її назва взято від моделі першого процесора з цієї архітектурою - Intel 8086. Згодом, через брак кращої альтернативи цю архітектуру почали підтримувати і інші виробники процесорів, наприклад, AMD. Зараз вона є стандартом для настільних комп`ютерів, ноутбуків, нетбуків, серверів та інших подібних пристроїв. Але також іноді процесори x86 застосовуються в планшетах, це досить звична практика.

Перший процесор Intel 8086 мав розрядність 16 біт, далі в 2000 роках вийшов процесор 32 бітної архітектури, і ще пізніше з`явилася архітектура 64 біт. Ми детально розглядали розрядність процесорів в окремій статті. За цей час архітектура дуже сильно розвинулася були додані нові набори інструкцій і розширення, які дозволяють дуже сильно збільшити продуктивність роботи процесора.

У x86 є кілька суттєвих недоліків. По-перше - це складність команд, їх заплутаність, яка виникла через довгу історію розвитку. По-друге, такі процесори споживають занадто багато енергії і через це виділяють багато теплоти. Інженери x86 спочатку пішли шляхом отримання максимальної продуктивності, а швидкість вимагає ресурсів. Перед тим, як розглянути відмінності arm x86, поговоримо про архітектуру ARM.

архітектура ARM

Ця архітектура була представлена ​​трохи пізніше за x86 - в 1985 році. Вона була розроблена відомою в Британії компанією Acorn, тоді ця архітектура називалася Arcon Risk Machine і належала до типу RISC, але потім була випущена її поліпшена версія Advanted RISC Machine, яка зараз і відома як ARM.

При розробці цієї архітектури інженери ставили перед собою мету усунути всі недоліки x86 і створити абсолютно нову і максимально ефективну архітектуру. ARM чіпи отримали мінімальне енергоспоживання і низьку ціну, але мали низьку продуктивність роботи в порівнянні з x86, тому спочатку вони не завоювали велику популярність на персональних комп`ютерах.

На відміну від x86, розробники спочатку намагалися отримати мінімальні витрати на ресурси, вони мають менше інструкцій процесора, менше транзисторів, але і відповідно менше всяких додаткових можливостей. Але за останні роки продуктивність процесорів ARM поліпшувалася. З огляду на це, і низьке енергоспоживання вони почали дуже широко застосовуватися в мобільних пристроях, таких як планшети і смартфони.

Відмінності ARM і x86

А тепер, коли ми розглянули історію розвитку цих архітектур і їх принципові відмінності, давайте зробимо докладний порівняння ARM і x86, за різними їх характеристикам, щоб визначити що краще і більш точно зрозуміти в чому їх різниця.

виробництво

Виробництво x86 vs arm відрізняється. Процесори x86 виробляють тільки дві компанії Intel і AMD. Спочатку ця була одна компанія, але це зовсім інша історія. Право на випуск таких процесорів є тільки у цих компаній, а це значить, що і напрямком розвитку інфраструктури будуть управляти лише вони.

ARM працює зовсім по-іншому. Компанія, що розробляє ARM, не випускає нічого. Вони просто видають дозвіл на розробку процесорів цієї архітектури, а вже виробники можуть робити все, що їм потрібно, наприклад, випускати специфічні чіпи з потрібними їм модулями.

кількість інструкцій

Це головні відмінності архітектури arm і x86. Процесори x86 розвивалися стрімко, як більш потужні і продуктивні. Розробники додали велику кількість інструкцій процесора, причому тут є не просто базовий набір, а досить багато команд, без яких можна було б обійтися. Спочатку це робилося щоб зменшити обсяг пам`яті яку він обіймав програмами на диску. Також було розроблено багато варіантів захистів і віртуалізації, оптимізацій і багато іншого. Все це вимагає додаткових транзисторів і енергії.

ARM більш простий. Тут набагато менше інструкцій процесора, тільки ті, які потрібні операційній системі і реально використовуються. Якщо порівнювати x86, то там використовується тільки 30% від усіх можливих інструкцій. Їх простіше вивчити, якщо ви вирішили писати програми вручну, а також для їх реалізації потрібно менше транзисторів.

Споживання енергії

З попереднього пункту випливає ще один висновок. Чим більше транзисторів на платі, тим більше її площа і споживання енергії, правильно і зворотне.

Процесори x86 споживають набагато більше енергії, ніж ARM. Але на споживання енергії також впливає розмір самого транзистора. Наприклад, процесор Intel i7 споживає 47 Ватт, а будь-який процесор ARM для смартфонів - не більше 3 Ватт. Раніше випускалися плати з розміром одного елемента 80 нм, потім Intel домоглася зменшення до 22 нм, а в цьому році вчені отримали можливість створити плату з розміром елемента 1 нанометр. Це дуже сильно зменшить енергоспоживання без втрат продуктивності.

За останні роки споживання енергії процесорами x86 дуже сильно зменшилася, наприклад, нові процесори Intel Haswell можуть працювати довше від батареї. Зараз різниця arm vs x86 поступово стирається.

тепловиділення

Кількість транзисторів впливає ще на один параметр - це виділення тепла. Сучасні пристрої не можуть перетворювати всю енергію в ефективну дію, частина її розсіюється у вигляді тепла. ККД плат однаковий, а отже чим менше транзисторів і чим менше їх розмір - тим менше тепла буде виділяти процесор. Тут вже не виникає питання ARM або x86 виділятиме менше теплоти.

продуктивність процесорів

ARM з самого початку не були заточені для максимальної продуктивності, це область успіху x86. Частково цьому причина менше кількість транзисторів. Але останнім часом продуктивність ARM процесорів зростає, і вони вже можуть повноцінно використовуватися в ноутбуках або на серверах.

висновки

У цій статті ми розглянули чим відрізняється ARM від x86. Відмінності досить серйозні. Але останнім часом грань між обома архітектурою стирається. ARM процесори стають більш продуктивними і швидкими, а x86 завдяки зменшенню розміру структурного елементу плати починають споживати менше енергії і виділяти менше тепла. Уже можна зустріти ARM процесор на серверах і в ноутбуках, а x86 на планшетах і в смартфонах.

А як ви ставитеся до цих x86 і ARM? За якийсь технологією майбутнє на вашу думку? Напишіть в коментарях! До речі, Лінус Торвальдс вважає за краще x86.

На завершення відео про розвиток аріхтектури ARM: