цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » » Что из себя представляет архитектура RISC-V и почему она может быть заменой ARM


Что из себя представляет архитектура RISC-V и почему она может быть заменой ARM

Автор: Mike(admin) от 15-02-2021, 23:55

RISC-V vs ARM


Эта статья призвана дать читателю подробное представление об архитектуре RISC-V, а также поможет в сравнении архитектуры RISC-V с популярной архитектурой ARM. Прежде чем мы углубимся в техническую терминологию и начнем сравнивать две архитектуры, читателю важно понять, что подразумевается под архитектурой набора команд.


Что из себя представляет архитектура RISC-V и почему она может быть заменой ARM

Архитектура набора команд (ISA) – это, по сути, часть вычислительной машины, которая видна программисту на уровне ассемблера или составителю компилятора. ISA – это место, где программное обеспечение встречается с аппаратной частью. ISA определяет команды/инструкции, которые изначально могут быть поняты машиной и ее микроархитектурой, а также определяет, как инструкции должны быть сохранены, доступны и реализованы.


Мы даем инструкции аппаратному обеспечению компьютера на языке, понятном компьютеру. Компьютерный язык состоит из слов, называемых инструкциями, а словарь называется набором инструкций. Наборы инструкций рассказывают нам о функциях каждой инструкции и о том, как инструкция представлена в памяти.


Термин архитектура описывает функциональную спецификацию процессора. Он описывает, какие функции программное обеспечение может полагаться на аппаратное обеспечение. Архитектура не говорит вам, как построен процессор. Он говорит вам, на что способен процессор. Микроархитектура, с другой стороны, описывает, как построен и разработан процессор. Микроархитектура определяет количество и размер кешей, количество циклов инструкций, длину конвейера и т.д. Поняв, что такое ISA, мы переходим к обзору архитектуры RISC-V и ARM.


Обзор архитектуры RISC-V


RISC-V (произносится как «риск-файв») – это открытая ISA, которая находится в свободном доступе для академических кругов и промышленности. Она улучшает исходную архитектуру с сокращенным набором команд (RISC). RISC-V – пятое издание проектов RISC ISA от Калифорнийского университета в Беркли. Римская цифра «V» означает «вариации» и «векторы» для поддержки ряда исследований архитектуры компьютера.


RISC-V

Особенности архитектуры RISC-V


RISC-V – это архитектура загрузки-хранилища, означающая три вещи: (i) его арифметические инструкции работают только с регистрами, (ii) только инструкции загрузки и сохранения передают данные в и из памяти, и (iii) данные должны быть сначала загружены в регистр, прежде чем с ним можно будет работать.


RISC-V не подвергается чрезмерной оптимизации для какой-либо конкретной реализации, микроархитектурного шаблона или цели развертывания и, следовательно, подходит для всех вычислительных целей. Она может это сделать, потому что ISA разбита на две части: базовая ISA и дополнительные расширения. Базовая ISA ограничена тем, что содержит минимальный набор инструкций, достаточный для формирования цели компилятора и удовлетворения требований современных операционных систем. Базовая ISA не может быть переопределена и присутствует в любой реализации.


Существуют дополнительные расширения ISA, которые могут быть добавлены к базовой ISA в зависимости от реализации. Это позволяет RISC-V также поддерживать обширную настройку и специализацию.


Это самый маленькая ISA для 32-битных и 64-битных систем, в которой для системы памяти используется порядок байтов с прямым порядком (Little-endian). Порядок байтов с обратным порядком означает, что младший байт многобайтовых данных хранится по младшему адресу памяти. LSB сохраняется первым.


RISC-V использует технику RVC (сжатие кода RISC-V) для увеличения размера программного кода, а также уменьшает количество циклов ЦП на инструкцию за счет увеличения количества инструкций на программу. Она жертвует плотностью кода, чтобы упростить схему реализации.


RISC приводит к большим размерам кода, которые не являются оптимальными, особенно для встраиваемых систем, поскольку они имеют ограниченный объем памяти для команд. Чтобы уменьшить размер кода, RISC-V использует расширение RVC. RVC заменяет обычные 32-битные инструкции более короткими 16-битными кодировками команд. Также нет слота задержки перехода.


Обзор архитектуры ARM


ARM изначально расшифровывается как Acorn RISC Machine, но позже было изменено на Advanced RISC Machine. Возможно, это наиболее часто используемая архитектура процессоров в мире.


ARM

Впервые она была разработана производителем компьютеров Acorn Computers в конце 1980-х для своих персональных компьютеров. Это тип архитектуры RISC. Существует 3 разных типа архитектур Arm для разных приложений. Это архитектуры A, R и M.


3 разных типа архитектур Arm

A-Profile (приложения): оптимизирован для работы со сложными операционными системами, такими как Windows и Linux. Он предлагает высочайшую производительность.


R-Profile (Real-Time): оптимизирован для систем с ограничениями реального времени, таких как встраиваемые системы управления.


M-Profile (микроконтроллеры): оптимизирован для устройств с низким энергопотреблением и используется многими устройствами Интернета вещей (IoT).


Особенности архитектуры ARM


Это архитектура загрузки-хранилища с 32-битным диапазоном адресации.


В отличие от RISC-V, это не ISA с открытым исходным кодом, а проприетарная ISA.


Она использует порядок байтов с обратным порядком байтов для системы памяти. Это означает, что процессор/машина Arm может вычислять/передавать данные в обоих форматах с порядком байтов на аппаратном уровне.


Она использует набор инструкций Thumb для уменьшения размера программного кода. Thumb также известен как набор инструкций T32, он используется в процессорах pre-Armv8.


Это смесь 32-битного и 16-битного набора команд, который имеет оптимальную плотность кода для систем с ограниченным объемом памяти и стоимостью, такими как встраиваемые системы. Он обеспечивает высокую производительность 32-разрядного набора инструкций и почти обеспечивает плотность кода 16-разрядного набора инструкций.


RISC-V и ARM – сравнение


Теперь, когда у нас есть представление о ISA, RISC-V и ARM, мы сравним эти две системы бок о бок на основе множества факторов.


RISC-V и ARM – сравнение

Почему RISC-V считается угрозой для архитектуры ARM


Во-первых, RISC-V имеет открытую структуру, а ARM – нет. Это означает, что RISC-V не требует лицензий и лицензионных отчислений. RISC-V позволяет пользователю бесплатно расширять ISA новыми инструкциями и обновлять микроархитектуру процессоров RISC-V, но ARM просит пользователя платить роялти. Благодаря этому RISC-V быстро приветствовали многие производители.


С точки зрения сложности ARM считается более сложной, чем RISC-V. Другая причина состоит в том, что ARM более оптимизирована для мобильных телефонов, чем для ноутбуков, настольных компьютеров и серверов. RISC-V не слишком оптимизирована для одной конкретной реализации. Подходит для всех вычислительных систем, от микроконтроллеров до суперкомпьютеров.


RISC-V и ARM являются архитектурами RISC ISA. Первая имеет открытый исходный код, а вторая – проприетарный ISA. И RISC-V, и ARM имеют свои преимущества, но гибкость и природа RISC-V с открытой структурой позволили быстрее внедриться в электронную промышленность, что сулит потенциальное будущее.




© digitrode.ru


Теги: RISC-V, ARM




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий