• Categories
• Arquitectura ARM
• Unidad central de procesamiento
• Microprocesador
• Hardware de la computadora
• Electrónica digital

Citation preview

"Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad"

U.S.P FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL INGENIERÍA INFORMÁTICA Y DE SISTEMAS

Tecnología ARM CURSO: Sistemas Operativos

PROFESOR: Ing. Balcázar Chumacro Oscar.

CICLO: VII.

ALUMNOS:  ALCANTARA FLORES, JUNIOR  TAVARA AGUILERA, MARTIN.

SULLANA 2013

INTRODUCCION

Las arquitecturas ARM que forman los procesadores, tienen una gran importancia dentro del mundo de la computación debido a sus avances en cuanto a consumo y rendimiento. Debido a las licencias que se concede sobre sus arquitecturas, ha crecido rápidamente casi ocupando el mercado de los microprocesadores y electrónica de consumo

ARM, es una arquitectura de procesador de 32 bits y se utiliza principalmente en Sistemas embebidos. ARM es una arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer=Ordenador con Conjunto de Instrucciones Reducidas) de 32 bits desarrollada por ARM Holdings. Se llamó Advanced RISC Machine, y anteriormente Acorn RISC Machine. La arquitectura ARM es el conjunto de 32 bits más ampliamente utilizado en unidades producidas

Ampliamente utilizado en la industria de la tecnología de la información, su desarrollo fue principalmente para tener el mejor rendimiento posible con la limitación de ser simple, tener poca área y tienen un bajo consumo de energía.

Son conocidos por su versatilidad, ya que tienen pocas instrucciones de programación. Se encuentra en teléfonos móviles, calculadoras, periféricos, aplicaciones, Tablet, ipad, consolas de video juegos como Nintendo, Xbox, PSP, etc.

El ARM soporta una herramienta que incluye un emulador del set de instrucciones para verificación del modelado de hardware y el de software y Assembler, compiladores C y C++, un linker y un debugger simbolico. ARM HOLDING plc, es una multinacional dedicada a los semiconductores y al desarrollo de software. Es considerada la empresa dominante en el campo de los chips de Smartphone y tablets.

HISTORIA El diseño de ARM inició en 1983, como un proyecto de desarrollo en la empresa Acorn Computers Ltd. Roger Wilson y Steve Furber, fueron los pioneros en el desarrollo de la tecnología y en abril de 1985 presentaron su primer chip llamado ARM1, pero el ARM2 y se lanzó en el año 1986 y fue el primero en salir al mundo y su principal característica es que contenía un bus de datos de 32 bits. El ARM2 fue un microprocesador de 32 bits muy sencillo con solo 30,000 transistores, por ejemplo, el Motorola 68,000 (usado por Apple en la computadora Lisa) tenía 70,000 transistores y era 6 años más antiguo. El ARM2 tampoco contaba caché, siendo ésta simplicidad lo que le permitió un menor uso de energía. En 1991 después de varios años de trabajo entre Apple y Acorn presentaron un nuevo modelo del núcleo de ARM llamado ARM6 con 35,000 transistores, usándolo principalmente para la primer PDA de Apple, el Apple Newton. Fue a partir del desarrollo del ARM8 cuando comenzó a usarse dentro de calculadoras, GPS y dispositivos móviles. Actualmente nos encontramos que la mayoría de los dispositivos usan la familia Cortex de ARM. El diseño de ARM se hoy en día se ha convertido en uno de los más usados alrededor del mundo y se encuentra presente en discos duros, juguetes, móviles y tabletas. Hoy en día, cerca del 75% de los procesadores de 32 bits poseen este chip en su núcleo.

CARACTERISTICAS: El procesador ARM también tiene algunas características que son raras en otras arquitecturas también consideradas RISC, como el direccionamiento ralativo, y el pre post incrementa en el modo de direccionamiento. -

-

Todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo de reloj. Modo: Directamente simples, es decir el procesamiento de datos solo opera con contenidos de registros, no directamente en memoria. Técnica “pipeline”, Esta técnica consiste en comenzar la próxima instrucción antes de que la actual haya finalizado. El objetivo es ahorar tiempo. Carga, y almacena múltiples instrucciones, para maximizar el rendimiento de los datos.

-

Ejecución condicional de todas las instrucciones, para maximizar el rendimiento de la ejecución.

VENTAJAS ARM: -

Menor desperdicio de área de silicio. Un procesador simple economiza transistores y área de silicio. En consecuencia una CPU RISC deja mayor área libre para realizar mejoras de rendimiento, tales como memoria cache, funciones de manejo de memoria punto flotante por harware, etc.

-

Menor tiempo de desarrollo. Un procesador, simple tiene menor costo y lleva menos esfuerzo de diseño, además se adapta mejor a los emprendimiento de tecnología de procesos.

-

Mayor rendimiento: Si se diseña un procesador simple y luego se le agregan instrucciones complejas: hará en forma en forma más eficiente varias funciones de alto nivel.

FAMILIA: Se denomina ARM a una familia de microprocesadores RISC diseñados por la empresa Acorn Computers y desarrollados por Advanced RISC Machines Ltd., una empresa derivada de la anterior.

Evolución de familias ARM

ARM1:

El primer chip ARM, el Acorn RISC Machine, fue desarrollado entre 1983 y 1985 por el equipo de desarrollo e investigación avanzada en Acorn Computers, un fabricante de microcomputadoras pionero en el reino unido. El primer modelo de set de instrucciones para el ARM se codificó en BASIC, una propuesta que lo hacía fácil de configurar y de desarrollar un prototipo rápidamente, pero resultó ser menos flexible cuando el diseño del hardware necesitaba ser probado.

ARM2:

La experiencia de diseñar el ARM1, y programar los chips de muestra, mostró que había áreas donde el set de instrucciones podía ser mejorado para maximizar el desempeño en los sistemas que se basaban en él. En particular, las instrucciones de “Multiply and Multiply Accumulate” fueron agregadas para mejorar el desempeño al eliminar el uso de subrutinas lentas para este propósito.

Esta adición facilitaría procesamiento digital de señales en tiempo real, que sería usado para la generación de sonidos.

ARM3: Para mejorar el desempeño del ARM una “caché” de información e instrucciones de 4kb fue añadida al chip. Esto, junto con la fabricación más densa utilizada (un proceso 1.5 \xb5 m), permitió que el nuevo dispositivo, denominado ARM3, trabajara a una velocidad de reloj mayor que la de sus predecesores, por tanto mejorando el desempeño general al mismo tiempo que utilizaba el mismo soporte de chip y memoria de bajo costo que el ARM2 usaba. La inclusión de una cache y su circuitería de control llevo a un conteo de transistores mayor, alrededor de 300 000, pero este era todavía un dispositivo compacto; tanto que hubo problemas para encontrar un empaque de IC capaz de acomodar el diminuto “die” del ARM3.

En 1989 el ARM3 fue lanzado a una significantemente incrementada velocidad de reloj de 25 MHz. Las primeras computadoras Acorn en usar este chip fueron lanzadas en 1990. -Acorn RISC Machine se convierte en The Advanced RISC Machine (ARM)-

Para 1990 era claro que a pesar de que la posición financiera de Acorn se había estabilizado, un equipo de diseño de procesador “de la casa” era un lujo muy caro de mantener. El equipo de desarrollo de ARM había producido una versión estática del procesador, el ARM2As, haciéndolo aún más atractivo para potenciales clientes externos. Esta nueva variante agregó consumo de potencia bajo a la lista de características que hizo al ARM atractivo para desarrolladores interesados en diseñar dispositivos de bajo costo y portables (hand-held devices) y organizadores electrónicos personales.

ARM6:

El primer desarrollo de ARM Ltd. Fue el siguiente paso desde el ARM3, que se nombró ARM6 e incluía soporte de direccionamiento completo de 32 bits, uno de los muchos cambios pedidos por Apple para poder usar ARM en productos planeados. Un controlador de video mejorado, VIDC20, fue también desarrollado y un procesador de punto flotante fue también introducido. [1]

ARM7:

Introducido en 1994, la familia de procesadores ARM7 ha sido inmensamente exitosa. La familia ARM7 es la familia de procesadores embebidos de 32 bits más usada mundialmente, con más de 170 licencias (silicon licenses) y más de 10 billones de unidades vendidas desde 1994. Este procesador es capaz de realizar una ampia gama de aplicaciones, tradicionalmente usado en aplicaciones móviles. [2] La familia ARM7 incorpora el set de instrucciones de 16 bits “Thumb” permitiendo desempeño de 32 bits al costo de sistemas de 8/16 bits. [3]

ARM8:

El procesador ARM8 es una implementación estática CMOS del ARM que permite que el reloj sea detenido en cualquier parte del ciclo con extremadamente bajo consumo de potencia residual, menor promedio de ciclos por instrucción (CPI), bus de dirección de 32 bits pero puede operar en modo de 26 bits para compatibilidad con procesadores anteriores.

ARM9:

La familia de procesadores ARM9 está construida sobre el procesador ARM9TDMI e incorpora el set de instrucciones de 16 bits Thumb. La familia ARM9 Thumb incluye las macro células del procesador “cacheado” (cached) ARM920T y ARM922T: -Cachés Duales de 16k para aplicaciones trabajando con sistemas operativos Symbian, Palm, Linux y Windows CE.

- Cachés Duales de 8k para aplicaciones trabajando con sistemas operativos Symbian, Palm, Linux y aplicaciones Windows CE. La familia de procesadores ARM9E permite soluciones de procesador sencillo para microcontroladores y aplicaciones DSP y Java. Tiene un procesador mejorado de 32 bits para aplicaciones que requieran una combinación de funcionamiento de DSP y microcontrolador. La familia incluye las macro células de los procesadores ARM926EJ-S, ARM946E-S, ARM966E-S, and ARM968E-S. Incluyen extensiones de procesamiento de señal para intensificar el desempeño de punto fijo de 16 bits usando una unidad multiplicadora-acumuladora (MAC) de ciclo sencillo de 32 x 16, e implementa el set de instrucciones Thumb de 16 bits. El procesador ARM926EJ-S también incluye tecnología ARM Jazelle que permite ejecución directa de códigos byte (bytecodes) de Java en Hardware. [ 6 ]

ARM11:

La familia ARM11 comprende una serie de 4 procesadores que implementan una arquitectura v6 con extensiones incluyendo un rango instrucciones SIMD DSP que operan con valores de información de 16 u 8 bits en registros de 32 bits [7] :



The ARM1136J-S and ARM1136JF-S: Tecnología ARM Jazelle, implementan Arquitectura de Sistema de Memoria Virtual e interfaces AMBA 2 AHB. El procesador ARM1136JF-S tiene un co-procesador de punto flotante.



The ARM1156T2-S and ARM1156T2F-S: Unidad de Protección de Memoria opcional (MPU), tiene interfaces AMBA 3 AXI.



The ARM1176JZ-S and ARM1176JZF-S: Tecnologia TrustZone y ARM Jazelle. implementan Arquitectura de Sistema de Memoria Virtual e interfaces AMBA 3 AXI.



The ARM11 MPCore multiprocessor: Configurado para incluir de 1 a 4 procesadores que pueden ser vistos como uno solo. Incluye tecnología ARM Jazelle y es compatible con tecnología ARM IEM. Implementa Arquitectura de Sistema de Memoria Virtual. Interfaz AMBA 3 AXI.

A continuación, se muestra un ejemplo de dispositivos que emplean estos procesadores:

Tecnología ARM:

Thumb Quizás en parte por el uso condicional de usar 4 bytes por cada instrucción, los procesadores más recientes traen un conjunto de instrucciones de 16 bits adicional, llamado Thumb. Este pretende disminuir la cantidad de código escrito. Así como mejorar la densidad del código, el rendimiento puede ser superior a un código de 32 bits en donde el puerto de memoria o ancho del bus de comunicaciones son menores a 32 bits. Por lo general en aplicaciones inserta un pequeño rango de direcciones de memoria con un datapath de 32 bits (por ejemplo: Game Boy Advance), y el resto son 16 bits en modo wide o narrower. El primer procesador con la tecnología Thumb fue el ARM7TDMI. Toda la familia posterior al ARM9, incluyendo el procesador Intel XScale, tienen incorporada la tecnología en su núcleo.

Game Boy Advance

Intel XScale

Jazelle ARM tiene implementada una tecnología que permite que ciertos tipos de arquitecturas ejecuten Java bytecode nativamente en el hardware. El primer procesador en usar Jazelle fue el ARM926EJ-S, siendo denominados con una J a todos los procesadores que soportaran esta tecnología. ARM926EJ-S

MICROPROCESADORES EN DISPOSITIVOS NO ORDENADORES

Teléfonos Móviles : En cuanto a lo que se refiere a teléfonos móviles estamos viendo que actualmente los mas demandados son lo que tienen multitud de aplicaciones, y que, básicamente funcionan como si de un ordenador se tratase. Hay una clara diferencia en cuanto al microprocesador que se utiliza con respecto al de un ordenador. Los teléfonos móviles llevan microprocesadores que tienen un menor consumo y una menor potencia, además de un conjunto de instrucciones mucho mas reducido.

Y, concretando cifras, se traduce : -

100 millones de procesadores fabricados para maquinas propósito general. 3 billones de procesadores destinados a sistemas empotrados

CONSOLAS:

En cuanto a consolas veremos cómo han ido evolucionando sus microprocesadores, pasando de los 8 bits a los 64 bits que usan las consolas actuales. En 1977 se lanzó al mercado la primera consola de videojuegos que incluía un microprocesador, fue la Atari 2600, la cual llevaba el MOS Tecnology 6707, que era un microprocesador de 8 bits que incluía solamente 13 pines del bus de direcciones. Atari 2600,

En los años 80 se empezó a incluir el Zilogic Z80 de 8 bits que ha sido usado en consolas como el Sega Master System y Sega Game Gear

Sega Master System

Microprocesador

El primer Play Station utilizaba un microprocesador llamado MISPS de 32 bits basado en la arquitectura RISC, cuyas características son: instrucciones de tamaño fijo y las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria por datos Microprocesador MISP

Actualmente el Play Station 3 lleva el microprocesador Cell BroadBand Engine. Cell es una arquitectura de microprocesadores desarrollada por sony, Toshiba e IBM. Microprocesador Cell

OTROS DISPOSITOVS: En cuanto a los e-book la mayor parte de ellos llevan los microprocesadores creados por Sansung con una arquitectura ARM como lector de libros electrónicos CyBook Opus que lleva el Sansung ARM, 400 MHz. Tambien basados en la arquitectura ARM está el microprocesador Freescale iMX31L(ARM)

e-book

Sistemas operativos integrados La arquitectura ARM está soportada por un gran número de sistemas operativos integrados y de tiempo real, incluyendo Windows CE,Windows 8 RT, .NET Micro Framework, Symbian, ChibiOS/RT,FreeRTOS, eCos, Integrity, Nucleus PLUS, MicroC/OS-II, QNX, RTEMS, BRTOS, RTXC Quadros, ThreadX,Unison Operating System, uTasker,VxWorks, MQX y OSE

Sabias que? Microsoft anunció el 5 de enero de 2011 que la próxima gran versión de la familia Windows NT (hoy Windows 8)58 incluye soporte para procesadores ARM. Microsoft mostró una versión preliminar de Windows (versión 6.2.7867) que se ejecuta en un equipo basado en ARM en el Consumer Electronics Show 2011. El 29 de octubre de 2012 salio a la venta la tableta Surface de Microsoft la cual tiene un procesador ARM y utiliza como sistema operativo Windows 8 RT, versión que no se puede descargar ni comprar ya que viene instalada en tablets

con arquitectura ARM. Hay otra versión de Windows 8 distinta a esta que es el Windows 8 PRO para computadoras x86.

Conclusión ARM es una tecnología que se ha retomado para dar poder a los nuevos dispositivos móviles y será este año cuando veamos realmente la competencia por demostrar quién será el lider dominante de ella. La competencia entre Windows 8, el iPad 3 y las tablets Android permitirá que, al menos , el segmento de las Tablet disminuyan sus precios. El auge de ARM posiblemente causará que Intel pierda importancia si ellos no comienzan a enfocar sus desarrollos al mercado móvil. Porque, por lo menos, el chip ARM Cortex-A15 Cortex-A9, presente en el iPhone 4s, tiene capacidad suficiente para quitar cuota de mercado a Intel y ponerla en aprietos.

BIBLIOGRAFÍA Referencias: http://es.wikipedia.org/ http://www.qualcomm.es/ http://www.arm.com/ http://www.gsmarena.com/compare.php3?idPhone2=2832&idPhone1=2537 http://www.arm.com/products/processors/index.php http://www.consumer.es/web/es/tecnologia/hardware/2010/04/21/192285. php http://www.iuma.ulpgc.es/~nunez/clases-micros-para-com/mpc0809trabajos/mpc0809LauraMelian-microprocesadores_consolas.pdf http://tecmoviles.com/en-diciembre-llegaran-los-nuevos-procesadores-paramviles-de-samsung/ http://www.gigle.net/intel-presenta-por-primera-vez-procesadores-atompara-telefonos-moviles/ http://www.xataka.com/tablets/arm-a-por-intel-cortex-a15-destinado-atelefonos-tabletsportatilesy-servidores http://www.intel.com http://www.theinquirer.es/2010/01/12/atom-vs-arm-la-batalla-que-se-estalibrandoactualmente. html http://www.eweekeurope.es/noticias/arm-%E2%80%9Catom-no-es-losuficientementebuenoen-consumo-de-energia%E2%80%9D-9060 http://www.chw.net/foro/actualidad-tecnologica-f95/329707-la-proximaguerra-entre-elimperiopoderoso-de-x86-vs-el-imperio-movil-arm.html http://www.actualidadiphone.com/2010/09/17/la-venta-de-smartphones-enespana-sigueaumentando/ http://www.poderpda.com/plataformas/blackberry/smartphones-ventasglobales-crecen-96/ http://www.tecnologiait.com.ar/intel-lanza-el-procesador-atom-z6-paratabletas-ysmartphones/ http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_Atom http://www.intel.com/cd/products/services/emea/spa/processors/atom/sp ecifications/41837 5.htm http://www.arm.com/products/processors/cortex-a/cortex-a9.php RODRÍGUEZ PÉREZ, Néstor. Procesadores de bajo consumo: Intel vs Atom. Microprocesadores para Comunicaciones. 2009.

SUÁREZ HERNÁNDEZ, Yeray. Analizando Intel Atom. Microprocesadores para Comunicaciones. 2008.

A continuación, se muestra la gráfica correspondiente a las predicciones de mercado para el año 2014.

Tendencia de mercado 2014

Notebook PC

Desktop PC

MID/Tablet

Tebook,smartbook, Mini-note