Читать «Архитектура компьютера» онлайн - страница 51

Рис. 1.10. Однокристальная система Nvidia Tegra 2 (фотография используется с разрешения корпорации Nvidia)

Архитектура ARM пользовалась огромным успехом в секторах пониженного энергопотребления, мобильных и встроенных систем. В январе 2011 года фирма ARM объявила о том, что продажи процессоров ARM с момента выпуска достигли 15 миллиардов и что продажи продолжают расти. Несмотря на то что архитектура ARM адаптирована для рынков низкопроизводительных устройств, она обладает вычислительным потенциалом для любого рынка, и некоторые признаки указывают на возможное расширение горизонта. Например, в октябре 2011 года был анонсирован 64-разрядный ARM-процессор. Также в январе 2011 года фирма Nvidia анонсировала «проект Denver» — однокристальная система на базе ARM для серверного и других рынков. Архитектура будет содержать несколько 64-раз-рядных ARM-процессоров с несколькими графическими процессорами общего назначения (GPGPU, General-Purpose GPU). Пониженное энергопотребление поможет снизить требования к средствам охлаждения серверных ферм и центров обработки данных.

Введение в архитектуру AVR

Наш третий пример очень сильно отличается от первого (архитектура x86, используемая в персональных компьютерах и серверах) и второго (архитектура ARM, используемая в PDA и смартфонах). Архитектура AVR используется в чрезвычайно низкопроизводительных встроенных системах. История AVR начинается в 1996 году в Норвежском технологическом институте, когда студенты Алф-Эгиль Боген (Alf-Egil Bogen) и Вегард Воллан (Vegard Wollan) спроектировали 8-разрядный RISC-процессор, названный AVR. По слухам, такое название было выбрано потому, что это был «RISC-процессор Алфа и Вегарда» ((A)lf and (V)egard’s(R)ISC processor). Вскоре после завершения проектирования фирма Atmel купила разработку и открыла норвежское отделение, в котором два архитектора продолжали совершенствовать процессор AVR. Первый микроконтроллер AVR — AT90S1200 — был представлен Atmel в 1997 году. Чтобы упростить задачу проектировщиков систем, разводка контактов в точности соответствовала Intel 8051 — одного из самых популярных микроконтроллеров того времени. В наши дни к архитектуре AVR проявляется значительный интерес, потому что она заложена в основу чрезвычайно популярной платформы встроенных контроллеров Arduino.

Архитектура AVR реализована в трех классах микроконтроллеров, перечисленных в табл. 1.5. Модель низшего класса — tinyAVR — спроектирована для большинства приложений с жесткими ограничениями по размерам, мощности и затратам. Она содержит 8-разрядный процессор, простейшую поддержку цифрового ввода-вывода и поддержку аналогового ввода (например, чтение значений температуры с термистора). Модель tinyAVR настолько мала, что ее контакты имеют двойное назначение: они перепрограммируются во время выполнения для выполнения любых цифровых или аналоговых функций, поддерживаемых микроконтроллером. В модели megaAVR, используемой в популярной открытой встроенной системе Arduino, также добавлена поддержка последовательного ввода-вывода, внутренние часы и программируемый аналоговый вывод. Самой производительной моделью в этой низкопроизводительной категории является микроконтроллер AVR XMEGA, в котором также добавлен ускоритель криптографических операций и встроенная поддержка интерфейса USB.