Hello, world, I am ARM: история большого успеха маленького чипа ARM1

Небольшая британская компания Acorn прославилась в начале 1980-х годов, когда выиграла контракт BBC на производство компьютера для национального телешоу. Продажи BBC Micro были невероятно успешными и превысили 1,2 млн единиц. Но мир персональных устройств быстро менялся: компьютеры IBM и готовящийся к выпуску Apple Macintosh обещали значительно большую мощность и простоту использования. Acorn нужно было составить им конкуренцию без больших затрат.

Одна из разработчиков BBC Micro Софи Уилсон предвидела эту проблему. Она добавила к компьютеру специальный слот под названием Tube, к которому можно было подключить более мощный CPU. Он мог взять на себя управление компьютером, оставив его оригинальный чип свободным для других задач. Команда Acorn рассмотрела актуальные на рынке решения, но ни одно из них не удовлетворяло всем требованиям. В итоге инженеры приняли рискованное решение о самостоятельной разработке чипа.

Несмотря на риски, топ-менеджмент компании поддержал проект. Один из учредителей Acorn дал инженерной команде копии исследовательских работ IBM с описанием нового архитектурного подхода.

Он назывался RISC, Reduced Instruction Set Computer, что означало вычисления с сокращенным набором инструкций. Резкое сокращение их количества значительно упростило внутреннюю конструкцию процессора, так что именно на этой архитектуре остановились разработчики будущего чипа. В наборе инструкций, который создавала Софи Уилсон, было всего 45 инструкций против 357 у чипа Intel 80 286, который вышел в том же 1985 году.

У процессора ARM1 не было встроенной кэш-памяти, а также схем деления и умножения. В нём отсутствовал модуль операций с плавающей запятой, поэтому такие операции выполнялись медленнее, чем могли бы. Также команда отказалась от 16 бит и сразу перешла к 32-битному дизайну. Это ещё один способ упрощения архитектуры чипа: не нужно было так часто разбивать большие числа и можно было обращаться ко всем адресам памяти напрямую.

У ARM1 было всего 27 тысяч транзисторов. Для сравнения, Intel 80 386 имел 134 тысячи. Из-за маленького количества транзисторов процессор Acorn Computers потреблял меньше электроэнергии: 0,1 Вт против почти 1,95 Вт у 386-го.

Всего было произведено несколько сотен микропроцессоров ARM1, они так и не стали коммерческими. Но скромные начинания не помешали процессору попасть в список изменивших мир чипов от IEEE Spectrum. В 1990 году Acorn Computers, Apple и производитель микросхем VLSI Technology создали компанию Advanced RISC Machines для продолжения разработки ARM. В конце концов, простота сыграла свою роль. Потомки ARM1 были маленькими, маломощными и простыми в программировании, что сделало их идеальными для портативных и встраиваемых систем.

Кроме статичного снимка микросхемы предлагаем вам взглянуть на визуальный симулятор работы первого ARM-процессора, который создала команда Visual6502. На нём можно не только разглядеть разные блоки на кристалле ARM1, но и понаблюдать, как при исполнении программы переключаются транзисторы. Для этого нужно перейти по ссылке и нажать на иконку play.