ARMv2 mimarisi, 1980’lerin ortalarında Acorn Computers tarafından geliştirilen ARM (Acorn RISC Machine) mimarisinin ikinci versiyonudur. ARM mimarisinin modern mobil ve gömülü bilgi işlem cihazlarının temeli olarak kurulmasında çok önemli bir rol oynamıştır. ARMv2 artık ARM mimarisinin erken bir versiyonu olarak kabul edilirken, tasarım ilkeleri günümüz akıllı telefonlarında, tabletlerinde, gömülü sistemlerinde ve diğer cihazlarda her yerde bulunan sonraki sürümlerin temelini attı. Bu açıklama, ARMv2 mimarisinin özelliklerini, tasarım kararlarını ve tarihsel önemini araştıracaktır.
Kökenleri ve Gelişimi
ARM mimarisi, 1980’lerin ortalarında ingiltere’deki Acorn Computers projesinin bir parçası olarak başladı. Acorn’un amacı, özellikle Acorn Archimedes serisi kişisel bilgisayarlarda kullanılmak üzere mevcut cpu’lardan daha verimli ve güçlü bir işlemci mimarisi oluşturmaktı. ARM projesi başlangıçta hem hız hem de enerji verimliliği açısından mevcut tasarımları aşacak düşük güçlü, yüksek performanslı bir tasarım olarak tasarlandı.
ARMv2, selefi Armv1’e göre önemli bir iyileştirmeydi ve işlemcinin komut setini basitleştirmeye vurgu yapılarak tasarlandı (RISC veya Azaltılmış Komut Seti Hesaplaması olarak anılır). ARMv2 işlemci, önceki tasarımlardan daha verimli ve güçlüydü ve sonraki ARM işlemci nesilleri için sağlam bir temel oluşturuyordu.
ARMv2 Mimarisi’nin Temel Özellikleri
RISC Mimarisi: ARMv2, performansı ve verimliliği artırmak için işlemcinin komut setini basitleştirmeyi amaçlayan RISC tasarım felsefesine dayanıyordu. RISC işlemcileri tipik olarak daha az döngüde yürütülen daha az talimata sahiptir, bu da onları geleneksel Karmaşık Komut Seti Hesaplama (CISC) işlemcilerinden daha hızlı ve daha az karmaşık hale getirir. ARMv2, düşük güç tüketimi ile yüksek performans sağlayan küçük, son derece optimize edilmiş bir komut setini korudu.
32 bit Mimari: ARMv2, 32 bitlik bir işlemciydi, bu da 32 bit veri ve adresleri işleyebileceği anlamına geliyordu. Mimarinin 32 bit doğası, verilerin daha verimli bir şekilde işlenmesine izin verdi ve ayrıca önceki 8 bit veya 16 bit sistemlere kıyasla daha büyük bir bellek alanının adreslenmesini sağladı.
Kayıtlar: ARMv2, 37 kayıttan oluşan bir kayıt dosyasına sahipti. Bu kayıt dosyası, mimarinin verimliliğine katkıda bulunan temel bileşenlerden biriydi. Genel amaçlı kayıtlar, verileri ve adresleri tutmak için kullanıldı ve ayrıca işlemcinin durumunu takip eden bir durum kaydı da vardı. Daha fazla sayıda kayıt, ara değerleri hızlı, çip üzerinde kayıtlarda tutarak bellek erişimlerini en aza indirmeye yardımcı oldu ve işlemcinin performansını iyileştirdi.
Yükleme / Depolama Mimarisi:
ARMv2 Mimarisi veri işleme talimatlarının yalnızca kayıtlar üzerinde çalıştığı ve verileri kayıtlara yüklemek veya kayıtlardan depolamak için ayrı talimatların kullanıldığı yükleme / depolama modelini takip etti. Bu tür bir mimari, talimatların karmaşıklığını azaltır ve işlemcinin doğrudan bellekten belleğe işlemleri destekleyen bir mimaride olduğu kadar sık bellek erişimleriyle uğraşması gerekmediğinden daha verimli işlemeye yol açar.
Talimat Boru Hattı: ARMv2 işlemcisi, zamanının diğer birçok işlemcisinden daha iyi performans elde etmesine yardımcı olan basit bir boru hattı kullandı. Ardışık düzen, işlemcinin önceki talimat tamamlanmadan önce yeni bir talimat yürütmeye başlamasına izin verdi, böylece iş hacmini artırdı ve gecikmeyi azalttı. Daha sonraki nesillerdeki ARM işlemcileri, performansı daha da artırmak için bu boru hattı yapısını genişletecek ve geliştirecektir.
Koşullu Yürütme: ARMv2 mimarisinin dikkate değer özelliklerinden biri, talimatların koşullu yürütülmesiydi. Bu özellik, durum kaydındaki belirli bayrakların durumuna bağlı olarak birçok talimatın koşullu olarak yürütülmesine izin verdi. Bu, koşullu bir dal talimatının genellikle gereksiz olduğu anlamına geliyordu, bu da yürütmedeki sıçramaları ortadan kaldırarak zaman ve enerji tasarrufu sağladı. Bu özellik özellikle şube gecikmelerini en aza indirmek ve kodu optimize etmek için kullanışlıdır.
Adresleme Modları: ARMv2, anında, kayıt ve dizine eklenmiş adresleme dahil olmak üzere birden çok adresleme modunu destekledi. Bu esnek adresleme modları, verimli veri işleme ve bellek erişim kalıplarına izin verdi. Kayıtlar ve bellek üzerindeki işlemleri esnek yollarla birleştirme yeteneği, mimarinin verimliliğine katkıda bulundu.
Kesme İşleme:
ARMv2 işlemci, basit ama verimli bir kesme işleme mekanizması sağladı. Kesmeler, işlemcinin yüksek öncelikli olayları zamanında işlemesine izin veren özel bir kesme denetleyicisi aracılığıyla işlendi. ARM işlemciler her zaman gerçek zamanlı işlem düşünülerek tasarlanmıştır ve bu, gömülü uygulamalar için önemli bir özellikti.
Yardımcı İşlemci Desteği: ARMv2, işlemcinin işlevselliğini artırmak için yardımcı işlemciler ekleme imkanı ile tasarlanmıştır. Bu yardımcı işlemciler, kayan nokta aritmetiği veya bellek yönetimi gibi özel görevleri yerine getirebilir. ARM daha sonra bu konsepti gelecekteki sürümlerde daha gelişmiş bir yardımcı işlemci modeline dönüştürerek ARM işlemcilerin yeteneklerini özel alanlarda genişletmelerine olanak tanıyacaktı.
Performans ve Güç Verimliliği
ARMv2 mimarisinin öne çıkan özelliklerinden biri, zamanı için olağanüstü olan watt başına performans oranıydı. ARMv2 Mimarisi, basit ve verimli bir komut seti kullanarak ve RISC tasarımından yararlanarak, çok daha az güç tüketirken talimatları birçok rakipten daha hızlı uygulayabilir. Bu yüksek performans ve düşük güç tüketimi kombinasyonu, armv2’yi güç verimliliğinin genellikle kritik bir faktör olduğu gömülü sistemler için çekici bir seçim haline getirdi.
ARMv2 de dahil olmak üzere ARM işlemcilerin düşük güç tüketimi, arm’nin mobil ve gömülü pazarlardaki başarısının itici faktörlerinden biri haline geldi. Masaüstü ve sunucu pazarlarına hakim olan ancak çok daha fazla güç tüketen x86 işlemcilerin aksine, ARM işlemciler, cep telefonları, tabletler ve gömülü sistemler gibi güç verimliliğinin gerekli olduğu cihazlar için fiili seçim haline geldi.
Tarihsel Bağlam ve Etki
Armv2’nin bilgi işlem teknolojisi üzerindeki etkisi derindi. Armv2’nin kendisi masaüstü veya sunucu sistemlerinde yaygın olarak benimsenmese de, daha sonraki, daha yaygın olarak kullanılan ARM işlemcilerin temelini oluşturdu. Diğer şirketlerin ARM tabanlı işlemciler tasarlamasına ve üretmesine izin veren ARM’NİN lisanslama modeli, gömülü ve mobil pazarlarda hızla benimsenmesine de katkıda bulundu. Qualcomm, Samsung ve Apple gibi şirketler daha sonra mobil hesaplamada devrim yaratacak kendi ARM tabanlı işlemcilerini geliştireceklerdi.
ARMv2 işlemcisi, öncelikle şirketin yerleşik kişisel bilgisayar pazarına meydan okuma girişiminin bir parçası olan Acorn’un kendi Arşimet bilgisayarlarında kullanıldı. Arşimet’in kendisi ticari bir başarı olmasa da, işlemcinin tasarım ilkeleri — özellikle güç verimliliği, sadeliği ve esnekliği — ARM ekosisteminin gelişimini şekillendirmeye devam edecekti.
Armv2’nin etkisi orijinal bağlamının çok ötesine uzanıyor. Sonraki yıllarda, ARM mimarisi, gelişmiş bellek yönetimi, 64 bit işleme desteği ve daha gelişmiş yardımcı işlemci modelleri gibi daha fazla özellik ve iyileştirme içerecek şekilde gelişmeye devam edecekti. Günümüzde ARM tabanlı işlemciler her yerde bulunur ve akıllı telefonlardan IoT (Nesnelerin İnterneti) cihazlarına ve ötesine kadar çok çeşitli cihazlarda bulunur.
ARMv2, işlemci mimarisinin evriminde önemli bir anı temsil eder. ARMV2, RISC, 32 bit işleme ve güç verimliliği ilkelerini benimseyerek, mobil hesaplamaya hakim olmaya devam edecek işlemcilerin geliştirilmesi için bir çerçeve oluşturdu. Sonunda yerini daha sonraki ARM sürümleri almasına rağmen, armv2’nin temel tasarım ilkeleri — basitlik, performans ve güç verimliliği — arm’nin modern hesaplamadaki devam eden başarısının merkezinde yer almaya devam ediyor. Armv2’nin mirası, günümüzde teknoloji dünyasını şekillendirmeye devam eden mobil cihazlarda, gömülü sistemlerde ve düşük güçlü bilgi işlem çözümlerinde yaşıyor.
