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Genesi dei microprocessori ARM

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Dopo il fortunato BBC Micro era tempo per la Acorn di sviluppare una nuova piattaforma in grado di reggere il passo delle nuove macchine a 16-bit.

Il team di sviluppo testò alcuni processori come il Mos Tecnology 65C816 (usato nell’Apple IIGS) e il diffusissimo Motorola 68000, ma queste CPU, in alcune circostanze, si dimostrarono molto lente con quel codice che il modesto 8-bit 6502 gestiva con disinvoltura.

In parole povere le CPU a 16-bit sembravano “girare a vuoto” mentre venivano recuperati dalla memoria i dati per eseguire le istruzioni più complesse.

Queste prove vennero effettuate montando le CPU su schede di espansione connesse al BBC tramite l’interfaccia “Tube” e si arrivò alla conclusione che nessuna delle soluzioni era veramente efficiente.

Così, anche considerando il crescente interesse nei confronti dei sistemi UNIX, la Acorn scelse coraggiosamente di fare il gran salto verso i 32-bit e di concepire in casa un processore che soddisfacesse le sue specifiche.

Lo sviluppo della CPU ARM (Acorn RISC Machine) iniziò nel 1983 con lo scopo di trasportare tutte le caratteristiche positive del 6502 su un’architettura RISC a 32-bit.

Oggi il significato del termine RISC (“reduced instruction set computing”) è in verità abbastanza sfumato ma in linea generale si tratta di una filosofia costruttiva che prevede un design semplice ed efficiente basato su un ristretto numero di istruzioni aventi la stessa lunghezza e che possono essere eseguite velocemente (in un solo ciclo di clock) e una serie di registri general purpose che possono operare in parallelo.

Altre caratteristiche fondamentali sono la gestione della memoria limitata alle istruzioni load/store che non fanno altro che caricare i dati e salvare i risultati abbattendo i tempi di latenza e la capacità di eseguire operazioni in modo condizionale dalla pipeline.

L’ARM1 vide la luce nell’Aprile del 1985, realizzato da VLSI Technology con un processo produttivo a 3.5µm, girava a 2Mhz e contava appena 25.000 transistor.

In realtà l’ARM1 non fu mai pubblicizzato o venduto, fu usato esclusivamente dalla stessa Acorn come co-processore per il BBC; anzi, l’esistenza del progetto ARM non fu rivelato neanche durante la crisi finanziaria che quell’anno vide il pacchetto di maggioranza delle azioni Acorn computer finire nelle mani di Olivetti.

Dopo il riassetto finanziario lo sviluppo del processore ARM riprese con vigore e verso la fine del 1985 venne rilasciato l’ARM2, il primo processore RISC ad essere commercializzato.

L’ARM2 cercava di colmare tutte le lacune emerse dal progetto originale mantenendone la filosofia costruttiva: il processo fu affinato a 2.5µm e fu possibile salire in frequenza fino a 8 Mhz.

Acorn scelse di non implementare in hardware un’unità di calcolo in virgola mobile ma lasciò la possibilità di affiancare un co-processore dedicato a questo scopo.

Il primo prodotto a far uso del nuovo processore fu l’ARM Development System, ancora un kit di espansione per i vecchi BBC, al costo spropositato di £4000.

La piattaforma hardware era molto potente: quasi tutte le poche istruzioni occupano un solo ciclo di clock e quindi, essendo la macchina cloccata ad 8 Mhz, l’ARM2 raggiungeva una velocità nominale di quasi 8 MIPS e stracciava anche il Motorola 68030 a 25MHz.

Il vero problema era la mancanza di software dedicato che ne ritardò notevolmente l’ingresso sul mercato consumer.

L’Acorn Archimedes, il primo personal computer equipaggiato con CPU ARM, fu introdotto solo nel 1987, ma era sicuramente di un’altra classe rispetto ad Amiga e AtariST. Schiacciato tra l’economicità degli home-pc e l’esigenza dello standard DOS in ambito business fu confinato in una nicchia che non rese giustizia alle sue potenzialità.

Nel 1989 la piattaforma RISC trovò la sua consacrazione grazie all’introduzione dell’ARM3 che incorporava anche una memoria cache da 4KB e con una frequenza di 25Mhz era accreditato di 17 MIPS. Furono integrati in un unico chip anche i controller che si occupavano della gestione audio/video, degli eventi input/output e il gestore della memoria. I transistor salirono a 300.000 (un 486 ne conta più di un milione) ma con un processo produttivo di 1.5µm le dimensioni del die erano estremamente compatte.

Nel 1990 fu disponibile finalmente una versione di UNIX in grado di girare su piattaforma ARM e Acorn commercializzò la sua workstation ma come al solito ottenne un discreto successo solo nel Regno Unito.

Nel 1991 la divisione di ricerca sui microprocessori di Acorn fu scorporata e, grazie agli investimenti di compagnie come Apple e Digital, in joint venture con VLSI Technology, fu fondata la ARM Ltd (ribattezzata “Advanced RISC Machines”).

La nuova società aveva lo scopo di continuare lo sviluppo tecnologico della piattaforma RISC e proporsi come fornitore di aziende diverse da Acorn.

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