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Architettura ARM: storia e curiosità dei microprocessori

Miliardi e Miliardi di dispositivi. Secondo la Strategy Analytics nel 2021 almeno 4 miliardi di persone aveva uno smartphone. Circa la metà della popolazione mondiale. Ma cosa può accomunare tutti questi dispositivi?

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Miliardi e miliardi di sistemi ARM, parafrasando il titolo di un libro di Carl Sagan il quale, oltre ad essere stato uno dei maggiori e più famoso astrofisico dello scorso secolo, è stato anche docente di astronomia alla Cornell University, ha fondato la Planetary Society e il progetto Seti. Un tempo per specificare una grande quantità si parlava di milioni oggi invece per riferirsi a grandi moltitudini bisogna parlare di miliardi. Miliardi di miliardi, ma di cosa? Di device elettronici. Cosa può accomunare miliardi di dispositivi elettronici oggi nel XXI secolo?

Architettura e organizzazione

Quale può essere il  minino comune denominatore di miliardi di sistemi e di tante apparecchiature? Cosa possono avere in comune tutti o quasi tutti i dispositivi, portatili e non, prodotti dalle moderne industrie di elettronica? Molto probabilmente la risposta sta nel modello della loro architettura e organizzazione.

Al centro di questa architettura si trova il chip ARM che è il cuore “pulsante”, il cervello “pensante”, di una famiglia di processori. Con il termine architettura di un elaboratoreintendiamo le diverse scelte progettuali per realizzare un sistema hardware. Per organizzazione, invece, si fa riferimento alle relazioni strutturali tra le unità funzionali del calcolatore e il modo in cui realizzano una data architettura.

architettura ARM

Quindi, come tutti i microprocessori, anche quelli della famiglia ARM, controllano tra le tante cose l’uso e il flusso dei dati. Dati e processi vengono elaborati come un flusso continuo di 1 e di 0. L’ordine di questi 1 e 0 assume un significato per il microprocessore, e una loro sequenza particolare sarà tradotta in una serie di azioni. Una simpatica analogia può essere trovata nel codice Morse, dove una serie di punti e linee inviati nel corretto ordine assumono un determinato significato.

Curiosità

Per evidenziare la potenza del chip ARM e di conseguenza anche dei più diffusi dispositivi che ne sono equipaggiati che quasi tutti usiamo ogni giorno, vale la pena ricordare l‘esistenza di una generazione di satelliti chiamati CubeSats, caratterizzati da ridottissime dimensioni, compiti specifici ed equipaggiati con µprocessori ARM. Questo articolo nasce con lo scopo di approfondire la conoscenza di una particolare architetture di calcolatori digitali. Per avvicinarci alle tecnologie emergenti e ad oggi più diffuse nel dominio delle architetture dei moderni dispositivi.

Lo stato dell’arte del settore tecnologico ci pone come conditio sine qua non una certa conoscenza dell’architettura ARM.

La storia dell’architettura ARM

L’acronimo ARM è utilizzato per la prima volta nel 1983: ideato dalla Acorn Computers e fa riferimento ad una famiglia di processori basati sui principi RISC. Agli inizi degli anni Novanta, ARM diventa una società vera e propria, cioè ARM ltd: Dove ARM sta per Advanced RISC Machine. Negli anni successivi si realizza un accordo di collaborazione tra Acorn Computers, Apple, e VLSI Technology. Lo scopo primario dell’accordo è avanzare nello sviluppo dei processori RISC, utilizzati dalla Acorn e scelti da Apple per una sua piattaforma.

Nel corso degli anni molte persone e molte aziende hanno contribuito al successo di questa famiglia di chip di sistemi ARM. Non è possibile citarli tutti ma siccome a volte la storia ha l’abitudine di concentrare il merito su una o più persone di alto profilo, spesso anche a spese di coloro che lavorano a testa bassa per portare a termine il lavoro in tempo, non possiamo non citare parlando di ARM, Sophie Wilson.

La Wilson all’epoca giovane astro nascente del settore informatico inglese ideò e progettò uno dei primi microprocessori e sistemi ARM insieme con il suo set di istruzioni. L’architettura originale unitamente al set di istruzioni sopravvivono, estesi, ma per il resto in gran parte uguali, fino ad oggi. La Wilson realizzò anche un prototipo di computer che è diventato il punto di partenza per la costruzione del primo computer Acorn System.

Le origini dell’architettura ARM

Smartphone, portatili, console, tablet e sistemi ARM godono delle sue intrinseche caratteristiche. Tra tali caratteristiche primeggiano: potenza di calcolo, ed efficienza energetica. Come per il software, troviamo differenze anche nelle versioni della CPU. Il chip ARM ha subito uno sviluppo continuo nel tempo ma ha avuto anche problemi. Nonostante gli sviluppi, il set di istruzioni di base rimane lo stesso anche se più esteso, per questo motivo il “porting” non è così difficile. Le cose invece si complicano solo se si utilizzano funzionalità più avanzate del microprocessore.

sistemi ARM
Raspberry pi un small computer sviluppato su scheda singola.

Il raspberry pi è uno small-computer sviluppato nel Regno Unito dalla Raspberry Pi Foundation. Fin dalla sua prima versione e successive revisioni utilizza un processore ARM Cortex.