Was ist eine fortgeschrittene RISC-Maschine?

Was ist eine fortgeschrittene RISC-Maschine?

Advanced RISC Machine ist eine ältere Bezeichnung für den modernen ARM-Prozessor, der die führende Form der RISC-Architektur darstellt. RISC steht für "Reduced Instruction Set Computer" (Computer mit reduziertem Befehlssatz) und bezieht sich auf eine Art von Mikroprozessorarchitektur, die die Leistung optimiert, indem sie die Anzahl der Zyklen pro Befehl innerhalb ihrer CPU-Programme begrenzt.

In diesem Blog-Beitrag werden das Konzept eines fortschrittlichen RISC-Rechners, die Vorteile der RISC-Architektur und die Verwendung von fortschrittlichen RISC-Rechnern in eingebetteten Systemen erörtert.

Geschichte der Advanced RISC Machine (ARM)

Die Vielzahl der miteinander verknüpften Namen hat eine interessante Geschichte. Heute ist ARM Holdings, das über den Vision Fund der SoftBank-Gruppe gehört, weltweit führend in der Entwicklung von Mikroprozessoren und Grafikprozessoren (GPUs). Aber ARM begann in den späten Siebzigern als ein inzwischen nicht mehr existierendes britisches Unternehmen namens Acorn, das einen bahnbrechenden RISC-Computer entwickelte. Am 26. April 1985 wurde nach sechsjähriger Entwicklungsarbeit der erste Prototyp des ARM-Prozessors von einem Team unter der Leitung von Sophie Wilson und Steve Furber vorgestellt.

Er wird Acorn RISC Machine 1(ARM1) genannt und war der einfachste RISC-Prozessor dieser Zeit. Diese Errungenschaft legte den Grundstein für eine der beliebtesten Prozessorarchitekturen der Geschichte. Der Acorn RISC wurde im Acorn Archimedes verwendet, einem frühen 32-Bit-Heimcomputer, dessen Name bei älteren Lesern nostalgische Gefühle auslösen könnte.

In den neunziger Jahren, nach der Gründung, ersetzte das Unternehmen "Acorn" durch "Advanced" und der Prozessor wurde als "Advanced RISC Machine" bekannt. 1998, nach dem Börsengang des Unternehmens, wurde der Name einfach in "ARM Holdings" oder kurz "ARM" geändert. Der Name der Architektur/des Prozessors folgte diesem Beispiel und wurde erneut in "ARM" umbenannt.

Vorteile der RISC-Architektur

Eine CPU führt eine Reihe von Programmen aus, deren Komplexität jeweils von der Menge der Anweisungen abhängt, aus denen das Programm besteht, sowie von der Anzahl der Zyklen pro Anweisung. Es gibt zwei Ansätze zur Verbesserung der CPU-Leistung.

• Verringerung der Anzahl von Anweisungen pro Programm
• Verringerung der Anzahl der Zyklen pro Anweisung

Eine CISC-Architektur (Complex Instruction Set Computing) geht den erstgenannten Weg und versucht, die Anzahl der Anweisungen pro Programm zu verringern. Diese Architektur bündelt Anweisungen, was mehr Arbeit für die Hardware, aber weniger Arbeit für den Arbeitsspeicher bedeutet.

Auf der anderen Seite optimieren Prozessoren mit einer RISC-Architektur (Reduced Instruction Set Computing) die Leistung, indem sie die Anzahl der Zyklen pro Befehl minimieren. Eine einzelne Anweisung benötigt nur einen einzigen CPU-Zyklus. Operationen werden nur auf Registern ausgeführt, nie direkt auf dem Speicher.

RISC-Prozessoren vereinfachen die Ausführung von Befehlen, indem sie einen optimierten Satz von Befehlen verwenden, die in einem einzigen Taktzyklus ausgeführt werden können. Diese Konstruktionsphilosophie führt im Vergleich zu CISC-Architekturen zu einer schnelleren Leistung, einem geringeren Stromverbrauch und einer höheren Effizienz.

Bei RISC müssen die Compiler mehr Zeit aufwenden, um komplexe Anweisungen in einzelne Einheiten zu zerlegen. Das kann eine Menge Arbeit sein.

Der Entschlüsselungsprozess selbst ist jedoch minimal. Und das ist der springende Punkt: In einem Chip werden Transistoren benötigt, um Anweisungen zu dekodieren. Bei einer RISC-Architektur werden also viel weniger Transistoren benötigt als bei einer CISC-Architektur.

RISC = Perfekt für eingebettete Systeme

Weniger Transistoren bedeuten eine kleinere Bauweise. Und das bedeutet geringere Kosten, geringeren Stromverbrauch und geringere Wärmeableitung. Diese Eigenschaften machen die RISC-Architektur perfekt für Chips, die in eingebetteten Systemen verwendet werden, die leichte, tragbare und batteriebetriebene Geräte wie Smartphones und Laptops erfordern.

Heutzutage ist der Begriff "fortschrittliche RISC-Maschine" im Wesentlichen ein Synonym für einen ARM-Prozessor. Die ARM-Befehlssatzarchitektur ist die weltweit führende Form der RISC-Architektur, und es sind über 100 Milliarden ARM-Prozessoren im Umlauf. ARM (das Unternehmen) vergibt Lizenzen für seine Prozessoren an verschiedene Unternehmen, die sie in Systems-on-Chips (SoCs) und Systems-on-Modules (SoMs) einsetzen. Diese Unternehmen entwickeln auch Kerne, die den ARM-Befehlssatz implementieren.

Die ARM-Architektur gilt als die bevorzugte Option für eingebettete mobile Geräte wie Android, Chrome OS, Firefox OS und Windows Mobile. Seit 2012 wird die Architektur von mehreren Linux-Distributionen wie Debian, Gentoo, Ubuntu und Raspberry Pi OS unterstützt.

Die ARM64 (AArch64)-Architektur-Upgrades sind auch für die Linux-Kernel-Version 6.3 verfügbar. Ein bemerkenswertes Highlight der ARM64-Änderungen in Linux 6.3 ist die Einführung der kernelseitigen Unterstützung für Scalable Matrix Extension 2 (SME 2). Dieses Update umfasst sowohl die Unterstützung von SME 2 als auch von SME 2.1 und bringt Verbesserungen für den Kernel.

Was ist der Zweck einer fortgeschrittenen RISC-Maschine?

Das Hauptziel einer Advanced RISC Machine (ARM) ist es, eine Architektur und einen Befehlssatz anzubieten, die Energieeffizienz, hohe Leistung und Erschwinglichkeit in den Vordergrund stellen. Der ARM-Prozessor umfasst eine Familie von RISC-Architekturen (Reduced Instruction Set Computing), die in verschiedenen elektronischen Geräten wie Smartphones, Tablets, eingebetteten Systemen usw. weit verbreitet sind.

ARM-Prozessoren sind besonders gut für batteriebetriebene Geräte geeignet. Dank ihres geringeren Stromverbrauchs und ihrer geringeren Wärmeentwicklung sind ARM-Prozessoren die ideale Wahl für solche Geräte und tragen zu einer längeren Akkulaufzeit und einem verbesserten Benutzererlebnis bei. Erreicht wird dies durch die Verwendung eines optimierten Befehlssatzes, der weniger Taktzyklen für die Ausführung von Befehlen benötigt, wodurch der Stromverbrauch gesenkt und gleichzeitig die Leistung erhöht wird.

ARM hat einen Einfluss auf viele verschiedene Branchen. Von mobilen Geräten bis hin zu Automobilsystemen, IoT-Geräten und Rechenzentren- der Einsatz von fortschrittlichen RISC-Maschinen nimmt weiter zu und treibt die Technologien an, die unser Leben prägen. Um Milliarden von Geräten zu verbinden und eine reibungslose Kommunikation zwischen ihnen zu ermöglichen, bietet die Architektur von ARM eine starke Basis.

IoT-Geräte brauchen auch Live-Kernel-Patching

ARM-Prozessoren sind für ihre Energieeffizienz und Leistung bekannt und treiben weltweit Milliarden von Geräten an. Dennoch sind sie, wie jede andere Technologie auch, nicht immun gegen Schwachstellen.

Das Mirai-Botnet ist eines der bekanntesten Beispiele für IoT-Sicherheitsbedrohungen. Dieses Botnet wurde erstmals 2016 beobachtet und wird seitdem mit zahlreichen prominenten Cyberangriffen in Verbindung gebracht, insbesondere mit dem Dyn-Cyberangriff 2016, der zu erheblichen Unterbrechungen verschiedener Websites führte.

Im Februar 2023 wurde eine neue Variante des Mirai-Botnetzes, "Mirai v3g4", gefunden, die auf 13 ungepatchte Sicherheitslücken in Geräten des Internets der Dinge (IoT) abzielt. Dies zeigt, wie wichtig ein Live-Kernel-Patching für IoT-Geräte ist.

Da die Verwendung von ARM-Geräten weiter zunimmt, ist es zwingend erforderlich, das Patchen von Schwachstellen zu priorisieren, um eine robuste Sicherheit zu gewährleisten. Mit KernelCare IoT können Sie die Sicherheit des Linux-basierten Enterprise Internet of Things (IoT)-Ökosystems Ihres Unternehmens mühelos aufrechterhalten, indem Sie mit den neuesten Sicherheitspatches auf dem Laufenden bleiben.

Die KernelCare IoT-Lösung wendet nahtlos die neuesten Patches für Sicherheitslücken an, während die angeschlossenen Geräte in Betrieb sind. Auf diese Weise können Unternehmen die Bereitstellung von Patches für ihr gesamtes IoT-Ökosystem automatisieren und müssen keine Ausfallzeiten einplanen oder einzelne Geräte neu starten.

Letzte Worte

Im Bereich der Datenverarbeitung hat sich die Advanced RISC Machine (ARM)-Architektur als revolutionär erwiesen. Das ständige Streben von ARM nach Effizienz und Leistung wird zweifellos noch viele Jahre lang einen bleibenden Eindruck auf die Technologiebranche hinterlassen.

Durch die schnelle Anwendung von Patches und Updates schützen Sie Ihre Geräte vor potenziellen Sicherheitslücken, Malware-Angriffen und unbefugtem Zugriff. Darüber hinaus verbessert das Patchen die Geräteleistung, schützt persönliche Daten und gewährleistet die Einhaltung von Industriestandards.