O que é uma Máquina RISC Avançada?

O que é uma Máquina RISC Avançada?

Advanced RISC Machine é um nome antigo para o atual processador ARM, que representa a principal forma de arquitetura RISC. RISC significa “computador com conjunto reduzido de instruções” e se refere a um tipo de arquitetura de microprocessador que otimiza o desempenho ao limitar o número de ciclos por instrução em seus programas de CPU.

Esta postagem do blog abordará o conceito de uma máquina RISC avançada, as vantagens da arquitetura RISC e o uso de máquinas RISC avançadas em sistemas embarcados.

História da Advanced RISC Machine (ARM)

A profusão de nomes interligados tem uma história interessante. Hoje, a ARM Holdings — de propriedade do gigante SoftBank Group, por meio do Vision Fund — é líder global em design de microprocessadores e unidades de processamento gráfico (GPU). Mas a ARM começou no final dos anos 70 como uma empresa britânica, hoje extinta, chamada Acorn, que desenvolveu um computador RISC pioneiro. Em 26 de abril de 1985, após seis anos de trabalho de projeto, o primeiro protótipo do processador ARM foi entregue por uma equipe liderada por Sophie Wilson e Steve Furber.

Ele é conhecido como Acorn RISC Machine 1 (ARM1), que era o processador RISC mais simples daquela época. Essa conquista lançou as bases para uma das arquiteturas de processador mais populares da história. O Acorn RISC foi utilizado no Acorn Archimedes, um dos primeiros computadores domésticos de 32 bits, cujo nome pode despertar nostalgia nos leitores mais velhos.

Nos anos 90, após a constituição da empresa, a empresa substituiu “Acorn” por “Advanced”, e o processador passou a ser conhecido como Advanced RISC Machine. Em 1998, após a abertura de capital da empresa, seu nome passou a ser simplesmente “ARM Holdings”, ou “ARM”, para abreviar. O nome da arquitetura/processador seguiu o mesmo caminho, mudando mais uma vez para simplesmente “ARM”.

Benefícios da arquitetura RISC

Uma CPU executa um conjunto de programas, cuja complexidade depende do conjunto de instruções que compõem cada programa, bem como do número de ciclos por instrução. Existem duas abordagens para melhorar o desempenho da CPU.

• Reduzir o número de instruções por programa
• Redução do número de ciclos por instrução

Uma arquitetura de computação com conjunto de instruções complexas (CISC) segue a primeira abordagem e busca reduzir o número de instruções por programa. Essa arquitetura agrupa as instruções, o que exige mais trabalho do hardware, mas menos da memória RAM.

Por outro lado, os processadores com arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computing) otimizam o desempenho ao minimizar o número de ciclos por instrução. Uma única instrução consome apenas um ciclo da CPU. As operações são realizadas apenas nos registros, nunca diretamente na memória.

Os processadores RISC simplificam a execução de instruções ao empregar um conjunto simplificado de instruções que podem ser executadas em um único ciclo de relógio. Essa filosofia de projeto resulta em desempenho mais rápido, menor consumo de energia e maior eficiência em comparação com as arquiteturas CISC.

Com a arquitetura RISC, os compiladores precisam dedicar mais tempo para decompor instruções complexas em unidades individuais. Isso pode dar muito trabalho.

No entanto, o processo de decodificação em si é mínimo. E aqui está o ponto crucial: em um chip, são necessários transistores para decodificar instruções. Portanto, com uma arquitetura RISC, utiliza-se um número muito menor de transistores do que com uma arquitetura CISC.

RISC = Ideal para sistemas embarcados

Ter menos transistores significa ter um tamanho menor. E isso implica custos reduzidos, menor consumo de energia e menor dissipação de calor. Essas propriedades tornam a arquitetura RISC perfeita para chips utilizados em sistemas embarcados, que exigem dispositivos leves, portáteis e alimentados por bateria, como smartphones e laptops.

Atualmente, o termo “máquina RISC avançada” é essencialmente sinônimo de processador ARM. A arquitetura do conjunto de instruções ARM se destaca como a principal forma de arquitetura RISC em todo o mundo, com mais de 100 bilhões de processadores ARM em circulação. A ARM (a empresa) licencia seus processadores para diversas empresas que os utilizam em sistemas em chip (SoCs) e sistemas em módulo (SoMs). Essas empresas também projetam núcleos que implementam o conjunto de instruções ARM.

A arquitetura ARM é considerada a opção preferida para dispositivos móveis embarcados, como Android, Chrome OS, Firefox OS e Windows Mobile. Desde 2012, a arquitetura é compatível com várias distribuições do Linux, como Debian, Gentoo, Ubuntu e Raspberry Pi OS.

As atualizações arquitetônicas do ARM64 (AArch64) também chegaram para a versão 6.3 do kernel do Linux. Um destaque notável das mudanças no ARM64 no Linux 6.3 é a introdução do suporte no próprio kernel para a Scalable Matrix Extension 2 (SME 2). Essa atualização abrange tanto o suporte à SME 2 quanto à SME 2.1, trazendo melhorias para o kernel.

Qual é a finalidade da Advanced RISC Machine?

O principal objetivo de uma Advanced RISC Machine (ARM) é oferecer uma arquitetura e um conjunto de instruções que priorizem a eficiência energética, o alto desempenho e o custo acessível. O processador ARM abrange uma família de arquiteturas de computação com conjunto reduzido de instruções (RISC), amplamente utilizadas em diversos dispositivos eletrônicos, como smartphones, tablets, sistemas embarcados e outros.

Os processadores ARM são especialmente adequados para dispositivos alimentados por bateria. Graças ao seu menor consumo de energia e menor geração de calor, os processadores ARM são a escolha ideal para esses dispositivos, contribuindo para prolongar a vida útil da bateria e melhorar a experiência do usuário. Isso é alcançado por meio da utilização de um conjunto de instruções otimizado, que requer menos ciclos de clock para a execução das instruções, reduzindo assim o consumo de energia e, ao mesmo tempo, melhorando o desempenho.

A ARM tem impacto em diversos setores. De dispositivos móveis a sistemas automotivos, de dispositivos de IoT a centros de dados, o uso de máquinas RISC avançadas continua a crescer e a impulsionar as tecnologias que moldam nossas vidas. Para conectar bilhões de dispositivos e possibilitar uma comunicação fluida entre eles, a arquitetura da ARM oferece uma base sólida.

Os dispositivos IoT também precisam de correções dinâmicas no kernel

Reconhecidos por sua eficiência energética e desempenho, os processadores ARM equipam bilhões de dispositivos em todo o mundo. No entanto, assim como qualquer outra tecnologia, eles não estão imunes a vulnerabilidades.

A botnet Mirai é um dos exemplos mais conhecidos de ameaças à segurança da IoT. Observada pela primeira vez em 2016, essa botnet tem sido associada, desde então, a inúmeros ataques cibernéticos de grande repercussão, com destaque para o ataque cibernético à Dyn em 2016, que causou interrupções significativas em vários sites.

Em fevereiro de 2023, foi identificada uma nova variante da botnet Mirai, a “Mirai v3g4”, que tinha como alvo 13 vulnerabilidades não corrigidas em dispositivos da Internet das Coisas (IoT). Isso demonstra a necessidade de aplicação de patches em tempo real no kernel dos dispositivos IoT.

À medida que o uso de dispositivos ARM continua a crescer, é fundamental priorizar a aplicação de correções de vulnerabilidades para manter uma segurança robusta. Com o KernelCare IoT, você pode manter com facilidade a segurança do ecossistema de Internet das Coisas (IoT) empresarial baseado em Linux da sua organização, mantendo-se atualizado com as correções de segurança mais recentes.

A solução KernelCare IoT aplica de forma integrada as correções de vulnerabilidades mais recentes enquanto os dispositivos conectados estão em operação. Isso permite que as organizações automatizem a implantação de correções em todos os seus ecossistemas de IoT, eliminando a necessidade de programar tempo de inatividade ou reiniciar dispositivos individualmente.

Considerações finais

No campo da computação, a arquitetura Advanced RISC Machine (ARM) provou ser revolucionária. A busca constante pela eficiência e pelo desempenho por parte da ARM, sem dúvida, deixará uma marca duradoura no setor de tecnologia por muitos anos.

Ao aplicar rapidamente patches e atualizações, você fortalece seus dispositivos contra possíveis vulnerabilidades, ataques de malware e acesso não autorizado. Além disso, a aplicação de patches melhora o desempenho dos dispositivos, protege os dados pessoais e garante a conformidade com os padrões do setor.