Návrat k legendám: Acorn Archimedes - první s čipem ARM

Procesory ARM se dnes využívají v mobilech a jiných mobilních zařízeních. První čip ARM však takové ambice neměl a usídlil se ve stolním počítači Acorn Archimedes.

Navrhnout zcela nový procesor, a to ještě bez jakýchkoliv zkušeností s touto technologií, to byl velice odvážný nápad. Nejednalo o nic jednoduchého – podobný pokus učinil i Apple a žalostně ztroskotal. 

Firma Acron byla oproti Applu trpaslík, takže si podobný drahý omyl prostě nemohla dovolit. Namísto metody „když to nezvládne 200 inženýrů, přisypeme dalších 200“ se na věc muselo jít jinak. Museli stačit dva.

AUHist8.jpg
Roger Wilson a Steve Furber (zdroj: stairwaytohell.com)

Sophie...tedy vlastně ještě Roger Wilson a Steve Furber zkoušeli při vytváření modulů pro BBC Micro více mikroprocesorů, které by se v novém mikropočítači mohly objevit. Žádný však tak úplně nevyhovoval. Všechny totiž byly podle jejich názorů pomalé – žádný z nich ani v náznaku nepřekonal limity protokolu Tube, který v BBC Micru pod dozorem MOS6502 zajišťoval komunikaci a práci s druhým mikroprocesorem.

Roger Wilson později vysvětlil, že Acorn měl vzhledem k této technologii na rozdíl od všech ostatních unikátní možnost detailně porovnat jednotlivé mikroprocesory, běžící na identickém hardwaru a operačním systému. To nikdo jiný nedokázal. Zdálo se evidentní, že nemá smysl ztrácet čas s šestnácti bity, a že bude nejlepší vrhnout se rovnou ke dvaatřiceti bitům. Toto rozhodnutí padlo v září 1983 a v říjnu byl projekt posvěcen vedením Acornu. Jako základní vzor sloužil právě procesor MOS6502, který sice nebyl zdaleka tak důmyslně navržen, jako konkurence, ale na druhé straně pracoval velice efektivně a potřeboval jen pár taktů na každou instrukci.

Někdy v této době se oba dozvěděli o teorii RISC mikroprocesorů. Zatímco všechny dosavadní mikroprocesory byly typu CISC, tedy nabízely velké množství různých instrukcí, v IBM a později akademické obci byla rozpracována myšlenka RISC, tedy mikroprocesorů s velmi malým množstvím instrukcí, ovšem mnoha registry a některými dalšími vtipnými nápady, tehdy v mikroprocesorech neužívaných. To vše mělo vést k mnohem vyššímu výkonu.

IBM už mělo v této době vyvinutý svůj IBM 801, první RISCový mikroprocesor, nicméně v Acornu se inspirovali faktem, že v rámci postgraduálního kurzu vyvinuli studenti na univerzitě v Berkely návrh svého vlastního RISCového mikroprocesoru, srovnatelného s nejlepšími tehdejšími výtvory. To ukazovalo, že pokud na věc půjdete chytře, nepotřebujete miliony a zástupy inženýrů. Co dokázala partička studentů, to by měli v Acornu zvládnout taky...

Sophie-wilson.jpg
Sophie Wilson už jako žena. Je zřejmě nejznámější transgender inženýr (zdroj: nwhm.org)

Sophie Wilson navrhla instrukční sadu nového mikroprocesoru, no a Steve Furber vytvořil referenční model za pomocí BBC Basicu – celý tento model měl pouhých 808 řádků kódu! Bohužel, i když jej Furber po létech objevil a chtěl zveřejnit, dostalo se mu z vedení firmy, vlastníka patentů, zákazu, protože se stále jedná o duševní vlastnictví.

Na základě této práce byla sestavena asi tříčlenná skupina, která ověřovala funkčnost navržené instrukční sady, no a následně navrhl Steve Furber vnitřní mikroarchitekturu celého čipu.

Postup byl opět v podstatě jednoduchý – nejprve vytvořil první návrh architektury s jednotlivými funkčními a logickými bloky, jejich propojením atd., načež si vytvořil velkou sadu kopií tohoto schématu, vzal si barevné fixky, seznam instrukcí a jednu po druhé procházel, přičemž barevně zvýrazňoval, jak ta která instrukce ve svých jednotlivých cyklech pracuje. Pokud narazil na nějaký problém, schéma pozměnil a začal od začátku – hromadná kopie a trpělivé „ladění“. Nakonec bylo schéma v září 1984 předáno do VSLI Technology, která jej přenesla do křemíku, takže 26.dubna 1985 měli tvůrci před sebou svůj první čip, ARM1.

ARM bylo označení vycházející ze zkratky Acorn RISC Machine, dnes už tato zkratka dává jméno nejen procesorové architektuře, ale celé firmě. Ta už se zabývá jen vývojem čipů, samotnou výrobu pak zajišťují jiné známé firmy.  

500004750-03-01.jpg
ARM 1 (zdroj: computerhistory.org)

Po celou dobu tvorby přitom autoři nevěřili, že by se Acorn mohl v této oblasti prosadit. Měli pocit, že jako amatéři bez prostředků prostě nemohou soupeřit s mnohem bohatšími firmami, že se myšlenky RISC mikroprocesorů brzy chytí ostatní a oni nebudou mít šanci. Brali to jako zkušenost, jako možnost vyzkoušet a naučit se něco nového, co se jim jednou může hodit. V IBM potřebovali na simulace svého prvního RISC procesoru výkon celých mainframů, zatímco Acornu muselo zprvu stačit 808 řádků v Basicu, další podobné simulační prográmky v témže jazyce (až později byly tyto programy přepsány do Modula a C) a geniální mozek Sophie Wilson. Copak se s tímto dalo soupeřit?

Jenže výsledkem byl ARM1, který při pouhých 25 000 transistorech nabízel větší výkon, než tehdejší novinka od Motoroly, MC68020, jenž měl těch transistorů desetkrát více. Na frekvenci 6MHz byl dvacetkrát výkonnější, než jeho osmibitový předchůdce MOS6502 se srovnatelným počtem tranzistorů. Tento první čip ještě nebyl nikde použit, šlo pouze o ověření technologie. Vytvořen s pomocí 3μm technologie nabízel programátorům dvaatřicetibitovou architekturu, 16 registrů, 32-bitovou datovou sběrnici a 26-bitovou sběrnici adresovou, takže byl schopen adresovat 64MB RAM, což v této době bylo ohromující, i když tehdejší současník od Motoroly MC68020 znal plně dvaatřicetibitovou adresaci.

Témata článku: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,