[Computer Architecture] 6. ARM 프로세서

0. ARM 프로세서

프로세서

프로세서란 메모리에 저장된 명령어들을 실행하는 유한상태 오토마톤이다.

ARM

ARM이란 Advanced RISC Machine의 약자로 진보된 RISC 기기이다.

• RISC : Reduced Instruction Set Computing의 약자로 감소된 명령 집합 컴퓨팅이다. 

ARM은 "단순한 명령 집합을 가진 프로세서"가 "복잡한 명령 집합을 가진 프로세서"보다 훨씬 더 효율적이 것이라는 기대하에 탄생했다.

 

 

1. ARM 구조

ARM은 칩의 기본 설계 구조만 만들고 실제 기능 추가와 최적화 부분은 개별 반도체 제조사의 영역으로 맡긴다. 따라서 물리적 설계는 같아도 명령 집합이 모두 다르기 때문에 제조사별로 서로 다른 칩이 되기도 한다.

 

소비자에게는 칩이 논리적 구조인 명령 집합으로 구성되면서 물리적 설계 베이스는 같지만, 용도에 따라 다양한 제품군을 만날 수 있다.

 

명령어가 많고 복잡할수록 실제 물리적인 칩 구조도 크고 복잡해진다. 하지만 ARM은 RISC 설계 기반으로 "단순한 명령 집합을 가진 프로세서"를 기반하기 때문에 명령 집합과 구조 자체가 단순하다. 이 때문에 ARM 기반 프로세서가 더 작고 효율적이며 상대적으로 느리다.

 

단순한 명령 집합은 적은 수의 트랜지스터만 필요하므로 간결한 설계와 더 작은 크기를 가능하게 한다. 반도체 기본 부품인 트랜지스터는 전원을 소비해 다이의 크기를 증가시키기 때문에 스마트폰이나 태블릿 PC를 위한 프로세서에는 가능한 적은 트랜지스터를 가지는 것이 이상적이다. 

 

따라서 ARM CPU는 스마트폰과 같은 모바일 기기에 많이 사용되고 있다.

 

 

2. 장점

ARM을 위해 설계된 프로세서는 오직 ARM 프로세서가 탑재된 기기에서만 실행할 수 있다. 따라서 ARM에서 실행되던 프로그램을 다른 CPU 프로세서에서 실행되도록 하려면 프로그램 수정이 필요하다.

 

하지만 하나의 ARM 기기에 동작하는 OS는 다른 ARM 기반 기기에서도 잘 동작한다. 이러한 특징 덕분에 수많은 버전의 안드로이드가 탄생하고 있으며 다른 제조사의 태블릿에도 안드로이드가 탑재될 가능성이 생기고 있다.

 

ARM을 만드는 기업들은 전력 소모를 줄이고 성능을 높이기 위해 설계를 개선하며 노력하고 있다. 

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 유한 상태 오토마톤

• 유한 상태 오토마톤 : 유한한 개수의 상태를 가질 수 있는 오토마타
• 오토마타 : 계산 능력이 있는 추상 기계와 그 기계를 이용해서 풀 수 있는 문제들을 연구
• 추상 기계 : 컴퓨터 하드웨어나 소프트웨어의 이상적인 모형

ARM 기반 프로세서가 더 작고 효율적이며 상대적으로 느리다.

• 복잡한 명령어를 간단하게 만든다 -> 명령어가 많아진다. 코드가 길어진다.