Игра слов: желудь — Acorn, рука — Arm
Прошлое иногда готовит нам самые неожиданные сюрпризы, возвращая на очередном витке исторической спирали ранее замеченные, но уже забытые проблемы или новые возможности. Кроме того, в мире, с каждым днем все более корпоративном и все менее многообразном, наиболее актуальными становятся вопросы "молодого капитала" — откуда ему браться, чем заниматься и как выживать в "однообразно-агрессивной среде". Естественно, что не может быть никаких "инкубаторов", в которых выращивают удачу, зато знание историй успеха может стать неоценимым подспорьем для всех сегодняшних "рядовых компьютинга", еще не утративших надежду на "маршальский жезл".
Желуди — это "яблоки по-британски"?
Истории заокеанских Apple, Oracle, Microsoft уже стали легендами, а их
главные персонажи вполне укладываются в бесконечные рамки мифического эпоса. Короче
говоря, компьютерного Олимпа со своими человекоподобными богами, обладающими странным
сочетанием божественных возможностей и человеческих недостатков. Но весь этот
эпос един в одном — он американский. Старый Свет, казалось бы, остался вообще
за пределами легенд, и характеризуется сухими цифрами объемов продаж. Слава Богу,
это совсем не соответствует истине.
Вот, собственно говоря, и настало время разрешить все противоречия в названиях — ничего, на первый взгляд, не имеющие общего ARM (Advanced RISC Machines) и желуди — имена весьма взаимосвязанные, ведь "желудь" по-английски — Acorn. Именно так и называлась небольшая британская компания, основанная в 1978 г. Германом Хаузером (Hermann Hauser) и Крисом Карри (Chris Curry). Естественно, компания компьютерная, а точнее, в те времена startup-производитель персональных компьютеров (хотя модное словечко "стартап" тогда в таком контексте не использовалось).
Несмотря на то что компания была маленькой, на английских просторах ей было где
"разгуляться" — уже в 1980 г. фактически в каждой британской школе
в учебных классах стояли новенькие машины Acorn. Сравнение с Apple напрашивается
само собой — "яблоки" тоже успешно приживались именно на благодатной
почве обучения. Но это еще не все — как и заокеанские Apple, европейские "желуди"
строились на процессоре 6502. Этот замечательный чип вообще оказался сверхпопулярным
в зарождающейся "вселенной ПК" и до сих пор остается очень неплохим
для многих приложений (в чем все желающие могут убедиться, посетив сайт www.6502.org).
Первый "желудь" (модели Acorn System 1) выпускался в наборе "сделай
сам" и обладал просто замечательными техническими характеристиками: 256 байт
оперативной памяти, 512 байт ПЗУ с программой-монитором и тактовая частота 1 MHz…
При всем этом в 1979 г. покупателей у него хватало, что наводит на невеселые мысли:
неужели в 1979 г. люди были умнее и любопытнее, раз охотно покупали подобные наборы,
требовавшие чтения "умных" книг и возни с паяльником ради "всего
лишь" приобретения знаний? Буквально через год Acorn "выдала на гора"
второй "желудь" — System 2, представлявший собой функциональное расширение
первой модели. За скромным словом "расширение" на самом деле крылись
вещи чуть ли не революционные даже по сегодняшним меркам. Чего стоил, например,
только ICE (In-Circuit Emulator — эмулятор "в схеме") — аппаратный
эмулятор процессора, позволяющий в реальном времени "подглядывать" за
состоянием регистров процессора, приостанавливать выполнение программ в контрольных
точках, короче говоря, упрощать процесс отладки в первую очередь тяжело поддающихся
этой самой отладке машинно-зависимых частей программ (драйверов, управляющего
кода реального времени). По сей день ICE остаются очень дорогим удовольствием
даже для 8-битовых микропроцессоров. Но кроме ICE, в Acorn System 2 входили и
мощный интерфейсный модуль, и контроллеры дисков, лабораторного оборудования (!),
сети эконет (econet), аналогового интерфейса. Объем памяти вырос до 64 KB, при
этом в качестве ПЗУ использовалась подпитываемая от батарейки CMOS RAM емкостью
32 KB (это решение, к сожалению, надолго забыли разработчики микропроцессорных
систем).
"Модель 2" оказалась настолько удачной, что фактически завоевала всю систему среднего образования Великобритании и претерпела несколько косметических модификаций, расширив модельный ряд вплоть до Acorn System 4 (которая давала возможность использовать дополнительный процессор 6809 — еще один маленький шедевр 8-битового мира). "Модель 5" стала быстрее (тактовая частота выросла в два раза до… 2 MHz) и оснащалась динамической оперативной памятью (что позволило снизить цену). На ней же и закончился период "нумерации моделей", и "желуди" начали получать имена.
Первый "именной" Acorn — Atom, несмотря на принадлежность к "шестому поколению", возвратил утраченную прелесть освоения компьютерной техники — он опять выпускался в наборе "сделай сам" (всего через год после System 1). На основе "атома" компания сразу начала разрабатывать прототипную модель, получившую кодовое имя "Протон" (Proton), так навсегда и оставшуюся прототипом. Но "Протон" не исчез: в результате доработок и совершенствований он превратился в BBC Model A, а затем в самую популярную восьмибитовую машину Великобритании — BBC Model B. Вышедший на рынок в конце 1981 г., этот компьютер мгновенно побил все английские рекорды объемов продаж, и это неудивительно — в нем были и встроенный накопитель на магнитной ленте, и Basic-интерпретатор, и ОС, допускающая использование дисковой файловой системы, и даже синтезатор речи (в некоторых подмоделях).
 |
| Одна из первых моделей Acorn — BBC |
Триумф 8-битовых BBC продолжался почти три года, но к середине 80-х стали доступны
новые 16-битовые процессоры, и компьютеры приобрели популярность в бизнес-приложениях.
Acorn попыталась найти свое место в "нише" IBM PC-совместимых машин,
и… на этом наша история могла бы и закончиться. Естественно, что небольшой британский
производитель ПК не мог бороться с "гигантскими акулами" массового компьютинга.
Ситуацию временно спасала модель Communicator на 16-битовом расширении процессора
6502 (65816 выпускается и лицензируется как интеллектуальная собственность по
сей день fabless-компанией разработчиков классического 6502, Western
Design Center).
Все-таки не "яблоки"…
Действительно, желуди и яблоки сравнивать трудно. Практически невозможно.
И вот (в контексте нашей беседы) почему — в отличие от заокеанского "аналога"
Apple, Acorn пошла "своим путем". Даже "слишком своим" —
небольшой компании хватило заработанных в 8-битовый период средств для финансирования
сразу трех внутренних проектов. А именно — разработки собственного (!) микропроцессора,
собственной архитектуры компьютера и собственной же ОС для него. При этом популярность
Acorn в образовательной сфере оставалась высокой, и компании пришлось одновременно
с разработками выполнять "черную работу" по сопровождению уже установленных
в школах и вузах систем. В таких условиях единственным спасением была реструктуризация
— появлялись новые субкомпании, которыми сама Acorn или владела, или же разделяла
права собственности с заинтересованными партнерами. Здесь "совпадение"
исторических линий развития американского "яблока" и английского "желудя"
достигло "точки пересечения" — совместного владения компанией Xemplar,
специализирующейся на поддержке образовательного рынка. Одновременно с Xemplar
возникают два новых персонажа — ART (Advanced RISC Technology, "Перспективная
RISC-технология") и ARM (Advanced RISC Machines, "Перспективные RISC-машины").
ART очень долго существовала не как независимая компания, а, скорее, как подразделение
Acorn, которое занималось разработкой операционной системы для будущей платформы.
У ARM задача была не менее "скромной" — ей предстояло создать принципиально
новый 32-битовый микропроцессор — основу будущих компьютеров Acorn.
Увы, мотивы такой "отваги", неожиданной для маленькой (пусть даже исключительно талантливой) компании, так и остаются тайной, но… С точки зрения инженера, они понятны — скромные масштабы производства приводят к тому, что стоимость закупаемых в небольших объемах комплектующих не позволяет осуществлять "маневр ценой". А это единственно доступное "оружие" на рынке, зависящем от двух-трех корпораций-поставщиков, ведь все "вторые" и "третьи" производители надкомпонентного уровня фактически являются технологическим придатком, занятым сборкой по типовым схемам из типового набора компонентов. Соответственно и конкурировать они могут практически только в области ценовых показателей, и судьба большинства из них предопределена…
Но, как говорится, "смелого пуля боится". Acorn она таки "убоялась"
— и компания ARM, и подразделение ART достаточно быстро справились с поставленными
задачами. Новая ОС обладала рядом неоспоримых даже по сегодняшним меркам достоинств
и продолжает совершенствоваться компанией RISCOS.
Процессор был создан и казался удачным. Насколько удачным — сегодня об этом уже
можно судить хотя бы по обширнейшему перечню лицензиатов технологии ARM. Даже
далеко не полный, он впечатляет — Intel, IBM, Lucent, Philips, Sony, Alcatel,
NEC, LSI Logic, 3Com, ST Microelectronics, Samsung, Toshiba, National Semiconductor,
Sharp, Texas Instruments, Yamaha, Ericsson, Fujitsu, Atmel… Все эти имена принадлежат
настоящим гигантам полупроводниковой индустрии, которые нашли какую-то "изюминку"
в микропроцессорах небольшого британского разработчика. Какую именно, будет понятно
в дальнейшем, а мы вернемся к первой части истории, а именно, к периоду "от
RISC-рассвета до RISC-заката" Acorn.
Персональный RISC
26 апреля 1985 г. первый коммерческий кремниевый образец нового процессора
ARM появился на свет. Предназначался он для "дешевых персональных компьютеров
с низким энергопотреблением", которые в модельном ряду Acorn получили название
Archimedes. Первые машины этого семейства (модели A305 и A310) отличались незначительно
— объемом оперативной памяти (512 KB и 1 MB соответственно), новая операционная
система RISC OS располагалась в 512 KB ПЗУ. Серия A3xx фактически являлась предшественницей
сетевых компьютеров (в отличие от последней — коммерчески успешной), что подтвердится
в будущем, — совместной работой Acorn и Oracle над созданием NC (Network Computer).
Одновременно с Archimedes A3xx была выпущена и линейка моделей A4xx, оснащенных
интерфейсом жестких дисков ST506 и оперативной памятью до 4 MB в зависимости от
конкретной модели. В сентябре 1988 г. всеобщая Unix-лихорадка охватила и Acorn,
и появилась уникальная машина R140 — с предустановленной на 53 MB винчестере
ОС RISCiX, собственной версией Unix от Acorn. Попытка прорыва в нишу "сверхдешевых"
Unix-станций не удалась из-за несоответствия между архитектурными особенностями
еще "молодых" процессоров ARM и требованиями Unix (в частности, из-за
слишком большого размера страницы виртуальной памяти). Тем не менее ветка Acorn
RISC Unix (RISCiX) продолжала жить собственной жизнью, и в середине 1990 г. были
выпущены куда более удачные машины — R260 и бездисковая R225. А параллельно с
ней шла жизнь в семействе Archimedes — совершенствовалась операционная система
RISC OS, появлялись новые, все более быстрые процессоры.
 |
| RISC OS — надежная и дружественная |
 |
| RisсOS с выполняющейся на 486-ой процессорной карте Windows. Знаменитая черта Risc OS — высочайшее качество рендеринга шрифтов |
В апреле 1994 г. Archimedes достигли наивысшей точки развития и получили новое
название — RiscPC. Это уже были по-настоящему высокоразвитые машины — модульный
конструктив, сменные процессорные картриджи, множество опций расширения, новые
чипсеты (естественно, собственной разработки) и процессоры ARM6. Изменение в названии
отражало не столько "нацеленность" компьютеров на персональный рынок
(в этом не было необходимости), сколько один "маленький нюанс" нового
центрального процессора — ARM6 поддерживал размер страницы виртуальной памяти
4 KB, что позволяло при установке дополнительного процессорного картриджа с CPU
i486 исполнять на RiscPC все программы из мира IBM PC без программных и аппаратных
модификаций (в первую очередь, без необходимости смены чипсета).
 |
| Процессорная карта для Athlon Risc PC, позволяющая без эмуляции работать с IBM PC ПО |
В 1995 г. представителей модельного ряда RiscPC стало так много, что Acorn пришлось
пройти еще одну реструктуризацию. Кроме того, компания участвовала в совместном
проекте с Oracle по разработке спецификаций на сетевой компьютер, в ходе которого
выяснилось смещение интересов массового пользователя в область специализированных
устройств. В результате реструктуризации были созданы отдельные фирмы, "нацеленные"
на соответствующие направления: Acorn Network Computing — производство сетевых
компьютеров, Acorn Online Media — разработку и выпуск приставок (set top box),
Acorn RISC Technologies (наконец ставшая отдельной фирмой) — рынок ПК. Надо сказать,
что деятельность вновь реформированной Acorn была очень успешной, и, несмотря
на ограниченность локального рынка, ничто не предвещало беды — RiscPC пользовались
заслуженной популярностью, объемы производства и продаж не только не снижались,
но и устойчиво (хоть и медленно) росли. Все это благополучие рухнуло в один миг
— в "черную пятницу" 17 сентября 1998 г. Acorn объявила о своем уходе
с рынка настольных компьютеров, прекращении всех работ над новыми моделями, включая
рабочую станцию "Феб" (Phoebe). Компания полностью переориентировалась
на рынок цифрового телевидения (замечательное подтверждение "технологического
смещения", о котором говорилось в начале статьи) и даже изменила название
на Element14 (в таблице Менделеева — кремний).
 |
| RiscPC – чисто английский ПК и |
Правда, выражаясь модным в недавнем прошлом сленгом, "дело Acorn живет и
побеждает". Машины класса RiscPC выпускаются в Англии не одной и не двумя
компаниями, причем производятся "с нуля" — от собственных материнских
плат для процессоров ARM или StrongARM до видеоподсистем, синтезаторов звука и
аналоговых сопроцессоров. И люди их покупают (в противном случае кто бы их производил
вообще?). И, что самое главное, — эти машины отнюдь не дешевы, хотя их трудно
назвать "самыми" даже по одному техническому показателю. Согласитесь,
тактовой частотой 75 MHz сегодня прельстить кого-нибудь трудно. Но, оказывается,
не все еще измеряется в гигаединицах, есть еще что-то, что, впрочем, понять мы
могли бы только в том случае, если бы имели собственный аналог компании Acorn…
Когда эхо громче…
 |
| Risc PC ноутбук, оставшийся в планах… |
Начинавшая как несамостоятельная компания, Advanced RISC Machines стала одним
из лидеров современной полупроводниковой индустрии. Казалось бы, изначально обреченная
(стоит уйти компьютерам Acorn со сцены, уйдет и ARM), она не только выжила, но
и доказала неочевидную справедливость теоремы об отсутствии взаимосвязи между
преуспеванием в электронной промышленности и наличием мощной производственной
полупроводниковой базы. Ведь ARM (со скромным "Ltd" в названии, что
при учете "нашего гештальта" как-то даже и не смотрится) не имеет никаких
заводов по выпуску кремниевых пластин, не занимается совершенствованием технологических
процессов. Компания концентрируется на главной составляющей производства — проектировании.
И надо сказать, что это ARM удается на славу. Впрочем, давайте попробуем разобраться
с "продукцией" ARM поподробнее — ведь интерес к основанным на ядрах
процессоров ARM серийным чипам (в том числе — к SOC, System On Chip, "система
на чипе") не ослабевает.
Итак, ARM: 32-битовая "чистая" RISC-архитектура, ориентированная на операции load/store (допускающая в качестве операндов машинных команд только содержимое регистров процессора). Кроме того, архитектура фон-неймановская, не делающая различий между памятью данных и памятью программ (иначе говоря — с едиными адресной шиной и шиной данных для оперативной памяти, в которой располагаются и данные, и программы). В процессорах реализована поддержка мультизадачности и виртуальной памяти. В отличие от традиционных для "настольных" приложений микропроцессоров, ARM содержат механизмы быстрой обработки прерываний (наряду с обычным режимом interrupt), которые позволяют избегать необходимости ресурсоемкого (в терминах времени CPU) сохранения рабочих регистров в стеке. Для работающих на тактовой частоте 20 MHz процессоров из семейства ARM7 в наихудшем случае время вызова обработчика прерывания не превышает 1,4 мкс.
 |
| NewsPad — носимая версия RiscPC |
С точки зрения программиста, регистровая модель ARM сразу напоминает великий (и
полярно противоположный ARM по идеологии) процессор M68000 (увы, даже после использования
в статье о VAX этого сравнения было не избежать — влияние архитекторов Motorola
на современный компьютинг слишком велико): 16 регистров общего назначения, один
из которых играет роль счетчика команд. Естественно, что ARM поддерживают и требования
современных операционных систем — в процессорах реализован режим суперпользователя
(с расширенной системой команд).
В целом, просто хорошие и "по-настоящему RISC" процессоры с очень маленьким размером кристалла и примечательно низким энергопотреблением (так, выпускаемый по лицензии компанией Atmel чип AT40400 — клон ARM7, потребляет при тактовой частоте 33 MHz всего 110 мВт, при этом, кроме ядра процессора, он содержит 4 KB статической оперативной памяти, встроенные последовательные приемопередатчики (USART), контроллер прерываний, таймеры-счетчики — в общем, весь перечень необходимой для микрокомпьютера периферии)…
 |
| Acorn Pocket Book II — совместимая разработка с PSION, гибрид PSION и RiscPC |
Но… Термин "просто хороший" выглядит неубедительно, если вспомнить
о количестве лицензиатов технологии ARM и их громких именах. И действительно,
у ARM есть своя "изюминка", заключающаяся в способности 32-битового
процессора работать с… 16-битовыми командами. Эта особенность даже получила
имя собственное — "технология THUMB", и при неочевидной необходимости
(действительно, зачем понадобилось "загонять" 32-битовый процессор в
16-битовый режим) имеет очень четкие назначение и достоинства. Во-первых, вспомним,
что процессоры ARM — это "чистый" RISC. Программы, скомпилированные
для RISC-процессоров, обладают одной особенностью — они большие (иногда в 2—4
раза больше, чем созданные для CISC). Во-вторых, вспомним, что низкое энергопотребление
ARM прекрасно соответствует требованиям разнообразных малогабаритных устройств
с батарейным питанием. Но, из "во-первых" следует, что для RISC-процессоров
нужна большая емкость оперативной памяти и ПЗУ, а их увеличение может свести на
нет все энергетические преимущества процессоров. Сокращенные команды позволяют
получить более компактный код, следовательно, для него нужны чипы ОЗУ и ПЗУ меньшей
емкости, и, соответственно, уменьшается энергопотребление системы в целом. Вот,
собственно говоря, и вся идея THUMB "с высоты птичьего полета", но ее
простота не должна скрывать ее важности. По крайней мере, она подтверждается недавней
победой THUMB в "стане StrongARM" — несмотря на большую "настольную"
ориентацию StrongARM (у этих процессоров и тактовые частоты составляют сотни мегагерц,
и потребление — единицы ватт), Intel недавно анонсировала новую архитектуру XScale,
по сути являющуюся реализацей THUMB в семействе процессоров StrongARM.
Размышления…
История успеха Acorn и ARM по-своему уникальна. Acorn была и остается единственной
европейской компанией, серийно выпускавшей компьютеры полностью собственной разработки.
ARM была и остается единственной суперудачной компанией, производящей интеллектуальную
собственность. Им не мешали и не мешают признанные авторитеты, они не участвовали
в "гонке производительности" и даже не имеют статуса (точнее, титула)
корпораций. Но они открыли множество рабочих мест для британских программистов,
создали мощную информационную инфраструктуру в системе образования, помогли подготовить
целое поколение грамотных пользователей и разработчиков ПО. А самим фактом своего
успеха они убедительно доказывают — у национальной компьютерной индустрии всегда
есть перспектива. Надо только ничего не бояться и много работать.