В последние годы, с появлением мобильных устройств и компьютеров с низким энергопотреблением, процессоры с архитектурой ARM привлекают все больше и больше внимания. Будучи гигантом в области операционных систем, компания Microsoft запустила системную поддержку Windows для процессоров с архитектурой ARM, разработанных Qualcomm, что, несомненно, вызвало широкий интерес и обсуждение. Итак, как же Microsoft реализует поддержку процессоров ARM? Используется ли нативная поддержка? Есть ли потеря производительности из-за добавленного уровня абстракции? В данной статье эти вопросы подробно рассматриваются.

1. Общие сведения

Архитектура ARM изначально использовалась в основном в мобильных устройствах, таких как смартфоны и планшеты. Благодаря низкому энергопотреблению и высокой производительности он постепенно применяется во всё большем количестве вычислительных устройств. Являясь важным разработчиком процессоров ARM, компания Qualcomm выпустила серию высокопроизводительных процессоров ARM, которые используются во многих современных устройствах.

Операционная система Microsoft Windows уже давно поддерживает в основном архитектуры x86 и x86_64, в которых доминируют Intel и AMD. Чтобы расширить рынок и адаптироваться к потребностям различных устройств, Microsoft начала изучать возможность поддержки архитектуры ARM.

2. Способ реализации

1. Встроенная поддержка

Чтобы добиться поддержки архитектуры ARM, самым важным шагом для Microsoft является разработка встроенной поддержки. Это означает, что большинство функций и служб в системах Windows необходимо перекомпилировать и оптимизировать для работы на архитектуре ARM. Сюда входят не только основные части операционной системы, но и такие компоненты, как драйверы, системные библиотеки и некоторые ключевые приложения пользовательского режима.

Для достижения этой цели Microsoft проделала следующую работу:

• Адаптация ядра: перекомпилируйте ядро ​​Windows, чтобы оно могло работать на процессорах ARM. Это требует множества модификаций и оптимизаций кода ядра, чтобы гарантировать, что оно сможет в полной мере использовать преимущества набора команд и аппаратных функций ARM.
• Поддержка драйверов: для обеспечения правильной работы вашего устройства.,Windows требует драйверов для поддержки различных аппаратных устройств. Microsoft сотрудничает с производителями оборудования,Разработано и адаптировано большое количество драйверов ARM Архитектура.
• системные библиотеки и приложения: помимо работы с ядром системы,Windows также включает в себя большое количество библиотек и приложений. Это программное обеспечение необходимо перекомпилировать.,И оптимизирован для ARM Архитектуры,Чтобы обеспечить его производительность и стабильность.

2. Уровень моделирования и уровень абстракции.

Чтобы обеспечить совместимость приложений в переходный период, Microsoft также ввела уровень технологии эмуляции. Этот уровень технологии в основном используется для запуска приложений, написанных для архитектуры x86, на процессорах ARM. Эта технология моделирования включает в себя трансляцию инструкций и двоичное преобразование. Конкретная реализация выглядит следующим образом:

• Трансляция инструкций: уровень моделирования преобразует набор инструкций x86 в набор инструкций ARM в реальном времени.,Это позволяет приложениям x86 работать на процессорах ARM. Хотя этот перевод принесёт определённые потери производительности,Но для большинства пользователей,Эта потеря приемлема,Особенно в начале перехода.
• Двоичное преобразование: Microsoft также разработала инструмент двоичного преобразования.,Приложение можно преобразовать из двоичного файла x86 в двоичный файл ARM при его установке. Это преобразование обычно выполняется при установке приложения.,Обеспечьте максимальное время работы производительности.

3. Влияние на производительность

Что касается производительности, введение встроенной поддержки и уровней моделирования будет иметь разную степень влияния.

• Встроенная поддержка：проходить Встроенная поддержка,Windows относительно хорошо показала производительность на архитектуре ARM. Благодаря прямому использованию аппаратных возможностей ARM,Скорость реакции операционной системы и общая производительность гарантированы.
• Уровень эмуляции: Хотя уровень эмуляции обеспечивает совместимость приложений,Но будет некоторый компромисс с точки зрения производительности. И трансляция инструкций, и двоичное преобразование требуют дополнительных вычислительных ресурсов.,Это может привести к снижению рабочей скорости и увеличению энергопотребления.

Вообще говоря, Microsoft реализует поддержку Windows на архитектуре ARM, принимая во внимание как производительность, так и совместимость. Хотя уровень эмуляции приведет к некоторому снижению производительности, это влияние будет постепенно уменьшаться по мере того, как все больше и больше приложений будут перекомпилированы и оптимизированы.

4. Проблемы совместимости и решения

1. Совместимость с существующими приложениями x86.

Одной из самых больших проблем для пользователей новой платформы является совместимость существующих приложений. Чтобы гарантировать, что пользователи смогут продолжать использовать свои приложения, Microsoft интегрировала уровень эмуляции x86 в версию Windows ARM. Этот уровень технологии моделирования позволяет подавляющему большинству приложений x86 работать на платформе ARM.

Однако аналоговая технология не идеальна. Некоторые приложения с высокими требованиями к производительности могут испытывать снижение производительности во время моделирования. Кроме того, некоторые базовые приложения, использующие определенные наборы аппаратных инструкций x86, могут не работать должным образом на уровне эмуляции. Microsoft постепенно решает эти проблемы, продолжая оптимизировать уровень моделирования и побуждая разработчиков приложений обновлять версию ARM.

2. Оптимизация производительности

Хотя аналоговая технология может обеспечить лучшую совместимость, она неизбежно приведет к определенной потере производительности. Чтобы свести к минимуму это влияние, Microsoft и Qualcomm совместно работают над оптимизацией производительности несколькими способами:

• Аппаратное ускорение: процессор ARM Qualcomm объединяет ряд аппаратных блоков, предназначенных для моделирования и ускорения трансляции инструкций x86. Эти блоки аппаратного ускорения могут значительно повысить эффективность перевода инструкций.,уменьшатьпроизводительностьпотеря。
• Оптимизация программного обеспечения. Microsoft продолжает оптимизировать свою операционную систему и программное обеспечение уровня моделирования, чтобы повысить производительность за счет более эффективных алгоритмов и оптимизированных стратегий перевода.
• Оптимизация приложений: Поощрение и поддержка разработчиков приложений для прямой компиляции и оптимизации своих приложений для адаптации к архитектуре ARM.,Решить проблему производительности фундаментально.

5. Перспективы на будущее

Поддержка Microsoft архитектуры ARM отмечает важное направление развития в области операционных систем. Поскольку производительность процессоров ARM продолжает улучшаться, а экосистема становится все более полной, производительность Windows на архитектуре ARM в будущем будет становиться все лучше и лучше. В то же время это также предоставляет пользователям больше выбора, позволяя пользователям с разными потребностями наслаждаться удобством системы Windows на различных устройствах.

В будущем Microsoft может дополнительно оптимизировать поддержку архитектуры ARM, снизить потери производительности на уровне моделирования и привлечь больше разработчиков приложений к экосистеме ARM. Ожидается, что с постоянным развитием технологий архитектура ARM будет играть важную роль во многих областях, а версия Windows для ARM также станет важной частью рынка.

6. Резюме

Из предыдущего введения мы узнали, как Microsoft реализует поддержку процессоров Qualcomm ARM и влияние этой поддержки на производительность. Благодаря сочетанию встроенной поддержки и уровня моделирования Microsoft не только обеспечивает стабильность и совместимость системы, но также предоставляет пользователям хороший пользовательский опыт. В будущем, благодаря постоянному развитию технологий, Windows будет работать еще лучше на архитектуре ARM, предоставляя пользователям больше удобства и выбора.