Šajā rakstā tiks apspriesta ARM Cortex A7 procesora arhitektūra. Uz tā bāzes izgatavotie pusvadītāju izstrādājumi ir atrodami viedtālruņos, maršrutētājos, planšetdatoros un citās mobilajās ierīcēs, kur tas vēl nesen ieņēma vadošās pozīcijas šajā tirgus segmentā. Tagad to pakāpeniski aizstāj ar jaunākiem un jaunākiem procesoru risinājumiem.
Īsa informācija par ARM
ARM vēsture aizsākās 1990. gadā, kad to dibināja Robins Saksbijs. Tās izveides pamatā bija jauna mikroprocesoru arhitektūra. Ja pirms tam CPU tirgū dominējošo stāvokli ieņēma x86 vai CISC, tad pēc šī uzņēmuma izveidošanas parādījās cienīga alternatīva RISC formā. Pirmajā gadījumā programmas koda izpilde tika samazināta līdz 4 posmiem:
- Saņemiet mašīnas instrukcijas.
- Veikt mikrokoda konvertēšanu.
- Mikroinstrukciju iegūšana.
- Soli pa solim mikroinstrukciju izpilde.
RISС arhitektūras galvenā ideja bija tāda, ka programmas koda apstrādi var samazināt līdz 2 posmiem:
- Saņemiet RISC norādījumus.
- Notiek RISC instrukciju apstrāde.
Gan pirmajā, gan otrajā gadījumā ir gan plusi, gan būtiski trūkumi. x86 veiksmīgi iekaroja datoru tirgu, bet RISC (tostarp ARM Cortex A7, kas tika ieviests 2011. gadā) - mobilo ierīču tirgu.
Cortex A7 arhitektūras parādīšanās vēsture. Galvenās funkcijas
Cortex A8 kalpoja par Cortex A7 pamatu. Izstrādātāju galvenā ideja šajā gadījumā bija palielināt procesora risinājuma veiktspēju un būtiski uzlabot energoefektivitāti. Tas ir tas, kas galu galā notika ar ARM inženieriem. Vēl viena svarīga iezīme šajā gadījumā bija tāda, ka kļuva iespējams izveidot CPU ar big. LITTLE tehnoloģiju. Tas nozīmē, ka pusvadītāju kristālā var būt 2 skaitļošanas moduļi. Viens no tiem bija paredzēts vienkāršāko uzdevumu risināšanai ar minimālu enerģijas patēriņu, un, kā likums, Cortex A7 kodoli darbojās šajā lomā. Otrais bija paredzēts vissarežģītākās programmatūras darbināšanai, un tā pamatā bija Cortex A15 vai Cortex A17 skaitļošanas vienības. Oficiāli "Cortex A7" tika prezentēts, kā minēts iepriekš, 2011. gadā. Pirmais ARM Cortex A7 procesors tika izlaists gadu vēlāk, tas ir, 2012. gadā.
Ražošanas tehnoloģija
Sākotnējipusvadītāju izstrādājumi uz A7 bāzes tika ražoti saskaņā ar 65 nm tehnoloģiskajiem standartiem. Tagad šī tehnoloģija ir bezcerīgi novecojusi. Pēc tam tika izlaistas vēl divas A7 procesoru paaudzes saskaņā ar pielaides standartiem 40 nm un 32 nm. Bet tagad tie ir kļuvuši nenozīmīgi. Jaunākie CPU modeļi, kuru pamatā ir šī arhitektūra, jau tiek ražoti pēc 28 nm standartiem, un tieši tos joprojām var atrast pārdošanā. Diez vai ir gaidāma turpmāka pāreja uz jaunākiem tehnoloģiskiem procesiem ar jauniem pielaides standartiem un novecojušu arhitektūru. Mikroshēmas, kuru pamatā ir A7, tagad aizņem visbudžetāko mobilo ierīču tirgus segmentu, un tās pakāpeniski aizstāj ar A53 bāzes ierīcēm, kurām ar gandrīz tādiem pašiem energoefektivitātes parametriem ir augstāks veiktspējas līmenis.
Mikroprocesora kodola arhitektūra
1, 2, 4 vai 8 kodoli var būt daļa no CPU, kura pamatā ir ARM Cortex A7. Procesoru raksturlielumi pēdējā gadījumā norāda, ka mikroshēma būtībā sastāv no 2 kopām ar 4 kodoliem. 2-3 gadus sākuma līmeņa procesoru produkti bija balstīti uz mikroshēmām ar 1 vai 2 skaitļošanas moduļiem. Vidējo līmeni aizņēma 4 kodolu risinājumi. Nu, premium segments bija aiz 8 kodolu mikroshēmām. Katrs mikroprocesora kodols, kura pamatā ir šī arhitektūra, ietvēra šādus moduļus:
- Peldošā komata vienība (FPU).
- Skaidras naudas līmenis 1.
- NEON bloks CPU optimizācijai.
- ARMv7 aprēķina modulis.
Bija arī šādas izplatītaskomponenti visiem CPU kodoliem:
- Skaidra nauda L2.
- CoreSight pamata vadības bloks.
- AMBA datu kopnes kontrolleris ar 128 bitu jaudu.
Iespējamās frekvences
Maksimālā pulksteņa frekvence šai mikroprocesora arhitektūrai var atšķirties no 600 MHz līdz 3 GHz. Jāņem vērā arī tas, ka šis parametrs, kas norāda uz maksimālo ietekmi uz skaitļošanas sistēmas veiktspēju, atšķiras. Turklāt biežumu vienlaikus ietekmē trīs faktori:
- Atrisināmās problēmas sarežģītības līmenis.
- Programmatūras optimizācijas pakāpe daudzpavedienu veidošanai.
- Pašreizējā pusvadītāju kristāla temperatūras vērtība.
Kā piemēru ņemiet vērā MT6582 mikroshēmas algoritmu, kas ir balstīts uz A7 un ietver 4 skaitļošanas vienības, kuru frekvence svārstās no 600 MHz līdz 1,3 GHz. Dīkstāves režīmā šai procesora ierīcei var būt tikai viena aprēķina vienība, un tā darbojas ar zemāko iespējamo 600 MHz frekvenci. Līdzīga situācija radīsies, kad mobilajā sīkrīkā tiks palaista vienkārša lietojumprogramma. Bet, kad uzdevumu sarakstā parādās resursietilpīga rotaļlieta ar optimizāciju vairāku pavedienu veidošanai, automātiski sāks darboties visi 4 programmas koda apstrādes bloki ar frekvenci 1,3 GHz. CPU uzsilstot, karstākie kodoli pazeminās frekvences vērtību vai patizslēgt. No vienas puses, šī pieeja nodrošina energoefektivitāti un, no otras puses, pieņemamu mikroshēmas veiktspējas līmeni.
Kešatmiņa
Sistēmā ARM Cortex A7 ir nodrošināti tikai 2 kešatmiņas līmeņi. Savukārt pusvadītāju kristāla īpašības norāda, ka pirmais līmenis obligāti ir sadalīts 2 vienādās daļās. Vienam no tiem vajadzētu saglabāt datus, bet otrā - instrukcijas. Kopējais kešatmiņas lielums 1. līmenī saskaņā ar specifikācijām var būt vienāds ar 64 KB. Rezultātā mēs iegūstam 32 KB datiem un 32 KB kodam. 2. līmeņa kešatmiņa šajā gadījumā būs atkarīga no konkrētā CPU modeļa. Tā mazākais apjoms var būt 0 MB (tas ir, nav), bet lielākais - 4 MB.
RAM kontrolieris. Funkcijas
Iebūvēts RAM kontrolleris ir aprīkots ar jebkuru ARM Cortex A7 procesoru. Tehniskā plāna raksturlielumi liecina, ka tas ir vērsts uz darbu kopā ar LPDDR3 RAM. RAM ieteicamās darbības frekvences šajā gadījumā ir 1066 MHz vai 1333 MHz. Maksimālais RAM lielums, ko var atrast praksē šim mikroshēmas modelim, ir 2 GB.
Integrētā grafika
Kā paredzēts, šīm mikroprocesoru ierīcēm ir integrēta grafikas apakšsistēma. ARM iesaka ar šo centrālo procesoru izmantot savu Mali-400MP2 grafisko karti. Taču tās veiktspēja bieži vien nav pietiekama, lai atraisītu potenciālumikroprocesora ierīce. Tāpēc mikroshēmu dizaineri kombinācijā ar šo mikroshēmu izmanto efektīvākus adapterus, piemēram, Power VR6200.
Programmatūras līdzekļi
Trīs veidu operētājsistēmu mērķauditorija ir ARM procesori:
- Android no meklēšanas giganta Google.
- iOS no APPLE.
- Windows Mobile, Microsoft.
Visa pārējā sistēmas programmatūra vēl nav daudz izplatīta. Lielāko šādas programmatūras tirgus daļu, kā jau varētu nojaust, aizņem Android. Šai sistēmai ir vienkāršs un intuitīvs interfeiss, un uz tās balstītas sākuma līmeņa ierīces ir ļoti, ļoti pieejamas. Līdz versijai 4.4 ieskaitot, tas bija 32 bitu, un kopš 5.0 tas sāka atbalstīt 64 bitu aprēķinus. Šī operētājsistēma veiksmīgi darbojas jebkurā RISC CPU saimē, tostarp ARM Cortex A7. Inženierijas izvēlne ir vēl viena svarīga šīs sistēmas programmatūras funkcija. Ar tās palīdzību jūs varat būtiski pārkonfigurēt OS iespējas. Piekļuvi šai izvēlnei var iegūt, izmantojot kodu, kas ir individuāls katram CPU modelim.
Vēl viena svarīga šīs OS iezīme ir visu iespējamo atjauninājumu automātiska instalēšana. Tāpēc ARM Cortex A7 saimes mikroshēmās var parādīties pat jaunas funkcijas. Programmaparatūra var tos pievienot. Otrā sistēma ir paredzēta APPLE mobilajiem sīkrīkiem. Šādas ierīces galvenokārt aizņem premium segmentu, un tām ir atbilstošs veiktspējas un izmaksu līmenis. Jaunākā OS, saskaroties ar Windows Mobile, vēl nav saņemtalieliska izplatīšana. Uz tā balstītas ierīces ir jebkurā mobilo sīkrīku segmentā, taču neliels daudzums lietojumprogrammatūras šajā gadījumā attur no tās izplatīšanas.
Procesoru modeļi
Vispieejamākās un vismazāk produktīvās šajā gadījumā ir 1 kodola mikroshēmas. Visplašāk izplatītais starp tiem bija MT6571 no MediaTek. Pakāpeniski ir ARM Cortex A7 Dual Core CPU. Piemērs ir tā paša ražotāja MT6572. Vēl augstāku veiktspējas līmeni nodrošināja Quad Core ARM Cortex A7. Populārākā šīs saimes mikroshēma ir MT6582, ko tagad var atrast pat sākuma līmeņa mobilajos sīkrīkos. Nu, augstāko veiktspējas līmeni nodrošināja 8 kodolu centrālie procesori, pie kuriem piederēja MT6595.
Turpmākās attīstības perspektīvas
Pagaidām veikalu plauktos joprojām varat atrast mobilās ierīces, kuru pamatā ir pusvadītāju procesora ierīce, kuras pamatā ir 4X ARM Cortex A7. Tie ir MT6580, MT6582 un Snapdragon 200. Visās šajās mikroshēmās ir 4 skaitļošanas vienības, un tām ir lielisks energoefektivitātes līmenis. Arī izmaksas šajā gadījumā ir ļoti, ļoti pieticīgas. Tomēr šīs mikroprocesoru arhitektūras labākie laiki ir aiz muguras. Uz tā balstīto produktu pārdošanas maksimums kritās uz 2013.-2014. gadu, kad tam praktiski nebija alternatīvas mobilo ierīču tirgū. Turklāt šajā gadījumā mēs runājam par budžeta ierīcēm ar 1 vai 2skaitļošanas moduļi un ar vadošajiem sīkrīkiem ar 8 kodolu centrālo procesoru. Šobrīd to pamazām no tirgus izspiež Cortex A53, kas būtībā ir modificēta A7 64 bitu versija. Tajā pašā laikā viņa pilnībā un pilnībā saglabāja savas priekšgājējas galvenās priekšrocības, un nākotne noteikti ir viņas.
Ekspertu un lietotāju viedoklis. Īstas atsauksmes par mikroshēmām, kuru pamatā ir šī arhitektūra. Stiprās un vājās puses
Protams, mikroprocesoru ierīču ARM Cortex A7 arhitektūras parādīšanās ir kļuvusi par nozīmīgu notikumu mobilo ierīču pasaulē. Labākais pierādījums tam ir tas, ka uz tā balstītās ierīces ir veiksmīgi pārdotas vairāk nekā 5 gadus. Protams, tagad ar A7 bāzes CPU iespējām vairs nepietiek pat vidēja līmeņa uzdevumu risināšanai, taču vienkāršākais programmas kods šādās mikroshēmās joprojām veiksmīgi funkcionē. Šādas programmatūras sarakstā ir video atskaņošana, audio ierakstu klausīšanās, grāmatu lasīšana, sērfošana tīmeklī, un pat visvienkāršākās rotaļlietas šajā gadījumā sāksies bez problēmām. Uz to koncentrējas vadošie tematiskie portāli, kas veltīti mobilajām ierīcēm un ierīcēm, gan vadošajiem šāda veida speciālistiem, gan vienkāršiem lietotājiem. Galvenais A7 trūkums ir 64 bitu skaitļošanas atbalsta trūkums. Tā galvenās priekšrocības ietver ideālu energoefektivitātes un veiktspējas kombināciju.
Rezultāti
Protams, ARM Cortex A7 arhitektūra ir veselumslaikmets mobilo ierīču pasaulē. Ar tās parādīšanos mobilās ierīces kļuva pieejamas un diezgan produktīvas. Un tas vien, ka tas ir veiksmīgi pārdots vairāk nekā 5 gadus, ir vēl viens apstiprinājums tam. Bet, ja sākotnēji uz tā balstītie sīkrīki ieņēma vidējo un augstākās klases tirgus segmentu, tad tagad tiem ir palikusi tikai budžeta klase. Šī arhitektūra ir novecojusi un pakāpeniski kļūst par pagātni.
