Šiame straipsnyje bus aptarta ARM Cortex A7 procesoriaus architektūra. Jo pagrindu pagamintų puslaidininkių gaminių galima rasti išmaniuosiuose telefonuose, maršrutizatoriuose, planšetiniuose kompiuteriuose ir kituose mobiliuosiuose įrenginiuose, kur dar visai neseniai užėmė lyderio poziciją šiame rinkos segmente. Dabar jį palaipsniui keičia naujesni ir naujesni procesorių sprendimai.
Trumpa informacija apie ARM
ARM istorija prasidėjo 1990 m., kai ją įkūrė Robinas Saxby. Jos sukūrimo pagrindas buvo nauja mikroprocesoriaus architektūra. Jei prieš tai dominuojančią padėtį CPU rinkoje užėmė x86 arba CISC, tai susikūrus šiai įmonei pasirodė verta alternatyva RISC pavidalu. Pirmuoju atveju programos kodo vykdymas buvo sumažintas iki 4 etapų:
- Gaukite mašinos instrukcijas.
- Vykdomas mikrokodo konvertavimas.
- Gauti mikroinstrukcijas.
- Žingsnis po žingsnio mikroinstrukcijų vykdymas.
Pagrindinė RISС architektūros idėja buvo ta, kad programos kodo apdorojimą galima sumažinti iki 2 etapų:
- Gaukite RISC instrukcijas.
- Apdorojamos RISC instrukcijos.
Tiek pirmuoju, tiek antruoju atveju yra ir pliusų, ir reikšmingų trūkumų. x86 sėkmingai užkariavo kompiuterių rinką, o RISC (įskaitant ARM Cortex A7, pristatytą 2011 m.) – mobiliųjų įrenginių rinką.
Cortex A7 architektūros atsiradimo istorija. Pagrindinės funkcijos
Cortex A8 buvo Cortex A7 pagrindas. Pagrindinė kūrėjų idėja šiuo atveju buvo padidinti našumą ir žymiai pagerinti procesoriaus sprendimo energijos vartojimo efektyvumą. Taip galiausiai nutiko ARM inžinieriams. Kitas svarbus bruožas šiuo atveju buvo tai, kad atsirado galimybė sukurti procesorių su big. LITTLE technologija. Tai reiškia, kad puslaidininkinis kristalas gali turėti 2 skaičiavimo modulius. Vienas iš jų buvo skirtas išspręsti paprasčiausias užduotis su minimaliomis energijos sąnaudomis, ir, kaip taisyklė, Cortex A7 branduoliai atliko šį vaidmenį. Antrasis buvo skirtas paleisti sudėtingiausią programinę įrangą ir buvo pagrįstas „Cortex A15“arba „Cortex A17“skaičiavimo įrenginiais. Oficialiai „Cortex A7“buvo pristatytas, kaip minėta anksčiau, 2011 m. Na, pirmasis ARM Cortex A7 procesorius buvo išleistas po metų, ty 2012 m.
Gamybos technologija
Iš pradžiųpuslaidininkiniai gaminiai A7 pagrindu buvo pagaminti pagal 65 nm technologinius standartus. Dabar ši technologija yra beviltiškai pasenusi. Vėliau buvo išleistos dar dvi A7 procesorių kartos pagal 40 nm ir 32 nm tolerancijos standartus. Tačiau dabar jie tapo nereikšmingi. Naujausi šios architektūros pagrindu sukurti procesorių modeliai jau gaminami pagal 28 nm standartus, būtent jų vis dar galima rasti prekyboje. Vargu ar galima tikėtis tolesnio perėjimo prie naujesnių technologinių procesų su naujais tolerancijos standartais ir pasenusia architektūra. A7 pagrindu pagaminti lustai dabar užima biudžetiškiausią mobiliųjų įrenginių rinkos segmentą ir juos pamažu keičia A53 pagrindu sukurtos programėlės, kurios, turėdami beveik tuos pačius energijos vartojimo efektyvumo parametrus, pasižymi aukštesniu našumo lygiu.
Mikroprocesoriaus branduolio architektūra
1, 2, 4 arba 8 branduoliai gali būti ARM Cortex A7 procesoriaus dalis. Pastaruoju atveju procesorių charakteristikos rodo, kad lustas iš esmės susideda iš 2 grupių po 4 branduolius. 2–3 metus pradinio lygio procesorių gaminiai buvo paremti lustais su 1 arba 2 skaičiavimo moduliais. Vidurinį lygį užėmė 4 branduolių sprendimai. Na, aukščiausios kokybės segmentas atsiliko nuo 8 branduolių lustų. Kiekviena mikroprocesoriaus šerdis, pagrįsta šia architektūra, apima šiuos modulius:
- Slankaus kablelio vienetas (FPU).
- 1 grynųjų pinigų lygis.
- NEON blokas procesoriaus optimizavimui.
- ARMv7 skaičiavimo modulis.
Taip pat buvo šie dažnikomponentai visiems procesoriaus branduoliams:
- Grynieji L2.
- CoreSight pagrindinis valdymo blokas.
- AMBA duomenų magistralės valdiklis su 128 bitų talpa.
Galimi dažniai
Didžiausias šios mikroprocesoriaus architektūros laikrodžio dažnis gali svyruoti nuo 600 MHz iki 3 GHz. Taip pat reikėtų pažymėti, kad šis parametras, nurodantis didžiausią įtaką skaičiavimo sistemos našumui, skiriasi. Be to, dažnį vienu metu įtakoja trys veiksniai:
- Spręstos problemos sudėtingumo lygis.
- Programinės įrangos optimizavimo laipsnis kelių gijų kūrimui.
- Dabartinė puslaidininkių kristalų temperatūros vertė.
Kaip pavyzdį apsvarstykite MT6582 lusto algoritmą, kuris yra pagrįstas A7 ir apima 4 skaičiavimo blokus, kurių dažnis svyruoja nuo 600 MHz iki 1,3 GHz. Tuščiosios eigos režimu šis procesoriaus įrenginys gali turėti tik vieną skaičiavimo vienetą, o jis veikia mažiausiu įmanomu 600 MHz dažniu. Panaši situacija atsitiks, kai mobiliojoje programėlėje bus paleista paprasta programa. Bet kai užduočių sąraše atsiras daug resursų reikalaujantis žaislas su optimizavimu daugiasriegiui, automatiškai pradės veikti visi 4 programos kodo apdorojimo blokai 1,3 GHz dažniu. Kai procesorius įkaista, karščiausi branduoliai sumažins dažnio reikšmę arba netIšjunk. Viena vertus, šis metodas užtikrina energijos vartojimo efektyvumą, kita vertus, priimtiną lusto veikimo lygį.
Talpykla
ARM Cortex A7 pateikiami tik 2 talpyklos lygiai. Puslaidininkinio kristalo charakteristikos savo ruožtu rodo, kad pirmasis lygis būtinai padalintas į 2 lygias puses. Viename iš jų turėtų būti saugomi duomenys, o kitame – instrukcijos. Bendras talpyklos dydis 1 lygyje pagal specifikacijas gali būti lygus 64 KB. Dėl to gauname 32 KB duomenims ir 32 KB kodui. 2 lygio talpykla šiuo atveju priklausys nuo konkretaus procesoriaus modelio. Mažiausias jo tūris gali būti lygus 0 MB (ty jo nėra), o didžiausias – 4 MB.
RAM valdiklis. Funkcijos
Įtaisytas RAM valdiklis pateikiamas su bet kokiu ARM Cortex A7 procesoriumi. Techninio plano charakteristikos rodo, kad jis orientuotas į darbą kartu su LPDDR3 RAM. Rekomenduojami RAM veikimo dažniai šiuo atveju yra 1066 MHz arba 1333 MHz. Didžiausias šio lusto modelio RAM dydis yra 2 GB.
Integruota grafika
Kaip ir tikėtasi, šiuose mikroprocesoriniuose įrenginiuose yra integruota grafikos posistemė. ARM rekomenduoja su šiuo procesoriumi naudoti savo Mali-400MP2 vaizdo plokštę. Tačiau jo veikimo dažnai nepakanka, kad išnaudotų potencialąmikroprocesorinis įrenginys. Todėl lustų kūrėjai kartu su šiuo lustu naudoja efektyvesnius adapterius, pavyzdžiui, Power VR6200.
Programinės įrangos funkcijos
Trys operacinės sistemos skirtos ARM procesoriams:
- „Android“iš paieškos milžinės „Google“.
- iOS pateikė APPLE.
- Microsoft Windows Mobile.
Visa kita sistemos programinė įranga dar nebuvo plačiai išplatinta. Didžiausią tokios programinės įrangos rinkos dalį, kaip galima spėti, užima Android. Ši sistema turi paprastą ir intuityvią sąsają, o jos pagrindu sukurti pradinio lygio įrenginiai yra labai, labai prieinami. Iki 4.4 versijos imtinai jis buvo 32 bitų, o nuo 5.0 pradėjo palaikyti 64 bitų skaičiavimus. Ši OS sėkmingai veikia bet kurioje RISC procesorių šeimoje, įskaitant ARM Cortex A7. Inžinerijos meniu yra dar viena svarbi šios sistemos programinės įrangos savybė. Su jo pagalba galite žymiai perkonfigūruoti OS galimybes. Prieigą prie šio meniu galima gauti naudojant kodą, kuris yra individualus kiekvienam procesoriaus modeliui.
Kita svarbi šios OS savybė – visų galimų naujinimų įdiegimas automatiškai. Todėl ARM Cortex A7 šeimos lustuose gali atsirasti net naujų funkcijų. Programinė įranga gali juos pridėti. Antroji sistema skirta APPLE mobiliesiems įtaisams. Tokie įrenginiai daugiausia užima aukščiausios kokybės segmentą ir turi atitinkamą našumo ir sąnaudų lygį. Naujausia „Windows Mobile“OS dar negavopuikus paskirstymas. Bet kuriame mobiliųjų įtaisų segmente yra juo pagrįstų įrenginių, tačiau nedidelis taikomosios programinės įrangos kiekis šiuo atveju atgraso nuo jos platinimo.
Procesorių modeliai
Šiuo atveju prieinamiausi ir mažiausiai našūs yra 1 branduolio lustai. Labiausiai paplitęs tarp jų buvo „MediaTek“MT6571. Aukštesnėje pakopoje yra ARM Cortex A7 dviejų branduolių procesoriai. Pavyzdys yra to paties gamintojo MT6572. Dar didesnį našumo lygį suteikė Quad Core ARM Cortex A7. Populiariausias šios šeimos lustas yra MT6582, kurį dabar galima rasti net pradinio lygio mobiliuosiuose dalykėliuose. Na, o aukščiausią našumo lygį užtikrino 8 branduolių centriniai procesoriai, kuriems priklausė MT6595.
Tolimesnės plėtros perspektyvos
Kol kas parduotuvių lentynose vis dar galite rasti mobiliųjų įrenginių, kurių puslaidininkinis procesorius yra pagrįstas 4X ARM Cortex A7. Tai yra MT6580, MT6582 ir Snapdragon 200. Visi šie lustai turi 4 skaičiavimo blokus ir turi puikų energijos vartojimo efektyvumo lygį. Be to, kaina šiuo atveju yra labai, labai kukli. Tačiau geriausi šios mikroprocesorinės architektūros laikai jau už nugaros. Jo pagrindu pagamintų produktų pardavimo pikas krito 2013–2014 m., kai jis praktiškai neturėjo alternatyvos mobiliųjų prietaisų rinkoje. Be to, šiuo atveju kalbame apie biudžetinius įrenginius su 1 arba 2skaičiavimo moduliai ir su pavyzdinėmis programėlėmis su 8 branduolių CPU. Šiuo metu jį palaipsniui iš rinkos išstumia „Cortex A53“, kuri iš esmės yra modifikuota 64 bitų A7 versija. Tuo pačiu metu ji visiškai ir visiškai išlaikė pagrindinius savo pirmtako pranašumus, o ateitis tikrai priklauso jai.
Ekspertų ir vartotojų nuomonė. Tikri atsiliepimai apie lustus pagal šią architektūrą. Stiprybės ir silpnybės
Be abejo, mikroprocesorinių įrenginių ARM Cortex A7 architektūros atsiradimas tapo reikšmingu įvykiu mobiliųjų įrenginių pasauliui. Geriausias to įrodymas – jo pagrindu sukurti įrenginiai sėkmingai parduodami daugiau nei 5 metus. Žinoma, dabar A7 pagrindu veikiančio procesoriaus galimybių nebepakanka net vidutinio lygio užduotims spręsti, tačiau paprasčiausias programos kodas tokiuose lustuose vis tiek sėkmingai funkcionuoja. Tokios programinės įrangos sąraše yra vaizdo įrašų atkūrimas, garso įrašų klausymas, knygų skaitymas, naršymas internete, o net patys paprasčiausi žaislai tokiu atveju prasidės be problemų. Į tai orientuojasi pirmaujantys teminiai portalai, skirti mobiliesiems įtaisams ir įrenginiams – tiek pirmaujantys tokio pobūdžio ekspertai, tiek paprasti vartotojai. Pagrindinis A7 trūkumas yra 64 bitų skaičiavimo palaikymo trūkumas. Na, o pagrindiniai jo pranašumai yra puikus energijos vartojimo efektyvumo ir našumo derinys.
Rezultatai
Aišku, ARM Cortex A7 architektūra yra visumaera mobiliųjų įrenginių pasaulyje. Būtent su jo atsiradimu mobilieji įrenginiai tapo prieinami ir gana produktyvūs. Ir vien faktas, kad jis sėkmingai parduodamas daugiau nei 5 metus, yra dar vienas to patvirtinimas. Tačiau jei iš pradžių jo pagrindu sukurti prietaisai užėmė vidutinį ir aukščiausios kokybės rinkos segmentus, dabar jiems liko tik biudžetinė klasė. Ši architektūra yra pasenusi ir palaipsniui tampa praeitimi.
