Αυτό το άρθρο θα συζητήσει την αρχιτεκτονική του επεξεργαστή ARM Cortex A7. Τα προϊόντα ημιαγωγών που βασίζονται σε αυτό βρίσκονται σε smartphone, δρομολογητές, tablet PC και άλλες κινητές συσκευές, όπου μέχρι πρόσφατα κατείχε ηγετική θέση σε αυτό το τμήμα της αγοράς. Τώρα σταδιακά αντικαθίσταται από νεότερες και πιο φρέσκες λύσεις επεξεργαστών.
Σύντομες πληροφορίες για το ARM
Η ιστορία της ARM ξεκίνησε το 1990 όταν ιδρύθηκε από τον Robin Saxby. Η βάση για τη δημιουργία του ήταν μια νέα αρχιτεκτονική μικροεπεξεργαστή. Εάν πριν από αυτό, η δεσπόζουσα θέση στην αγορά της CPU καταλάμβανε η x86 ή η CISC, τότε μετά τη σύσταση αυτής της εταιρείας, εμφανίστηκε μια άξια εναλλακτική με τη μορφή RISC. Στην πρώτη περίπτωση, η εκτέλεση του κώδικα προγράμματος μειώθηκε σε 4 στάδια:
- Λάβετε οδηγίες μηχανήματος.
- Εκτέλεση μετατροπής μικροκώδικα.
- Λήψη μικροοδηγιών.
- Βήμα-βήμα εκτέλεση μικροεντολών.
Η κύρια ιδέα της αρχιτεκτονικής RISΣ ήταν ότι η επεξεργασία του κώδικα προγράμματος μπορεί να μειωθεί σε 2 στάδια:
- Λάβετε οδηγίες RISC.
- Επεξεργασία οδηγιών RISC.
Τόσο στην πρώτη όσο και στη δεύτερη περίπτωση υπάρχουν και θετικά και σημαντικά μειονεκτήματα. Το x86 κατέκτησε με επιτυχία την αγορά των υπολογιστών και το RISC (συμπεριλαμβανομένου του ARM Cortex A7, που παρουσιάστηκε το 2011) - την αγορά κινητών συσκευών.
Η ιστορία της εμφάνισης της αρχιτεκτονικής Cortex A7. Βασικά χαρακτηριστικά
Το Cortex A8 χρησίμευσε ως βάση για το Cortex A7. Η κύρια ιδέα των προγραμματιστών σε αυτήν την περίπτωση ήταν να αυξήσουν την απόδοση και να βελτιώσουν σημαντικά την ενεργειακή απόδοση της λύσης επεξεργαστή. Αυτό συνέβη τελικά στους μηχανικούς της ARM. Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό σε αυτή την περίπτωση ήταν ότι κατέστη δυνατή η δημιουργία CPU με τεχνολογία big. LITTLE. Δηλαδή, ένας κρύσταλλος ημιαγωγών θα μπορούσε να περιλαμβάνει 2 υπολογιστικές μονάδες. Ένα από αυτά στόχευε στην επίλυση των απλούστερων εργασιών με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας και, κατά κανόνα, οι πυρήνες Cortex A7 ενήργησαν σε αυτόν τον ρόλο. Το δεύτερο σχεδιάστηκε για να τρέχει το πιο περίπλοκο λογισμικό και βασίστηκε στις υπολογιστικές μονάδες Cortex A15 ή Cortex A17. Επίσημα, το "Cortex A7" παρουσιάστηκε, όπως σημειώθηκε νωρίτερα, το 2011. Λοιπόν, ο πρώτος επεξεργαστής ARM Cortex A7 κυκλοφόρησε ένα χρόνο αργότερα, δηλαδή το 2012.
Τεχνολογία παραγωγής
ΑρχικάΤα προϊόντα ημιαγωγών με βάση το A7 παρήχθησαν σύμφωνα με τα τεχνολογικά πρότυπα των 65 nm. Τώρα αυτή η τεχνολογία είναι απελπιστικά ξεπερασμένη. Στη συνέχεια, κυκλοφόρησαν δύο ακόμη γενιές επεξεργαστών A7 σύμφωνα με πρότυπα ανοχής 40 nm και 32 nm. Τώρα όμως έχουν γίνει άσχετοι. Τα πιο πρόσφατα μοντέλα CPU που βασίζονται σε αυτήν την αρχιτεκτονική έχουν ήδη κατασκευαστεί σύμφωνα με τα πρότυπα 28 nm και είναι αυτά που μπορούν ακόμα να βρεθούν στην πώληση. Μια περαιτέρω μετάβαση σε νεότερες τεχνολογικές διεργασίες με νέα πρότυπα ανοχής και ξεπερασμένη αρχιτεκτονική είναι δύσκολο να αναμένεται. Τα τσιπ που βασίζονται στο A7 καταλαμβάνουν πλέον το πιο οικονομικό τμήμα της αγοράς κινητών συσκευών και σταδιακά αντικαθίστανται από gadget που βασίζονται στο A53, το οποίο, με σχεδόν τις ίδιες παραμέτρους ενεργειακής απόδοσης, έχει υψηλότερο επίπεδο απόδοσης.
Αρχιτεκτονική του πυρήνα μικροεπεξεργαστή
1, 2, 4 ή 8 πυρήνες μπορούν να αποτελούν μέρος μιας CPU που βασίζεται σε ARM Cortex A7. Τα χαρακτηριστικά των επεξεργαστών στην τελευταία περίπτωση δείχνουν ότι το τσιπ αποτελείται ουσιαστικά από 2 συμπλέγματα των 4 πυρήνων. Για 2-3 χρόνια, τα προϊόντα επεξεργαστή αρχικού επιπέδου βασίζονταν σε τσιπ με 1 ή 2 υπολογιστικές μονάδες. Το μεσαίο επίπεδο καταλήφθηκε από λύσεις 4 πυρήνων. Λοιπόν, το τμήμα premium βρισκόταν πίσω από μάρκες 8 πυρήνων. Κάθε πυρήνας μικροεπεξεργαστή που βασίζεται σε αυτήν την αρχιτεκτονική περιλάμβανε τις ακόλουθες ενότητες:
- Μονάδα κινητής υποδιαστολής (FPU).
- Επίπεδο μετρητών 1.
- Μπλοκ NEON για βελτιστοποίηση CPU.
- ARMv7 υπολογιστική μονάδα.
Υπήρχαν επίσης τα ακόλουθα κοινάστοιχεία για όλους τους πυρήνες της CPU:
- Μετρητά L2.
- Μονάδα ελέγχου πυρήνα CoreSight.
-
ελεγκτής διαύλου δεδομένων AMBA με χωρητικότητα 128 bit.
Πιθανές συχνότητες
Η μέγιστη συχνότητα ρολογιού για αυτήν την αρχιτεκτονική μικροεπεξεργαστή μπορεί να κυμαίνεται από 600 MHz έως 3 GHz. Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι αυτή η παράμετρος, η οποία υποδεικνύει τη μέγιστη επίδραση στην απόδοση του υπολογιστικού συστήματος, ποικίλλει. Επιπλέον, η συχνότητα επηρεάζεται από τρεις παράγοντες ταυτόχρονα:
- Το επίπεδο πολυπλοκότητας του προβλήματος που επιλύεται.
- Βαθμός βελτιστοποίησης λογισμικού για πολλαπλές νήματα.
- Τρέχουσα τιμή θερμοκρασίας κρυστάλλων ημιαγωγών.
Σε παράδειγμα, λάβετε υπόψη τον αλγόριθμο του τσιπ MT6582, ο οποίος βασίζεται στο A7 και περιλαμβάνει 4 υπολογιστικές μονάδες, η συχνότητα των οποίων κυμαίνεται από 600 MHz έως 1,3 GHz. Σε κατάσταση αδράνειας, αυτή η συσκευή επεξεργαστή μπορεί να έχει μόνο μία μονάδα υπολογισμού και λειτουργεί στη χαμηλότερη δυνατή συχνότητα των 600 MHz. Μια παρόμοια κατάσταση θα συμβεί όταν εκκινηθεί μια απλή εφαρμογή σε ένα gadget για κινητά. Όταν όμως εμφανίζεται στη λίστα εργασιών ένα παιχνίδι έντασης πόρων με βελτιστοποίηση πολλαπλών νημάτων, και τα 4 μπλοκ επεξεργασίας κώδικα προγράμματος σε συχνότητα 1,3 GHz θα αρχίσουν να λειτουργούν αυτόματα. Καθώς η CPU θερμαίνεται, οι πιο ζεστοί πυρήνες θα μειώσουν την τιμή της συχνότητας ή ακόμη καισβήνω. Αφενός, αυτή η προσέγγιση παρέχει ενεργειακή απόδοση και, αφετέρου, ένα αποδεκτό επίπεδο απόδοσης τσιπ.
Cache
Μόνο 2 επίπεδα κρυφής μνήμης παρέχονται στο ARM Cortex A7. Τα χαρακτηριστικά του κρυστάλλου ημιαγωγών, με τη σειρά τους, υποδεικνύουν ότι το πρώτο επίπεδο χωρίζεται απαραίτητα σε 2 ίσα μισά. Ένα από αυτά πρέπει να αποθηκεύει δεδομένα και το άλλο - οδηγίες. Το συνολικό μέγεθος της κρυφής μνήμης στο 1ο επίπεδο σύμφωνα με τις προδιαγραφές μπορεί να είναι ίσο με 64 KB. Ως αποτέλεσμα, παίρνουμε 32 KB για δεδομένα και 32 KB για κώδικα. Η κρυφή μνήμη 2ου επιπέδου σε αυτήν την περίπτωση θα εξαρτηθεί από το συγκεκριμένο μοντέλο CPU. Ο μικρότερος όγκος του μπορεί να είναι ίσος με 0 MB (δηλαδή απουσιάζει) και ο μεγαλύτερος - 4 MB.
Ελεγκτής RAM. Χαρακτηριστικά
Ο ενσωματωμένος ελεγκτής RAM συνοδεύεται από οποιονδήποτε επεξεργαστή ARM Cortex A7. Τα χαρακτηριστικά του τεχνικού σχεδίου υποδεικνύουν ότι επικεντρώνεται στην εργασία σε συνδυασμό με τη μνήμη RAM LPDDR3. Οι συνιστώμενες συχνότητες λειτουργίας της μνήμης RAM σε αυτήν την περίπτωση είναι 1066 MHz ή 1333 MHz. Το μέγιστο μέγεθος RAM που μπορεί να βρεθεί στην πράξη για αυτό το μοντέλο chip είναι 2 GB.
Ενσωματωμένα γραφικά
Όπως αναμενόταν, αυτές οι συσκευές μικροεπεξεργαστή διαθέτουν ενσωματωμένο υποσύστημα γραφικών. Η ARM συνιστά τη χρήση της δικής της κάρτας γραφικών Mali-400MP2 με αυτήν τη CPU. Αλλά η απόδοσή του συχνά δεν είναι αρκετή για να ξεκλειδώσει τις δυνατότητεςσυσκευή μικροεπεξεργαστή. Επομένως, οι σχεδιαστές τσιπ χρησιμοποιούν πιο αποτελεσματικούς προσαρμογείς σε συνδυασμό με αυτό το τσιπ, για παράδειγμα, Power VR6200.
Λειτουργίες λογισμικού
Τρία είδη λειτουργικών συστημάτων στοχεύουν επεξεργαστές ARM:
- Android από τον γίγαντα αναζήτησης Google.
- iOS από την APPLE.
- Windows Mobile από τη Microsoft.
Όλο το άλλο λογισμικό συστήματος δεν έχει λάβει ακόμη μεγάλη διανομή. Το μεγαλύτερο μερίδιο αγοράς τέτοιου λογισμικού, όπως μπορείτε να μαντέψετε, καταλαμβάνεται από το Android. Αυτό το σύστημα έχει μια απλή και διαισθητική διεπαφή και οι συσκευές εισαγωγικού επιπέδου που βασίζονται σε αυτό είναι πολύ, πολύ προσιτές. Μέχρι την έκδοση 4.4 συμπεριλαμβανομένης, ήταν 32 bit και από την 5.0 άρχισε να υποστηρίζει υπολογισμούς 64 bit. Αυτό το λειτουργικό σύστημα εκτελείται με επιτυχία σε οποιαδήποτε οικογένεια επεξεργαστών RISC, συμπεριλαμβανομένου του ARM Cortex A7. Το μενού μηχανικής είναι ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό αυτού του λογισμικού συστήματος. Με τη βοήθειά του, μπορείτε να ρυθμίσετε σημαντικά τις δυνατότητες του λειτουργικού συστήματος. Μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση σε αυτό το μενού χρησιμοποιώντας έναν κωδικό που είναι ξεχωριστός για κάθε μοντέλο CPU.
Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό αυτού του λειτουργικού συστήματος είναι η αυτόματη εγκατάσταση όλων των πιθανών ενημερώσεων. Επομένως, ακόμη και νέα χαρακτηριστικά μπορεί να εμφανιστούν στα τσιπ της οικογένειας ARM Cortex A7. Το υλικολογισμικό μπορεί να τα προσθέσει. Το δεύτερο σύστημα απευθύνεται σε κινητά gadget της APPLE. Τέτοιες συσκευές καταλαμβάνουν κυρίως την κατηγορία premium και έχουν αντίστοιχα επίπεδα απόδοσης και κόστους. Το πιο πρόσφατο λειτουργικό σύστημα στο πρόσωπο των Windows Mobile δεν έχει λάβει ακόμημεγάλη διανομή. Υπάρχουν συσκευές που βασίζονται σε αυτό σε οποιοδήποτε τμήμα των κινητών gadget, αλλά μια μικρή ποσότητα λογισμικού εφαρμογών σε αυτήν την περίπτωση είναι αποτρεπτικός παράγοντας για τη διανομή του.
Μοντέλα επεξεργαστή
Τα πιο προσιτά και λιγότερο παραγωγικά σε αυτήν την περίπτωση είναι οι μάρκες ενός πυρήνα. Το πιο διαδεδομένο μεταξύ αυτών ήταν το MT6571 από την MediaTek. Σε μια εγκοπή βρίσκονται οι επεξεργαστές διπλού πυρήνα ARM Cortex A7. Ένα παράδειγμα είναι το MT6572 του ίδιου κατασκευαστή. Ένα ακόμη μεγαλύτερο επίπεδο απόδοσης παρείχε το Quad Core ARM Cortex A7. Το πιο δημοφιλές τσιπ αυτής της οικογένειας είναι το MT6582, το οποίο τώρα μπορεί να βρεθεί ακόμη και σε συσκευές κινητής τηλεφωνίας αρχικού επιπέδου. Λοιπόν, το υψηλότερο επίπεδο απόδοσης παρείχαν κεντρικοί επεξεργαστές 8 πυρήνων, στους οποίους ανήκε ο MT6595.
Περαιτέρω προοπτικές ανάπτυξης
Μέχρι στιγμής μπορείτε ακόμα να βρείτε κινητές συσκευές στα ράφια των καταστημάτων που βασίζονται σε μια συσκευή ημιαγωγού επεξεργαστή που βασίζεται στο 4X ARM Cortex A7. Αυτά είναι τα MT6580, MT6582 και Snapdragon 200. Όλα αυτά τα τσιπ περιλαμβάνουν 4 υπολογιστικές μονάδες και έχουν εξαιρετικό επίπεδο ενεργειακής απόδοσης. Επίσης, το κόστος σε αυτή την περίπτωση είναι πολύ, πολύ μέτριο. Ωστόσο, οι καλύτερες εποχές αυτής της αρχιτεκτονικής μικροεπεξεργαστή είναι πίσω μας. Η κορύφωση των πωλήσεων προϊόντων που βασίστηκαν σε αυτό έπεσε το 2013-2014, όταν πρακτικά δεν είχε καμία εναλλακτική στην αγορά κινητών gadget. Επιπλέον, σε αυτή την περίπτωση μιλάμε για συσκευές προϋπολογισμού με 1 ή 2υπολογιστικές μονάδες και με κορυφαία gadgets με CPU 8 πυρήνων. Αυτή τη στιγμή, σταδιακά απομακρύνεται από την αγορά από το Cortex A53, το οποίο είναι ουσιαστικά μια τροποποιημένη έκδοση 64-bit του A7. Ταυτόχρονα, διατήρησε τα κύρια πλεονεκτήματα του προκατόχου της εντελώς και πλήρως και το μέλλον είναι σίγουρα δικό της.
Γνώμη ειδικών και χρηστών. Πραγματικές κριτικές σχετικά με τις μάρκες που βασίζονται σε αυτήν την αρχιτεκτονική. Δυνατά και αδύναμα σημεία
Σίγουρα, η εμφάνιση της αρχιτεκτονικής ARM Cortex A7 συσκευών μικροεπεξεργαστή έχει γίνει ένα σημαντικό γεγονός για τον κόσμο των κινητών συσκευών. Η καλύτερη απόδειξη αυτού είναι ότι οι συσκευές που βασίζονται σε αυτό πωλούνται με επιτυχία για περισσότερα από 5 χρόνια. Φυσικά, τώρα οι δυνατότητες της CPU που βασίζεται σε A7 δεν επαρκούν πλέον ούτε για την επίλυση εργασιών μεσαίου επιπέδου, αλλά ο απλούστερος κώδικας προγράμματος σε τέτοια τσιπ εξακολουθεί να λειτουργεί με επιτυχία. Η λίστα τέτοιων λογισμικών περιλαμβάνει αναπαραγωγή βίντεο, ακρόαση ηχογραφήσεων, ανάγνωση βιβλίων, σερφάρισμα στο διαδίκτυο και ακόμη και τα πιο απλά παιχνίδια σε αυτήν την περίπτωση θα ξεκινήσουν χωρίς προβλήματα. Σε αυτό επικεντρώνονται οι κορυφαίες θεματικές πύλες που είναι αφιερωμένες σε κινητά gadget και συσκευές, τόσο κορυφαίοι ειδικοί αυτού του είδους όσο και απλοί χρήστες. Το βασικό μειονέκτημα του A7 είναι η έλλειψη υποστήριξης για υπολογιστές 64-bit. Λοιπόν, τα κύρια πλεονεκτήματά του περιλαμβάνουν τον τέλειο συνδυασμό ενεργειακής απόδοσης και απόδοσης.
Αποτελέσματα
Σίγουρα, η αρχιτεκτονική ARM Cortex A7 είναι ένα σύνολοεποχή στον κόσμο των φορητών συσκευών. Ήταν με την έλευση του που οι φορητές συσκευές έγιναν προσιτές και αρκετά παραγωγικές. Και μόνο το γεγονός ότι πωλείται με επιτυχία για περισσότερα από 5 χρόνια είναι μια άλλη επιβεβαίωση αυτού. Αλλά αν στην αρχή τα gadgets που βασίζονταν σε αυτό καταλάμβαναν τα μεσαία και premium τμήματα της αγοράς, τώρα τους μένει μόνο η κατηγορία του προϋπολογισμού. Αυτή η αρχιτεκτονική είναι ξεπερασμένη και σταδιακά γίνεται παρελθόν.
