ARM inside

Усередині мобільних пристроїв - планшетів, цифрових рамок, смартфонів, телефонів, mp3-плеєрів - в більшості випадків знаходиться мікропроцесори ARM. У цій статті ближче познайомимося з ними і спробуємо розібратися з типами, родинами і архітектурою цих мікропроцесорів. Так що ця стаття не для радіолюбителів або програмування, а для більш впевненого орієнтування при виборі того чи іншого мобільного пристрою.

альтернатива Intel

Як знає кожен просунутий користувач, мікропроцесор - це головна деталь комп'ютера, це його мозок, без якого працювати він просто не зможе. Також звичайний користувач знає, що в його ПК є Intel-сумісний мікропроцесор, створений компанією Intel або AMD. І до недавнього часу Intel-сумісні процесори цих компаній були основними на споживчому ринку.

мікропроцесорна архітектура ARM - це сімейство 32-бітних мікропроцесорних ядер розробки компанії ARM Limited. Прийшов час мати більш детальне уявлення про її продукції. Хоча б для того, щоб не сильно плутатися в великій кількості типів і сімейств і ARM-сумісних мікропроцесорів.

коротка історія

Історія ARM почалася в 1978 році, коли була створена британська компанія Acorn Computers. Під маркою Acorn випускалися кілька популярних на місцевому ринку моделей персональних комп'ютерів на основі восьмибітних чіпів MOS Tech 6502. Цей чіп, до речі, стояв в перших версіях персоналок Apple.

А перші процесори сімейства ARM1 були створені Acorn Computers в 1985 році і зроблені компанією VLSI Technology. Через рік з'явилися серійні процесори під назвою ARM2.

У 1990-му році виникло спільне підприємство між Acorn Computers, Apple Inc. і VLSI Technology. Це спільне підприємство і отримало назву Advanced RISC Machines Limited (ARM Limited), яке до сих пір і розробляє однойменну процесорну архітектуру. І першим плодом цього альянсу в 1992-му році стало створення сімейства процесорів ARM6.

Слід сказати, що ARM Limited, на відміну від Intel і AMD , Не випускають готових мікропроцесорів. Альянс розробляє тільки архітектуру мікроядра, а також супутній інструментарій - компілятори, засоби налагодження. Для виробництва готових чіпів ARM Limited ліцензує архітектуру стороннім виробникам. І на поточний момент чіпи ARM випускає дуже велика кількість виробників електроніки : Analog Devices, Atmel, Xilinx, Altera, Cirrus Logic, Marvell, NXP, Samsung, MediaTek , MStar, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia і ін.

особливості архітектури

Формально мікропроцесори ARM побудовані на основі RISC-архітектури (Reduced Instruction Set Computing), заснованої на скороченому наборі команд. Альтернативою RISC-архітектурі є CISC-процесори (Complex instruction set computing) зі складними наборами команд, основним представником яких є процесори Intel.

Не вдаючись в технологічні деталі, потрібно сказати, що метою CISC-архітектури є в першу чергу висока потужність і функціональність. Відповідно і платою за це є обов'язкова наявність до тих же процесорам Intel вентиляторів і систем охолодження з красивими назвами, як, наприклад, "Сибір", " Антарктида ".

А RISC-архітектура ARM не відрізняється високою швидкодією. Зате вона дуже економічна в енергетичному плані. ARM Limited не прагне напхати свої мікропроцесори великою кількістю функціональних модулів, і компанія не дотримується горезвісного закону Мура про обов'язкове щорічне примноженні потужності чіпів. В цьому відношенні енергоефективність процесорів ARM відмінно підходить для портативних рішень - починаючи з MP3-плеєрів і закінчуючи планшетами, де саме енергоспоживання є дуже важливою характеристикою.

Якщо говорити про функціональні особливості процесорів ARM, то і у них є свої власні технології, на зразок SSE і MMX в процесорах Intel.

• Режим Thumb - в цьому режимі процесор виконує альтернативний набір 16-бітових команд, що дозволяє розміщувати більшу кількість інструкції в менший обсяг пам'яті в порівнянні з 32-бітовим набір команд;
• Розширення команд SIMD використовується для збільшення швидкості обробки аудіо та відео в додатках, що працюють на малопотужних платформах;
• Технологія Jazelle дозволяє виконуватися байт-коду Java прямо в архітектурі процесора;
• Технологія Intelligent Energy Manager (IEM) додатково збільшує енергозбереження на 25-50% в залежності від виконуваної завдання;
• Технологія TrustZone - це апаратна технологія, призначена для захисту пам'яті пристрою від критичних збоїв.

Останні версії мікропроцесорів ARM стали багатоядерними. Технологічний процес створення чіпів ARM освоєний на рівні 28-нанометрового техпроцесу. І в плані потужності сучасні передові процесори ARM досягли частоти понад 2 ГГц. Також готуються і 64-бітові процесори ARM для серверів.

Сімейства, архітектури, версії ядра

Історично процесори ARM діляться на сім архітектур, починаючи з найпершої ARMv1 і закінчуючи самою останньою ARMv7. Кожна архітектура може поділятися на кілька сімейств. Найбільш значущими родинами є: ARM7, ARM9, ARM11 і Cortex. А найсучаснішими є сімейства ARM11 і Cortex. Починаючи з архітектури ARMv7, процесори мають 3 профілю: "A" (application) - процесори додатків, "R" (real time) - контролери реального часу, "M" (microcontroller) - мікроконтролери.

У таблиці представлено відповідність сімейств архитектурам.

Тобто, читаючи огляди про мобільні пристрої, слід пам'ятати, що сімейство ARM7 - це зовсім не те ж саме, що і архітектура ARMv7.

І це ще не все. Кожна архітектура може мати кілька різновидів ядер. Так, наприклад, на поточний момент часу сімейство процесорів ARM Cortex архітектури ARMv7 має модифікації: Cortex-A5, Cortex-A8, Cortex-A9.

Самою останньою новинкою є мікропроцесорний ядро ​​Cortex-A9. Однак вже анонсовані процесори наступного покоління Cortex-A15. Як обіцяє компанія ARM Limited, процесори на основі Cortex-A15 можуть бути одноядерними, двоядерними і навіть чотирьохядерними. Вже протягом цього 2012 очікується поява пристроїв з цими мікропроцесорами.

Особливо хочеться відзначити появу вже в найближчому майбутньому мікропроцесора Cortex-A7, який є оптимізованим, бюджетним варіантом Cortex-A15. Він буде призначений для недорогих пристроїв, але при цьому, не дивлячись на менший номер версії, він буде значно потужніше, ніж вже наявний Cortex-A8.

Тобто, як бачимо, певна плутанина з нумерацією в лінійці процесорів ARM з номерами все-таки присутня. І її можуть використовувати не сумлінні маркетологи.

реалізації

І знову ж таки нагадаємо, що процесори на основі всіх перерахованих вище сімейств, архітектур і ядер роблять інші кампанії, а не ARM Limited. Відповідно реалізації однієї і тієї ж архітектури можуть у різних виробників відрізнятися і за потужністю, і за процесом виготовлення.

Також у кожного виробника процесори однієї і тієї ж архітектури ARM можуть відрізнятися додатковою функціональністю і периферією - графічним ядром, сопроцессором декодування відео, модулями GSM, WiFi, Bluetooth, GPS і ще багато чим. Така "обв'язування" мікропроцесорного ядра периферією на одному кристалі називається системою на кристалі SoC. Практично всі реалізації процесорів ARM Cortex профілю "application" - це SoC-процесори.

І, відповідно, кожен виробник може мати своє маркування і назви ARM-сумісних процесорів. Для прикладу, процесори Apple A5, які використовуються в останніх моделях iPad, - це SoC-система з ядром ARM Cortex-A9. Виробляє Apple A5 компанія Samsung.

Я, користуючись нагодою, хотів би нагадати новина про ще одну вельми цікаву новинку. У січні цього року китайська компанія MediaTek представила свій новий процесор МТК6575. Любителі "Китайфон", статті яких є і на сайті "КВ", повинні добре знати серію MTK. Процесори MediaTek є недорогими, і саме вони найчастіше використовуються в "Китайфон".

МТК6575 - це SoC-процесор архітектури ARM Cortex-9, аналогічний Apple A5. Процесор МТК6575 володіє дуже непоганими показниками і периферією: частота 1 ГГц, модем HSPA + 21/11 Mbps, 3D-графіка SGX 531, відео 720P 30fps. "Китайфон" з цим процесором любителі очікують вже цієї весни.

висновок

Таким ось чином, тихо і непомітно, мікропроцесори ARM Limited захопили весь мобільний світ. Мало того, вони починають експансію і в інші сектори комп'ютерного обладнання. Навіть Microsoft буде випускати наступну версію Windows 8 в тому числі і для архітектури ARM. Правда, особливості розробки та виробництва процесорів ARM привели до досить громіздкою системі архітектур, сімейств, підвидів ядер і конкретних реалізацій, в яких нескладно і заплутатися.

Михайло АСТАПЧІК