Ta članek bo obravnaval arhitekturo procesorja ARM Cortex A7. Polprevodniške izdelke, ki temeljijo na njem, najdemo v pametnih telefonih, usmerjevalnikih, tabličnih računalnikih in drugih mobilnih napravah, kjer je bil do nedavnega vodilni položaj v tem tržnem segmentu. Zdaj ga postopoma nadomeščajo novejše in sveže procesorske rešitve.
Kratke informacije o ARM
Zgodovina podjetja ARM se je začela leta 1990, ko ga je ustanovil Robin Saxby. Osnova za njegovo ustvarjanje je bila nova mikroprocesorska arhitektura. Če je pred tem prevladujoč položaj na trgu CPU zasedal x86 ali CISC, se je po ustanovitvi tega podjetja pojavila vredna alternativa v obliki RISC. V prvem primeru je bila izvedba programske kode zmanjšana na 4 stopnje:
- Pridobite navodila za stroj.
- Izvajanje pretvorbe mikrokode.
- Pridobivanje mikronavodil.
- Izvajanje mikronavodil po korakih.
Glavna ideja arhitekture RISС je bila, da se lahko obdelava programske kode zmanjša na 2 stopnji:
- Pridobite navodila za RISC.
- Obdelava navodil RISC.
Tako v prvem kot v drugem primeru obstajajo tako prednosti kot pomembne pomanjkljivosti. x86 je uspešno osvojil trg računalnikov, RISC (vključno z ARM Cortex A7, predstavljenim leta 2011) pa trg mobilnih naprav.
Zgodovina pojava arhitekture Cortex A7. Ključne značilnosti
Cortex A8 je služil kot osnova za Cortex A7. Glavna ideja razvijalcev v tem primeru je bila povečati zmogljivost in znatno izboljšati energetsko učinkovitost procesorske rešitve. To se je na koncu zgodilo inženirjem pri ARM. Druga pomembna značilnost v tem primeru je bila, da je postalo mogoče ustvariti CPU s tehnologijo big. LITTLE. To pomeni, da lahko polprevodniški kristal vključuje 2 računalniška modula. Eden od njih je bil namenjen reševanju najpreprostejših nalog z minimalno porabo energije in v tej vlogi so praviloma delovala jedra Cortex A7. Drugi je bil zasnovan za izvajanje najbolj zapletene programske opreme in je temeljil na računalniških enotah Cortex A15 ali Cortex A17. Uradno je bil "Cortex A7", kot smo že omenili, predstavljen leta 2011. No, prvi procesor ARM Cortex A7 je izšel leto pozneje, torej leta 2012.
Proizvodna tehnologija
Na začetkupolprevodniški izdelki na osnovi A7 so bili izdelani po tehnoloških standardih 65 nm. Zdaj je ta tehnologija brezupno zastarela. Kasneje sta bili izdani še dve generaciji procesorjev A7 v skladu s tolerančnimi standardi 40 nm in 32 nm. Zdaj pa so postali nepomembni. Najnovejši modeli procesorjev, ki temeljijo na tej arhitekturi, so že izdelani po 28 nm standardih in jih je še vedno mogoče najti v prodaji. Nadaljnjega prehoda na novejše tehnološke procese z novimi tolerančnimi standardi in zastarelo arhitekturo je težko pričakovati. Čipi na osnovi A7 zdaj zasedajo najbolj proračunski segment trga mobilnih naprav in jih postopoma nadomeščajo pripomočki na osnovi A53, ki ima s skoraj enakimi parametri energetske učinkovitosti višjo raven zmogljivosti.
Arhitektura jedra mikroprocesorja
1, 2, 4 ali 8 jeder je lahko del procesorja, ki temelji na ARM Cortex A7. Značilnosti procesorjev v zadnjem primeru kažejo, da je čip v bistvu sestavljen iz 2 grozdov po 4 jedra. 2-3 leta so začetni procesorski izdelki temeljili na čipih z 1 ali 2 računalniškim moduloma. Srednji nivo so zasedle 4-jedrne rešitve. No, premium segment je bil za 8-jedrnimi čipi. Vsako mikroprocesorsko jedro, ki temelji na tej arhitekturi, je vključevalo naslednje module:
- Enota s plavajočo vejico (FPU).
- 1. stopnja gotovine.
- NEON blok za optimizacijo CPU-ja.
- računalniški modul ARMv7.
Bili so tudi naslednji skupnikomponente za vsa jedra v CPU:
- Gotovina L2.
- CoreSight core krmilna enota.
- Krmilnik podatkovnega vodila AMBA s 128-bitno zmogljivostjo.
Možne frekvence
Največja taktna frekvenca za to arhitekturo mikroprocesorja se lahko giblje od 600 MHz do 3 GHz. Prav tako je treba opozoriti, da se ta parameter, ki kaže največji vpliv na zmogljivost računalniškega sistema, razlikuje. Poleg tega na pogostost vplivajo trije dejavniki hkrati:
- Raven kompleksnosti problema, ki se rešuje.
- Stopnja optimizacije programske opreme za večnitnost.
- Trenutna vrednost temperature polprevodniškega kristala.
Za primer si oglejte algoritem čipa MT6582, ki temelji na A7 in vključuje 4 računalniške enote, katerih frekvenca se giblje od 600 MHz do 1,3 GHz. V načinu mirovanja ima ta procesorska naprava lahko samo eno računsko enoto in deluje na najnižji možni frekvenci 600 MHz. Podobna situacija se bo zgodila, ko se na mobilnem pripomočku zažene preprosta aplikacija. Ko pa se na seznamu nalog pojavi igračka z veliko porabo virov z optimizacijo za večnitnost, bodo vsi 4 bloki obdelave programske kode pri frekvenci 1,3 GHz samodejno začeli delovati. Ko se CPU segreje, bodo najbolj vroča jedra znižala vrednost frekvence ali celougasni. Po eni strani ta pristop zagotavlja energetsko učinkovitost, po drugi strani pa sprejemljivo raven zmogljivosti čipa.
Predpomnilnik
V ARM Cortex A7 sta na voljo samo 2 ravni predpomnilnika. Značilnosti polprevodniškega kristala pa kažejo, da je prva raven nujno razdeljena na 2 enaki polovici. Eden od njih naj hrani podatke, drugi pa navodila. Skupna velikost predpomnilnika na 1. ravni po specifikacijah je lahko enaka 64 KB. Kot rezultat dobimo 32 KB za podatke in 32 KB za kodo Predpomnilnik 2. stopnje bo v tem primeru odvisen od specifičnega modela CPE. Njegov najmanjši obseg je lahko enak 0 MB (to je odsoten), največji pa 4 MB.
krmilnik RAM-a. Lastnosti
Vgrajeni krmilnik RAM-a je na voljo s katerim koli procesorjem ARM Cortex A7. Značilnosti tehničnega načrta kažejo, da je osredotočen na delo v povezavi z RAM-om LPDDR3. Priporočene delovne frekvence RAM-a v tem primeru so 1066 MHz ali 1333 MHz. Največja velikost RAM-a, ki jo lahko najdemo v praksi za ta model čipa, je 2 GB.
Integrirana grafika
Kot je bilo pričakovano, imajo te mikroprocesorske naprave vgrajen grafični podsistem. ARM priporoča uporabo lastne grafične kartice Mali-400MP2 s tem CPU-jem. Toda njegova zmogljivost pogosto ni dovolj za sprostitev potencialamikroprocesorska naprava. Zato oblikovalci čipov uporabljajo učinkovitejše adapterje v kombinaciji s tem čipom, na primer Power VR6200.
Programske funkcije
Tri vrste operacijskih sistemov ciljajo na procesorje ARM:
- Android iz iskalnega velikana Google.
- iOS od APPLE.
- Microsoft Windows Mobile.
Vsa druga sistemska programska oprema še ni prejela veliko distribucije. Največji tržni delež tovrstne programske opreme, kot morda ugibate, zaseda Android. Ta sistem ima preprost in intuitiven vmesnik, začetne naprave, ki temeljijo na njem, pa so zelo, zelo dostopne. Do vključno različice 4.4 je bil 32-bitni, od 5.0 pa je začel podpirati 64-bitne izračune. Ta operacijski sistem uspešno deluje na kateri koli družini procesorjev RISC, vključno z ARM Cortex A7. Inženirski meni je še ena pomembna značilnost te sistemske programske opreme. Z njegovo pomočjo lahko znatno ponovno konfigurirate zmogljivosti OS. Dostop do tega menija je mogoče dobiti s kodo, ki je individualna za vsak model CPE.
Druga pomembna značilnost tega OS je avtomatska namestitev vseh možnih posodobitev. Zato se lahko na čipih družine ARM Cortex A7 pojavijo celo nove funkcije. Vdelana programska oprema jih lahko doda. Drugi sistem je namenjen mobilnim pripomočkom APPLE. Takšne naprave večinoma zasedajo premium segment in imajo ustrezne ravni zmogljivosti in stroškov. Najnovejši OS v obrazu Windows Mobile še ni prejelodlična distribucija. Naprave, ki temeljijo na njem, obstajajo v katerem koli segmentu mobilnih pripomočkov, vendar majhna količina aplikacijske programske opreme v tem primeru odvrača od njene distribucije.
Procesorski modeli
Najugodnejši in najmanj produktivni v tem primeru so 1-jedrni čipi. Najbolj razširjen med njimi je bil MT6571 družbe MediaTek. Še višje so dvojedrni procesorji ARM Cortex A7. Primer je MT6572 istega proizvajalca. Še višjo raven zmogljivosti je zagotovil Quad Core ARM Cortex A7. Najbolj priljubljen čip iz te družine je MT6582, ki ga je zdaj mogoče najti celo v začetnih mobilnih pripomočkih. No, za najvišjo raven zmogljivosti so poskrbeli 8-jedrni osrednji procesorji, ki jim je pripadal MT6595.
Možnosti nadaljnjega razvoja
Zaenkrat lahko na policah trgovin še vedno najdete mobilne naprave, ki temeljijo na polprevodniški procesorski napravi, ki temelji na 4X ARM Cortex A7. To so MT6580, MT6582 in Snapdragon 200. Vsi ti čipi vključujejo 4 računalniške enote in imajo odlično raven energetske učinkovitosti. Tudi stroški v tem primeru so zelo, zelo skromni. A vseeno so najboljši časi te mikroprocesorske arhitekture za nami. Vrhunec prodaje izdelkov, ki temeljijo na njem, je padel na obdobje 2013-2014, ko na trgu mobilnih pripomočkov praktično ni imel alternative. Poleg tega v tem primeru govorimo o proračunskih napravah z 1 ali 2računalniških modulov in z vodilnimi pripomočki z 8-jedrnim CPU. Trenutno ga s trga postopoma izriva Cortex A53, ki je v bistvu spremenjena 64-bitna različica A7. Hkrati je v celoti in v celoti ohranila glavne prednosti predhodnice, prihodnost pa je zagotovo njena.
Mnenje strokovnjakov in uporabnikov. Resnične ocene o čipih, ki temeljijo na tej arhitekturi. Prednosti in slabosti
Zagotovo je pojav arhitekture ARM Cortex A7 mikroprocesorskih naprav postal pomemben dogodek za svet mobilnih naprav. Najboljši dokaz za to je, da se naprave, ki temeljijo na njej, uspešno prodajajo že več kot 5 let. Seveda zdaj zmogljivosti procesorja, ki temelji na A7, ne zadoščajo več niti za reševanje nalog srednje ravni, a najpreprostejša programska koda na takšnih čipih še vedno uspešno deluje. Seznam tovrstne programske opreme vključuje predvajanje videa, poslušanje zvočnih posnetkov, branje knjig, brskanje po spletu in tudi najpreprostejše igrače se bodo v tem primeru zagnale brez težav. Na to se osredotočajo vodilni tematski portali, namenjeni mobilnim pripomočkom in napravam, tako vodilni tovrstni strokovnjaki kot običajni uporabniki. Ključna pomanjkljivost A7 je pomanjkanje podpore za 64-bitno računalništvo. No, njegove glavne prednosti vključujejo popolno kombinacijo energetske učinkovitosti in zmogljivosti.
Rezultati
Zagotovo je arhitektura ARM Cortex A7 celotaobdobje v svetu mobilnih naprav. Z njegovim prihodom so mobilne naprave postale cenovno dostopne in precej produktivne. In samo dejstvo, da se uspešno prodaja že več kot 5 let, je še ena potrditev tega. Toda če so sprva pripomočki, ki temeljijo na njej, zasedli srednji in premium segment trga, jim je zdaj ostal le proračunski razred. Ta arhitektura je zastarela in postopoma postaja stvar preteklosti.
