Бұл мақалада ARM Cortex A7 процессорының архитектурасы талқыланады. Оның негізіндегі жартылай өткізгіш өнімдерді смартфондарда, маршрутизаторларда, планшеттік компьютерлерде және басқа да мобильді құрылғыларда табуға болады, олар жақында нарықтың осы сегментінде жетекші орынға ие болды. Енді ол біртіндеп жаңарақ және жаңарақ процессорлық шешімдермен ауыстырылуда.
ARM туралы қысқаша ақпарат
ARM тарихы 1990 жылы Робин Саксби негізін қалаған кезде басталды. Оны құрудың негізі жаңа микропроцессорлық архитектура болды. Егер бұған дейін процессорлар нарығындағы үстем жағдайды x86 немесе CISC иеленсе, онда бұл компания құрылғаннан кейін RISC түрінде лайықты балама пайда болды. Бірінші жағдайда бағдарлама кодының орындалуы 4 кезеңге дейін қысқарды:
- Машина нұсқауларын алыңыз.
- Микрокодты түрлендіру орындалуда.
- Шағын нұсқаулар алынуда.
- Микронұсқауларды кезең-кезеңімен орындау.
RISС архитектурасының негізгі идеясы бағдарлама кодын өңдеуді 2 кезеңге дейін қысқартуға болады:
- RISC нұсқауларын алыңыз.
- RISC нұсқауларын өңдеу.
Бірінші жағдайда да, екінші жағдайда да плюс және елеулі кемшіліктер бар. x86 компьютер нарығын, ал RISC (соның ішінде 2011 жылы енгізілген ARM Cortex A7) мобильді құрылғылар нарығын сәтті жаулап алды.
Cortex A7 архитектурасының пайда болу тарихы. Негізгі мүмкіндіктер
Cortex A8 Cortex A7 үшін негіз болды. Бұл жағдайда әзірлеушілердің негізгі идеясы өнімділікті арттыру және процессорлық шешімнің энергия тиімділігін айтарлықтай жақсарту болды. Бұл ақыр соңында ARM инженерлерімен болған жағдай. Бұл жағдайда тағы бір маңызды ерекшелігі big. LITTLE технологиясымен орталық процессорды құру мүмкін болды. Яғни, жартылай өткізгіш кристал 2 есептеу модулін қамтуы мүмкін. Олардың бірі ең аз қуат тұтынумен қарапайым тапсырмаларды шешуге бағытталған және, әдетте, Cortex A7 ядролары осы рөлде әрекет етті. Екіншісі ең күрделі бағдарламалық жасақтаманы іске қосуға арналған және Cortex A15 немесе Cortex A17 есептеу бірліктеріне негізделген. Ресми түрде «Cortex A7» бұрын айтылғандай, 2011 жылы ұсынылды. Бірінші ARM Cortex A7 процессоры бір жылдан кейін, яғни 2012 жылы шығарылды.
Өндіріс технологиясы
БастапқыдаA7 негізіндегі жартылай өткізгіш өнімдер 65 нм технологиялық стандарттарға сәйкес шығарылды. Енді бұл технология үмітсіз ескірген. Кейіннен 40 нм және 32 нм төзімділік стандарттарына сәйкес A7 процессорларының тағы екі ұрпағы шығарылды. Бірақ қазір олар маңызды емес болып қалды. Осы архитектураға негізделген соңғы CPU үлгілері қазірдің өзінде 28 нм стандарттарына сәйкес жасалған және оларды әлі де сатылымда табуға болады. Жаңа төзімділік стандарттары мен ескірген архитектурасы бар жаңа технологиялық процестерге одан әрі көшуді күту қиын. A7 негізіндегі чиптер қазір мобильді құрылғылар нарығының ең бюджеттік сегментін алып жатыр және олар бірте-бірте A53 негізіндегі гаджеттермен ауыстырылуда, олар қуат тиімділігі бірдей дерлік параметрлері бар, өнімділік деңгейі жоғарырақ.
Микропроцессор ядросының архитектурасы
1, 2, 4 немесе 8 ядролар ARM Cortex A7 негізіндегі процессордың бөлігі болуы мүмкін. Соңғы жағдайда процессорлардың сипаттамалары чиптің негізінен 4 ядродан тұратын 2 кластерден тұратынын көрсетеді. 2-3 жыл ішінде бастапқы деңгейдегі процессор өнімдері 1 немесе 2 есептеу модулі бар чиптерге негізделген. Орта деңгейді 4 ядролық шешімдер алып жатты. Ал, премиум сегмент 8 ядролы чиптердің артында болды. Осы архитектураға негізделген әрбір микропроцессорлық ядро келесі модульдерді қамтиды:
- Қалқымалы нүкте бірлігі (FPU).
- Ақша деңгейі 1.
- Процессорды оңтайландыруға арналған NEON блогы.
- ARMv7 есептеу модулі.
Сондай-ақ мынадай ортақ жағдайлар болдыОрталық процессордағы барлық ядроларға арналған құрамдас бөліктер:
- Қолма-қол ақша L2.
- CoreSight негізгі басқару блогы.
- 128 бит сыйымдылығы бар AMBA деректер шинасы контроллері.
Мүмкін жиіліктер
Бұл микропроцессор архитектурасына арналған максималды жиілік 600 МГц пен 3 ГГц аралығында өзгеруі мүмкін. Сондай-ақ есептеу жүйесінің өнімділігіне максималды әсер етуді көрсететін бұл параметр өзгеретінін атап өткен жөн. Сонымен қатар, жиілікке бірден үш фактор әсер етеді:
- Шешілетін мәселенің күрделілік деңгейі.
- Көп ағынды оқу үшін бағдарламалық құралды оңтайландыру дәрежесі.
- Жартылай өткізгіш кристалының температурасының ағымдағы мәні.
Мысал ретінде A7 негізіндегі және жиілігі 600 МГц-тен 1,3 ГГц-ке дейін өзгеретін 4 есептеу бірлігін қамтитын MT6582 чипінің алгоритмін қарастырайық. Күту режимінде бұл процессор құрылғысында бір ғана есептеу бірлігі болуы мүмкін және ол 600 МГц мүмкін болатын ең төменгі жиілікте жұмыс істейді. Ұқсас жағдай мобильді гаджетте қарапайым қолданба іске қосылғанда орын алады. Бірақ тапсырмалар тізімінде көп ағынды оңтайландыруы бар ресурсты қажет ететін ойыншық пайда болған кезде, 1,3 ГГц жиілікте бағдарлама кодын өңдеудің барлық 4 блогы автоматты түрде жұмыс істей бастайды. Орталық процессор қызған кезде, ең ыстық ядролар жиілік мәнін немесе тіпті төмендетедіөшіру. Бір жағынан, бұл тәсіл энергия тиімділігін, ал екінші жағынан, чип өнімділігінің қолайлы деңгейін қамтамасыз етеді.
Кэш
ARM Cortex A7 ішінде тек 2 кэш деңгейі берілген. Жартылай өткізгіш кристалдың сипаттамалары, өз кезегінде, бірінші деңгей міндетті түрде 2 тең жартыға бөлінгенін көрсетеді. Олардың біреуі деректерді сақтауы керек, ал екіншісі - нұсқаулар. Техникалық сипаттамаларға сәйкес 1-деңгейдегі кэштің жалпы көлемі 64 Кбайтқа тең болуы мүмкін. Нәтижесінде біз деректер үшін 32 KB және код үшін 32 КБ аламыз. Бұл жағдайда 2-ші деңгейдегі кэш белгілі бір процессор үлгісіне байланысты болады. Оның ең кіші көлемі 0 МБ (яғни жоқ) және ең үлкені - 4 МБ болуы мүмкін.
ЖЖҚ контроллері. Мүмкіндіктер
Кірістірілген ЖЖҚ контроллері кез келген ARM Cortex A7 процессорымен бірге келеді. Техникалық жоспардың сипаттамалары оның LPDDR3 жедел жадымен бірге жұмыс істеуге бағытталғанын көрсетеді. Бұл жағдайда жедел жадтың ұсынылатын жұмыс жиіліктері 1066 МГц немесе 1333 МГц. Бұл чип үлгісі үшін іс жүзінде табуға болатын ең үлкен ЖЖҚ өлшемі - 2 ГБ.
Біріктірілген графика
Күтілгендей, бұл микропроцессорлық құрылғыларда біріктірілген графикалық ішкі жүйе бар. ARM осы процессормен өзінің Mali-400MP2 графикалық картасын пайдалануды ұсынады. Бірақ оның өнімділігі әлеуетті ашу үшін жиі жеткіліксізмикропроцессорлық құрылғы. Сондықтан чип дизайнерлері осы чиппен бірге тиімдірек адаптерлерді пайдаланады, мысалы, Power VR6200.
Бағдарламалық қамтамасыз ету мүмкіндіктері
Операциялық жүйенің үш түрі ARM процессорларына бағытталған:
- Іздеу алыбы Google ұсынған Android.
- iOS ұсынған APPLE.
- Microsoft ұсынған Windows Mobile.
Басқа жүйелік бағдарламалық құрал әлі көп таратылған жоқ. Мұндай бағдарламалық жасақтаманың нарықтағы ең үлкен үлесін, сіз болжағандай, Android алады. Бұл жүйенің қарапайым және интуитивті интерфейсі бар және оған негізделген бастапқы деңгейдегі құрылғылар өте, өте қолжетімді. 4.4 қоса алғанда нұсқасына дейін ол 32-бит болды, ал 5.0-ден бастап ол 64-биттік есептеулерге қолдау көрсете бастады. Бұл операциялық жүйе RISC процессорларының кез келген отбасында, соның ішінде ARM Cortex A7 де сәтті жұмыс істейді. Инженерлік мәзір - бұл жүйелік бағдарламалық құралдың тағы бір маңызды мүмкіндігі. Оның көмегімен сіз ОЖ мүмкіндіктерін айтарлықтай қайта конфигурациялай аласыз. Бұл мәзірге кіруді әрбір процессор үлгісі үшін жеке код арқылы алуға болады.
Осы ОЖ-ның тағы бір маңызды мүмкіндігі - барлық ықтимал жаңартуларды автоматты түрде орнату. Сондықтан ARM Cortex A7 отбасының чиптерінде тіпті жаңа мүмкіндіктер пайда болуы мүмкін. Микробағдарлама оларды қоса алады. Екінші жүйе APPLE мобильді гаджеттеріне бағытталған. Мұндай құрылғылар негізінен премиум сегментті алады және өнімділігі мен құнының сәйкес деңгейлеріне ие. Windows Mobile жүйесіндегі соңғы ОЖ әлі алынған жоқүлкен тарату. Мобильді гаджеттердің кез келген сегментінде оған негізделген құрылғылар бар, бірақ қолданбалы бағдарламалық құралдың аз мөлшері бұл жағдайда оны таратуға кедергі болып табылады.
Процессор үлгілері
Бұл жағдайда ең қолжетімді және өнімділігі аз 1 ядролы чиптер. Олардың ішінде ең кең таралғаны MediaTek-тен MT6571 болды. ARM Cortex A7 Dual Core процессорлары жоғары. Мысал ретінде бір өндірушінің MT6572 үлгісін келтіруге болады. Одан да жоғары өнімділікті Quad Core ARM Cortex A7 қамтамасыз етті. Бұл отбасының ең танымал чипі - MT6582, оны қазір тіпті бастапқы деңгейдегі мобильді гаджеттерден табуға болады. Ең жоғары өнімділік деңгейін MT6595 тиесілі 8 ядролы орталық процессорлар қамтамасыз етті.
Ары қарай даму перспективалары
Әзірге дүкен сөрелерінен 4X ARM Cortex A7 негізіндегі жартылай өткізгіш процессор құрылғысына негізделген мобильді құрылғыларды таба аласыз. Бұл MT6580, MT6582 және Snapdragon 200. Бұл чиптердің барлығы 4 есептеу блогын қамтиды және энергия тиімділігінің тамаша деңгейіне ие. Сондай-ақ, бұл жағдайда құны өте, өте қарапайым. Дегенмен, осы микропроцессорлық архитектураның ең жақсы уақыттары артта қалды. Оған негізделген өнімдерді сатудың шарықтау шегі 2013-2014 жылдарға жетті, бұл кезде оның мобильді гаджет нарығында баламасы жоқ еді. Сонымен қатар, бұл жағдайда біз 1 немесе 2 бюджеттік құрылғылар туралы айтып отырмызесептеу модульдері және 8 ядролы процессоры бар флагмандық гаджеттермен. Қазіргі уақытта оны Cortex A53 нарықтан біртіндеп шығаруда, бұл негізінен A7-нің өзгертілген 64-биттік нұсқасы. Сонымен бірге ол өзінің алдындағы басты артықшылықтарды толығымен және толығымен сақтап қалды және болашақ оныкі екені сөзсіз.
Сарапшылар мен пайдаланушылардың пікірі. Осы архитектураға негізделген чиптер туралы нақты шолулар. Күшті және әлсіз жақтары
Әрине, микропроцессорлық құрылғылардың ARM Cortex A7 архитектурасының пайда болуы мобильді құрылғылар әлемі үшін маңызды оқиға болды. Мұның ең жақсы дәлелі - оның негізіндегі құрылғылардың 5 жылдан астам сәтті сатылуы. Әрине, қазір A7 негізіндегі процессордың мүмкіндіктері тіпті орта деңгейдегі тапсырмаларды шешу үшін жеткіліксіз, бірақ мұндай чиптердегі қарапайым бағдарлама коды әлі де сәтті жұмыс істейді. Мұндай бағдарламалық жасақтаманың тізімінде бейне ойнату, аудио жазбаларды тыңдау, кітаптарды оқу, интернетті шарлау, тіпті бұл жағдайда ең қарапайым ойыншықтар еш қиындықсыз басталады. Мобильді гаджеттер мен құрылғыларға арналған жетекші тақырыптық порталдар осы түрдегі жетекші сарапшылар да, қарапайым пайдаланушылар да осыған назар аударады. A7 негізгі кемшілігі - 64 биттік есептеулерді қолдаудың болмауы. Оның негізгі артықшылықтарына қуат тиімділігі мен өнімділіктің тамаша үйлесімі кіреді.
Нәтижелер
Әрине, ARM Cortex A7 архитектурасы біртұтасмобильді құрылғылар әлеміндегі дәуір. Оның пайда болуымен мобильді құрылғылар қол жетімді және айтарлықтай өнімді болды. Оның 5 жылдан астам сәтті сатылғанының өзі осының тағы бір дәлелі. Бірақ егер бастапқыда оған негізделген гаджеттер нарықтың орта және премиум сегменттерін иемденсе, енді олар тек бюджеттік класспен ғана қалды. Бұл архитектура ескірген және бірте-бірте өткен нәрсеге айналуда.
