تناقش هذه المقالة بنية معالج ARM Cortex A7. يمكن العثور على منتجات أشباه الموصلات التي تعتمد عليها في الهواتف الذكية وأجهزة التوجيه وأجهزة الكمبيوتر اللوحية وغيرها من الأجهزة المحمولة ، حيث احتلت حتى وقت قريب مكانة رائدة في هذا القطاع من السوق. الآن يتم استبداله تدريجيًا بحلول أحدث وأحدث المعالجات.
معلومات موجزة عن ARM
بدأ تاريخ ARM في عام 1990 عندما أسسها Robin Saxby. كان أساس إنشائها هو بنية المعالجات الدقيقة الجديدة. إذا كان المركز المهيمن في سوق وحدة المعالجة المركزية قبل ذلك يشغل من قبل x86 أو CISC ، فبعد تشكيل هذه الشركة ، ظهر بديل جدير في شكل RISC. في الحالة الأولى ، تم تقليل تنفيذ كود البرنامج إلى 4 مراحل:
- الحصول على تعليمات الجهاز.
- إجراء تحويل الرمز الصغير.
- الحصول على التعليمات الدقيقة.
- تنفيذ التعليمات الدقيقة خطوة بخطوة.
كانت الفكرة الرئيسية لبنية RISС هي أنه يمكن تقليل معالجة كود البرنامج إلى مرحلتين:
- احصل على تعليمات RISC.
- معالجة تعليمات RISC.
في كلا الحالتين الأولى والثانية هناك إيجابيات وعيوب كبيرة. نجح x86 في غزو سوق الكمبيوتر ، و RISC (بما في ذلك ARM Cortex A7 ، الذي تم تقديمه في عام 2011) - سوق الأجهزة المحمولة.
تاريخ ظهور بنية Cortex A7. الميزات الرئيسية
عمل Cortex A8 كأساس لـ Cortex A7. كانت الفكرة الرئيسية للمطورين في هذه الحالة هي زيادة الأداء وتحسين كفاءة الطاقة بشكل كبير لحل المعالج. هذا ما حدث في النهاية للمهندسين في ARM. ميزة أخرى مهمة في هذه الحالة هي أنه أصبح من الممكن إنشاء وحدة المعالجة المركزية بتقنية big. LITTLE. أي أن بلورة أشباه الموصلات يمكن أن تشتمل على وحدتين حسابيتين. كان أحدها يهدف إلى حل أبسط المهام بأقل استهلاك للطاقة ، وكقاعدة عامة ، عملت نوى Cortex A7 في هذا الدور. تم تصميم الثاني لتشغيل أكثر البرامج تعقيدًا وكان يعتمد على وحدات الحوسبة Cortex A15 أو Cortex A17. رسميًا ، تم تقديم "Cortex A7" ، كما أشرنا سابقًا ، في عام 2011. حسنًا ، تم إصدار أول معالج ARM Cortex A7 بعد عام ، أي في عام 2012.
تكنولوجيا الإنتاج
في البدايةتم إنتاج منتجات أشباه الموصلات على أساس A7 وفقًا للمعايير التكنولوجية البالغة 65 نانومتر. الآن هذه التكنولوجيا عفا عليها الزمن بشكل ميؤوس منه. بعد ذلك ، تم إصدار جيلين آخرين من معالجات A7 وفقًا لمعايير تحمل 40 نانومتر و 32 نانومتر. لكنهم الآن أصبحوا غير ذي صلة. تم تصنيع أحدث طرازات وحدة المعالجة المركزية القائمة على هذه البنية بالفعل وفقًا لمعايير 28 نانومتر ، ولا يزال من الممكن العثور عليها للبيع. من الصعب توقع انتقال إضافي إلى العمليات التكنولوجية الأحدث مع معايير التسامح الجديدة والهندسة المعمارية القديمة. تشغل الرقائق التي تستند إلى A7 الآن الجزء الأكثر ميزانية في سوق الأجهزة المحمولة ويتم استبدالها تدريجيًا بأجهزة تعتمد على A53 ، والتي تتمتع بمستوى أعلى من الأداء مع نفس معايير كفاءة الطاقة تقريبًا.
هندسة نواة المعالج الدقيق
1 أو 2 أو 4 أو 8 نوى يمكن أن تكون جزءًا من وحدة المعالجة المركزية القائمة على ARM Cortex A7. تشير خصائص المعالجات في الحالة الأخيرة إلى أن الشريحة تتكون أساسًا من مجموعتين من 4 مراكز. لمدة 2-3 سنوات ، كانت منتجات المعالجات للمبتدئين تعتمد على رقائق ذات وحدة أو وحدتين من وحدات الحوسبة. احتل المستوى المتوسط حلول رباعية النوى. حسنًا ، كان الجزء المتميز وراء الرقائق ثمانية النواة. كل نواة معالج دقيق تعتمد على هذه البنية تضمنت الوحدات التالية:
- وحدة النقطة العائمة (FPU).
- المستوى النقدي 1.
- NEON block لتحسين وحدة المعالجة المركزية.
- وحدة حساب ARMv7.
كان هناك أيضًا المشترك التاليمكونات لجميع النوى في وحدة المعالجة المركزية:
- النقدية L2.
- وحدة التحكم الأساسية CoreSight.
- وحدة تحكم ناقل بيانات AMBA بسعة 128 بت.
الترددات الممكنة
يمكن أن يختلف الحد الأقصى لتردد الساعة لهندسة المعالجات الدقيقة هذه من 600 ميجاهرتز إلى 3 جيجاهرتز. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن هذه المعلمة ، التي تشير إلى أقصى تأثير على أداء نظام الحوسبة ، تختلف. علاوة على ذلك ، يتأثر التردد بثلاثة عوامل في وقت واحد:
- مستوى تعقيد المشكلة التي يتم حلها
- درجة تحسين البرامج لتعدد مؤشرات الترابط.
- القيمة الحالية لدرجة حرارة الكريستال أشباه الموصلات.
كمثال ، ضع في اعتبارك خوارزمية شريحة MT6582 ، والتي تعتمد على A7 وتتضمن 4 وحدات حسابية ، يتراوح ترددها من 600 ميجاهرتز إلى 1.3 جيجاهرتز. في وضع الخمول ، يمكن أن يحتوي جهاز المعالج هذا على وحدة حساب واحدة فقط ، ويعمل بأقل تردد ممكن يبلغ 600 ميجاهرتز. سيحدث موقف مماثل عند تشغيل تطبيق بسيط على أداة محمولة. ولكن عندما تظهر لعبة كثيفة الاستخدام للموارد مع تحسين لتعدد مؤشرات الترابط في قائمة المهام ، ستبدأ جميع الكتل الأربعة لمعالجة كود البرنامج بتردد 1.3 جيجاهرتز في العمل تلقائيًا. مع ارتفاع درجة حرارة وحدة المعالجة المركزية ، ستعمل النوى الأكثر سخونة على خفض قيمة التردد أو حتىاطفئه. من ناحية ، يوفر هذا النهج كفاءة في استخدام الطاقة ، ومن ناحية أخرى ، مستوى مقبول من أداء الرقاقة.
ذاكرة التخزين المؤقت
يتم توفير مستويين فقط من ذاكرة التخزين المؤقت في ARM Cortex A7. تشير خصائص بلورة أشباه الموصلات بدورها إلى أن المستوى الأول ينقسم بالضرورة إلى نصفين متساويين. يجب على أحدهما تخزين البيانات ، والآخر - التعليمات. يمكن أن يكون إجمالي حجم ذاكرة التخزين المؤقت في المستوى الأول وفقًا للمواصفات مساويًا لـ 64 كيلو بايت. نتيجة لذلك ، نحصل على 32 كيلو بايت للبيانات و 32 كيلو بايت للرمز.سوف يعتمد المستوى الثاني لذاكرة التخزين المؤقت في هذه الحالة على طراز وحدة المعالجة المركزية المحددة. أصغر حجم يمكن أن يساوي 0 ميغا بايت (أي ، غائب) ، وأكبر - 4 ميغا بايت.
وحدة تحكم RAM. ميزات
وحدة تحكم ذاكرة الوصول العشوائي المضمنة تأتي مع أي معالج ARM Cortex A7. تشير خصائص الخطة الفنية إلى أنها تركز على العمل جنبًا إلى جنب مع ذاكرة الوصول العشوائي LPDDR3. ترددات التشغيل الموصى بها لذاكرة الوصول العشوائي في هذه الحالة هي 1066 ميجاهرتز أو 1333 ميجاهرتز. الحد الأقصى لحجم ذاكرة الوصول العشوائي التي يمكن العثور عليها عمليًا لطراز الرقاقة هذا هو 2 غيغابايت.
الرسومات المتكاملة
كما هو متوقع ، تحتوي أجهزة المعالجات الدقيقة هذه على نظام رسومات فرعي متكامل. توصي ARM باستخدام بطاقة الرسومات Mali-400MP2 الخاصة بها مع وحدة المعالجة المركزية هذه. لكن أداءها لا يكفي في كثير من الأحيان لإطلاق العنان للإمكاناتجهاز المعالجات الدقيقة. لذلك ، يستخدم مصممو الرقائق محولات أكثر كفاءة مع هذه الشريحة ، على سبيل المثال ، Power VR6200.
ميزات البرنامج
ثلاثة أنواع من أنظمة التشغيل تستهدف معالجات ARM:
- اندرويد من جوجل عملاق البحث
- iOS بواسطة APPLE.
- Windows Mobile من Microsoft.
لم تتلق جميع برامج النظام الأخرى الكثير من التوزيع. يحتل Android الحصة السوقية الأكبر من هذه البرامج ، كما قد تتخيل. يحتوي هذا النظام على واجهة بسيطة وبديهية ، كما أن الأجهزة ذات مستوى الدخول المبنية عليها ميسورة التكلفة للغاية. حتى الإصدار 4.4 شاملاً ، كان 32 بت ، ومنذ 5.0 بدأ في دعم حسابات 64 بت. يعمل نظام التشغيل هذا بنجاح على أي عائلة من وحدات المعالجة المركزية RISC ، بما في ذلك ARM Cortex A7. تعد القائمة الهندسية ميزة مهمة أخرى لبرنامج النظام هذا. بمساعدتها ، يمكنك إعادة تكوين قدرات نظام التشغيل بشكل كبير. يمكن الوصول إلى هذه القائمة باستخدام رمز فردي لكل نموذج وحدة معالجة مركزية.
ميزة أخرى مهمة لنظام التشغيل هذا هي تثبيت جميع التحديثات الممكنة تلقائيًا. لذلك ، قد تظهر حتى ميزات جديدة على شرائح عائلة ARM Cortex A7. يمكن للبرامج الثابتة إضافتها. يستهدف النظام الثاني أدوات APPLE المحمولة. تشغل هذه الأجهزة بشكل أساسي الجزء المتميز ولها مستويات مقابلة من الأداء والتكلفة. لم يتم استلام أحدث نظام تشغيل في مواجهة Windows Mobileتوزيع رائع. هناك أجهزة تعتمد عليها في أي جزء من أدوات الهاتف المحمول ، لكن كمية صغيرة من برامج التطبيقات في هذه الحالة هي رادع لتوزيعها.
نماذج المعالجات
الأكثر تكلفة والأقل إنتاجية في هذه الحالة هي رقائق 1 النواة. الأكثر انتشارًا بينهم كان MT6571 من MediaTek. أعلى درجة هي وحدات المعالجة المركزية ثنائية النواة ARM Cortex A7. مثال على ذلك MT6572 من نفس الشركة المصنعة. تم توفير مستوى أعلى من الأداء بواسطة Quad Core ARM Cortex A7. الشريحة الأكثر شيوعًا من هذه العائلة هي MT6582 ، والتي يمكن العثور عليها الآن في الأجهزة المحمولة للمبتدئين. حسنًا ، تم توفير أعلى مستوى من الأداء بواسطة معالجات مركزية ثماني النواة ، تنتمي إليها MT6595.
آفاق تطوير أخرى
حتى الآن ، لا يزال بإمكانك العثور على أجهزة محمولة على أرفف المتاجر بناءً على جهاز معالج أشباه الموصلات يعتمد على 4X ARM Cortex A7. هذه هي MT6580 و MT6582 و Snapdragon 200. تشتمل كل هذه الرقائق على 4 وحدات حسابية وتتمتع بمستوى ممتاز من كفاءة الطاقة. كما أن التكلفة في هذه الحالة متواضعة للغاية. ولكن مع ذلك ، فإن أفضل الأوقات لبنية المعالجات الدقيقة هذه وراءنا. انخفضت ذروة مبيعات المنتجات على أساسها في 2013-2014 ، عندما لم يكن لها أي بديل عمليًا في سوق الأجهزة المحمولة. علاوة على ذلك ، في هذه الحالة نتحدث عن أجهزة الميزانية مع 1 أو 2وحدات الحوسبة ، والأدوات الرائدة مع وحدة المعالجة المركزية 8 النواة. في الوقت الحالي ، يتم إجباره تدريجياً على الخروج من السوق من خلال Cortex A53 ، وهو في الأساس نسخة معدلة 64 بت من A7. في نفس الوقت احتفظت بالمزايا الرئيسية لسلفها بشكل كامل وكامل ، والمستقبل بالتأكيد لها.
رأي الخبراء والمستخدمين. مراجعات حقيقية حول الرقائق على أساس هذه الهندسة. نقاط القوة والضعف
بالتأكيد ، أصبح ظهور بنية ARM Cortex A7 لأجهزة المعالجات الدقيقة حدثًا مهمًا لعالم الأجهزة المحمولة. وخير دليل على ذلك أن الأجهزة التي تعتمد عليها تم بيعها بنجاح لأكثر من 5 سنوات. بالطبع ، الآن لم تعد قدرات وحدة المعالجة المركزية المستندة إلى A7 كافية حتى لحل المهام ذات المستوى المتوسط ، ولكن أبسط كود برنامج على هذه الرقائق لا يزال يعمل بنجاح. تتضمن قائمة هذه البرامج تشغيل الفيديو ، والاستماع إلى التسجيلات الصوتية ، وقراءة الكتب ، وتصفح الويب ، وحتى أبسط الألعاب في هذه الحالة ستبدأ دون أي مشاكل. هذا هو ما تركز عليه البوابات الموضوعية الرائدة المخصصة للأدوات والأجهزة المحمولة ، سواء من كبار الخبراء من هذا النوع أو المستخدمين العاديين. العيب الرئيسي لـ A7 هو عدم وجود دعم لحوسبة 64 بت. حسنًا ، تشمل مزاياها الرئيسية المزيج المثالي بين كفاءة الطاقة والأداء.
النتائج
بالتأكيد ، بنية ARM Cortex A7 كاملةعصر في عالم الأجهزة المحمولة. مع ظهوره ، أصبحت الأجهزة المحمولة ميسورة التكلفة ومنتجة للغاية. وحقيقة أنه تم بيعه بنجاح لأكثر من 5 سنوات هو تأكيد آخر على ذلك. ولكن إذا كانت الأدوات التي تعتمد عليها في البداية قد احتلت القطاعات المتوسطة والمتميزة من السوق ، فإنها تُترك الآن مع فئة الميزانية فقط. هذه العمارة عفا عليها الزمن وأصبحت شيئًا من الماضي تدريجيًا.
