این مقاله به معماری پردازنده ARM Cortex A7 می پردازد. محصولات نیمه هادی مبتنی بر آن را می توان در گوشی های هوشمند، روترها، رایانه های شخصی تبلت و سایر دستگاه های تلفن همراه یافت، جایی که تا همین اواخر در این بخش بازار موقعیت پیشرو داشت. اکنون به تدریج با راه حل های پردازنده جدیدتر و جدیدتر جایگزین می شود.
اطلاعات مختصر درباره ARM
تاریخ ARM در سال 1990 زمانی که توسط رابین ساکسبی تأسیس شد آغاز شد. اساس ایجاد آن یک معماری ریزپردازنده جدید بود. اگر قبل از آن موقعیت غالب در بازار CPU توسط x86 یا CISC اشغال شده بود، پس از تشکیل این شرکت، جایگزین شایسته ای در قالب RISC ظاهر شد. در حالت اول، اجرای کد برنامه به 4 مرحله کاهش یافت:
- دستورالعمل‌های دستگاه را دریافت کنید.
- انجام تبدیل میکروکد.
- دریافت دستورالعمل های کوچک.
- اجرای گام به گام دستورالعمل های کوچک.
ایده اصلی معماری RISС این بود که پردازش کد برنامه را می توان به ۲ مرحله کاهش داد:
- دستورالعمل های RISC را دریافت کنید.
- پردازش دستورالعمل‌های RISC.
هم در مورد اول و هم در مورد دوم هر دو مزایا و اشکالات قابل توجهی وجود دارد. x86 با موفقیت بازار رایانه را فتح کرد و RISC (از جمله ARM Cortex A7 که در سال 2011 معرفی شد) - بازار دستگاه های تلفن همراه.
تاریخچه ظاهر معماری Cortex A7. ویژگی های کلیدی
Cortex A8 اساس Cortex A7 بود. ایده اصلی توسعه دهندگان در این مورد افزایش عملکرد و بهبود قابل توجهی بهره وری انرژی راه حل پردازنده بود. این همان چیزی است که در نهایت برای مهندسان ARM اتفاق افتاد. یکی دیگر از ویژگی های مهم در این مورد این بود که امکان ایجاد یک CPU با فناوری big. LITTLE فراهم شد. یعنی یک کریستال نیمه هادی می تواند شامل 2 ماژول محاسباتی باشد. یکی از آنها با هدف حل ساده ترین کارها با حداقل مصرف انرژی بود و به عنوان یک قاعده، هسته های Cortex A7 در این نقش عمل می کردند. دومی برای اجرای پیچیده ترین نرم افزار طراحی شده بود و بر اساس واحدهای محاسباتی Cortex A15 یا Cortex A17 بود. همانطور که قبلا ذکر شد، "Cortex A7" به طور رسمی در سال 2011 ارائه شد. خب، اولین پردازنده ARM Cortex A7 یک سال بعد، یعنی در سال 2012 عرضه شد.
فناوری تولید
در ابتدامحصولات نیمه هادی مبتنی بر A7 مطابق با استانداردهای فناوری 65 نانومتر تولید شدند. اکنون این فناوری به طرز ناامیدکننده ای منسوخ شده است. پس از آن، دو نسل دیگر از پردازنده های A7 بر اساس استانداردهای تحمل 40 نانومتر و 32 نانومتر عرضه شدند. اما حالا دیگر بی ربط شده اند. آخرین مدل‌های CPU مبتنی بر این معماری در حال حاضر طبق استانداردهای 28 نانومتری ساخته شده‌اند و هنوز هم می‌توان آنها را در فروش یافت. انتقال بیشتر به فرآیندهای فناوری جدیدتر با استانداردهای تحمل جدید و معماری قدیمی به سختی قابل انتظار است. تراشه‌های مبتنی بر A7 اکنون مقرون‌به‌صرفه‌ترین بخش بازار دستگاه‌های تلفن همراه را به خود اختصاص داده‌اند و به تدریج با گجت‌های مبتنی بر A53 جایگزین می‌شوند که تقریباً با همان پارامترهای بهره‌وری انرژی، عملکرد بالاتری دارند.
معماری هسته ریزپردازنده
1، 2، 4 یا 8 هسته می تواند بخشی از یک CPU مبتنی بر ARM Cortex A7 باشد. ویژگی های پردازنده ها در مورد دوم نشان می دهد که تراشه اساساً از 2 خوشه 4 هسته ای تشکیل شده است. برای 2 تا 3 سال، محصولات پردازشگر سطح مبتدی مبتنی بر تراشه هایی با 1 یا 2 ماژول محاسباتی بودند. سطح میانی توسط راه حل های 4 هسته ای اشغال شد. خب، بخش پریمیوم پشت تراشه های 8 هسته ای قرار داشت. هر هسته ریزپردازنده مبتنی بر این معماری شامل ماژول های زیر است:
- واحد ممیز شناور (FPU).
- سطح نقدی 1.
- بلوک نئون برای بهینه سازی CPU.
- ماژول محاسبه ARMv7.
همچنین موارد رایج زیر وجود داشتاجزای همه هسته‌ها در CPU:
- نقد L2.
- واحد کنترل هسته CoreSight.
- کنترلر گذرگاه داده AMBA با ظرفیت ۱۲۸ بیت.
فرکانس های ممکن
حداکثر فرکانس ساعت برای این معماری ریزپردازنده می تواند از 600 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز متغیر باشد. همچنین لازم به ذکر است که این پارامتر که بیانگر حداکثر تأثیر بر عملکرد سیستم محاسباتی است، متفاوت است. علاوه بر این، فرکانس تحت تأثیر سه عامل به طور همزمان است:
- سطح پیچیدگی مشکل در حال حل شدن.
- درجه بهینه سازی نرم افزار برای چند رشته ای.
- مقدار فعلی دمای کریستال نیمه هادی.
به عنوان مثال الگوریتم تراشه MT6582 را در نظر بگیرید که مبتنی بر A7 است و شامل 4 واحد محاسباتی است که فرکانس آنها از 600 مگاهرتز تا 1.3 گیگاهرتز متغیر است. در حالت بیکار، این دستگاه پردازنده تنها می تواند یک واحد محاسباتی داشته باشد و در کمترین فرکانس ممکن یعنی 600 مگاهرتز کار می کند. هنگامی که یک برنامه ساده روی یک ابزار موبایل راه اندازی می شود، وضعیت مشابهی رخ می دهد. اما وقتی یک اسباب‌بازی پرمصرف با بهینه‌سازی برای چند رشته‌ای در لیست وظایف ظاهر می‌شود، تمام 4 بلوک پردازش کد برنامه در فرکانس 1.3 گیگاهرتز به طور خودکار شروع به کار می‌کنند. همانطور که CPU گرم می شود، داغ ترین هسته ها مقدار فرکانس یا حتی را کاهش می دهندخاموش کردن این رویکرد از یک طرف بهره وری انرژی و از طرف دیگر سطح قابل قبولی از عملکرد تراشه را فراهم می کند.
کش
فقط ۲ سطح کش در ARM Cortex A7 ارائه شده است. ویژگی های کریستال نیمه هادی به نوبه خود نشان می دهد که سطح اول لزوماً به 2 نیمه مساوی تقسیم می شود. یکی از آنها باید داده ها را ذخیره کند، و دیگری - دستورالعمل ها. حجم کل کش در سطح 1 با توجه به مشخصات می تواند برابر با 64 کیلوبایت باشد. در نتیجه، 32 کیلوبایت برای داده و 32 کیلوبایت برای کد دریافت می کنیم. کش سطح 2 در این مورد به مدل خاص CPU بستگی دارد. کوچکترین حجم آن می تواند برابر با 0 مگابایت (یعنی وجود ندارد) و بزرگترین - 4 مگابایت باشد.
کنترل رم. ویژگی های
کنترلر داخلی RAM با هر پردازنده ARM Cortex A7 ارائه می شود. ویژگی های طرح فنی نشان می دهد که بر روی کار در ارتباط با RAM LPDDR3 متمرکز شده است. فرکانس کاری توصیه شده رم در این مورد 1066 مگاهرتز یا 1333 مگاهرتز است. حداکثر اندازه رمی که در عمل می توان برای این مدل تراشه یافت 2 گیگابایت است.
گرافیک یکپارچه
همانطور که انتظار می رود، این دستگاه های ریزپردازنده دارای یک زیرسیستم گرافیکی یکپارچه هستند. ARM استفاده از کارت گرافیک Mali-400MP2 خود را با این CPU توصیه می کند. اما عملکرد آن اغلب برای باز کردن پتانسیل کافی نیستدستگاه ریزپردازنده بنابراین، طراحان تراشه از آداپتورهای کارآمدتر در ترکیب با این تراشه استفاده می کنند، به عنوان مثال، Power VR6200.
ویژگی های نرم افزار
سه نوع سیستم عامل پردازنده های ARM را هدف قرار می دهند:
- Android از غول جستجوی Google.
- iOS توسط APPLE.
- Windows Mobile توسط Microsoft.
همه نرم افزارهای سیستم دیگر هنوز توزیع زیادی دریافت نکرده اند. همانطور که حدس می زنید بیشترین سهم از بازار چنین نرم افزاری در اختیار اندروید است. این سیستم دارای رابط کاربری ساده و شهودی است و دستگاه های سطح مبتدی مبتنی بر آن بسیار بسیار مقرون به صرفه هستند. تا نسخه 4.4 شامل 32 بیتی بود و از نسخه 5.0 شروع به پشتیبانی از محاسبات 64 بیتی کرد. این سیستم عامل با موفقیت بر روی هر خانواده از CPU های RISC از جمله ARM Cortex A7 اجرا می شود. منوی مهندسی یکی دیگر از ویژگی های مهم این نرم افزار سیستمی است. با کمک آن می توانید قابلیت های سیستم عامل را بطور قابل توجهی پیکربندی مجدد کنید. دسترسی به این منو را می توان با استفاده از یک کد جداگانه برای هر مدل CPU به دست آورد.
یکی دیگر از ویژگی های مهم این سیستم عامل نصب خودکار تمام به روز رسانی های ممکن است. بنابراین، حتی ممکن است ویژگی های جدیدی بر روی تراشه های خانواده ARM Cortex A7 ظاهر شود. سیستم عامل می تواند آنها را اضافه کند. سیستم دوم ابزارهای موبایل اپل را هدف قرار داده است. چنین دستگاه هایی عمدتاً بخش پریمیوم را اشغال می کنند و دارای سطوح عملکرد و هزینه مربوطه هستند. آخرین سیستم عامل در مواجهه با ویندوز موبایل هنوز دریافت نکرده استتوزیع عالی دستگاه‌های مبتنی بر آن در هر بخش از ابزارهای تلفن همراه وجود دارد، اما مقدار کمی نرم‌افزار کاربردی در این مورد عامل بازدارنده‌ای برای توزیع آن است.
مدل های پردازنده
در این مورد مقرون به صرفه ترین و کم بازده ترین تراشه های 1 هسته ای هستند. گسترده ترین در میان آنها MT6571 از MediaTek بود. پردازنده‌های ARM Cortex A7 Dual Core یک درجه بالاتر قرار دارند. یک نمونه MT6572 از همان سازنده است. سطح عملکرد حتی بالاتری توسط Quad Core ARM Cortex A7 ارائه شده است. محبوب ترین تراشه از این خانواده MT6582 است که در حال حاضر حتی می توان آن را در گجت های تلفن همراه ابتدایی نیز یافت. خب، بالاترین سطح عملکرد توسط پردازنده‌های مرکزی 8 هسته‌ای ارائه شد که MT6595 به آن تعلق داشت.
چشم انداز توسعه بیشتر
تا کنون همچنان می‌توانید دستگاه‌های تلفن همراه را در قفسه‌های فروشگاه‌ها بر اساس یک دستگاه پردازشگر نیمه‌رسانا مبتنی بر 4X ARM Cortex A7 پیدا کنید. اینها MT6580، MT6582 و Snapdragon 200 هستند. تمامی این تراشه ها شامل 4 واحد محاسباتی بوده و سطح بهره وری انرژی بسیار خوبی دارند. همچنین، هزینه در این مورد بسیار بسیار کم است. اما هنوز بهترین دوران معماری این ریزپردازنده پشت سر ماست. اوج فروش محصولات مبتنی بر آن در سال‌های 2013-2014 بود، زمانی که عملاً جایگزینی در بازار ابزارهای تلفن همراه نداشت. علاوه بر این، در این مورد ما در مورد دستگاه های بودجه با 1 یا 2 صحبت می کنیمماژول های محاسباتی و با ابزارهای شاخص با پردازنده مرکزی 8 هسته ای. در حال حاضر، به تدریج توسط Cortex A53 که در اصل یک نسخه اصلاح شده 64 بیتی A7 است، به تدریج از بازار خارج می شود. در عین حال، او مزایای اصلی سلف خود را به طور کامل و کامل حفظ کرد و قطعاً آینده از آن اوست.
نظر کارشناسان و کاربران. نظرات واقعی در مورد تراشه ها بر اساس این معماری. نقاط قوت و ضعف
مطمئناً، ظاهر معماری ARM Cortex A7 دستگاه های ریزپردازنده به یک رویداد مهم برای دنیای دستگاه های تلفن همراه تبدیل شده است. بهترین گواه این موضوع این است که دستگاه های مبتنی بر آن بیش از 5 سال است که با موفقیت فروخته می شوند. البته اکنون قابلیت های CPU مبتنی بر A7 دیگر حتی برای حل وظایف سطح متوسط نیز کافی نیست، اما ساده ترین کد برنامه در چنین تراشه هایی همچنان با موفقیت کار می کند. لیست این گونه نرم افزارها شامل پخش ویدئو، گوش دادن به صداهای ضبط شده، خواندن کتاب، وب گردی و حتی ساده ترین اسباب بازی ها در این حالت بدون هیچ مشکلی شروع می شود. این همان چیزی است که پورتال های موضوعی پیشرو اختصاص داده شده به ابزارها و دستگاه های تلفن همراه، هم متخصصان برجسته از این نوع و هم کاربران عادی، روی آن تمرکز می کنند. نقطه ضعف کلیدی A7 عدم پشتیبانی از محاسبات 64 بیتی است. خوب، مزایای اصلی آن شامل ترکیبی عالی از بهره وری انرژی و عملکرد است.
نتایج
مطمئناً، معماری ARM Cortex A7 یک کل استعصر در دنیای دستگاه های تلفن همراه. با ظهور آن بود که دستگاه های تلفن همراه مقرون به صرفه و کاملاً سازنده شدند. و تنها این واقعیت که بیش از 5 سال است با موفقیت به فروش رسیده است، تأیید دیگری بر این امر است. اما اگر در ابتدا گجت‌های مبتنی بر آن بخش‌های متوسط و پریمیوم بازار را اشغال می‌کردند، اکنون تنها با کلاس اقتصادی باقی مانده‌اند. این معماری قدیمی است و به تدریج در حال تبدیل شدن به چیزی از گذشته است.
