In diesem Artikel wird die ARM-Cortex-A7-Prozessorarchitektur besprochen. Darauf basierende Halbleiterprodukte sind in Smartphones, Routern, Tablet-PCs und anderen Mobilgeräten zu finden, wo es bis vor kurzem eine führende Position in diesem Marktsegment einnahm. Jetzt wird es nach und nach durch neuere und frischere Prozessorlösungen ersetzt.
Kurze Informationen zu ARM
Die Geschichte von ARM begann 1990 mit der Gründung durch Robin Saxby. Grundlage für seine Entstehung war eine neue Mikroprozessorarchitektur. Wenn zuvor x86 oder CISC die beherrschende Stellung auf dem CPU-Markt besetzten, erschien nach der Gründung dieses Unternehmens eine würdige Alternative in Form von RISC. Im ersten Fall wurde die Ausführung des Programmcodes auf 4 Stufen reduziert:
- Maschinenanweisungen erh alten.
- Microcode-Konvertierung wird durchgeführt.
- Mikrobefehle erh alten.
- Schrittweise Ausführung von Mikrobefehlen.
Der Hauptgedanke der RISС-Architektur war, dass die Verarbeitung von Programmcode auf 2 Stufen reduziert werden kann:
- RISC-Anweisungen erh alten.
- Verarbeitung von RISC-Anweisungen.
Sowohl im ersten als auch im zweiten Fall gibt es sowohl Vor- als auch deutliche Nachteile. x86 eroberte erfolgreich den Computermarkt und RISC (einschließlich ARM Cortex A7, eingeführt 2011) - den Markt für mobile Geräte.
Die Entstehungsgeschichte der Cortex A7-Architektur. Hauptmerkmale
Cortex A8 diente als Basis für den Cortex A7. Die Hauptidee der Entwickler war in diesem Fall, die Leistung zu steigern und die Energieeffizienz der Prozessorlösung deutlich zu verbessern. Das ist letztendlich den Ingenieuren von ARM passiert. Ein weiteres wichtiges Merkmal in diesem Fall war, dass es möglich wurde, eine CPU mit big. LITTLE-Technologie zu erstellen. Das heißt, ein Halbleiterkristall könnte 2 Rechenmodule umfassen. Einer von ihnen zielte darauf ab, die einfachsten Aufgaben mit minimalem Stromverbrauch zu lösen, und in der Regel fungierten die Cortex A7-Kerne in dieser Rolle. Der zweite wurde für die Ausführung der komplexesten Software entwickelt und basierte auf den Recheneinheiten Cortex A15 oder Cortex A17. Offiziell wurde "Cortex A7", wie bereits erwähnt, im Jahr 2011 vorgestellt. Nun, der erste ARM Cortex A7-Prozessor wurde ein Jahr später, also 2012, veröffentlicht.
Produktionstechnik
AnfangsHalbleiterprodukte auf Basis von A7 wurden nach den technologischen Standards von 65 nm hergestellt. Nun ist diese Technologie hoffnungslos ver altet. Anschließend wurden zwei weitere Generationen von A7-Prozessoren gemäß Toleranzstandards von 40 nm und 32 nm veröffentlicht. Aber jetzt sind sie irrelevant geworden. Die neuesten CPU-Modelle, die auf dieser Architektur basieren, werden bereits nach 28-nm-Standards hergestellt und sind immer noch im Handel erhältlich. Ein weiterer Übergang zu neueren technologischen Verfahren mit neuen Toleranzstandards und ver alteter Architektur ist kaum zu erwarten. Chips auf Basis von A7 besetzen heute das budgetärste Segment des Marktes für mobile Geräte und werden nach und nach durch Geräte auf Basis von A53 ersetzt, die bei fast denselben Energieeffizienzparametern ein höheres Leistungsniveau aufweisen.
Architektur des Mikroprozessorkerns
1, 2, 4 oder 8 Kerne können Teil einer ARM Cortex A7-basierten CPU sein. Die Eigenschaften der Prozessoren im letzteren Fall zeigen, dass der Chip im Wesentlichen aus 2 Clustern mit 4 Kernen besteht. Zwei bis drei Jahre lang basierten Prozessorprodukte der Einstiegsklasse auf Chips mit 1 oder 2 Rechenmodulen. Die mittlere Ebene wurde von 4-Core-Lösungen eingenommen. Nun, das Premium-Segment lag hinter 8-Kern-Chips. Jeder auf dieser Architektur basierende Mikroprozessorkern enthielt die folgenden Module:
- Gleitkommaeinheit (FPU).
- Cash-Level 1.
- NEON-Block zur CPU-Optimierung.
- ARMv7-Rechenmodul.
Es gab auch die folgenden GemeinsamkeitenKomponenten für alle Kerne in der CPU:
- Cash L2.
- CoreSight Kernsteuereinheit.
- AMBA Datenbuscontroller mit 128 Bit Kapazität.
Mögliche Häufigkeiten
Die maximale Taktfrequenz für diese Mikroprozessorarchitektur kann von 600 MHz bis 3 GHz variieren. Es sollte auch beachtet werden, dass dieser Parameter, der die maximale Auswirkung auf die Leistung des Computersystems angibt, variiert. Außerdem wird die Frequenz von drei Faktoren gleichzeitig beeinflusst:
- Die Komplexität des zu lösenden Problems.
- Grad der Softwareoptimierung für Multithreading.
- Aktueller Wert der Halbleiterkristalltemperatur.
Betrachten Sie als Beispiel den Algorithmus des MT6582-Chips, der auf A7 basiert und 4 Recheneinheiten umfasst, deren Frequenz von 600 MHz bis 1,3 GHz variiert. Im Ruhezustand kann diese Prozessoreinrichtung nur eine Recheneinheit aufweisen und arbeitet mit der geringstmöglichen Frequenz von 600 MHz. Eine ähnliche Situation tritt auf, wenn eine einfache Anwendung auf einem mobilen Gadget gestartet wird. Wenn jedoch ein ressourcenintensives Spielzeug mit Optimierung für Multithreading in der Aufgabenliste erscheint, beginnen automatisch alle 4 Blöcke der Programmcodeverarbeitung mit einer Frequenz von 1,3 GHz zu arbeiten. Wenn sich die CPU erwärmt, senken die heißesten Kerne den Frequenzwert oder sogarsch alte aus. Dieser Ansatz sorgt einerseits für Energieeffizienz und andererseits für eine akzeptable Chipleistung.
Cache
In ARM Cortex A7 werden nur 2 Cache-Ebenen bereitgestellt. Die Eigenschaften des Halbleiterkristalls wiederum weisen darauf hin, dass die erste Ebene zwangsläufig in 2 gleiche Hälften geteilt ist. Einer von ihnen sollte Daten speichern und der andere - Anweisungen. Die Gesamtcachegröße auf der 1. Ebene gemäß den Spezifikationen kann 64 KB betragen. Als Ergebnis erh alten wir 32 KB für Daten und 32 KB für Code. Der 2nd-Level-Cache hängt in diesem Fall vom jeweiligen CPU-Modell ab. Das kleinste Volumen kann 0 MB (d. h. nicht vorhanden) und das größte 4 MB betragen.
RAM-Controller. Funktionen
Integrierter RAM-Controller wird mit jedem ARM Cortex A7-Prozessor geliefert. Die Eigenschaften des technischen Plans weisen darauf hin, dass er sich auf die Zusammenarbeit mit LPDDR3-RAM konzentriert. Die empfohlenen Arbeitsfrequenzen des RAM sind in diesem Fall 1066 MHz oder 1333 MHz. Die in der Praxis zu findende maximale RAM-Größe für dieses Chipmodell beträgt 2 GB.
Integrierte Grafik
Wie erwartet, haben diese Mikroprozessorgeräte ein integriertes Grafiksubsystem. ARM empfiehlt bei dieser CPU den Einsatz der eigenen Mali-400MP2-Grafikkarte. Aber seine Leistung reicht oft nicht aus, um das Potenzial auszuschöpfenMikroprozessorgerät. Daher verwenden Chipdesigner in Kombination mit diesem Chip effizientere Adapter, z. B. Power VR6200.
Softwarefunktionen
Drei Arten von Betriebssystemen zielen auf ARM-Prozessoren ab:
- Android vom Suchgiganten Google.
- iOS von APPLE.
- Windows Mobile von Microsoft.
Alle andere Systemsoftware hat noch nicht viel Verbreitung gefunden. Der größte Marktanteil solcher Software wird, wie Sie sich vorstellen können, von Android besetzt. Dieses System hat eine einfache und intuitive Benutzeroberfläche und darauf basierende Einstiegsgeräte sind sehr, sehr erschwinglich. Bis einschließlich Version 4.4 war es 32-Bit, und seit 5.0 begann es, 64-Bit-Berechnungen zu unterstützen. Dieses Betriebssystem läuft erfolgreich auf jeder Familie von RISC-CPUs, einschließlich ARM Cortex A7. Das Engineering-Menü ist ein weiteres wichtiges Feature dieser Systemsoftware. Mit seiner Hilfe können Sie die Funktionen des Betriebssystems erheblich neu konfigurieren. Der Zugriff auf dieses Menü erfolgt über einen für jedes CPU-Modell individuellen Code.
Ein weiteres wichtiges Merkmal dieses Betriebssystems ist die automatische Installation aller möglichen Updates. Daher können sogar neue Funktionen auf den Chips der ARM-Cortex-A7-Familie erscheinen. Firmware kann sie hinzufügen. Das zweite System richtet sich an mobile Gadgets von APPLE. Solche Geräte besetzen hauptsächlich das Premiumsegment und haben ein entsprechendes Leistungs- und Kostenniveau. Das neueste Betriebssystem angesichts von Windows Mobile ist noch nicht erh altentolle Verteilung. Es gibt Geräte, die darauf basieren, in jedem Segment mobiler Gadgets, aber eine kleine Menge an Anwendungssoftware ist in diesem Fall ein Hindernis für die Verbreitung.
Prozessormodelle
Am günstigsten und am wenigsten produktiv sind in diesem Fall 1-Kern-Chips. Am weitesten verbreitet war MT6571 von MediaTek. Eine Stufe höher sind die ARM Cortex A7 Dual Core CPUs. Ein Beispiel ist der MT6572 desselben Herstellers. Ein noch höheres Leistungsniveau wurde durch Quad Core ARM Cortex A7 bereitgestellt. Der beliebteste Chip aus dieser Familie ist der MT6582, der mittlerweile sogar in mobilen Einsteigergeräten zu finden ist. Nun, die höchste Leistung wurde von 8-Kern-Zentralprozessoren erbracht, zu denen der MT6595 gehörte.
Weitere Entwicklungsperspektiven
Bisher findet man in den Verkaufsregalen immer noch mobile Geräte, die auf einem Halbleiterprozessorgerät basieren, das auf 4X ARM Cortex A7 basiert. Dies sind MT6580, MT6582 und Snapdragon 200. Alle diese Chips beinh alten 4 Recheneinheiten und haben eine hervorragende Energieeffizienz. Außerdem sind die Kosten in diesem Fall sehr, sehr bescheiden. Dennoch liegen die besten Zeiten dieser Mikroprozessorarchitektur hinter uns. Der Höhepunkt der Verkäufe von darauf basierenden Produkten fiel auf 2013-2014, als es auf dem Markt für mobile Gadgets praktisch keine Alternative gab. Außerdem sprechen wir in diesem Fall über Budgetgeräte mit 1 oder 2Rechenmodule und mit Flaggschiff-Gadgets mit einer 8-Kern-CPU. Im Moment wird es durch Cortex A53, das im Wesentlichen eine modifizierte 64-Bit-Version von A7 ist, nach und nach vom Markt gedrängt. Gleichzeitig hat sie die wesentlichen Vorteile ihres Vorgängers voll und ganz beibeh alten und die Zukunft gehört definitiv ihr.
Meinung von Experten und Anwendern. Echte Bewertungen zu Chips, die auf dieser Architektur basieren. Stärken und Schwächen
Sicherlich ist das Erscheinen der ARM Cortex A7-Architektur von Mikroprozessorgeräten zu einem bedeutenden Ereignis für die Welt der mobilen Geräte geworden. Der beste Beweis dafür ist, dass darauf basierende Geräte seit mehr als 5 Jahren erfolgreich verkauft werden. Natürlich reichen die Fähigkeiten der A7-basierten CPU nicht einmal mehr aus, um mittlere Aufgaben zu lösen, aber der einfachste Programmcode auf solchen Chips funktioniert immer noch erfolgreich. Die Liste solcher Software umfasst die Wiedergabe von Videos, das Anhören von Audioaufnahmen, das Lesen von Büchern, das Surfen im Internet, und selbst die einfachsten Spielzeuge starten in diesem Fall problemlos. Darauf konzentrieren sich die führenden thematischen Portale für mobile Gadgets und Geräte, sowohl führende Experten dieser Art als auch normale Benutzer. Der Hauptnachteil von A7 ist die fehlende Unterstützung für 64-Bit-Computing. Zu den Hauptvorteilen gehört die perfekte Kombination aus Energieeffizienz und Leistung.
Ergebnisse
Sicherlich ist die ARM Cortex A7-Architektur ein GanzesÄra in der Welt der mobilen Geräte. Mit seinem Aufkommen wurden mobile Geräte erschwinglich und ziemlich produktiv. Und die Tatsache, dass es seit mehr als 5 Jahren erfolgreich verkauft wird, ist eine weitere Bestätigung dafür. Aber wenn darauf basierende Geräte zunächst das mittlere und Premium-Segment des Marktes besetzten, bleibt ihnen jetzt nur noch die Budgetklasse. Diese Architektur ist ver altet und gehört allmählich der Vergangenheit an.
