Внутри мобильных устройств - планшетов, цифровых рамок, смартфонов, телефонов, mp3-плееров - в большинстве случаев находится микропроцессоры ARM. В этой статье ближе познакомимся с ними и попробуем разобраться с типами, семействами и архитектурами этих микропроцессоров. Так что эта статья не для радиолюбительства или программирования, а для более уверенного ориентирования при выборе того или иного мобильного устройства.

Альтернатива Intel

Как знает каждый продвинутый пользователь, микропроцессор - это главная деталь компьютера, это его мозг, без которого работать он просто не сможет. Также обычный пользователь знает, что в его ПК имеется Intel-совместимый микропроцессор, созданный компанией Intel или AMD. И до недавнего времени Intel-совместимые микропроцессоры этих компаний были основными на потребительском рынке.

Но растёт количество мобильных устройств, где в основном используются микропроцессоры ARM, которые соответственно всё больше получают известность и популярность. Причём эта популярность в последнее время уже выходит за рамки мобильного сектора. Хотя справедливости ради нужно сказать, что и Intel пытается заполучить часть мобильного рынка.

Микропроцессорная архитектура ARM - это семейство 32-битных микропроцессорных ядер разработки компании ARM Limited. Пришло время иметь более детальное представление о её продукции. Хотя бы для того, чтобы не сильно путаться в большом количестве типов и семейств и ARM-совместимых микропроцессоров.

Краткая история

История ARM началась в 1978 году, когда была создана британская компания Acorn Computers. Под маркой Acorn выпускались несколько популярных на местном рынке моделей персональных компьютеров на основе восьмибитных чипов MOS Tech 6502. Этот чип, кстати, стоял в первых версиях персоналок Apple.

А первые процессоры семейства ARM1 были созданы Acorn Computers в 1985 году и произведены компанией VLSI Technology. Через год появились серийные процессоры под названием ARM2.

В 1990-м году возникло совместное предприятие между Acorn Computers, Apple Inc. и VLSI Technology. Это совместное предприятие и получило название Advanced RISC Machines Limited (ARM Limited), которое до сих пор и разрабатывает одноимённую процессорную архитектуру. И первым плодом этого альянса в 1992-ом году стало создание семейства процессоров ARM6.

Следует сказать, что ARM Limited, в отличие от Intel и AMD, не выпускают готовых микропроцессоров. Альянс разрабатывает только архитектуру микроядра, а также сопутствующий инструментарий - компиляторы, средства отладки. Для производства готовых чипов ARM Limited лицензирует архитектуру сторонним производителям. И на текущий момент чипы ARM выпускает очень большое количество производителей электроники: Analog Devices, Atmel, Xilinx, Altera, Cirrus Logic, Marvell, NXP, Samsung, MediaTek, MStar, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia и др.

Особенности архитектуры

Формально микропроцессоры ARM построены на основе RISC-архитектуры (Reduced Instruction Set Computing), основанной на сокращенном наборе команд. Альтернативой RISC-архитектуре является CISC-процессоры (Complex instruction set computing) со сложными наборами команд, основным представителем которых являются процессоры Intel.

Не вдаваясь в технологические детали, нужно сказать, что целью CISC-архитектуры является в первую очередь высокая мощность и функциональность. Соответственно и платой за это является обязательное наличие к тем же процессорам Intel вентиляторов и систем охлаждения с красивыми названиями, как, например, "Сибирь", "Антарктида".

А RISC-архитектура ARM не отличается высоким быстродействием. Зато она очень экономична в энергетическом плане. ARM Limited не стремится напичкать свои микропроцессоры большим количеством функциональных модулей, и компания не придерживается пресловутого закона Мура об обязательном ежегодном приумножении мощности чипов. В этом отношении энергоэффективность процессоров ARM отлично подходит для портативных решений - начиная с MP3-плееров и заканчивая планшетами, где именно энергопотребление является очень важной характеристикой.

Если говорить об функциональных особенностях процессоров ARM, то и у них есть свои собственные технологии, наподобие SSE и MMX в процессорах Intel.

• Режим Thumb - в этом режиме процессор выполняет альтернативный набор 16-битных команд, позволяющий размещать большее количество инструкции в меньший объем памяти по сравнению с 32-битным набор команд;
• Расширение команд SIMD используется для увеличения скорости обработки аудио и видео в приложениях, работающих на маломощных платформах;
• Технология Jazelle позволяет исполняться байт-коду Java прямо в архитектуре процессора;
• Технология Intelligent Energy Manager (IEM) дополнительно увеличивает энергосбережения на 25-50% в зависимости от выполняемой задачи;
• Технология TrustZone - это аппаратная технология, предназначена для защиты памяти устройства от критических сбоев.

Последние версии микропроцессоров ARM стали многоядерными. Технологический процесс создания чипов ARM освоен на уровне 28-нанометрового техпроцесса. И в плане мощности современные передовые процессоры ARM достигли частоты свыше 2 ГГц. Также готовятся и 64-битные процессоры ARM для серверов.

Семейства, архитектуры, версии ядра

Исторически процессоры ARM делятся на семь архитектур, начиная с самой первой ARMv1 и заканчивая самой последней ARMv7. Каждая архитектура может разделяться на несколько семейств. Наиболее значимыми семействами являются: ARM7, ARM9, ARM11 и Cortex. А самыми современными являются семейства ARM11 и Cortex. Начиная с архитектуры ARMv7, процессоры имеют 3 профиля: "A"(application) - процессоры приложений, "R" (real time) - контроллёры реального времени, "M" (microcontroller) - микроконтроллеры.

В таблице представлено соответствие семейств архитектурам.

То есть, читая обзоры о мобильных устройствах, следует помнить, что семейство ARM7 - это совсем не то же самое, что и архитектура ARMv7.

И это ещё не всё. Каждая архитектура может иметь несколько разновидностей ядер. Так, например, на текущий момент времени семейство процессоров ARM Cortex архитектуры ARMv7 имеет модификации: Cortex-A5, Cortex-A8, Cortex-A9.

Самой последней новинкой является микропроцессорное ядро Cortex-A9. Однако уже анонсированы процессоры следующего поколения Cortex-A15. Как обещает компания ARM Limited, процессоры на основе Cortex-A15 могут быть одноядерными, двухъядерными и даже четырехъядерными. Уже в течение этого 2012 года ожидается появление устройств с этими микропроцессорами.

Особо хочется отметить появление уже в ближайшем будущем микропроцессора Cortex-A7, который является оптимизированным, бюджетным вариантом Cortex-A15. Он будет предназначен для недорогих устройств, но при этом, несмотря на меньший номер версии, он будет значительно мощнее, чем уже имеющийся Cortex-A8.

То есть, как видим, определённая путаница с нумерациями в линейке процессоров ARM с номерами всё-таки присутствует. И её могут использовать не добросовестные маркетологи.

Реализации

И опять же напомним, что процессоры на основе всех вышеперечисленных семейств, архитектур и ядер делают другие кампании, а не ARM Limited. Соответственно реализации одной и той же архитектуры могут у разных производителей различаться и по мощности, и по процессу изготовления.

Также у каждого производителя процессоры одной и той же архитектуры ARM могут отличаться дополнительной функциональностью и периферией - графическим ядром, сопроцессором декодирования видео, модулями GSM, WiFi, Bluetooth, GPS и ещё много чем. Такая "обвязка" микропроцессорного ядра периферией на одном кристалле называется системой на кристалле SoC. Практически все реализации процессоров ARM Cortex профиля "application" - это SoC-процессоры.

И, соответственно, каждый производитель может иметь свою маркировку и названия ARM-совместимых процессоров. Для примера, процессоры Apple A5, которые используются в последних моделях iPad, - это SoC-система с ядром ARM Cortex-A9. Производит Apple A5 компания Samsung.

Я, пользуясь случаем, хотел бы напомнить новость о ещё одной весьма интересной новинке. В январе этого года китайская компания MediaTek представила свой новый процессор МТК6575. Любители "китайфонов", статьи которых имеются и на сайте "КВ", должны хорошо знать серию MTK. Процессоры MediaTek являются недорогими, и именно они чаще всего используются в "китайфонах".

МТК6575 - это SoC-процессор архитектуры ARM Cortex-9, аналогичный Apple A5. Процессор МТК6575 обладает очень неплохими показателями и периферией: частота 1 ГГц, модем HSPA+ 21/11 Mbps, 3D-графика SGX 531, видео 720P 30fps. "Китайфоны" с этим процессором любители ожидают уже этой весной.

Заключение

Таким вот образом, тихо и незаметно, микропроцессоры ARM Limited захватили весь мобильный мир. Мало того, они начинают экспансию и в другие секторы компьютерного оборудования. Даже Microsoft будет выпускать следующую версию Windows 8 в том числе и для архитектуры ARM. Правда, особенности разработки и производства процессоров ARM привели к довольно громоздкой системе архитектур, семейств, подвидов ядер и конкретных реализаций, в которых несложно и запутаться.

Михаил АСТАПЧИК