Архитектура arm скачать

Чем архитектура ARM отличается от x86

В наше время существует две самые популярные архитектуры процессоров. Это x86, которая была разработана еще 80х годах и используется в персональных компьютерах и ARM — более современная, которая позволяет сделать процессоры меньше и экономнее. Она используется в большинстве мобильных устройств или планшетов.

Обе архитектуры имеют свои плюсы и минусы, а также сферы применения, но есть и общие черты. Многие специалисты говорят, что за ARM будущее, но у нее остаются некоторые недостатки, которых нет в x86. В нашей сегодняшней статье мы рассмотрим чем архитектура arm отличается от x86. Рассмотрим принципиальные отличия ARM или x86, а также попытаемся определить что лучше.

Что такое архитектура?

Процессор — это основной компонент любого вычислительного устройства, будь то смартфон или компьютер. От его производительности зависит то, насколько быстро будет работать устройство и сколько оно сможет работать от батареи. Если говорить просто, то архитектура процессора — это набор инструкций, которые могут использоваться при составлении программ и реализованы на аппаратном уровне с помощью определенных сочетаний транзисторов процессора. Именно они позволяют программам взаимодействовать с аппаратным обеспечением и определяют каким образом будут передаваться данные в память и считываться оттуда.

На данный момент существуют два типа архитектур: CISC (Complex Instruction Set Computing) и RISC (Reduced Instruction Set Computing). Первая предполагает, что в процессоре будут реализованы инструкции на все случаи жизни, вторая, RISC — ставит перед разработчиками задачу создания процессора с набором минимально необходимых для работы команд. Инструкции RISC имеют меньший размер и более просты.

Архитектура x86

Архитектура процессора x86 была разработана в 1978 году и впервые появилась в процессорах компании Intel и относится к типу CISC. Ее название взято от модели первого процессора с этой архитектурой — Intel 8086. Со временем, за неимением лучшей альтернативы эту архитектуру начали поддерживать и другие производители процессоров, например, AMD. Сейчас она является стандартом для настольных компьютеров, ноутбуков, нетбуков, серверов и других подобных устройств. Но также иногда процессоры x86 применяются в планшетах, это довольно привычная практика.

Первый процессор Intel 8086 имел разрядность 16 бит, далее в 2000 годах вышел процессор 32 битной архитектуры, и еще позже появилась архитектура 64 бит. Мы подробно рассматривали разрядность процессоров в отдельной статье. За это время архитектура очень сильно развилась были добавлены новые наборы инструкций и расширения, которые позволяют очень сильно увеличить производительность работы процессора.

В x86 есть несколько существенных недостатков. Во-первых — это сложность команд, их запутанность, которая возникла из-за длинной истории развития. Во-вторых, такие процессоры потребляют слишком много энергии и из-за этого выделяют много теплоты. Инженеры x86 изначально пошли по пути получения максимальной производительности, а скорость требует ресурсов. Перед тем, как рассмотреть отличия arm x86, поговорим об архитектуре ARM.

Архитектура ARM

Эта архитектура была представлена чуть позже за x86 — в 1985 году. Она была разработана известной в Британии компанией Acorn, тогда эта архитектура называлась Arcon Risk Machine и принадлежала к типу RISC, но затем была выпущена ее улучшенная версия Advanted RISC Machine, которая сейчас и известна как ARM.

При разработке этой архитектуры инженеры ставили перед собой цель устранить все недостатки x86 и создать совершенно новую и максимально эффективную архитектуру. ARM чипы получили минимальное энергопотребление и низкую цену, но имели низкую производительность работы по сравнению с x86, поэтому изначально они не завоевали большой популярности на персональных компьютерах.

В отличие от x86, разработчики изначально пытались получить минимальные затраты на ресурсы, они имеют меньше инструкций процессора, меньше транзисторов, но и соответственно меньше всяких дополнительных возможностей. Но за последние годы производительность процессоров ARM улучшалась. Учитывая это, и низкое энергопотребление они начали очень широко применяться в мобильных устройствах, таких как планшеты и смартфоны.

Отличия ARM и x86

А теперь, когда мы рассмотрели историю развития этих архитектур и их принципиальные отличия, давайте сделаем подробное сравнение ARM и x86, по различным их характеристикам, чтобы определить что лучше и более точно понять в чем их разница.

Производство

Производство x86 vs arm отличается. Процессоры x86 производят только две компании Intel и AMD. Изначально эта была одна компания, но это совсем другая история. Право на выпуск таких процессоров есть только у этих компаний, а это значит, что и направлением развития инфраструктуры будут управлять только они.

ARM работает совсем по-другому. Компания, разрабатывающая ARM, не выпускает ничего. Они просто выдают разрешение на разработку процессоров этой архитектуры, а уже производители могут делать все, что им нужно, например, выпускать специфические чипы с нужными им модулями.

Количество инструкций

Это главные различия архитектуры arm и x86. Процессоры x86 развивались стремительно, как более мощные и производительные. Разработчики добавили большое количество инструкций процессора, причем здесь есть не просто базовый набор, а достаточно много команд, без которых можно было бы обойтись. Изначально это делалось чтобы уменьшить объем памяти занимаемый программами на диске. Также было разработано много вариантов защит и виртуализаций, оптимизаций и многое другое. Все это требует дополнительных транзисторов и энергии.

ARM более прост. Здесь намного меньше инструкций процессора, только те, которые нужны операционной системе и реально используются. Если сравнивать x86, то там используется только 30% от всех возможных инструкций. Их проще выучить, если вы решили писать программы вручную, а также для их реализации нужно меньше транзисторов.

Потребление энергии

Из предыдущего пункта выплывает еще один вывод. Чем больше транзисторов на плате, тем больше ее площадь и потребление энергии, правильно и обратное.

Процессоры x86 потребляют намного больше энергии, чем ARM. Но на потребление энергии также влияет размер самого транзистора. Например, процессор Intel i7 потребляет 47 Ватт, а любой процессор ARM для смартфонов — не более 3 Ватт. Раньше выпускались платы с размером одного элемента 80 нм, затем Intel добилась уменьшения до 22 нм, а в этом году ученые получили возможность создать плату с размером элемента 1 нанометр. Это очень сильно уменьшит энергопотребление без потерь производительности.

За последние годы потребление энергии процессорами x86 очень сильно уменьшилось, например, новые процессоры Intel Haswell могут работать дольше от батареи. Сейчас разница arm vs x86 постепенно стирается.

Тепловыделение

Количество транзисторов влияет еще на один параметр — это выделение тепла. Современные устройства не могут преобразовывать всю энергию в эффективное действие, часть ее рассеивается в виде тепла. КПД плат одинаковый, а значит чем меньше транзисторов и чем меньше их размер — тем меньше тепла будет выделять процессор. Тут уже не возникает вопрос ARM или x86 будет выделять меньше теплоты.

Производительность процессоров

ARM изначально не были заточены для максимальной производительности, это область преуспевания x86. Отчасти этому причина меньше количество транзисторов. Но в последнее время производительность ARM процессоров растет, и они уже могут полноценно использоваться в ноутбуках или на серверах.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели чем отличается ARM от x86. Отличия довольно серьезные. Но в последнее время грань между обоими архитектурами стирается. ARM процессоры становятся более производительными и быстрыми, а x86 благодаря уменьшению размера структурного элемента платы начинают потреблять меньше энергии и выделять меньше тепла. Уже можно встретить ARM процессор на серверах и в ноутбуках, а x86 на планшетах и в смартфонах.

А как вы относитесь к этим x86 и ARM? За какой технологией будущее по вашему мнению? Напишите в комментариях! Кстати, Линус Торвальдс предпочитает x86.

На завершение видео о развитии арихтектуры ARM:

Как узнать архитектуру процессора вашего телефона Android

Если вы любите загружать приложения на свой телефон Android, возможно, вы столкнулись с тем, что некоторые приложения имеют разные сборки, что приводит к путанице в отношении того, какую сборку загружать и устанавливать на вашем телефоне. Эта путаница возникает из-за большого числа производителей процессоров для рынка Android. У нас есть Qualcomm, MediaTek, Samsung, Huawei и некоторые другие мелкие производители, которые разрабатывают чипсеты для рынка Android. Даже у одного и того же производителя есть разные категории чипсетов, чтобы удовлетворить потребности разных людей.

Разработчики приложений разрабатывают разные версии одного и того же приложения, чтобы они бесперебойно работали на разных устройствах с разными аппаратными конфигурациями. По этой причине разработчики из Google LLC разработали 22 варианта приложения YouTube. Таких примеров много. Если вы опытный пользователь Android, вы должны знать следующее:

1. Архитектура, на которой разработан процессор вашего устройства
2. Версия Android, на которой работает ваше устройство.

Зная версию Android, на которой работает ваш телефон, довольно просто ( Настройки — О телефоне — Версия Android ), вам необходимо выполнить несколько шагов, чтобы узнать архитектуру, на которой разработан процессор вашего телефона. Как правило, есть три архитектуры, на которых основаны все процессоры Android Phone.

• ARM — это наиболее распространенная архитектура, на которой разработаны процессоры для телефонов Android. Если процессор вашего телефона основан на ARM, это означает, что ваш телефон работает под управлением 32-разрядной операционной системы. Это довольно популярно в начальных и средних телефонах Android. Это энергоэффективные процессоры с низким энергопотреблением.
• ARM64 — Новые процессоры основаны на архитектуре ARM64. Он поддерживает 64-битную операционную систему и обладает высокой вычислительной мощностью. Многие производители телефонов принимают эту новую архитектуру, и, похоже, она станет стандартом в ближайшем будущем. Все основные производители чипсетов в экосистеме Android разрабатывают процессоры на основе архитектуры ARM64.
• Процессоры x86 — x86 имеют более высокую вычислительную мощность, чем любой другой аналог ARM, но их очень мало на рынке. Как правило, процессоры от Intel основаны на этой архитектуре. Они не оптимизированы для более длительного потребления батареи.

Теперь нужно помнить, что приложение или пользовательское ПЗУ, созданное для определенной архитектуры, не оптимизировано для другой и поэтому не рекомендуется устанавливать, если ваше оборудование не совместимо. Однако большинство приложений, разработанных для 32-разрядных систем, могут работать в 64-разрядных системах.

Достаточно сказать, теперь следуйте этим шагам, чтобы узнать о процессоре вашего телефона.

• ARM: ARMv7 или armeabi
• ARM64: AArch64 или arm64
• x86: x86 или x86abi

Вот и все.

Вы также можете попробовать следующие приложения, которые выполняют ту же функцию, что и Droid Hardware Info.

Архитектура arm скачать

Архитектура ARM существенно эволюционировала с момента своего появления и продолжает развиваться. Сейчас определено 8 основных версий архитектуры, которые пронумерованы, начиная с 1. Из них первые 3 считаются полностью устаревшими. Процессоры, принадлежащие к семействам процессоров ARM7, ARM9, ARM11 (с архитектурой версий 4-6), отнесены компанией ARM к «классическим», и хотя ещё применяются, они не рекомендуются для использования в новых разработках. Современные процессоры ARM имеют архитектуру версий 7 и 8 (ARMv7, ARMv6-M — подмножество ARMv7-M; ARMv8) и принадлежат к семействам процессоров Cortex: Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M.

Среди многообразия процессоров с архитектурой ARM, есть как очень высокопроизводительные устройства (например, применяемые в планшетных компьютерах), так и устройства, для которых главное – малое энергопотребление и низкая цена (для использования в качестве микроконтроллеров).

Для того, чтобы процессоры ARM максимально отвечали нуждам и ожиданиям потребителей, компания ARM, начиная с архитектуры версии ARMv7, вводит понятие профиля архитектуры. То есть, в рамках одной версии определяются несколько вариантов архитектуры (профилей).

На данный момент определены следующие профили:

• A (Application profile): ARMv7-A, ARMv8-A
  Поддерживается виртуальная адресация памяти (VMSA — Virtual Memory System Architecture, архитектура системы виртуальной памяти на основе модуля управления памятью, MMU — Memory Management Unit); поддерживаются наборы инструкций:
  ARMv7-A — ARM и Thumb,
  ARMv8-A — A64, A32, T32 (в профиле ARMv8-A появляется поддержка 64-битового набора инструкций).
  Процессоры с этой архитектурой используются в высокопроизводительных системах.
• R (Realtime profile): ARMv7-R, ARMv8-R
  Поддерживается только физическая адресация памяти; поддерживается защищённая память (PMSA — Protected Memory System Architecture, архитектура защищённой памяти на основе модуля защиты памяти, MPU — Memory Protection Unit); поддерживаются наборы инструкций:
  ARMv7-R — ARM и Thumb,
  ARMv8-R — A32, T32.
  Процессоры с этой архитектурой используются в системах реального времени (которые обязаны среагировать на событие в течении интервала времени, не превышающего определённого значения).
• M (Microcontroller profile): ARMv7-M, ARMv6-M; пока нет устройств с ARMv8-M архитектурой.
  (*) ARMv6-M был введён как подмножество профиля ARMv7-M, а не вариант архитектуры ARMv6. Профиль ARMv6-M ориентирован на устройства, которые могут быть альтернативой 8-битным контроллерам. Вообще, система обозначений архитектур и процессоров ARM очень интересная и запутанная и заслуживает отдельного разговора.
  Поддерживается только набор инструкций Thumb. Обеспечивают малую задержку при обработке прерываний с аппаратной загрузкой регистров в стек и поддержкой написания обработчиков прерываний на языках высокого уровня. На этой архитектуре базируются микроконтроллеры.

Хотя формально профили введены, начиная с 7-й версии архитектуры ARM, фактически они существовали и ранее, так как ранее существовали процессоры с VMSA, которые могут быть соотнесены с профилем A и процессоры с PMSA, которые соответствуют профилю R.

Современные на данный момент процессоры ARM принадлежат к семействам Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M и имеют соответственно профили архитектуры A, R, M (архитектуры версий 7, 8).

ARM: микроконтроллеры

Как известно, компания ARM занимается только разработкой и сама процессоры не производит. Производством занимаются другие компании, которые по лицензии используют разработки ARM. Объединяя ARM-ядро c RAM, ROM/PROM (Flash), периферийными устройствами, они создают свой процессор (микроконтроллер). Производитель определяет не только периферию, но имеет возможность конфигурировать само ядро, например выбрать количество поддерживаемых внешних прерываний, количество уровней приоритета прерываний, состав включаемых модулей, определяемых архитектурой как опциональные и др.

Все современные процессоры ARM являются 32-битными, а в 8-й версии архитектуры появляется также поддержка 64-битного набора инструкций.

Если говорить о профиле микроконтроллеров M, то к нему относятся процессоры, которые могут использоваться как ядро микроконтроллера:

• Cortex-M0, Cortex-M0+, Cortex-M1 (профиль ARMv6-M);
• Cortex-M3 (профиль ARMv7-M);
• Cortex-M4, Cortex-M7 (ARMv7E-M).

Cortex-M0 — процессор с наименьшей производительностью из линейки Cortex-M, что правда, не мешает ему обгонять 16-битные устройства, не говоря уже о 8-битных. Имеет низкую потребляемую мощность и является основой для наиболее дешёвых микроконтроллеров.

Cortex-M0+ является совместимым по набору инструкций с процессором Cortex-M0, при этом у него ещё ниже потребление электроэнергии и выше производительность. Самый энергоэффективный процессор. Лучше других подходит для устройств с батарейным питанием.

Cortex-M3 находит весьма широкое применение для высокопроизводительных, недорогих платформ; может использоваться в некоторых случаях в системах реального времени.

Cortex-M4 по сравнению с Cortex-M3 имеет расширения для DSP (цифровой обработки сигналов), FPU одинарной точности (опционально), усовершенствованный конвейер.

Cortex-M7 — последний, наиболее высокопроизводительный процессор из семейства Cortex-M, имеет расширения DSP, FPU для чисел одинарной и двойной точности (опционально), шестиступенчатый конвейер с предсказанием ветвлений и многое другое.

Cortex-M1 выбивается из стройной линейки процессоров семейства Cortex-M. Это процессор, специально разработанный для реализации на FPGA.

ARM микроконтроллеры Cortex-M: преимущества

• Возможность выбора

Микроконтроллеры с архитектурой ARM производят десятки компаний, всего доступно для выбора тысячи микроконтроллеров. Это упрощает подбор устройства, подходящего по производительности, объёму памяти, набору периферийных устройств, цене.

Высокая производительность и эффективность

ARM-микроконтроллеры являются 32-битными, обеспечивают малую задержку при обработке прерываний; имеют инструкции для манипуляции с битами; обеспечивают высокую плотность кода (компактный код). Являются лидерами по производительности, имеют хорошее соотношение потребляемая мощность/производительность. Являются экономичными, обеспечивают длительную работу при питании от батарей, поддерживают несколько режимов сна на уровне архитектуры. Младшие модели микроконтроллеров из семейства Cortex-M, превосходя 8-битовые микроконтроллеры по быстродействию, сравнимы с ними по потребляемой мощности и цене (или даже лучше). Имеют малое количество вентилей; высокая плотность кода уменьшает требуемый объём памяти. В итоге микроконтроллер занимает мало места на кристалле.

Лёгкость в использовании

Микроконтроллеры ARM хорошо подходят для программирования на C/C++. Архитектурная поддержка обработчиков в виде C++ функций, а также наличие библиотеки CMSIS, обеспечивающей API для доступа к ядру и периферии, позволяют полностью отказаться от использования ассемблера.

Имеется хороший выбор средств разработки, в том числе и бесплатных.

Имеются аппаратные средства отладки кода в устройстве, которые определены в архитектуре.

Единая архитектура позволяет использовать одни и те же инструменты для разработки, отладки, прошивки при работе с любыми ARM микроконтроллерами. Совместимость устройств способствует повторному использованию кода, упрощает переход от одного микроконтроллера к другому (в том числе и от другого производителя).

ARM архитектура предлагает высокофункциональный контроллер вложенных векторных прерываний (NVIC), имеет поддержку операционных систем, модуля защиты памяти (MPU, опция).

ARM architecture

This page gives an overview of the ARM Architecture Reference Manuals. Read this page to help you decide which Architecture document you require. The following documents are available:

ARMv8-A Architecture Reference Manual

This manual describes the ARMv8-A architecture. This includes instruction set, exception model, memory model, programmers’ model and the debug architecture for both the 32-bit (AArch32) and 64-bit (AArch64) execution states.

PLEASE NOTE: This is a beta release of the manual. Where there is any conflict in the AArch32 information that is common to ARMv7-A, the ARMv7-AR Architecture Reference Manual (Issue C), document ARM DDI 0406, takes precedence.

ARMv8-M Architecture Reference Manual

This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv8 (M profile) compliant processors, including:

This manual has been written for engineers implementing ARM processors, porting operating systems, or writing development tools, who require detailed information on the ARMv8-M architecture.

ARMv7-AR Architecture Reference Manual

This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv7 (A&R profile) compliant processors, including:

• Cortex-A series
• Cortex-R series
• Qualcomm Scorpion.

It also describes the later ARMv6 architecture releases for ARM11 processors, and describes Thumb-2 and the TrustZone security extensions.

ARMv7-M Architecture Reference Manual

This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv7 (M profile) compliant processors, including:

This manual has been written for engineers implementing ARM processors, porting operating systems, or writing development tools, who require detailed information on the ARMv7-M architecture.

ARMv6-M Architecture Reference Manual

This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv6-M compliant processors, including:

• Cortex-M0
• Cortex-M1 used in FPGA product offerings.

The ARMv5 Architecture Reference Manual

This manual describes the instruction set, memory model, and programmers’ model for ARMv4 and ARMv5 compliant processors, including:

• ARM7
• ARM9
• ARM10
• StrongARM
• Intel XScale
• the Marvell Feroceon product line.

It also describes the initial ARMv6 architecture release. It does not describe Thumb-2 or the TrustZone Security Extensions.

Refer to the ARMv7-AR Architecture Reference Manual for information on Thumb-2 and TrustZone.

Related information

Knowledge Articles

Help

Using this set

To browse this set, use the Contents frame on the left:

• click on a topic to view it, and also to expand it so you can see the topics or documents it contains
• click on the beside a topic to expand it without viewing it
• click on the beside a topic to collapse it.

To search the documentation, enter your search term in the Search our documentation field above the Contents tab:

• ensure you are searching in the correct part of the site:
  • to search all the site, choose All documents
  • to search only this set, choose Current set of documents, and select the topic containing the documents you want to search
  • to search a particular document in this set, choose Current document, and select the document or any topic inside it
• To start the search, either click the Get search results button or press Return.

Viewing SVG graphics

All line drawings use the SVG format. This enables you to zoom in on the graphic without losing any quality. To view these graphics, your browser must support the SVG format. If your browser does not have native support, you must install an appropriate plugin such as the Adobe SVG Viewer.

Finding out more

For more detailed information about using this site, see the site Frequently Asked Questions.

Архитектура arm скачать

Процессоры ARM: особенности архитектуры, отличия, перспективы и модельный ряд.

Первые чипы ARM появились еще три десятилетия назад благодаря стараниям британской компании Acorn Computers (ныне ARM Limited ), но долгое время пребывали в тени своих более именитых собратьев – процессоров архитектуры х86. Все перевернулось с ног на голову с переходом IT-индустрии в пост-компьютерную эпоху, когда балом стали править уже не ПК, а мобильные гаджеты.

Особенности архитектуры ARM

Особенностью чипов для мобильных компьютеров является способность работать на одном заряде аккумулятора с малым нагревом корпуса. Не всегда это получается, бывает, что мобильный процессор показывает хорошую производительность, но при этом он сильно перегревается или быстро разряжает аккумулятор. Так что высокое место в рейтинге не всегда говорит о преимуществе чипа над другими

В процессорной архитектуре x86, которую сейчас используют компании Intel и AMD, применяется набор команд CISC ( Complex Instruction Set Computer ), хоть и не в чистом виде. Так, большое количество сложных по своей структуре команд, что долгое время было отличительной чертой CISC, сначала декодируются в простые, и только затем обрабатываются. Понятное дело, на всю эту цепочку действий уходит немало энергии.

Рисунок 1. Чип ARM1 – первенец компании Acorn Computers , который производился на фабриках VLSI

В качестве энергоэффективной альтернативы выступают чипы архитектуры ARM с набором команд RISC ( Reduced Instruction Set Computer ). Его преимущество в изначально небольшом наборе простых команд, которые обрабатываются с минимальными затратами. Как результат, сейчас на рынке потребительской электроники мирно (на самом деле, не очень мирно) уживаются две процессорные архитектуры – х86 и ARM, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Рисунок 2. Первым в истории устройством на базе процессора архитектуры ARM был персональный компьютер BBC Micro

Архитектура х86 позиционируется как более универсальная с точки зрения посильных ей задач, включая даже столь ресурсоемкие, как редактирование фотографий, музыки и видео, а также шифрование и сжатие данных. В свою очередь архитектура ARM «выезжает» за счет крайне низкого энергопотребления и в целом-то достаточной производительности для важнейших на сегодня целей: прорисовки веб-страниц и воспроизведения медиaконтента .

Рисунок 3. Архитектурные отличия процессоров x86 (набор команд CISC) и ARM (набор команд RISC)

На осень 2016 года используются в смартфонах и планшетах такие вычислительные ядра Cortex :

Количество вычислительных ядер и потоков

Последние годы все мобильные процессоры строятся по многоядерной архитектуре. На сегодня есть процессоры, которые имеют в своем составе 10 вычислительных ядер. Но не всегда большее количество ядер является явным преимуществом. Большее количество ядер может увеличить количество вычислительных потоков (одновременно выполняемых задач).

Рисунок 4. Пример расположения ядер в процессорах ARM .

Для получения максимальной производительности от реализации многоядерной архитектуры, программные приложения должны быть оптимизированы под работу с несколькими вычислительными ядрами. А это не всегда сделано, поэтому выше и говорилось, что большее количество ядер не всегда есть преимущество. Например, процессоры от Apple имеют 2-3 ядра, а по производительности одни из лучших и это благодаря оптимизации программного обеспечения и использованию комплектующих, специально сделанных для работы с этим чипом.

С технической точки зрения называть чипы архитектуры ARM процессорами не совсем верно, ведь помимо одного или нескольких вычислительных ядер они включают целый ряд сопутствующих компонентов. Более уместными в данном случае являются термины однокристальная система и система-на-чипе (от англ. system on a chip ).

Так, новейшие однокристальные системы для смартфонов и планшетных компьютеров включают контроллер оперативной памяти, графический ускоритель, видеодекодер , аудиокодек и опционально модули беспроводной связи. Узкоспециализированные чипы могут включать дополнительные контроллеры для взаимодействия с периферийными устройствами, например датчиками.

Рисунок 5. Схема строения однокристальной системы с четырьмя ядрами ARM Cortex-A9

Отдельные компоненты однокристальной системы могут быть разработаны как непосредственно ARM Limited , так и сторонними компаниями. Ярким тому примером являются графические ускорители, разработкой которых помимо ARM Limited (графика Mali ) занимаются Qualcomm (графика Adreno ) и NVIDIA (графика GeForce ULP).

Не стоит забывать и про компанию Imagination Technologies , которая ничем другим, кроме проектирования графических ускорителей PowerVR , вообще не занимается. А ведь именно ей принадлежит чуть ли не половина глобального рынка мобильной графики: гаджеты Apple и Amazon , планшетники Samsung Galaxy Tab 2, а также недорогие смартфоны на базе процессоров MTK.

Устаревшие поколения чипов

Морально устаревшими, но все еще широко распространенными процессорными архитектурами являются ARM9 и ARM11, которые принадлежат к семействам ARMv5 и ARMv6 соответственно.

ARM9. Чипы ARM9 могут достигать тактовой частоты 400 МГц и, скорее всего, именно они установлены внутри вашего беспроводного маршрутизатора и старенького, но все еще надежно работающего мобильного телефона вроде Sony Ericsson K750i и Nokia 6300. Критически важным для чипов ARM9 является набор инструкций Jazelle , который позволяет комфортно работать с Java -приложениями ( Opera Mini , Jimm , Foliant и др.).

ARM11. Процессоры ARM11 могут похвастаться расширенным по сравнению с ARM9 набором инструкций и куда более высокой тактовой частотой (вплоть до 1 ГГц), хотя для современных задач их мощности тоже не достаточно. Тем не менее, благодаря невысокому энергопотреблению и, что не менее важно, себестоимости, чипы ARM11 до сих пор применяются в смартфонах начального уровня: Samsung Galaxy Pocket и Nokia 500.

Рисунок 6. Пример использования процессора Broadcom Thunderbird в мобильных устройствах

Чип Broadcom Thunderbird – один из немногочисленных представителей поколения ARM11, который до сих пор применяется в Android -смартфонах

Современные поколения чипов

Все более-менее новые чипы архитектуры ARM принадлежат к семейству ARMv7, флагманские представители которого уже достигли отметки в восемь ядер и тактовой частоты свыше 2 ГГц. Разработанные непосредственно ARM Limited процессорные ядра принадлежат к линейке Cortex и большинство производителей однокристальных систем используют их без существенных изменений. Лишь компании Qualcomm и Apple создали собственные модификации на основе ARMv7 – первая назвала свои творения Scorpion и Krait , а вторая – Swift .

ARM Cortex-A8. Исторически первым процессорным ядром семейства ARMv7 было Cortex-A8, которое легло в основу таких известных SoC своего времени как Apple A4 (iPhone 4 и iPad) и Samsung Hummingbird (Samsung Galaxy S и Galaxy Tab). Оно демонстрирует примерно вдвое более высокую производительность по сравнению с предшествующим ARM11. К тому же, ядро Cortex-A8 получило сопроцессор NEON для обработки видео высокого разрешения и поддержку плагина Adobe Flash .

Правда, все это негативно сказалось на энергопотреблении Cortex-A8, которое значительно выше чем у ARM11. Несмотря на то, что чипы ARM Cortex-A8 до сих пор применяются в бюджетных планшетниках (однокристальная система Allwiner Boxchip A10), их дни пребывания на рынке, по всей видимости, сочтены.

Рисунок 8. Однокристальная система TI OMAP 3

Однокристальная система TI OMAP 3 – представитель некогда популярного, но сейчас уже угасающего поколения ARM Cortex-A8

ARM Cortex-A9. Вслед за Cortex-A8 компания ARM Limited представила новое поколение чипов – Cortex-A9, которое сейчас является самым распространенным и занимает среднюю ценовую нишу. Производительность ядер Cortex-A9 выросла примерно втрое по сравнению с Cortex-A8, да еще и появилась возможность объединять их по два или даже четыре на одном чипе.

Сопроцессор NEON стал уже необязательным: компания NVIDIA в своей однокристальной системе Tegra 2 его упразднила, решив освободить побольше места для графического ускорителя. Правда, ничего хорошего из этого не вышло, ведь большинство приложений-видеопроигрывателей все равно ориентировались на проверенный временем NEON.

Рисунок 9. Чипы NVIDIA Tegra 2.

Почти все флагманские планшетные компьютеры образца 2011 года были построены на базе чипа NVIDIA Tegra 2

Именно во времена «царствования» Cortex-A9 появились первые реализации предложенной ARM Limited концепции big.LITTLE , согласно которой однокристальные системы должны иметь одновременно мощные и слабые, но энергоэффективные процессорные ядра. Первой реализацией концепции big.LITTLE стала система-на-чипе NVIDIA Tegra 3 с четырьмя ядрами Cortex-A9 (до 1,7 ГГц) и пятым энергоэффективным ядром-компаньоном (500 МГц) для выполнения простеньких фоновых задач.

ARM Cortex-A5 и Cortex-A7. При проектировании процессорных ядер Cortex-A5 и Cortex-A7 компания ARM Limited преследовала одно и ту же цель – добиться компромисса между минимальным энергопотреблением ARM11 и приемлемым быстродействием Cortex-A8. Не забыли и про возможность объединения ядер по два-четыре – многоядерные чипы Cortex-A5 и Cortex-A7 мало-помалу появляются в продаже ( Qualcomm MSM8625 и MTK 6589).

Рисунок 10. Схема строения однокристальной системы c четырьмя ядрами ARM Cortex-A5

ARM Cortex-A15. Процессорные ядра Cortex-A15 стали логическим продолжением Cortex-A9 – как результат, чипам архитектуры ARM впервые в истории удалось примерно сравниться по быстродействию с Intel Atom , а это уже большой успех. Не зря ведь компания Canonical в системных требования к версии ОС Ubuntu Touch с полноценной многозадачностью указала двухъядерный процессор ARM Cortex-A15 или аналогичный Intel Atom .

Рисунок 11. Чипы Exynos 5250

Первой массовой однокристальной системой Cortex-A15 стала двухъядерная Exynos 5250, которая применяется в планшетнике Google Nexus 10 и лэптопе Samsung Chromebook

Вслед за NVIDIA концепцию big.LITTLE подхватила компания Samsung : «сердцем» смартфона Galaxy S4 стал чип Exynos 5 Octa с четырьмя ядрами Cortex-A15 и таким же количеством энергоэффективных ядер Cortex-A7.

Рисунок 12. Схема однокристальной системы big.LITTLE с процессорными ядрами ARM Cortex-A15 ( big ) и Cortex-A7 (LITTLE)

Технологический процесс для чипов означает полупроводниковое производство, состоящее из последовательности операций при производстве этих микросхем. Обозначается как размер в « нм », раньше было в «мкм». Сегодня ведутся разработки по реализации 10 нм техпроцесса. На осень 2015 года в продаже есть процессоры по техпроцессу 14 нм , это самые новые.

Само обозначение техпроцесса в разное время обозначало или размер затвора транзистора, сделанного по этой технологии или плотность элементов, или размер ячейки памяти и др. В общем это технологии обработки полупроводника для достижения заявленных характеристик. Чем меньше техпроцесс, тем больше рабочая частота процессора и больше энергоэффективность.

Внутренняя память L2 и L3

Память « Cache » второго L2 и третьего L3 уровня указывает на объем внутренней памяти процессора. Эта память расположена на кристалле и имеет очень большую скорость работы по сравнению с оперативной. Чем больше объем этой памяти, тем лучше для производительности. L3 должно быть от 1 МВ для хорошей производительности, L2 измеряется в КВ.

Декабрь 2016 года. Время выхода процессоров отсчитывается от октября 2015 года, если не указан год.