CC BY
814
УДК 004.2:004.4'22
АРХИТЕКТУРЫ СОВРЕМЕННЫХ МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Иванько Михаил Александрович
доцент кафедры информатики и информационных технологий, кандидат технических наук, доцент Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550 Россия, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2А а1ек/вё@таИ. ги
Назарова Полина Александровна
студентка Института принтмедиа и информационных технологий Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550 Россия, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2А роИа-п@ои(1оок. сот
Аннотация. Рассматриваются архитектуры мобильных устройств, история их разработки, использование разных архитектур в современной портативной технике.
Ключевые слова: архитектура мобильного устройства, архитектура ARM, архитектура х86, RISC-процессоры.
К современным мобильным устройствам относят прежде всего смартфоны и планшетные компьютеры. Их главными параметрами являются размер и способность к транспортированию. Мало кто знает, что от персональных компьютеров они отличаются прежде всего принципом построения архитектуры устройства.
Почти все процессоры настольных компьютеров используют архитектуру *86 (от англ. Intel 80*86), разработанную в 1978 г. Эта архитектура процессора впервые была реализована в процессорах компании Intel. Помимо продукции Intel архитектура также применяется в процессорах AMD, VIA, Transmeta, IDT и др. У архитектуры *86 существует соответствующий ей набор команд CISC (от англ. Complex Instruction Set Computing или англ. Complex Instruction Set Computer — компьютер с полным набором команд). Это означает, что при запуске любой программы, процессор устройства обрабатывает всю цепочку команд. Например, при запуске графического редактора он производит загрузку всех инструментов, фильтров, эффектов и других функций сразу, что требует немалой вычислительной мощности.
В большинстве мобильных устройств используется архитектура ARM (от англ. Advanced RISC Machine, Acorn RISC Machine — усовершенствованная RISC-машина). Этой архитектуре соответствует набор команд типа RISC (от англ. Restricted (Reduced) Instruction Set Computer — компьютер с сокращенным набором команд). Процессоры таких устройств отвечают за значительно меньший объем команд, быстродействие в них достигается путем упрощения инструкций. Если запустить графический редактор на устройстве с таким процессором, то при открытии будут загружены только основные функции, а используемые во время работы дополнительные модули будут подгружены по мере их вызова. Этот метод обеспечивает высокую скорость работы, несмотря на малую вычислительную мощность.
Почти все RISC-инструкции довольно просты и выполняются за один такт работы процессора, основными в этом наборе команд являются инструкции загрузки Load и сохранения Store. Для выполнения RISC-инструкций нужно меньше логических элементов, чем для CISC-инструкций, которые могут выполнять сразу несколько низкоуровневых операций, что в конечном итоге снижает стоимость процессора и увеличивает тактовую частоту.
Первые процессоры ARM были представлены 26 апреля 1985 г. компанией Acorn Computers под названием ARM1. ARM2 были доступны уже в следующем году. К настоящему времени процессоры ARM претерпели много изменений и доработок, но компактность конструкции сохранилась до сих пор: кристалл процессора ARM2 содержал 30 тыс. транзисторов, а ARMv7 содержит всего на 5 тыс. транзисторов больше.
Корпорация ARM Holdings, дочерняя компания Acorn Computers, в отличие от Intel или AMD, сама ничего не производит, предпочитая продавать это право другим производителям мобильных устройств. Среди ее лицензиатов такие кампании, как AMD, Apple, Intel (до 2006 г.), NXP, STMicroelectronics, Samsung, LG, MediaTek, MStar, Qualcomm, Sony. При этом многие лицензиаты делают собственные версии ядер на базе процессора ARM.
До недавнего времени все мобильные устройства, основанные на процессоре ARM, поддерживали только 32-разрядные вычисления. ARMv8 — первый 64-битный процессор, он позволяет работать с объемом оперативной памяти 4 Гбайт и больше.
Рассмотрим примеры последних решений на процессоре ARM.
Смартфон Apple iPhone 6S (рис. 1).
9Z10S6K 86S0"HV
ÉA9
3SC0091 1222
Рис. 1. Процессор Apple A9 смартфона Apple iPhone 6S
Процессор Apple A9 - 64-битный двухъядерный ARM-микропроцессор с архитектурой ARMv8-A компании Apple из серии Apple Ax. Изготавливается по новому 14-нм FinFET техпроцессу. Используется в смартфонах iPhone 6S и iPhone 6S Plus.
Смартфон Samsung Galaxy S6 (рис. 2).
Рис. 2. Процессор Samsung Exynos 7420 смартфона Samsung Galaxy S6
Процессор Samsung Exynos 7420 — 64-битный восьмиядерный ARM-микропроцессор с архитектурой ARMv8-A компании Samsung. Используется в смартфонах Samsung Galaxy S6, Samsung Galaxy S6 Edge, Samsung Galaxy Note 5, Samsung Galaxy S6 Edge+.
Смартфон Microsoft Lumia 950 (рис. 3).
Все эти мобильные устройства содержат 64-битные PISC-процессоры, которые основаны на ядрах Cortex-A57 и Cortex-A53.
Мобильные устройства, основанные на архитектуре х86, тоже существуют. В основном это планшетные компьютеры на операционных системах Windows 8 и 10 и некоторые смартфоны с процессором Intel Atom. Intel Atom — единственный на сегодняшний день процессор компании Intel, использующийся в смартфонах. Некоторые планшетные компьютеры, предназначенные для решения более сложных задач, имеют процессоры Intel Core i3 и Intel Core i5.
Из недавно вышедших смартфонов для примера можно рассмотреть следующие:
Смартфон ASUS ZenFone 2 Deluxe (рис. 4).
Рис. 3. Процессор Qualcomm Snapdragon 808 смартфона Microsoft Lumia 950
Процессор Qualcomm Snapdragon 808 - 64-битный шестиядерный ARM-микропроцессор с архитектурой ARMv8-A. Он также используется в смартфонах LG G4, LG Nexus 5X, Xiaomi mi4c, Motorolla Moto X Style.
Рис. 4. Процессор Intel Atom Z3580 смартфона ASUS ZenFone 2 Deluxe
Процессор Intel Atom Z3580 - 64-битный четы-рехъядерный микропроцессор с архитектурой х86 компании Intel из серии Intel Atom. Используется в мобильных устройствах Asus MemoPad 8, Nokia N1, Dell Venue 8 7000, Asus Zenfone 2.
Процессоры Intel Atom еще не до конца доработаны, они пока сильно уступают процессорам ARM. Примером служит то, что такая большая компания, как Apple, использует процессоры фирмы Intel во всех своих персональных компьютерах и ноутбуках, но не использует процессоры Intel Atom для смартфонов и планшетов. Компания Intel заявляет, что будет вкладывать много усилий в совершенствование линейки процессоров для мобильных устройств, чтобы все больше производителей устанавливали процессоры Intel Atom в свои новые модели.
Интересно, что почти все мобильные устройства, которые сейчас существуют и которые каждый из нас использует, основаны на одной и той же архитектуре ARM с одним и тем же набором команд типа RISC. C момента широкого распространения портативных устройств с процессором так и не было создано более удобной и простой архитектуры для смартфонов и планшетов, чем архитектура ARM.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Архитектура ARM [Электронныйресурс]. — URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/ARM_(архитектура) (датаобращения: 14.11.2015).
2. Архитектура и система команд RISC-процессоров семейства ARM [Электронный ресурс]. — URL: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/micros/arm/inde x.htm (дата обращения: 14.11.2015).
3. Архитектура x86 [Электронный ресурс]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/X86 (дата обращения: 14.11.2015).
4. Архитектура RISC [Электронный ресурс]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/RISC (дата обращения: 14.11.2015).
5. Архитектуры CISC и RISC[Электронный ресурс]. — URL: http://studopedia. su/9_18337_arhitekturi-CISC-i-RISC.html (дата обращения: 14.11.2015).
6. Архитектуры мобильных устройств: Мобильное противостояние [Электронный ресурс]. — URL: http://www.dgl.ru/articles/arhitektury-mobilnyh-ustroystv-mobilnoe-protivostoyanie_4795.html (дата обращения: 14.11.2015).
ARCHITECTURE OF MODERN MOBILE DEVICES
Mikhail Aleksandrovich Ivanko
Moscow State University of the press of Ivan Fedorov 127550Russia, Moscow, Pryanishnikov St., 2A
Polina Aleksandrovna Nazarova
Moscow State University of the press of Ivan Fedorov 127550Russia, Moscow, Pryanishnikov St., 2A
Annotation. The paper discusses the architecture of mobile devices, the history of their development, the use of different architectures in today's portable devices.
Keywords: mobile device architecture, the architecture of ARM, the architecture x86, RISC-processor.
