`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Архитектура Intel XScale – очень сложные процессоры для простых устройств

0 
 

Большинство пользователей ноутбуков не интересуется техническими спецификациями используемых ими устройств. Самое главное, чтобы начинка мобильного компьютера отвечала поставленным перед ним задачам. Что уж говорить о PDA, «внутренности» которых даже для весьма искушенных пользователей всегда оставались тайной за семью печатями. Сегодня мы попробуем восполнить этот пробел и пролить свет на особенности наиболее распространенной архитектуры КПК – Intel XScale.

В конце 2004 г., обсуждая кандидатов на премию «Компьютерное Обозрение: Продукт года», мы долго спорили, включать ли в номинацию «Процессоры» решения для КПК. Основные аргументы противников сводились к тому, что на самом деле пользователю не так важно знать тактовую частоту и объем кэш-памяти, как круг задач, которые он сможет решать на своем цифровом помощнике. С подобным утверждением поспорить действительно сложно, но, с другой стороны, современные процессоры для PDA представляют собой очень сложные по степени интеграции компонентов системы-на-чипе, намного превосходящие в этом CPU для настольных ПК (речь идет не о миллионах транзисторов, а о количестве функциональных блоков в микросхеме). в теме номера, посвященной обзору и тестированию КПК, мы решили снабдить наших читателей интересной информацией об архитектуре XScale и, в частности, о наиболее ярком ее представителе – процессоре Intel PXA 270.

Intel XScale PXA 27х

Архитектура Intel XScale – очень сложные процессоры для простых устройств
Блок-схема строения процессора Intel XScale серии PXA 27x

В КПК процессор является не только вычислительным модулем, а и основным коммутатором массы интегрированных в чип контроллеров. В этом, собственно, заключается главное и принципиальное отличие от персональных компьютеров, где CPU, по сути, одна из равноправных составляющих системы. Так что с некоторым обобщением можно сказать, что классический КПК на самом деле представляет собой CPU плюс LCD-экран. Для наглядности приводим рис. 1, на котором можно условно выделить 13 основных блоков, целиком определяющих функциональность современных КПК. Рассмотрим детальнее наиболее интересные из них.


Технические характеристики процессоровIntel XScale серии PXA 27x
Характеристика 270/271/272
Ядро ARM 5TE
Размер ядра 13/14/23 мм2
Архитектура Суперконвейерный RISC
Разрядность СРU 32-bit
Длина конвейера 7 стадий
Socket VF-BGA 356/PBGA 360
Частота 312–614 MHz
Частота системной шины 104, 208 MHz
Разрядность шины 64-bit
L1-кэш 64 (32+32) KB
Кэш потоковых данных 2 КВ
L2-кэш 256 КВ
Сопроцессор MAC (Multiply Accumulate Unit)
Разрядность/шина 40/32-bit
Дополнительные инструкции Wireless MMX/SSE (64-bit), 16 регистров
Контроллер памяти SDRAM, 64-bit, 104 MHz
DMA-контроллер 32-bit, 63 устройства
Модуль управления энергопитанием Wireless Intel SpeedStep

Вычислительное ядро с Wireless MMX Technology

Архитектура Intel XScale – очень сложные процессоры для простых устройств
Блок-схема ядра процессора Intel XScale серии PXA 27x

Процессоры Intel семейства PXA, построены на базе микроархитектуры XScale, вычислительное ядро которых базируется на так называемой суперконвейерной RISC-технологии (рис. 2, основные характеристики процессора приведены в таблице). Как можно заметить, по своей сложности процессоры для КПК мало в чем уступают своим настольным собратьям. Перед нами полноценный 32-битный вычислитель с кэшем 64 КВ первого уровня (по 32 КВ на инструкции и данные) и L2-кэшем 256 KB. Несколько слов о том, почему Intel называет свой процессор именно суперконвейерным. Дело в том, что в семействе XPA 27x после четырех общих операций (определение инструкции – чтения регистрового файла) могут использоваться три независимых конвейера – X-pipeline (основной исполнительный), M-pipeline (исполнение мультимедийных инструкций интегрированным сопроцессором аппаратного умножения с накоплением (MAC)), D-рipeline (чтение и запись новых инструкций из кэша). Подобный подход приводит к значительному увеличению производительности, особенно при работе с потоковыми мультимедиаданными (к примеру, MPEG-4). Именно для обеспечения достаточной производительности при просмотре видео и применяется многоконвейерная обработка, мини-кэш 2 КВ для потоковых данных и 40-битный сопроцессор с возможностью исполнения команд EMMX/SSE.

Контроллер LCD-дисплея

Архитектура Intel XScale – очень сложные процессоры для простых устройств
КПК HP h2210 внутри

Встроенный в процессор LCD-контроллер позволяет подключать один или два экрана. Максимальное разрешение составляет 800×600 при 18-битной цветовой схеме (262 тыс. цветов) либо 24-битной при использовании панели с интегрированным фрейм-буфером. На сегодняшний день многие производители отдают предпочтение комбинированным схемам (дополнительные микросхемы MPEG-ускорителей и/или 3D-акселераторов, даже получивших общее название «медиа-процессоры»), но в любом случае пока в большинстве КПК интерфейс отображается именно встроенным графическим контроллером процессора.

Контроллер внешний памяти

Универсальный блок работы с различными видами памяти – оперативной SDRAM (частота 104 MHz, 64-bit, пропускная способность 832 MBps), дополнительной статической SRAM, синхронной ROM и различными типами флэш-памяти.

QuickCapture Interface

Выделенная шина для связи с сенсором камеры. Позволяет напрямую записывать фотоснимки и видеопоток в память или на внешние носители, используя основной системный интерфейс. В случае применения внешних медиапроцессоров функциональность интерфейса значительно расширяется, вплоть до возможности записывать MPEG-4-видео в разрешении 800×600 при скорости 30 кадров в секунду.

USB-HOST контроллер

Модуль основного интерфейса USB 1.1, подключенный непосредственно к основной системной шине, служит для создания соединений с клиентскими устройствами, работающими через периферийную шину DMA-контроллера.

DMA-мост-контроллер

Высокоскоростной 32-битный контроллер, обеспечивающий возможность периферийным устройствам взаимодействовать с оперативной памятью. Основные его характеристики таковы:

  • до 63 одновременно подключенных устройств;
  • до 23 USB-устройств стандарта 1.1;
  • скоростной инфракрасный порт с производительностью до 500 KBps;
  • поддержка аудиокодеков стандарта AC'97 2.0 через интерфейс I2S;
  • три скалярных синхронных порта SSP;
  • три COM-порта: стандартный, полнофункциональный, виртуальный для Bluetooth-соединений;
  • контроллеры считыванияSD/MMC и носителей Memory Stick;
  • контроллер клавиатуры;
  • MSL-контроллер для коммутации между различными беспроводными и мобильными устройствами;
  • контроллер прерываний;
  • часы реального времени;
  • четырехканальный широтно-импульсный модулятор;
  • системный таймер;
  • основной контроллер ввода/вывода.

Блок управления энергопотреблением Intel Wireless SpeedStep

Intel приложила огромные усилия для того, чтобы новые процессоры для персональных цифровых ассистентов обладали лучшим соотношением производительность/энергопотребление. Процессоры поколения XScale умеют на лету изменять частоту, множитель и напряжение ядра, а также частоту системной шины. В результате вольтаж варьируется от 1,55 В для максимальной нагрузки при 624 MHz (тепловыделение 925 мВт) до 0,9 В для режима простоя, 104 MHz (тепловыделение 64 мВт). Как видно даже самый производительный вариант при максимальной нагрузке рассеивает менее одного ватта тепла, а жаловаться на недостаточную «проворность» процессора с частотой 624 MHz точно не приходится.

Разумеется, в данном материале мы рассмотрели архитектуру XScale лишь частично. А ведь только один документ, в котором говорится о функциональности процессора в целом и о каждом его блоке в отдельности, насчитывает около 900 страниц.

Таким образом, применяемые технологии в, на первый взгляд, полуигрушечных устройствах могут быть весьма сложными, и семейство процессоров PXA 27x – реальное тому подтверждение. Особенно если учесть, что соотношение производительности и затраченной энергии у последних одно из лучших в полупроводниковой индустрии.

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT