Кишенькові ПК: введення в тему

Питання, пов'язані з кишеньковими комп'ютерами, смартфонами і комунікаторами, сьогодні стають актуальними, особливо у зв'язку з активним розвитком цього сегмента ринку і стрімким зростанням популярності різноманітних надпортативні пристроїв. До цих пір ми їх не зачіпали, тому в огляді визнали можливим призвести не тільки технічну інформацію, але і зробити ряд відступів, які, з нашої точки зору, необхідні, щоб не тільки констатувати особливості ситуації, що на даний момент в цьому секторі ситуації, але й краще зрозуміти тенденції його розвитку.

Вивчивши ситуацію на ринку, ми вирішили обмежитися періодом на півроку, оскільки істотних змін за останні три роки практично на ньому не відбулося. Весь цей час посилювалися процеси уніфікації апаратних платформ, які поступово витісняли і на цей момент повністю витіснили платформи, які ми не будемо розглядати в огляді. Зокрема, це стосується платформ на 68k-сумісних ЦП сімейства Motorola DragonBall. Також не будемо говорити про єдиної компанії, до останнього часу використала достатньо оригінальні розробки (Sony), у зв'язку з її відходом з ринку КПК та припинення виробництва моделей на базі Palm OS, де використовувалася заснована на ARM платформа власної розробки (CXD2230GA, Sony Handheld Engine, на базі ядра ARM926, 8-123 МГц, 1,7-270 мВт), і переорієнтацією стратегії розвитку мобільних пристроїв на смартфони (що випускаються підрозділом Sony Ericsson).

КПК: диспозиція

Вітчизняний ринок КПК, смартфонів і комунікаторів сьогодні представлений 21 виробником, які пропонують пристрої на чотирьох основних платформах: Windows Mobile, Palm OS, Symbian і Linux. У Росії не діє поширений в США і Європі сервіс компанії RIM, Blackberry, відповідно і самі термінали не продаються, хоча частка Blackberry в світі припадає 15-17% ринку.

Всього можна нарахувати близько дев'яноста моделей (див. таблицю «КПК, комунікатори та смартфони. Довідкові дані »), які реально продавалися протягом останніх шести місяців. За I квартал 2005 р. було продано близько 85 тис. КПК і смартфонів (дані компанії ITResearch); показники II кварталу, за оцінками аналітиків, складуть 100-130 тис. Безумовно, слід зазначити, що це пов'язано перш за все із зростанням популярності смартфонів переважно на платформі Symbian, сектор традиційних КПК менш динамічний.

В Протягом першого півріччя 2005 р. було випущено приблизно півтора десятка нових моделей, орієнтованих на всі сегменти даного ринку. Це дозволяє говорити про позитивної тенденції розвитку, тим більше, що при порівнянні з першими половиною 2004 новинок приблизно в два рази більше. Якщо говорити про традиційних КПК, то слід зазначити, що сьогодні обидві основні платформи розвиваються досить активно.

За розглянутий нами період нових моделей на базі Palm OS було випущено дещо більше, навіть попри те, що «сектор Palm OS» для Росії фактично зводиться до діяльності самої компанії palm-One, оскільки інші учасники «екосистеми Palm» в нашій країні не працюють. У світі ж досить активні Куосега і ряд виробників з Південно-Східної Азії, таких, як Group Sense PDA, QoolLabs і навіть Samsung. При цьому palmOne, що уникали після випуску ARM-версії Palm OS істотних технологічних переробок платформи, усвідомила, що така політика веде до втрати конкурентоспроможності, і «взялася за розум». З трьох моделей, випущених, а не анонсованих, тільки один належить до традиційним КПК (Tungsten E2), тоді як другий - комунікатор (Тгео 650), а третій - взагалі представник нової для palmOne категорії «мобільний менеджер» (КПК, оснащений ємним 1-дюйм дисковим накопичувачем Hitachi Microdrive ємністю 4 Гбайт). Крім того, palmOne розкрила плани з випуску до кінця року десяти нових виробів, але про них ми поговоримо, коли вони перетворяться з анонсів в реальні апарати.

Загальна ситуація в сегменті Windows Mobile поки стабільна. За «валового продукту» виразно лідирує HP, вона ж володіє і найбільш широким модельним рядом КПК (12 моделей, розрахованих на всі цінові сегменти ринку). У той же час з технологічної точки зору HP поки поступається конкурентам-навіть у їх модельному ряду 24хх/27хх немає нічого наднового. Найбільш потужна модель цієї серії, iPAQ hx2270, хоча і має, наприклад, біометричний датчик і потужний ЦП, на роль лідера претендувати не може в зв'язку з особливостями позиціонування всього модельного ряду, формальним ж флагманом сімейства iPAQ залишається модель 4700, яка була випущена давно і вже почала морально застарівати. У зв'язку з цим інтерес клієнтів (тенденції зміни частки ринку про це свідчать) починає зміщуватися у бік інших марок. Тим більше що інші виробники вже роблять ставку не лише на традиційно важливі для прихильників КПК із цієї ОС «Технологічність», потужність і додаткові функції, але й мають у запасі моделі з якою-небудь яскравою, незвичайною технічною особливістю. Це перш за все такі пристрої, як Dell Axim X50v з вбудованим тривимірним акселератором (Intel 2700G, 16-Мбайт відеоОЗУ), ASUSTeK P505 з унікальним «просторовим джойстиком »і величезним за мірками цього сегмента часом автономної роботи, Fujitsu Siemens Pocket LOOX 720, досить вдало поєднує притаманні сучасному КПК високого рівня можливості (в тому числі цифрову камеру) при невеликих розмірах. У результаті за кількістю продаваних пристроїв HP хоча й зберігає лідерство, але воно вже не так значно, як рік тому. За оцінками ITResearch, її ринкова частка в I кварталі 2005 р. складає близько 35%, тоді як рік тому була 45-50%. Свій внесок у цей процес вносить і бурхливо розвивається сегмент комунікаторів на базі Windows Mobile, таких, як RoverPC S2 або I-Mate Jam. Серед найбільш цікавих технологічних тенденцій слід відзначити активізацію розробників КПК з вбудованими адаптерами GPS. Реально доступні в Росії КПК AIRIS Xslim N509 (на платформі MiTAC 168) і Acer n35. Помітного вкладу в розстановку сил на ринку вони поки не вносять, але, з огляду на зростання популярності навігаційних застосувань і розвинені можливості сучасного навігаційного ПЗ для кишенькових комп'ютерів, мають непогані перспективи.

Основний внесок у зростання ринку персональних надпортативні пристроїв, як уже говорилося, вносить платформа Symbian, а конкретніше - компанія Nokia. Головний чинник зростання -- значне збільшення ринку мобільних телефонів, оскільки основна маса пристроїв цієї платформи веде своє походження саме від телефонів.

Причина бурхливого зростання цього ринку перш за все в тому, що сьогодні відбувається планомірна «смартфони-зація» сегменту high-end-телефонів. До такого рішення виробників підштовхує та обставина, що вони практично вичерпали можливості нарощування функціональності телефонів у рамках власних закритих платформ, тому й були змушені звернутися до напрацювань творців смартфонів. В авангарді цього процесу - компанія Nokia, Sony Ericsson менше бере активну участь у ньому (багато в чому з-за внутрішніх проблем і реорганізації), зовсім не активна Siemens (і, судячи по угоді з BenQ, абсолютно марно).

Покупці при цьому нерідко навіть не здогадуються про «смартфонів» природою свого нового модного телефону. І не дивно, що після того, як заробив налагоджений механізм продажу стільникових телефонів, вони відразу ж зайняли дуже хороші позиції як у світі, так і в Росії. Зайнявши приблизно I% стільникового ринку (основна маса продажів стільникових телефонів припадає на недорогі масові моделі, тоді як смарт фони - пристрої, переважно позиціонуються в ціновій ніші «більш 300 дол »), смартфони радикально змінили розстановку сил. Процес «Смарт-фонізаціі» далеко не закінчено, але можна не сумніватися, що за рік-півтора саме смартфони стануть основою продуктових рядів у сегменті high-end всіх успішних виробників.

КПК: що почому

Аналіз структури продажів КПК по цінових сегментах дозволяє виявити досить цікаві закономірності. Головна тенденція на сьогодні - не зростання бюджетного сегмента, як це властиво більшості секторів ринку ІТ. Навпаки, бюджетних моделей стає все менше. На наш погляд, це обумовлено не тільки особливостями сьогоднішнього стану ринку, а й тим, що дана ситуація носить системний характер. Часто зустрічається поділ КПК і смартфонів на групи - «початкового рівня »,« потужні »і т. д. - припускає ряд труднощів, а іноді просто неправомірно, особливо якщо мова йде про спеціалізованих пристроях. Більше доцільно структурувати товарна пропозиція щодо цінових групах. Таке поділ досить чітко відповідає і технологічним нішах, хоча винятки, безумовно, є. В даний час на ринку існує чотири основні цінові ніші - до 250 дол, 250-450 дол, 450-650 дол і понад 650 дол, причому в ці групи входять КПК на базі всіх платформ, а також комунікатори й смартфони.

В ціновій ніші «до 250 дол» сьогодні порівняно небагато моделей, причому переважно на базі Palm OS, максимум припадає на ніші 250-450 і 450-650 дол Але, на думку виробників, кілька років пропрацювали на цьому ринку, оптимальна ціна КПК приблизно 300-350 дол (залежить від платформи). Зрозуміло, що покупцеві краще - дешевше, але при такому рівні цін ринок залишається досить цікавим виробника (хоч і не надприбутковим). При цьому процеси «здешевлення» зводяться до класичного поняття - «більше можливостей за ті ж гроші ». Так, наприклад, сьогодні навіть для бюджетних моделей як стандартного інтерфейсу використовується Bluetooth, а часто і Wi-Fi. Всього Bluetooth присутня майже у 75% всіх сучасних моделей, і близько третини всієї маси, що є на ринку «налу-буркуном» забезпечуються засобами підключення до бездротових мереж.

Технічні характеристики

Формально технічні характеристики найбільш потужних моделей кишенькових комп'ютерів (комунікатори й смартфони фактично являють собою саме КПК, відрізняючись від «традиційних» лише наявністю стільникового модуля відповідного стандарту) дозволяють з деякими натяжками порівнювати їх з ноутбуками не такого вже далекого минулого. Зокрема, тактова частота процесорів, що використовуються в КПК, сьогодні досягла 624 МГц, сукупна ємність флеш-пам'яті дійшла до 128 Мбайт, установка 1-дюйм дискових накопичувачів дозволяє довести ємність «дискової» підсистеми масової пам'яті до 5 Гбайт (у майбутньому і того більше). Багато моделей мають два роз'єми для карт розширення (як правило, CompactFlash Турі II і SecureDigital, сумісний з SDIO). Дозвіл екранів досягло 640х480 (тут слід зауважити, що максимальний фізичний розмір діагоналі екрану КПК сьогодні 4 дюйми, і обмежений він не стільки можливостями технології виготовлення РК-дисплеїв, скільки міркуваннями ергономіки і зручності транспортування надпортативні пристрою).

Пристрої ціною до 250 дол в основному призначені для користувачів, яким не дуже важливі різноманітні функціональні можливості. Практично всі КГ1К цього сегмента володіють скромними технічними характеристиками. За минуле півріччя тут з'явилася тільки одна новинка - palmOne Tungsten E2 (з Bluetooth); моделей на базі Windows Mobile після відходу з ринку Rover Computers та припинення продажів Palmax z710 просто не залишилося.

КПК ціною 250-450 дол - це найбільший із чотирьох сегментів. У ньому представлено безліч моделей всіх основних виробників. Таке розмаїття свідчить про високий попит на пристрої даної категорії, що зрозуміло: за невелику суму сьогодні можна придбати пристрій, що дозволяє не тільки носити з собою всю необхідну інформацію і працювати з нею, але й слухати музику і навіть дивитися відеофільми. Серед новинок цього сегменту зустрічаються як недорогі моделі зі скромними для даного класу характеристиками, так і потужні КПК, оснащені процесорами з високою тактовою частотою, а також бездротовими інтерфейсами Wi-Fi і Bluetooth. Цей сегмент з базових платформ можна розділити на три групи: Windows Mobile, Palm OS, a також пристрої на інших платформах. Причому моделей на Windows Mobile в структурі товарної пропозиції приблизно в п'ять разів більше, ніж на Palm OS, а інші платформи складають незначну частину асортименту. Варто також відзначити, що після зниження ціни на деякі смартфони компанії Nokia в ніші «до 450 дол» з'явилися і представники платформи Symbian. Можна припустити, що число таких пристроїв в цьому ціновому діапазоні буде рости у зв'язку з постійним зниженням цін, хоча, швидше за все, це будуть морально застарілі, «немодні» моделі. У ніші 450-650 дол представлені найбільш передові пристрої з модельних рядів компаній. Тут є як звичайні КПК, так і смартфони та комунікатори. Основна відмінна особливість моделей цього сегмента - наявність у більшості бездротових інтерфейсів Wi-Fi і Bluetooth, високопродуктивних процесорів, а також вбудованої пам'яті великого об'єму. За минулі півроку ця група піддалася найбільшому оновлення. Цей сегмент чітко ділиться на дві частини -- традиційні КПК та комунікатори. Продажі приблизно порівну діляться між Windows Mobile і Symbian, фактично єдина модель на базі Palm OS в даному секторі - Тгео 650. Детально зупинятися на описі технічних характеристик новинок ми не будемо, всі вони дуже подібні, розрізняються лише частотою процесора і обсягом встановленої пам'яті, а додаткову інформацію можна знайти в таблицях.

Апарати з украй високою ціною (понад 650 дол) в основному відносяться до категорії комунікаторів і модних, дорогих смартфонів. Крім того, в цій же ніші розташовуються клавіатурні КПК Nokia (серія 9300/9500) і Sharp (на базі Linux). Вони орієнтовані на професійних користувачів, яким необхідно найпотужніше і складний пристрій і які готові за це платити додатково.

КПК зсередини

Елементна база КПК і мобільних пристроїв на сьогодні досить жорстко стандартизована. Давно минули часи, коли в цьому сегменті ринку панувало розмаїтість видів.

Історія кишенькових комп'ютерів почалася в середині 1980-х рр.. минулого століття з випуском моделі Psion Organiser II, інтерес масового ринку цей сегмент залучив трохи пізніше, з випуском моделі Newton Message Pad. Фактично до середини 1990-х рр.. в цьому секторі панувало значне розмаїття схемотехнічних рішень. Це цілком природно, з огляду на специфіку завдань і технологічні обмеження, що існували в той час. Вимоги граничної мініатюризації в поєднанні з жорсткими умовами за енергоспоживанням змушували розробників створювати самі неймовірні рішення, а іноді і йти на непрості компроміси, скажімо, з метою максимального здешевлення відмовлятися від такого, здавалося б, необхідного атрибуту, як роз'єми для карт пам'яті.

Розробники перший КПК були змушені практично все створювати з нуля. Це відноситься не тільки до розведення плат, конструкції, іноді навіть процесори розроблялися «Під КПК».

Прикладами оригінальних системних архітектур того часу можуть стати декілька моделей, наприклад Atari Portfolio (справжній розробник - DIP Systems, багато хто, напевно, пам'ятають цю модель по фільму «Тер-мінатор-1», де юний Джон Коннор «Розкриває» банкомат саме за допомогою цього апарата), компактний клон IBM PC (правда, не зовсім з ним сумісний), побудований на базі МП 80С88 з тактовою частотою 4,9 МГц, оснащувався 128-Кбайт ОЗУ і монохромним екраном з роздільною здатністю 240x64 пікселів (40x8 знакомісць). Небезинтересен і один з історично першим комунікаторів AT & T EO Communicator 440/880, оригінальна система, побудована на базі ЦП AT & T Hobbit з тактовою частотою 20/30 МГц (цей ЦП застосовувався в першу прототипах Newton, крім того, в його історії є й інший цікавий факт - на ньому розроблялася операційна система BeOS). У цьому процесорі використовувалася система команд CRISP (C-machine Rational Instruction Set Processor), поєднувала в собі продуктивність RISC-ЦП і компактність програм для CISC. Hobbit був реалізований як набір мікросхем АТТ92010 (ЦП і контролер пам'яті), АТТ92011 (системний контролер, який забезпечував взаємодія з підсистемами харчування, контролером переривань, займався вибіркою і декодуванням команд з пам'яті і роботою з системною шиною), АТТ92012 (контролер PCMCIA, дозволяв підключати до чотирьох плат PCMCIA), ATT92013 (контролер периферійних пристроїв, який забезпечував взаємодію системної шини Hobbit і 8 - або 16-розрядних пристроїв, що підключаються до шини, сумісною з ISA; до 8 пристроїв) і т. д. ЦП працював при напрузі 3,3-5 В, при 20 МГц продуктивність становила 13,5 MIPS, споживана потужність 515 мВт. У цілому Hobbit - це є завершений комплект для створення надпортативні м?? шин. AT & T розробила кілька потужніших моделей Hobbit - 92020S (більше швидкодіючу), 92020М (у ній тільки три мікросхеми), 92020МХ/92021МХ (дві мікросхеми, які забезпечували функціональність першим моделі і більш високу продуктивність), але на той момент ринок вже захопив Newton. Ще одна показова розробка, наочно ілюструє вимушену «Оригінальності» підходу розробників до створення КПК - Amstrad PenPad 600 (1993 р.). Машина мала три (!) Процесора Zilog Z8S180 з тактовою частотою 14,3 МГц. Перший призначався для роботи прикладного ПЗ, ОС і драйвера сенсорного екрану, друга - для управління енергоспоживанням, останній - для системи розпізнавання рукописного введення. Машина мала сенсорний монохромний екран з роздільною здатністю 320x240, 192 Кбайт пам'яті (32 Кбайт використовувалося для відеоОЗУ, 32 Кбайт - для системи розпізнавання, 128 Кбайт - користувальне ОЗУ). Подібних систем було безліч: Casio Zoomer, GRiD/AST 2390, Sony Magic Link, Sharp Zaurus ... Apple Newton MessagePad став новим етапом в історії КПК розвитку.

Паростки уніфікації

Після випуску Newton MessagePad «зоопарк» моделей КПК значно скоротився. Тут позначилися і дії Apple з реклами MessagePad, і загальна ситуація на ринку. У деякому розумінні Newton став першим більш-менш уніфікованої платформою для КПК. На його базі було створено кілька клонів, таких, як Sharp ExpertPad і Motorola Marco (до речі, цей апарат оснащувався вбудованим радіомодемом).

Newton MessagePad - перший КПК, у якому застосовувався ЦП на базі архітектури ARM (ARM 610 з тактовою частотою 20 МГц), сенсорний РК-екран 400x336 пікселів, 4-Мбайт ПЗУ, 640-Кбайт ОЗУ (482 Кбайт якого відводилось для системних потреб, 158 було доступно користувачеві), роз'єм PCMCIA Type II, послідовний та інфрачервоний порти. З часом з'явилися нові моделі, але архітектура залишалася загальної. Правда, Newton випередив свій час і не приніс Apple фінансового успіху. У 1998 р. його офіційно зняли з виробництва.

В 1996 р. на ринку КПК з'явився новий лідер - Palm Pilot на ЦП сімейства Motorola DragonBall. У перших моделях застосовувалися DragonBall/l6 МГц (МС68328), КПК мали 256-512-Кбайт ОЗУ (512 Кбайт в моделі 5000), був РК-екран з роздільною здатністю 160x160 пікселів.

DragonBall залишався платформою для Palm OS більше п'яти років, фактично саме Palm під чому став для Motorola стимулом для розвитку і вдосконалення цієї серії ЦП. З кожною новою моделлю ЦП з'являвся новий Palm, DragonBall EZ (M68EZ328, 16 МГц) - в Palm III, Palm mlOx, Palm Zire; DragonBall VZ (MC68VZ328, 33,1 МГц, на мікросхемі інтегрована вся основна периферія, у тому числі контролер кольорового РК-екрану) - в Palm ml25, m500, ml30, m515, Tungsten W. Був випущений DragonBall Super VZ, але цей ЦП використовувала тільки Sony (нині припинила виробництво КПК на базі Palm OS). У 2002 р. Palm оголосила про перехід на архітектуру ARM (спочатку планувалося використовувати ЦП DragonBall MX з ARM-ядром, але в підсумку Palm прийняла рішення перейти на TI ОМАР). Паралельно в сектор мобільних пристроїв приходить і Microsoft. Примітно, що перші моделі КПК па базі її платформи Windows РЄ працювали на ЦП з абсолютно різної архітектурою - Hitachi SH3/SH4, MIPS, ARM, причому останній довгий час практично не використовувався. У клавіатурних моделях класу HandHeld PC і в компактних Palm-Size PC частіше зустрічалися MIPS SH3. Але потім з випуском Compaq iPAQ, побудованого на StrongARM, ця архітектура стала набирати популярність і в 2000 р. вольовим рішенням Microsoft в специфікації Windows Powered Pocket PC було залишено тільки ARM.

ARM знаменник загальний як

Отже, елементна база КПК і мобільних пристроїв на сьогодні в основному уніфікована. У еволюційної боротьбі виграли рішення трьох постачальників - Intel, Texas Instruments і Samsung, а різноманіття схемотехнік звелося до вибору і застосування того чи іншого високоінтегрірованного модуля і підбору компонентів, виходячи в основному з ціни і, можливо, специфічних вимог, накладених вибраної ОС. Всі вони побудовані на архітектурі ARM.

ARM: генезис

В 1985 англійська компанія Acorn Computer Group приступила до створення RISC-процесора. Ця фірма займалася розробкою персональних комп'ютерів, які користувалися популярністю в Англії. Машини були досить цікаві: вже тоді вони мали графічний інтерфейс, багатозадачність роботи, вельми струнку архітектуру. Необхідність у власному ЦП була пов'язана з вимогами росту і розвитку, компанії було необхідно конкурувати як з численними ПК інших виробників, так і з IBM PC (в Англії його перемога була не такою швидкою і тріумфальної, як у США).

До цього моменту Acorn розробляла і робила все самостійно, від процесорів і системних плат до ОС та прикладного ПЗ. Але тут керівництво прийняло рішення відійти від звичної практики, і Acorn направила в Intel запит на ліцензування ядра ЦП i80286 - на ті часи новинки. Однак Intel не погодилася:

«Ми продаємо процесори, а не ядра ». Acorn була змушена шукати інші рішення. У той час вибір огранював кристалами National 16032 і Motorola 68000, причому обидва ЦП розробники забракували. Вони погано вписувалися в архітектуру, були складні, забезпечували поганий час реакції на переривання і т. п. Останнє стало основною причиною відмови від них, оскільки для Acorn швидкість обробки переривань була одним з критичних параметрів, що визначали «чуйність» системи. У результаті приймається рішення самостійно розробляти новий ЦП.

Ресурси скромної фірми були незрівнянні з можливостями лідерів напівпровідникової індустрії. І рішення про реалізацію системи на базі архітектури RISC, у той час набирала популярність, але ще відносно нової, значною мірою було обумовлено саме нестачею ресурсів. RISC-процесор був технологічно простіше, дозволяв добитися значної обчислювальної потужності, доброго часу реакції на переривання, а виходить, і часу відгуку системи і т. д. Почалася розробка (хоча навіть самі розробники вважали своє заняття божевіллям), в жовтні 1983 р. був готовий перший прототип і ряд мікросхем супроводу (відеоконтролер, контролер вводу-виводу, пам'ять тощо). ЦП отримав назву ARM (від Acorn RISC Machine), мав тактову частоту 8 МГц і більш високу швидкодію, ніж тодішній 80286. Правда, початкова версія у виробництво не пішла, в реальних системах використовувався ARM 2.

В протягом декількох років справи Acorn і ARM йшли досить мляво, під натиском х86 легендарні комп'ютери «восьмібітной» ери один за одним здавали позиції. Acorn тримався довго, але ... Після тривалого періоду невдач і фінансових негараздів Acorn RISC Machine була реорганізована в ARM Limited, яка виявилася більш успішною, ніж її попередник. ARM початку ліцензувати технологічні рішення, у тому числі ядро ЦП. І саме ця стратегія принесла їй успіх. Сьогодні ARM Ltd. - Один з найбільших «бесфабрічних» розробників мікропроцесорних архітектур. Ліцензії на ядро ARM зараз має практично будь-яка більш-менш велика компанія і навіть деякі конкуренти ARM (у тому числі і Intel).

ARM: еволюція

В 1991 р. був створений ARM6 (варіантів ARM4 і ARM5 не було з маркетингових міркувань). ARM 610 став основою знаменитого Apple Newton MessagePad (до того Apple подумувала також про ЦП AT & T Hobbit). Цей ЦП забезпечував достатню швидкодію і був трохи складніше попередників (35 тис. транзисторів проти 30 тис. в ARM3), що дозволяло здешевити виробництво на напівпровідникових заводах того часу.

В той же час з'явилася прийнята і сьогодні схема позначень: ARM6 - власне ядро, ARM60 - цілісний ЦП, ARM610 - більш розвинені модифікації ЦП з кеш-пам'яті, інші цифри в номері означають наявність тієї чи іншої периферії, букви - ті чи інші розширення системи команд.

Сьогодні ARM пропонує широку номенклатуру мікропроцесорних ядер, архітектурних розширень, інструментальних засобів і т. п. Якщо підходити до питання строго, то треба зауважити, що «процесора ARM» як такого не існує. ARM - це назва. Компанія-розробник продає ядро ЦП, оформлене або в вигляді програми на мові Verilog (синтезовані ядра), або принциповою схеми, або у вигляді топологічної макроячейкі. Крім ЦП пропонується цілий ряд інших рішень, зокрема бібліотека макроячеек, що реалізують стандартну периферію (PowerCell), а також різноманітні додаткові технології.

Модельний ряд ядер ARM розвивався досить інтенсивно. У номенклатурі ядер ARM місце молодшого посідає сімейство ARM7 Thumb, воно забезпечує продуктивність близько 130 MIPS, дуже компактно (при проектних нормах 180 нм модифікація ARM7TDMI займає всього 0,59 мм2), питоме енергоспоживання 0,25 мВт/МГц. Існують також синтезовані ядра ARM7TDMI-S і ARM7EJ-S, що відрізняються наявністю в системі команд DSP-інструкцій і засобів акселерації роботи віртуальної машини Java (Jazelle). ARM720T оснащується повнофункціональним модулем управління пам'яттю (MMU, розмір сторінки 4-64 Кбайт), а ARM740T -- спрощеним (MPU, без режиму трансляції адрес). Обидва ЦП мають кеш-пам'ять (8 Кбайт).

В лютому 1996 DEC у співпраці з ARM розробила перший ЦП серії StrongARM (SA-110) з п'ятиступеневим конвеєром, пятіпортовим файлом регістрів, блоком множення і т. д., його енергоспоживання приблизно 1 Вт при тактовою частоті до 233 МГц.

ARM8 - Певною мірою перехідна модель, розроблена «по слідах» спільного з DEC проекту StrongARM, досить швидко змінилася ARM9 (з гарвардської шиною, буфером запису, гнучкою схемою захисту пам'яті). Серія ARM9 Thumb створювалася для портативних пристроїв зі значними вимогами до швидкодії, продуктивність ядра досягає 220 MIPS, питоме споживання 0,3 мВт/МГц. У серії є декілька модифікацій (у тому числі ARM920T, ARM922T і ARM940T) з роздільними кешами команд і даних (16/16, 8/8 і 4/4 Кбайт відповідно). Модифікації ARM920T і ARM922T оснащуються MMU. У цій же серії існує сімейство ядер ARM9E-S Thumb з DSP-розширеннями системи команд і додатковими засобами, що підвищують швидкодію при обробці медіа-коду (зокрема, помножувач-накопичувач, в ЦП може бути передбачений математичний співпроцесор VFP9-S, що забезпечує виконання операції з плаваючою точкою над даними подвійної точності). Об "єм кешу від 1 Мбайт в ARM946E-S до 4-128 Кбайт у ARM926EJ-S.

Серія ARM10 Thumb орієнтована на 110-нм технологічний процес. Швидкодія ЦП цієї серії досягає 700 MIPS при збереженні питомої споживання ARM9. У ядрі використовуються 64-розрядні шини адреси і даних, є модулі управління пам'яттю команд і даних, в ядро може бути включений математичний співпроцесор і т. д.

ARM 11 привніс зростання продуктивності (до 1200 Dhrystone MIPS), ще більш потужні засоби кодування та декодування з акцентом на операції, властиві MPEG-4, можливість росту тактових частот за межі 1 ГГц, поліпшені можливості організації багатоядерних конфігурацій і т. д.

Крім процесорних ядер, існує кілька версій самої архітектури ARM. Про це слід пам'ятати, оскільки нумерація ядер і архітектур не збігається (наприклад, в найбільш потужний на сьогодні ядрі ARM11 реалізована система команд ARMv6).

Самая стара з існуючих зараз архітектур - ARMv4, вона використовується, наприклад, у популярних ЦП StrongARM. ARNv1 передбачає роботу з 32-розрядними операндами в 32-розрядному адресному просторі. ARMv4T - те ж, але з додаванням набору інструкцій Thumb (команди Thumb транслюються в їх 32-розрядні аналоги). ARMv5 реалізована в процесорах Intel XScale. Версія ARMv5TE стала першою, де реалізовані DSP-розширення ARM, ARMv5TEJ - те ж, але з додаванням команд акселерації Java (Jazelle). ARMv6 була серйозно доопрацьована: з'явилися кошти роботи з потоковими даними (SIMD), Thumb-2 TrustZone. Архітектура ARMv7 ввела поняття «процесорних профілів»: «профіль А» визначав вимоги до ЦП для повномасштабних ОС зі складною логікою роботи з віртуальною пам'яттю і прикладним ПЗ, «R» - для систем реального часу, «М» - для мікроконтролерів.

ARM inside

ARM - 32-розрядна, класична load/store (в якості операндів можуть використовуватися тільки завантажені в регістри процесора значення) RISC-архітектура. Вона виключно ефективна, забезпечує високу швидкодію і мінімальні вимоги до харчування і при цьому проста з точки зору технологічного процесу виготовлення НВІС. У ранніх моделях використовувалася класична архітектура фон Неймана (із загальною пам'яттю для даних і машинного коду), в сучасних моделях використовується гарвардська архітектура (з роздільним пам'яттю для коду та даних, як мінімум на рівні кеша).

ЦП сумісні зверху-вниз, система команд досить оригінальна, зокрема всі команди мають однакову довжину, вирівняні по межі 32-розрядного слова, виконуються за один такт (за деякими винятками). У класичних ARM конвеєр був короткий, усього три щаблі, в сучасних варіантах доходить до восьми, а також реалізуються засоби суперконвейерной обробки. Крім того, всі команди умовні для мінімізації втрат при розгалуження (нерідко для фрагментів коду вигідніше пропустити кілька команд, чим займатися пророкуванням розгалужень). Втім, у ряді модифікованих архітектур використовуються і блоки пророкування розгалужень (насамперед це, звичайно, Intel XScale). Є команди груповий пересилання, організації взаємодії з співпроцесором і т. д. Менеджер пам'яті (MMU) у класичній реалізації також виконаний у вигляді окремого модуля.

В ядрі ARM є 16 видимих в режимі користувача 32-розрядних регістрів (R0. .. R15, всього 31 регістр), лічильник команд (R15), реєстр «зв'язки» (R14), покажчик стека програм (R13). Процесор може знаходитися в п'яти режимах: привілейованому, призначеному для користувача, переривання, швидкого переривання і винятку. Коли Ви робите обробника швидкого переривання стандартні регістри R8-R14 перейменовуються (затінюється), при переході з нользовательско-го режиму в будь-який з системних перейменовуються регістри R13 і R14. Передбачаються механізми швидкої обробки переривань з оригінальною схемою «затінення» регістрів (завдяки цьому вдається уникнути такої «важкої» операції, як збереження їх вмісту в обробнику переривання).

В процесорах ARM є ряд розширень системи команд, вони присутні в відповідним чином позначених ядрах. Відзначимо, зокрема, наявність спеціального 16-розрядного підмножини команд Thumb. Воно було розроблено у зв'язку з необхідністю підвищення компактності коду. Як відомо, програмний код RISC-ЦП у середньому значно об'ємніше, ніж для CISC. Хоча ARM і тут виглядає вельми гідно, проте залишалася можливість оптимізувати цей параметр. Для цього було вибрано якесь підмножина команд ЦП, які були приведені до 16-розрядному увазі шляхом видалення «надлишкових» полів в операнда, адресації меншої кількості регістрів і т. д. При такому підході код стає компактніше на 25-35% (залежно від особливостей конкретного алгоритму), що важливо при організації зберігання програмних модулів в умовах дефіциту пам'яті. Процесор здатний виконувати його з невеликими втратами в швидкості, на льоту транслюючи команди в їх 32-розрядні аналоги. Також є спеціальні засоби для прискорення роботи віртуальної машини Java (Jazelle), безпеки (Trust-Zone), SIMD.

Втім, обговорення архітектури ARM - це окрема дуже цікава тема, за більш докладною інформацією варто звернутися до документації на ЦП (зокрема, на Web-сайті розробника, www.arm.com).

На сьогодні ARM став стандартом де-факто в світі процесорів для надкомпактних пристроїв. Всі три популярні сьогодні платформи для КПК, смартфонів і комунікаторів - Intel PCA (XScale), TI ОМАР/0МАР2 і Samsung S3C - засновані саме на ній. Розглянемо їх докладніше.

Intel PCA

За влучним висловом одного з корифеїв комп'ютерної індустрії, «архітектура х86 є торжество маркетингу над здоровим глуздом ». Ці ЦП тягнуть на собі страхітливий вантаж сумісності, а в житті інженерів Intel (правда, в основному у технологів) в буквальному сенсі є місце подвигу, коли доводиться випускати нові ЦП, зберігаючи сумісність з розробками, створеними понад два десятиліття тому. Але в сегменті настільних і мобільних ПК, реалізованих на традиційних технологіях, виходу немає - вимоги сумісності для ноутбуків звучать настільки ж значуща, як і для настільних ПК. Проте в сегменті кишенькових комп'ютерів ситуація дещо інша.

Компанія Intel - один з головних учасників ринку в секторі ЦП для кишенькових ПК. Але саме «один із», тут у неї є сильні суперники, з якими доводиться боротися не тільки маркетинговими, але і технологічними прийомами.

В даний момент в Intel є три серії мікросхем для кишенькових ПК (один - для мобільних телефонів) і ряд додаткових системних рішень. Історія мобільних розробок Intel XScale, загалом, почалася з купівлі процесорного бізнесу компанії Digital Equipment, що створила мікропроцесор StrongARM. Він ніс?? олько відрізнявся від існуючих на той час реалізацій. Головне завдання, яке ставили перед собою розробники цього ЦП, - створення швидкодіючого ЦП з мінімальними вимогами до харчування. Пізніше, після покупки Intel мікропроцесорного підрозділи DEC, цей процесор випускала компанія Intel. Вона досить довго не звертала уваги на цю процесорну серію (багато в чому покупка була обумовлена можливістю вирішити ряд патентних колізій, а зовсім не інтересів до напрацювань суперника, тим більше що Intel на той момент акцентувала увагу на RISC-ЦП інших серій, таких, як i860 та i960).

Тим не менше Intel налагодила виробництво StrongARM SA-1110 і розробила кілька його модифікацій. ЦП (строго кажучи, це була високоінтегрірован-ва НВІС) StrongARM був заснований на архітектурі ARMv4, мав триступеневий конвеєр, 32-розрядну адресацію, апаратну підтримку віртуальної пам'яті (дворівнева таблиця сторінок), 32-Кбайт кеші команд і даних, 32-Кбайт буфер і був несумісний з режимом Thumb. StrongARM міг функціонувати при частота ^ 133, а пізніше 206 МГц (до того нормою вважалося 33-66 МГц).

Intel випустила також мікросхему супроводу SA-1111, містила контролер USB, керування живленням, деяку периферію. Ця мікросхема також може бути використана з процесорами серії РХА25х.

Саме на StrongARM був побудований перший КПК з Windows РЄ, який використовує ЦП з архітектурою ARM - Compaq iPAQ. StrongARM SA-1110 споживав 0,25 Вт при високій (більшою, ніж у ЦП SH3 і MIPS, також застосовувалися в КПК з Windows РЄ) продуктивності. Через деякий час, значною мірою завдяки успіху і популярності iPAQ, архітектура ARM стала стандартом де-факто в світі КПК, і з анонсом платформи Windows Powered Pocket PC 2000 Microsoft тільки закріпила це положення і де-юре. Здобувши гарантований ринок збуту, Intel зайнялася вдосконаленням серії, перейменувавши її в XScale (зокрема, був доданий набір інструкцій Thumb, поліпшені засоби керування живленням, розширена система команд і т.д.).

Сьогодні комплекс технологій для ринку інтелектуальних мобільних пристроїв компанія іменує Intel Personal Internet Client Architecture (PCA). Строго кажучи, використовувати термін "платформа" в сенсі повного, але досить жорсткого і обмеженого певними рамками архітектурного рішення, у випадку з Intel Було PCA б не зовсім правомірно. Це скоріше втілення якогось стратегічного баченні Intel відносно створення мобільних пристроїв. РСА специфікує базові компоненти, необхідні для вирішення цього завдання, в той же час залишаючи можливість для маневру виробникам. Не в останню чергу вона націлена на створення простий методології створення мобільного ПЗ з високим ступенем переносимості або з мінімальними вимогами до адаптації.

В рамках РСА існує кілька напрямків: ЦП для мобільних та вбудованих застосувань, архітектура для DSP-рішень, флеш-пам'ять. У ряді випадків туди ж відноситься такий напрямок, як розробка високоінтегрірованних НВІС для надмініатюрні пристроїв (у даному контексті насамперед мобільних телефонів) і спеціалізірова