Güçlü kol - StrongARM

DEC StrongARM SA-110 mikroişlemci

StrongARM bilgisayar ailesidir mikroişlemci tarafından geliştirilen Digital Equipment Corporation uygulanan 1990'ların sonunda ve imal ARM v4 komut seti mimarisini . Daha sonra 1997'de Intel'e satıldı ve 2000'lerin başında XScale ile değiştirilmeden önce üretmeye devam etti .

Tarih

Allen Baum'a göre StrongARM, geçmişini DEC Alpha'nın düşük güçlü bir versiyonunu yapma girişimlerine kadar takip ediyor ve DEC mühendislerinin çabucak mümkün olmadığı sonucuna vardı. Daha sonra, onları ARM ailesine yönlendiren düşük güçlü uygulamalara adanmış tasarımlarla ilgilenmeye başladılar. O zaman performans ile ilgili ürünler için ARM Sadece büyük kullanıcılarından biri oldu Elma kimin, Newton cihaz ARM platformuna dayanıyordu. DEC, Apple'a yüksek performanslı bir ARM ile ilgilenip ilgilenmeyeceklerini merak ederek yaklaştı ve Apple mühendislerinin "Phhht, evet. Yapamazsınız, ama evet, yapabilseydiniz, kullanırdık" yanıtını verdi.

StrongARM, daha hızlı bir ARM mikroişlemci yaratmak için DEC ve Advanced RISC Machines arasında ortak bir projeydi . StrongARM, kullanıcıların ARM'nin sunabileceğinden daha fazla performansa ihtiyaç duyduğu ve daha fazla harici desteği kabul edebileceği düşük güçlü gömülü pazarın üst ucunu ele almak için tasarlandı. Hedefler, daha yeni kişisel dijital asistanlar ve set üstü kutular gibi cihazlardı .

Geleneksel olarak, DEC'in yarı iletken bölümü Massachusetts'te bulunuyordu . Silikon Vadisi'ndeki tasarım yeteneğine erişmek için DEC, Palo Alto, California'da bir tasarım merkezi açtı . Bu tasarım merkezi Dan Dobberpuhl tarafından yönetildi ve StrongARM projesinin ana tasarım sitesiydi . Projede çalışan diğer bir tasarım sitesi, Apple Computer ve Motorola'dan dönen bazı eski DEC tasarımcıları tarafından oluşturulan Austin, Teksas'taydı . Proje 1995 yılında kuruldu ve ilk tasarımları SA-110'u hızlı bir şekilde teslim etti .

DEC, StrongARM'ı 1997'deki bir dava anlaşmasının parçası olarak Intel'e satmayı kabul etti. Intel, StrongARM'ı sorunlu RISC işlemcileri olan i860 ve i960'ın yerini almak için kullandı .

DEC'in yarı iletken bölümü Intel'e satıldığında, Palo Alto tasarım grubundan birçok mühendis , ağ pazarı için MIPS sistem-on-a-chip (SoC) ürünleri tasarlayan bir başlangıç ​​şirketi olan SiByte'a taşındı . Austin tasarım grubu , elde taşınır cihaz pazarı için MIPS SoC'leri tasarlayan başka bir yeni şirket olan Alchemy Semiconductor haline geldi . Yeni bir StrongARM çekirdeği Intel tarafından geliştirildi ve 2000 yılında XScale olarak tanıtıldı .

SA-110

SA-110, StrongARM ailesindeki ilk mikroişlemciydi. 100, 160 ve 200 MHz'de çalışan ilk versiyonlar 5 Şubat 1996'da duyuruldu. Duyurulduğunda, bu versiyonların örnekleri mevcuttu ve seri üretim 1996 ortası için planlandı. Daha hızlı 166 ve 233 MHz sürümleri 12 Eylül 1996'da duyuruldu. Bu sürümlerin örnekleri duyuruda mevcuttu ve seri üretim Aralık 1996 için planlandı. 1996 yılı boyunca SA-110, taşınabilir cihazlar için en yüksek performanslı mikroişlemciydi. 1996'nın sonlarına doğru internet/intranet cihazları ve ince istemci sistemleri için lider bir CPU oldu . SA-110'un ilk tasarım başarısı Apple MessagePad 2000 oldu . Ayrıca Acorn Computers Risc PC ve Eidos Optima video düzenleme sistemi de dahil olmak üzere bir dizi üründe kullanıldı . SA-110'un baş tasarımcıları Daniel W. Dobberpuhl , Gregory W. Hoeppner , Liam Madden ve Richard T. Witek'ti.

Açıklama

SA-110 basit bir mikromimariye sahipti . Bu bir oldu sayıl talimatları infaz tasarım içinde sipariş beş aşamalı ile klasik RISC boru hattı . Mikroişlemci, IBOX, EBOX, IMMU, DMMU, BIU, WB ve PLL olmak üzere birkaç bloğa bölündü. IBOX, program sayacı gibi boru hattının ilk iki aşamasında çalışan donanım içeriyordu . Getirdi, kodunu çözdü ve talimatlar yayınladı. Talimat getirme ilk aşamada gerçekleşir, ikinci aşamada kodu çözer ve yayınlar. IBOX, ARM komut setindeki daha karmaşık komutları, onları daha basit komut dizilerine çevirerek çözer. IBOX ayrıca şube talimatlarını da ele aldı. SA-110'un dal tahmini donanımı yoktu , ancak hızlı işlemeleri için mekanizmalara sahipti.

Yürütme üçüncü aşamada başlar. Bu aşamada çalışan donanım, kayıt dosyası , aritmetik mantık birimi (ALU), varil kaydırıcı , çarpan ve koşul kodu mantığından oluşan EBOX'ta bulunur. Kayıt dosyasında üç okuma bağlantı noktası ve iki yazma bağlantı noktası vardı. ALU ve namlu kaydırıcı, talimatları tek bir döngüde yerine getirdi. Çarpan ardışık düzene bağlı değildir ve birden çok döngü gecikmesine sahiptir.

IMMU ve DMMU , sırasıyla talimatlar ve veriler için bellek yönetim birimleridir . Her MMU , 4 KB, 64 KB veya 1 MB sayfaları eşleyebilen 32 girişli, tam ilişkisel çeviri bakış arabelleği (TLB) içeriyordu . Yazma arabelleğinde (WB) sekiz adet 16 baytlık giriş bulunur. Mağazaların boru hattına bağlanmasını sağlar. Veri yolu arabirim birimi (BIU), SA-110'a harici bir arabirim sağladı.

PLL iç oluşturur saat sinyalinin bir dış 3.68 MHz saat sinyalinden. DEC tarafından tasarlanmamıştır, ancak İsviçre , Neuchâtel'de bulunan Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique (CSEM) ile sözleşme yapılmıştır .

Talimat önbelleği ve veri önbelleğinin her biri 16 KB kapasiteye sahiptir ve 32 yollu küme ilişkiseldir ve sanal olarak adreslenir. SA-110, yavaş (ve dolayısıyla düşük maliyetli) bellekle kullanılmak üzere tasarlanmıştır ve bu nedenle yüksek küme birleştirilebilirliği, rakip tasarımlardan daha yüksek bir isabet oranına izin verir ve sanal adreslerin kullanımı, belleğin eşzamanlı olarak önbelleğe alınmasına ve önbelleğe alınmasına olanak tanır. Önbellekler, transistör sayısının çoğundan sorumludur ve kalıp alanının yarısını kaplarlar.

SA-110 2.5 milyon transistör içerir ve büyük 6.4 mm (49.92 mm ile 7,8 mm, ² ). Onun Fab 6 onun tescilli CMOS-6 sürecinde DEC tarafından imal edilmiş fab Hudson, Massachusetts. CMOS-6, DEC'in altıncı nesil tamamlayıcı metal-oksit-yarı iletken (CMOS) süreciydi. CMOS-6, 0,35 µm özellik boyutuna, 0,25 µm etkin kanal uzunluğuna sahiptir ancak SA-110 ile kullanım için yalnızca üç seviyeli alüminyum ara bağlantı vardır . Tasarımların güç tüketimi ve performans arasında bir denge bulmasını sağlamak için 1,2 ila 2,2 volt (V) arasında değişken voltajlı bir güç kaynağı kullandı (daha yüksek voltajlar daha yüksek saat hızları sağlar). SA-110, 144 pimli ince dörtlü düz paket (TQFP) içinde paketlenmiştir .

SA-1100

SA-1100, DEC tarafından geliştirilen SA-110'un bir türeviydi. 1997'de duyurulan SA-1100, PDA'lar gibi taşınabilir uygulamalar için hedeflenmiştir ve bu tür uygulamalar için arzu edilen bir dizi özelliği sağlamasıyla SA-110'dan farklıdır. Bu özellikleri barındırmak için veri önbelleğinin boyutu 8 KB'ye düşürüldü.

Ekstra özellikler, yerleşik bir sistem veriyoluna bağlı entegre bellek, PCMCIA ve renkli LCD denetleyicileri ve sistem veriyoluna bağlı bir çevre veriyoluna bağlı beş seri G/Ç kanalıdır. Bellek denetleyicisi FPM ve EDO DRAM, SRAM, flash ve ROM'u destekledi. PCMCIA denetleyicisi iki yuvayı destekler. Bellek adresi ve veri yolu, PCMCIA arayüzü ile paylaşılır. Tutkal mantığı gereklidir. Seri G/Ç kanalları, bir bağımlı USB arabirimi, bir SDLC , iki UART , bir IrDA arabirimi, bir MCP ve bir senkronize seri bağlantı noktası uygular .

SA-1100, SA-1101 adında bir eşlik çipine sahipti. 7 Ekim 1998'de Intel tarafından tanıtıldı. SA-1101, SA-1100'e entegre edilenleri tamamlamak için bir video çıkış bağlantı noktası, iki PS/2 bağlantı noktası, bir USB denetleyicisi ve bunun yerine geçen bir PCMCIA denetleyicisi gibi ek çevre birimleri sağladı . SA-1100. Cihazın tasarımı DEC tarafından başlatıldı, ancak tasarımı bitirmek zorunda olan Intel tarafından satın alındığında yalnızca kısmen tamamlandı. DEC'in aynı zamanda Intel'e satılan eski Hudson, Massachusetts üretim tesisinde üretildi.

SA-1100 2.5 milyon transistör içerir ve 9.12 mm (75.15 mm ile 8.24 mm ölçülen ² ). Üç seviyeli alüminyum ara bağlantı ile 0.35 μm CMOS işleminde üretildi ve 208 pinli bir TQFP'de paketlendi.

Bu işlemcinin ilk alıcılarından biri talihsiz Psion netBook ve onun daha tüketici odaklı kardeşi Psion Series 7 idi .

SA-1110

SA-1110, Intel tarafından geliştirilen SA-110'un bir türeviydi. 31 Mart 1999'da SA-1100'e alternatif olarak konumlandırıldı. Duyuruda, numuneler Haziran 1999 için belirlendi ve o yıl daha sonra hacim olarak belirlendi. Intel, SA-1110'u 2003'ün başlarında durdurdu. SA-1110'un 133 veya 206 MHz sürümleri mevcuttu. 66 MHz (yalnızca 133 MHz sürümü) veya 103 MHz (yalnızca 206 MHz sürümü) SDRAM desteğine sahip olmasıyla SA-1100'den farklıydı . Çevre birimleri için ek destek sağlayan eşlik eden yongası SA-1111 idi. SA-1110, 256-pin mikro bilyeli ızgara dizisinde paketlenmiştir . Cep telefonlarında, Compaq (daha sonra HP) iPAQ ve HP Jornada gibi kişisel veri yardımcılarında (PDA) , Sharp SL-5x00 Linux Tabanlı Platformlarda ve Simputer'da kullanıldı . Ayrıca, büyük ekranlı, taşınabilir web'de gezinmeyi ilk sunan potansiyel olarak kabul edilen bir tablet cihaz olan Intel Web Tablet'i çalıştırmak için de kullanıldı. Intel, 2001'de piyasaya sürülmeden hemen önce ürünü düşürdü.

SA-1500

SA-1500, DEC tarafından başlangıçta set üstü kutular için hedeflenen SA-110'un bir türeviydi . DEC tarafından düşük hacimlerde tasarlanmış ve üretilmiştir, ancak Intel tarafından hiçbir zaman üretime alınmamıştır. SA-1500, 200 ila 300 MHz'de mevcuttu. SA-1500, geliştirilmiş bir SA-110 çekirdeğine, Ekli Medya İşlemcisi (AMP) olarak adlandırılan bir çip üzerinde yardımcı işlemciye ve bir çip üzerinde SDRAM ve G/Ç veri yolu denetleyicisine sahipti . SDRAM denetleyicisi 100 MHz SDRAM'i destekledi ve G/Ç denetleyicisi, çevre birimlerine ve SA-1501 yardımcı yongasına bağlanmak için 50 MHz'e kadar frekanslarda çalışabilen 32 bitlik bir G/Ç veriyolu uyguladı.

AMP, tamsayı ve kayan nokta çarpma-biriktirme ve SIMD aritmetiği gibi multimedya için tasarlanmış talimatları içeren uzun bir talimat kelimesi talimat seti uyguladı . Her uzun talimat kelimesi 64 bit genişliğindedir ve bir aritmetik işlemi ve bir dal veya bir yük/depolamayı belirtir. Talimatlar, 64 girişli 36 bitlik bir kayıt dosyasındaki işlenenler üzerinde ve bir dizi kontrol kaydı üzerinde çalışır. AMP, SA-110 çekirdeği ile bir çip üstü veri yolu aracılığıyla iletişim kurar ve veri önbelleğini SA-110 ile paylaşır. AMP, kaydırıcılı bir ALU, bir şube birimi, bir yükleme/depolama birimi, bir çarpma-biriktirme birimi ve bir tek duyarlıklı kayan nokta birimi içeriyordu . AMP, 512 girişli yazılabilir bir kontrol deposu aracılığıyla kullanıcı tanımlı talimatları destekledi.

SA-1501 yardımcı yongası, ek video ve ses işleme yetenekleri ve PS/2 bağlantı noktaları, paralel bağlantı noktası ve çeşitli çevre birimleri için arabirimler gibi çeşitli G/Ç işlevleri sağladı.

SA-1500, 3,3 milyon transistör içerir ve 60 mm ² boyutundadır . 0.28 µm CMOS işleminde üretildi. 1,5 ila 2,0 V dahili güç kaynağı ve 3,3 VI/O kullandı, 100 MHz'de 0,5 W'tan az ve 300 MHz'de 2,5 W tüketiyordu. 240 pimli metal dörtlü düz paket veya 256 top plastik bilye ızgara dizisinde paketlenmiştir .

StrongARM mandalı

Mandal StrongARM bir bir elektronik mandal birinci önerdiği devre topolojisi Toshiba mühendisleri Tsuguo Kobayashi ve ark. StrongARM mikroişlemcilerinde kullanılmaya başlandıktan sonra büyük ilgi gördü. Duyu yükselticisi , karşılaştırıcısı veya sadece yüksek hassasiyete sahip sağlam bir mandal olarak yaygın olarak kullanılır .

Referanslar

daha fazla okuma

• "MPEG-2 ile StrongARM-1500 Kıskaçları". (8 Aralık 1997). Mikroişlemci Raporu .
• Halfhill, Tom R. (19 Nisan 1999). "Intel StrongArm'ı Yeni Çiplerle Esnetiyor". Mikroişlemci Raporu .
• Litch, Tim; Slaton, Jeff (Mart/Nisan 1998). "Güçlü ARMing Taşınabilir İletişim". IEEE Mikro . s. 48–55.
• Santhanam, S. et al. (Kasım 1998). "Bir düşük maliyetli, 300 MHz, RISC CPU takılı medya işlemcisi". IEEE Katı Hal Devreleri Dergisi , cilt. 33, hayır. 11. s. 1829–1839.
• Turley, Jim (13 Kasım 1995). "StrongArm, ARM Performansını Güçlendiriyor". Mikroişlemci Raporu .
• Turley, Jim (15 Eylül 1997). "SA-1100, PDA'yı Çip Üzerine Yerleştiriyor". Mikroişlemci Raporu .
• Witek, Zengin; Montanaro, James (1996). "StrongARM: Yüksek performanslı bir ARM işlemcisi". COMPCON '96 Bildiriler Kitabı , s. 188–191.