Порог сердца
АрхивSimplex sigillum veri.
Когда свершилась очередная, кажется, четвертая по счету, революция в нашей отрасли и наступила эра персональных компьютеров, я был совсем еще молодым человеком. В начале - середине 80-х меня больше заботило, как выбить машинное время на новейшем двухмашинном комплексе СМ-1420.16, чтобы навсегда распрощаться с набивкой перфокарт для ЕС-1022, чем какие-то заморские новости. Конечно, статьи и тематические выпуски ТИИЭР (русский перевод IEEE Proceedings), посвященные первым IBM PC или Apple Lisa, будоражили воображение, но все-таки серьезного отношения к себе не вызывали - так, игрушки. В результате революция прошла мимо, а мы ее просто наблюдали и никак в ней не участвовали. Следующей революции пришлось ждать почти двадцать лет, но, похоже, на этот раз многие из нас уже не будут статистами.
У новой революции два лица, если хотите, две ипостаси. Первая: подключение к Сети как непременный атрибут любого компьютера. Вторая, логически продолжающая первую: повсеместность этого подключения. А повсеместность подразумевает под собой как развитую сетевую инфраструктуру, так и мобильность самих компьютеров. Если сформулировать вышесказанное в виде лозунга, то получится нечто вроде "Все и везде!".
Предвижу возражения по хронологии. Действительно, вполне логичным было бы отнести начало эры Сети на пять-семь лет назад, когда в значительной степени сформировался нынешний облик Интернета. Все это так. Однако широкомасштабное коммерческое использование Сети начинается только сейчас, а то, что было раньше, не более чем подготовительный этап. Сегодня в Сеть пришли большие деньги, и именно деньги изменят ее до неузнаваемости, именно они донесут Сеть до каждого человека, хочет он того или нет. А некоторые недавние события имеют просто знаковый характер. Например, в марте впервые за долгое время Microsoft лишилась лидерства по степени капитализации. На первое место, став самой дорогостоящей компанией в мире, вышла Cisco (580 млрд. долларов). Кстати, стоимость одной только Cisco почти равна валовому продукту России за весь год. Это потрясающий, а с точки зрения здравого смысла даже неправдоподобный результат. Ведь если продукты Microsoft есть почти в каждом компьютере, то продукция Cisco, предназначенная в основном для рынка коммуникаций, вовсе не является предметом массового спроса. И, тем не менее, факт налицо. Еще раз подчеркну - знаковый факт.
Ведущие компьютерные компании, такие как Microsoft и Intel, почувствовали новые веяния в индустрии довольно давно. Многомиллиардные покупки фирм, так или иначе связанных с коммуникациями и Сетью, произведенные Intel в прошлом и в начале этого года, или агрессивные действия Microsoft по разработке и продвижению программного обеспечения для работы в Интернете, а также по развитию собственной сети MSN - только видимая часть айсберга. Мобильные устройства тоже не остались без внимания гигантов. Microsoft в апреле этого года уже в четвертый раз попыталась выйти на рынок мобильных компьютеров с продуктом, претендующим на лидерство. Имеется в виду, конечно, платформа Pocket PC и ОС Windows CE 3.0 (Rapier). Три предыдущие попытки - операционные системы Microsoft At Work, Pulsar и Windows CE, несмотря на относительную успешность последней, не смогли серьезно поколебать главенствующую позицию Palm OS. Со своей стороны, Intel все настойчивее продвигает собственные аппаратные решения для рынка мобильных устройств.
В целом мобильность как проявление второй ипостаси новой революции, подобно коммерческим применениям Сети, переживает сегодня самый настоящий бум. Свидетельством того, что рынок мобильных компьютерных устройств неуклонно развивается, можно считать не только высокие темпы его роста (более 150 процентов в год), но и тот факт, что он до сих пор не монополизирован технологически. Об этом свидетельствует разнообразие и программных платформ (Palm OS, EPOC, Windows CE и другие), и применяемой в мобильных компьютерах аппаратуры, прежде всего процессоров. На развитом рынке процессоров для традиционных персональных компьютеров есть один лидер - архитектура х86 во всех ее проявлениях. Причем это лидерство прежде всего технологическое (да простят меня поклонники архитектуры PowerPC). А на рынке процессоров для мобильных компьютерных устройств, и прежде всего для карманных персональных компьютеров (КПК), лидер тоже есть, но он совсем не технологический, а скорее маркетинговый. Следовательно, по мере развития рынка КПК не только возможен, но и неизбежен его передел. И состоится он в самое ближайшее время, быть может, уже в следующем году. А мы пока просто обозначим стартовые позиции. Итак, в КПК применяются процессоры с архитектурой х86, Motorola 68xxx и несколько RISC-архитектур, таких как MIPS, ARM и SuperH. Именно они - наши сегодняшние герои.
|
CISC-процессоры для КПК
CISC-процессоры (от Complex Instruction Set Computer - компьютер с комплексным набором команд) принято относить к традиционной архитектуре. В КПК применяются (или применялись до недавнего времени) CISC-процессоры с системами команд Motorola 68000 и Intel х86. Систему команд, совместимую на уровне ассемблера с процессорами Motorola 68000, на которых были построены классические Apple Macintosh, имеют процессоры Motorola серии DragonBall, выпускаемые с 1995 года. Наибольшее распространение получил MC68EZ328 (DragonBall EZ), разошедшийся в миллионах экземпляров. Этот 32-разрядный процессор с тактовой частотой 16,58 или 20 МГц имеет 16-разрядную внешнюю шину данных, интегрированный контроллер DRAM, LCD-видеоконтроллер с поддержкой до 16 градаций серого и UART-контроллер ввода-вывода с поддержкой IrDA. Математический сопроцессор отсутствует. Производительность процессора составляет всего-навсего 2,7-3,4 MIPS в зависимости от тактовой частоты, однако его сильная сторона вовсе не в производительности, а в малом энергопотреблении. На основе DragonBall EZ фирма Palm Computing (когда-то - подразделение 3Com, а еще раньше - подразделение US Robotics) разработала КПК с перьевым вводом серии Palm под управлением Palm OS. Клоны этих КПК выпускают IBM, Handspring и некоторые другие производители.
С января фирма Motorola производит новый процессор семейства DragonBall - MC68VZ328 (DragonBall VZ). Он полностью совместим с DragonBall EZ, имеет повышенную тактовую частоту - 33 МГц, соответственно производительность его несколько выше - 5,4 MIPS. Основное отличие нового процессора от предшественника - встроенная поддержка цветного LCD-дисплея и памяти типа SDRAM. Впрочем, DragonBall EZ тоже поддерживает цвет, однако для этого требуются дополнительные логические схемы. MC68EZ328 и MC68VZ328 выпускаются в корпусах TQFP (100 выводов) и BGA/TQFP (144 вывода) соответственно. Стоимость процессоров DragonBall невелика: 16-мегагерцовый EZ при поставках партиями от 10 тыс. штук обходится в $8,5 за штуку, 20-мегагерцовый EZ - $10, а 33-мегагерцовый VZ - $11.
Систему команд х86 реализует процессор V30 компании NEC, на основе которого построены клавиатурные КПК Psion Series 3 фирмы Psion UK PLC. Это 16-разрядный 8086-совместимый процессор с пониженным энергопотреблением. Частота - от 3,84 до 27,684 МГц. КПК работают под управлением операционной системы SIBO (Sixteen Bit Organizer, или, как иногда ее называют, EPOC 16). Psion Series 3 все еще встречается в продаже по цене от 80 долларов. Вслед за Psion Series 3 пришли Psion Series 5mx, Psion Revo, Psion Series 7 на основе 32-разрядных RISC-процессоров ARM (ARM-7100 и -710Т, 18-36 МГц) и Intel StrongARM, работающие под управлением операционной системы EPOC 32 от компании Symbian (последней совместно владеют лидеры рынка телекоммуникаций: Ericsson, Matsushita Communication, Motorola, Nokia и, конечно же, Psion UK PLC).
По большому счету этим перечень CISC-процессоров, применяемых в современных КПК, и ограничивается. Как видите, выбор невелик. Тем не менее процессоры Motorola DragonBall встречаются как минимум в двух третях продаваемых сегодня КПК, и объемы их продаж продолжают расти. Однако процессоры традиционной архитектуры для рынка КПК, видимо, достигли пика своего развития, и вскоре следует ожидать их заката.
|
RISC-процессоры для КПК
Основные принципы RISC-архитектуры были провозглашены почти два десятка лет назад - в пионерской работе Дэвида Дитцела (David Ditzel) и Дэвида Паттерсона (David Patterson) "The Case for a Reduced Instruction Set Computer" ("Преимущества компьютера с ограниченным набором команд"). И теперь подавляющее большинство процессоров если и не полностью построены по этим принципам, то хотя бы реализуют отдельные элементы RISC. Процессоры для КПК - не исключение в этом ряду. Именно в КПК RISC-архитектура может раскрыться в наибольшей степени. Дело в том, что КПК предъявляют к процессорам довольно жесткие требования. С одной стороны, высокая производительность, с другой - низкое энергопотребление, с третьей - малый размер кристалла и с четвертой - дешевизна. Всем этим требованиям RISC-процессоры удовлетворяет полностью, прежде всего благодаря своей простоте (соответственно, меньшему числу вентилей на кристалле) по сравнению с процессорами традиционной архитектуры.
Лидирующей RISC-архитектурой на сегодняшний день является MIPS от компании MIPS Technologies. По лицензии процессоры с такой архитектурой выпускают фирмы Sony, Toshiba, NEC, Philips и некоторые другие. Одними из самых распространенных являются, пожалуй, процессоры NEC VR4111, VR4121 и Philips PR31700. Для примера рассмотрим последний. 32-разрядный Philips PR31700 предназначен прежде всего для КПК с клавиатурным (Handheld Personal Computers) и перьевым (Palm-size Personal Computers) вводом. Он базируется на процессорном ядре PR3901 (система команд MIPS R3000A) и содержит дополнительный набор системной логики, например, интегрированный цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor - DSP), позволяющий легко реализовать программный модем. Помимо DSP на кристалле реализованы LCD-видеоконтроллер, контроллеры памяти типа DRAM, HDRAM, SDRAM и SRAM, контроллеры Flash-памяти, PCMCIA, серийных портов и многое другое. Кэш команд процессора имеет объем 4 Кбайт, а кэш данных - 1 Кбайт. Тактовая частота - 73,7 МГц при частоте 64-разрядной системной шины около 15 МГц, производительность - 72 MIPS. В процессор встроены средства управления энергопотреблением, в частности предусмотрен режим полной остановки - 0 МГц тактовой частоты. Philips PR31700, выпускающийся в пластиковом корпусе LQFP с 208 выводами, применяется в КПК Philips Nino 500 Palm-size PC, Philips Velo 500 Handheld PC, Sharp Mobilon HC - 4000/4100/4500/4600 Handheld PC, Compaq C-Series Handheld PC и некоторых других.
Еще одна популярная RISC-архитектура - SuperH от Hitachi. Она известна довольно давно, прошла несколько этапов развития - от первых процессоров SH-1 (SH7034 и SH7020) до недавно анонсированных SH-5 (SH8ххх). На сегодняшний день в КПК, как правило, используются процессоры SH-3 (SH7707-SH7709A) и, пока значительно реже, SH-4 (SH7750-SH7751). SH7709 (SH-3) - это 32-разрядный процессор с унифицированным (для программ и данных) кэшем емкостью 8 Кбайт, тактовой частотой до 133 МГц и частотой системной шины до 66 МГц (обычно 20-25 МГц). В микросхему интегрированы контроллер памяти типа SDRAM, LCD-видеоконтроллер, контроллеры PC Card, последовательных портов и т. п. Вариант исполнения SH-3E дополнительно содержит 32-разрядный математический сопроцессор, а вариант SH3-DSP - цифровой сигнальный процессор, аналогичный тому, что входит в состав процессора Philips PR31700. Корпусировка - QFP/TQFP/CSP с 144/208/216 контактами соответственно. Производительность SH-3 в зависимости от варианта исполнения и тактовой частоты колеблется от 78 до 173 MIPS. На процессорах Hitachi SH7709a или SH7709 основаны Hewlett-Packard Jornada 680 Handheld PC, Hewlett Packard Jornada 420 Palm-size PC, Hewlett Packard Jornada 430se Palm-size PC, Casio Cassiopeia A-20 Handheld PC, LG Phenom Express Handheld PC, всех и не перечислить. Процессоры SH-4, использующиеся, например, в КПК Compaq Aero 8000, имеют суперскалярную архитектуру, 64-разрядную внешнюю шину данных (SH7751 - 32-разрядную), тактовую частоту до 200 МГц (Aero 8000 - 128 МГц), частоту системной шины до 100 МГц, 16-килобайтный кэш данных, 8-килобайтный кэш команд.
Они изготавливаются по технологии 0,25 мкм, корпусировка - QFP/PBGA с 208/256 выводами. Производительность - от 230 до 360 MIPS. Энергопотребление процессоров SH-4 в зависимости от режима работы лежит в пределах от 50 до 900 мВт. SH-5 (SH8ххх) будет еще быстрее (700-1000 MIPS), в том числе благодаря тактовой частоте 400 МГц при частоте шины до 133 МГц, а также 64-килобайтному кэшу первого уровня (по 32 Кбайт для данных и для команд). При этом процессор будет потреблять не более 400 мВт. SH-5 поддерживает память типа 64-разрядной DDR/SDRAM.
И, наконец, на мой субъективный взгляд, самая мощная RISC-архитектура - StrongARM от фирмы ARM (Advanced RISC Machines). ARM совсем не новичок на рынке процессоров для КПК. Достаточно сказать, что ее продукты использовались в "классике жанра" - Apple Newton MessagePad. Сегодня процессоры ARM и StrongARM (разработаны совместно с Digital; ныне развитие этой архитектуры ARM продолжает в сотрудничестве с Intel) применяются в Hewlett-Packard 820, Psion Series 5mx и некоторых других КПК. Процессоры семейства StrongARM будут широко использоваться в КПК на платформе Pocket PC от Microsoft, в частности, на версии такого процессора с тактовой частотой 206 МГц построен Palm-size КПК Compaq iPaq H3600. Самыми типичными представителями архитектуры StrongARM являются чипы Intel SA-1100 и SA-1110. Например, SA-1110 - 32-разрядный RISC-процессор, программно совместимый с архитектурой ARM V4, имеет кэш команд объемом 16 Кбайт, а кэш данных - 8 Кбайт. Микросхема поддерживает карты PCMCIA, память типа DRAM, SRAM, SDRAM, Flash-память, в нее встроен LCD-видеоконтроллер, 16550-совместимый UART, есть поддержка IrDA и USB. Intel SA-1110 корпусируется как mBGA с 256 выводами. SA-1110 исполнен по технологии 0,35 мкм с тремя слоями металлизации, содержит 2,5 млн. транзисторов, работает на частотах от 133 до 206 МГц (Intel SA-1100 - 133/190 МГц) и потребляет от 50 до 400 мВт (Intel SA-1100 - 50-330 мВт). А на подходе очередное поколение процессоров Intel StrongARM. В конце года на рынке появятся новые модели с частотами от 150 до 600 МГц, производительностью от 185 до 750 MIPS и энергопотреблением от 40 до 450 мВт.
Мощности этих процессоров будет достаточно, чтобы реализовать в КПК практически любые функции, в том числе, например, программное проигрывание MPEG-2. Ситуация аналогична той, что складывается на рынке ноутбуков. Самые мощные из них по производительности вплотную приблизились к настольным компьютерам. Видимо, КПК ждет та же судьба, а значит, грядут серьезные перемены на спокойном доселе рынке. Посудите сами, с 1996 года в КПК семейства "Палмов" ставятся процессоры Motorola DragonBall, претерпевшие с тех пор лишь косметические изменения. Тем не менее, продажи этих КПК неуклонно росли, так как реализация ограниченного набора утилитарных функций, свойственных данному классу устройств, большего и не требовала. Но сегодня пользователи ждут от КПК большего, и производители готовы предоставить им новые возможности.
Вне этого краткого и далеко не исчерпывающего обзора остались, например, VLIW-процессор ТМ3120 Crusoe от Transmeta, поскольку о нем написано уже достаточно много, и х86-совместимые процессоры (точнее, микроконтроллеры) Elan от Advanced Micro Devices, писать о которых в приложении к рынку КПК пока особенно нечего. Одно можно сказать с уверенностью: на рынке карманных персональных компьютеров RISC-архитектура постепенно побеждает, так как любая из рассмотренных архитектур - MIPS, SuperH или ARM - имеет хороший потенциал развития и рыночную перспективу. Именно между процессорами RISC-архитектур и, быть может, VLIW-процессорами семейства Crusoe пойдет борьба за новый передел рынка. Что же касается CISC-процессоров Motorola DragonBall EZ и VZ, то их дальнейшая рыночная судьба, несмотря на сегодняшнее лидерство "Палмов" на рынке КПК, совершенно не ясна. Эти процессоры уже устарели, и их производительность не удовлетворяет современным требованиям, сдерживая дальнейшее развитие Palm OS в сторону расширения функциональности. Судя по всему, восторженные отзывы бета-тестеров о новейшей платформе Pocket PC от Microsoft (подробнее о ней можно прочитать в одной из статей темы номера) полностью оправдались, и, по мере выхода на рынок все большего числа устройств на основе мощных RISC-процессоров под управлением этой операционной системы, "Палмы" постепенно могут стать архаикой. Впрочем, не исключено, что фирма Palm Computing просто держит джокера в рукаве, не показывая его до поры другим игрокам на рынке. В частности, вопрос об использовании в новых моделях "Палмов" RISC-процессоров с архитектурой ARM фирмой Palm Computing интенсивно изучается. Но скоро мы вс§ узнаем - борьба за лидерство уже началась.