غليظ

StrongARM هي عائلة من معالجات الكمبيوتر الدقيقة التي طورتها شركة Digital Equipment Corporation وصُنعت في أواخر التسعينيات والتي طبقت بنية مجموعة تعليمات ARM v4 . ^{[1] تم الاستحواذ} عليها لاحقًا من قبل شركة Intel في عام 1997 من قسم Digital Semiconductor التابع لشركة DEC كجزء من تسوية دعوى قضائية بين الشركتين بشأن انتهاك براءة الاختراع. ^[2] ثم واصلت Intel تصنيعها قبل استبدالها بالهندسة المعمارية اللاحقة المستندة إلى ARM المشتقة من StrongARM والتي تسمى XScale في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.

وفقًا لألين باوم، فإن تاريخ StrongARM يعود إلى محاولات صنع نسخة منخفضة الطاقة من DEC Alpha ، والتي استنتج مهندسو DEC بسرعة أنها غير ممكنة. ثم أصبحوا مهتمين بالتصاميم المخصصة للتطبيقات منخفضة الطاقة والتي قادتهم إلى عائلة ARM. كان أحد المستخدمين الرئيسيين الوحيدين لـ ARM للمنتجات المتعلقة بالأداء في ذلك الوقت هو Apple ، التي كان جهاز Newton الخاص بها يعتمد على منصة ARM. اقتربت DEC من Apple متسائلة عما إذا كانت قد تكون مهتمة بـ ARM عالية الأداء، والتي رد عليها مهندسو Apple "Phhht، نعم. لا يمكنك فعل ذلك، ولكن، نعم، إذا كنت تستطيع فسنستخدمه." ^[3]

كان StrongARM مشروعًا تعاونيًا بين DEC و Advanced RISC Machines لإنشاء معالج ARM أسرع. تم تصميم StrongARM لمعالجة الجزء العلوي من سوق الأجهزة المدمجة منخفضة الطاقة، حيث يحتاج المستخدمون إلى أداء أعلى مما يمكن أن توفره ARM مع القدرة على قبول المزيد من الدعم الخارجي. كانت الأهداف أجهزة مثل المساعدين الرقميين الشخصيين الأحدث وأجهزة فك التشفير . ^{[4] [5]}

تقليديًا، كان قسم أشباه الموصلات في شركة DEC يقع في ماساتشوستس . ومن أجل الوصول إلى موهبة التصميم في وادي السيليكون ، افتتحت شركة DEC مركز تصميم في بالو ألتو، كاليفورنيا . وكان مركز التصميم هذا بقيادة دان دوبربول وكان موقع التصميم الرئيسي لمشروع StrongARM. وكان هناك موقع تصميم آخر عمل على المشروع في أوستن، تكساس ، وقد أنشأه بعض مصممي DEC السابقين العائدين من شركة Apple Computer و Motorola . تم إنشاء المشروع في عام 1995، وسرعان ما سلموا تصميمهم الأول، SA-110 .

وافقت شركة DEC على بيع StrongARM لشركة Intel كجزء من تسوية الدعوى القضائية في عام 1997. ^[6] استخدمت شركة Intel StrongARM لاستبدال خطها المتعثر من معالجات RISC، i860 و i960 .

عندما تم بيع قسم أشباه الموصلات في شركة DEC إلى شركة Intel، انتقل العديد من المهندسين من مجموعة تصميم Palo Alto إلى شركة SiByte ، وهي شركة ناشئة تصمم منتجات نظام MIPS على شريحة (SoC) لسوق الشبكات. انفصلت مجموعة تصميم Austin لتصبح شركة Alchemy Semiconductor ، وهي شركة ناشئة أخرى تصمم أنظمة MIPS على شريحة (SoC) لسوق الأجهزة المحمولة. طورت شركة Intel نواة StrongARM جديدة وتم تقديمها في عام 2000 باسم XScale . ^[7]

كان SA-110 أول معالج دقيق في عائلة StrongARM. تم الإعلان عن الإصدارات الأولى، التي تعمل بترددات 100 و160 و200 ميجاهرتز، في 5 فبراير 1996. ^[8] عند الإعلان عنها، كانت عينات من هذه الإصدارات متاحة، وكان من المقرر إنتاجها بكميات كبيرة في منتصف عام 1996. تم الإعلان عن إصدارات أسرع بتردد 166 و233 ميجاهرتز في 12 سبتمبر 1996. ^[9] كانت عينات من هذه الإصدارات متاحة عند الإعلان عنها، وكان من المقرر إنتاجها بكميات كبيرة في ديسمبر 1996. طوال عام 1996، كان SA-110 هو المعالج الدقيق الأعلى أداءً للأجهزة المحمولة. ^[10] وبحلول نهاية عام 1996، كان وحدة المعالجة المركزية الرائدة لأجهزة الإنترنت/الإنترانت وأنظمة العميل الرقيقة . ^[11] كان أول فوز بتصميم SA-110 هو Apple MessagePad 2000 . ^[12] كما تم استخدامه في عدد من المنتجات بما في ذلك جهاز كمبيوتر Acorn Computers Risc ونظام تحرير الفيديو Eidos Optima . وكان المصممون الرئيسيون لجهاز SA-110 هم Daniel W. Dobberpuhl وGregory W. Hoeppner وLiam Madden وRichard T. Witek. ^[4]

لا يستشهد هذا القسم بأي مصادر . يُرجى المساعدة في تحسين هذا القسم من خلال إضافة الاستشهادات إلى مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها . ( ديسمبر 2018 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

كان لدى SA-110 بنية دقيقة بسيطة . كان تصميمًا قياسيًا ينفذ التعليمات بالترتيب باستخدام خط أنابيب RISC الكلاسيكي المكون من خمس مراحل . تم تقسيم المعالج الدقيق إلى عدة كتل، IBOX وEBOX وIMMU وDMMU وBIU وWB وPLL. يحتوي IBOX على أجهزة تعمل في المرحلتين الأوليين من خط الأنابيب مثل عداد البرنامج . يقوم بجلب التعليمات وفك تشفيرها وإصدارها. يحدث جلب التعليمات أثناء المرحلة الأولى وفك تشفيرها وإصدارها أثناء المرحلة الثانية. يقوم IBOX بفك تشفير التعليمات الأكثر تعقيدًا في مجموعة تعليمات ARM عن طريق ترجمتها إلى تسلسلات من التعليمات الأكثر بساطة. كما تعامل IBOX أيضًا مع تعليمات الفروع. لم يكن لدى SA-110 أجهزة تنبؤ بالفروع ، ولكن كان لديه آليات لمعالجتها السريعة.

يبدأ التنفيذ في المرحلة الثالثة. يتم تضمين الأجهزة التي تعمل أثناء هذه المرحلة في EBOX، والذي يتألف من ملف السجل ووحدة المنطق الحسابي (ALU) ومحول الأسطوانة والمضاعف ومنطق رمز الشرط. يحتوي ملف السجل على ثلاثة منافذ قراءة ومنفذين للكتابة. تنفذ وحدة المنطق الحسابي ومحول الأسطوانة التعليمات في دورة واحدة. لا يتم تنفيذ المضاعف في خط أنابيب وله زمن انتقال دورات متعددة.

تُعد وحدتا إدارة الذاكرة IMMU وDMMU وحدات إدارة ذاكرة للتعليمات والبيانات على التوالي. تحتوي كل وحدة MMU على مخزن مؤقت للترجمة الارتباطية بالكامل (TLB) مكون من 32 إدخالاً يمكنه تعيين صفحات بحجم 4 كيلوبايت أو 64 كيلوبايت أو 1 ميجابايت . يحتوي مخزن الكتابة (WB) على ثمانية إدخالات بحجم 16 بايت. وهو يتيح توصيل المخازن. زودت وحدة واجهة الناقل (BIU) جهاز SA-110 بواجهة خارجية.

تولد PLL إشارة الساعة الداخلية من إشارة ساعة خارجية بتردد 3.68 ميجاهرتز. لم يتم تصميمها بواسطة DEC، ولكن تم التعاقد عليها مع مركز سويسرا للإلكترونيات والتقنيات الدقيقة (CSEM) الواقع في نوشاتيل ، سويسرا .

تبلغ سعة ذاكرة التخزين المؤقتة للتعليمات وذاكرة التخزين المؤقتة للبيانات 16 كيلوبايت، وهي مترابطة في 32 اتجاهًا وموجهة افتراضيًا. تم تصميم SA-110 لاستخدامها مع ذاكرة بطيئة (وبالتالي منخفضة التكلفة)، وبالتالي فإن الترابطية العالية للمجموعة تسمح بمعدل إصابة أعلى من التصميمات المنافسة، كما يسمح استخدام العناوين الافتراضية بتخزين الذاكرة مؤقتًا وإلغاء تخزينها مؤقتًا في نفس الوقت. تعد ذاكرات التخزين المؤقتة مسؤولة عن معظم عدد الترانزستورات وتشغل نصف مساحة الشريحة.

احتوى SA-110 على 2.5 مليون ترانزستور ويبلغ حجمه 7.8 مم × 6.4 مم (49.92 مم ² ). وقد تم تصنيعه بواسطة DEC في عملية CMOS-6 الخاصة بها في مصنع Fab 6 الخاص بها في هدسون بولاية ماساتشوستس. كان CMOS-6 هو الجيل السادس من عملية أشباه الموصلات المعدنية التكميلية (CMOS) من DEC . يتميز CMOS-6 بحجم ميزة 0.35 ميكرومتر وطول قناة فعال 0.25 ميكرومتر ولكن للاستخدام مع SA-110، ثلاثة مستويات فقط من التوصيلات المترابطة المصنوعة من الألومنيوم . لقد استخدم مصدر طاقة بجهد متغير من 1.2 إلى 2.2 فولت (فولت) لتمكين التصميمات من إيجاد توازن بين استهلاك الطاقة والأداء (تمكن الفولتية الأعلى من معدلات ساعة أعلى). تم تعبئة SA-110 في حزمة مسطحة رباعية رفيعة مكونة من 144 سنًا (TQFP).

كان SA-1100 مشتقًا من SA-110 الذي طورته شركة DEC. تم الإعلان عن SA-1100 في عام 1997، وكان مخصصًا للتطبيقات المحمولة مثل أجهزة المساعد الرقمي الشخصي (PDA)، ويختلف عن SA-110 من خلال توفير عدد من الميزات المرغوبة لمثل هذه التطبيقات. لاستيعاب هذه الميزات، تم تقليص حجم ذاكرة التخزين المؤقت للبيانات إلى 8 كيلوبايت.

الميزات الإضافية هي الذاكرة المتكاملة، و PCMCIA ، ووحدات تحكم LCD الملونة المتصلة بحافلة نظام على الشريحة، وخمس قنوات إدخال/إخراج تسلسلية متصلة بحافلة محيطية متصلة بحافلة النظام. تدعم وحدة التحكم في الذاكرة FPM وEDO DRAM وSRAM والفلاش وROM. تدعم وحدة التحكم PCMCIA فتحتين. تتم مشاركة عنوان الذاكرة وحافلة البيانات مع واجهة PCMCIA. مطلوب منطق الغراء. تنفذ قنوات الإدخال/الإخراج التسلسلية واجهة USB ثانوية، و SDLC ، ووحدتي UART ، وواجهة IrDA ، وMCP، ومنفذ تسلسلي متزامن .

كان لدى SA-1100 شريحة مرافقة، وهي SA-1101. وقد قدمتها شركة Intel في 7 أكتوبر 1998. ^[13] وفرت SA-1101 أجهزة طرفية إضافية لتكملة تلك المدمجة في SA-1100 مثل منفذ إخراج الفيديو ومنفذي PS/2 ووحدة تحكم USB ووحدة تحكم PCMCIA التي تحل محل تلك الموجودة في SA-1100. بدأ تصميم الجهاز بواسطة شركة DEC، لكنه لم يكتمل إلا جزئيًا عندما استحوذت عليه شركة Intel، التي كان عليها إنهاء التصميم. تم تصنيعه في مصنع التصنيع السابق لشركة DEC في هدسون، ماساتشوستس ، والذي تم بيعه أيضًا لشركة Intel. ^[14]

احتوى SA-1100 على 2.5 مليون ترانزستور وبلغ قياسه 8.24 مم × 9.12 مم (75.15 مم ² ). وقد تم تصنيعه باستخدام عملية CMOS 0.35 ميكرومتر مع ثلاثة مستويات من التوصيلات المصنوعة من الألومنيوم وتم تعبئته في TQFP مكون من 208 سنًا. ^[15]

كان أحد المتلقين الأوائل لهذا المعالج هو جهاز Psion netBook المنكوب وشقيقه الأكثر توجهاً نحو المستهلك Psion Series 7 .

كان SA-1110 مشتقًا من SA-110 الذي طورته شركة Intel. تم الإعلان عنه في 31 مارس 1999، وتم وضعه كبديل لـ SA-1100. ^[16] عند الإعلان، تم تحديد العينات لشهر يونيو 1999 والحجم في وقت لاحق من ذلك العام. أوقفت Intel SA-1110 في أوائل عام 2003. ^[17] كان SA-1110 متاحًا في إصدارات 133 أو 206 ميجا هرتز. كان يختلف عن SA-1100 من خلال دعم SDRAM بسرعة 66 ميجا هرتز (إصدار 133 ميجا هرتز فقط) أو 103 ميجا هرتز (إصدار 206 ميجا هرتز فقط) . ^{[18] كانت} الشريحة المصاحبة لها، والتي قدمت دعمًا إضافيًا للأجهزة الطرفية، هي SA-1111. تم تعبئة SA-1110 في مجموعة شبكة كروية دقيقة مكونة من 256 دبوسًا . تم استخدامه في الهواتف المحمولة، ومساعدي البيانات الشخصية (PDAs) مثل Compaq (لاحقًا HP) iPAQ وHP Jornada ، ومنصات Sharp SL-5x00 المستندة إلى Linux و Simputer . ^[19] كما تم استخدامه لتشغيل Intel Web Tablet، وهو جهاز لوحي يُعتبر أول من قدم تصفح الويب المحمول بشاشة كبيرة. أسقطت Intel المنتج قبل إطلاقه مباشرة في عام 2001.

كان SA-1500 مشتقًا من SA-110 الذي طورته شركة DEC والذي كان يستهدف في البداية صناديق فك التشفير . ^{[20] [21]} تم تصميمه وتصنيعه بكميات قليلة بواسطة شركة DEC ولكن لم يتم وضعه في الإنتاج أبدًا بواسطة شركة Intel. كان SA-1500 متاحًا بتردد 200 إلى 300 ميجا هرتز. تميز SA-1500 بنواة SA-110 محسّنة ومعالج مساعد على الشريحة يسمى معالج الوسائط المرفقة (AMP) ووحدة تحكم SDRAM وناقل إدخال/إخراج على الشريحة. تدعم وحدة تحكم SDRAM ذاكرة SDRAM بسرعة 100 ميجا هرتز، ونفذت وحدة تحكم الإدخال/الإخراج ناقل إدخال/إخراج 32 بتًا يمكن تشغيله بترددات تصل إلى 50 ميجا هرتز للاتصال بالأجهزة الطرفية وشريحة SA-1501 المصاحبة.

نفذ AMP مجموعة تعليمات طويلة تحتوي على تعليمات مصممة للوسائط المتعددة، مثل عمليات الضرب والتجميع الصحيحة والفاصلة العائمة وحسابات SIMD . يبلغ عرض كل كلمة تعليمات طويلة 64 بتًا وتحدد عملية حسابية وفرعًا أو تحميلًا/تخزينًا. تعمل التعليمات على متغيرات من ملف سجل 36 بت يحتوي على 64 إدخالاً، وعلى مجموعة من سجلات التحكم. يتواصل AMP مع نواة SA-110 عبر ناقل على الشريحة ويشارك ذاكرة التخزين المؤقت للبيانات مع SA-110. يحتوي AMP على وحدة حسابية منطقية مع محول ووحدة فرع ووحدة تحميل/تخزين ووحدة ضرب وتجميع ووحدة فاصلة عائمة بدقة واحدة . يدعم AMP التعليمات المحددة من قبل المستخدم عبر مخزن تحكم قابل للكتابة يحتوي على 512 إدخالاً. ^[22]

وفرت الشريحة المصاحبة SA-1501 إمكانيات إضافية لمعالجة الفيديو والصوت ووظائف الإدخال والإخراج المختلفة مثل منافذ PS/2 ومنفذ موازٍ وواجهات للأجهزة الطرفية المختلفة.

يحتوي SA-1500 على 3.3 مليون ترانزستور ويبلغ قياسه 60 مم ^2. وقد تم تصنيعه باستخدام عملية CMOS 0.28 ميكرومتر. وقد استخدم مصدر طاقة داخلي 1.5 إلى 2.0 فولت و3.3 VI/O، ويستهلك أقل من 0.5 وات عند 100 ميجاهرتز و2.5 وات عند 300 ميجاهرتز. وقد تم تعبئته في عبوة معدنية مسطحة رباعية ذات 240 سنًا أو مجموعة شبكة كرات بلاستيكية مكونة من 256 كرة .

مزلاج StrongARM هو طوبولوجيا دائرة مزلاج إلكترونية اقترحها لأول مرة ^{[23] [24] مهندسو} توشيبا تسوغو كوباياشي وآخرون. ^[25] وحظي باهتمام كبير بعد استخدامه في معالجات StrongARM الدقيقة. ^{[23] [24]} ويُستخدم على نطاق واسع كمضخم حس أو مقارن أو مجرد مزلاج قوي ذو حساسية عالية. ^{[23] [24]}

• هالفهيل، توم ر. (19 أبريل 1999). "إنتل تستعرض قدرات StrongArm بشرائح جديدة". تقرير المعالجات الدقيقة .
• ليتش، تيم؛ سلاتون، جيف (مارس/أبريل 1998). "StrongARMing Portable Communications". IEEE Micro . ص 48-55.
• سانثانام، س. وآخرون (نوفمبر 1998). "وحدة معالجة مركزية RISC منخفضة التكلفة، 300 ميجا هرتز، مع معالج وسائط متصل". مجلة IEEE للدوائر ذات الحالة الصلبة ، المجلد 33، العدد 11. ص 1829-1839.
• تورلي، جيم (13 نوفمبر 1995). "StrongArm تعزز أداء ARM". تقرير المعالج الدقيق .
• تورلي، جيم (15 سبتمبر 1997). "SA-1100 يضع المساعد الرقمي الشخصي على شريحة". تقرير المعالج الدقيق .
• Witek, Rich; Montanaro, James (1996). "StrongARM: معالج ARM عالي الأداء". وقائع مؤتمر COMPCON '96 ، ص 188-191.