StrongARM семейство компьютерных микропроцессоров, разработанных Digital Equipment Corporation и изготовленных в конце 1990 - х годов, которые реализованы в ARM v4 архитектуру набора инструкций. Позже в 1997 году он был продан Intel, которая продолжила его производство, прежде чем заменить его на XScale в начале 2000-х.
По словам Аллена Баума, StrongARM ведет свою историю с попыток создать маломощную версию DEC Alpha, которую инженеры DEC быстро пришли к выводу, что это невозможно. Затем они заинтересовались проектами, предназначенными для приложений с низким энергопотреблением, что привело их к семейству ARM. Одним из немногих основных пользователей ARM для продуктов, связанных с производительностью, в то время была Apple, чье устройство Newton было основано на платформе ARM. DEC обратилась к Apple с вопросом, могут ли они быть заинтересованы в высокопроизводительном ARM, на что инженеры Apple ответили: «Пххх, да. Вы не можете этого сделать, но, да, если бы вы могли, мы бы использовали его».
StrongARM был совместным проектом DEC и Advanced RISC Machines по созданию более быстрого микропроцессора ARM. StrongARM был разработан для верхней части рынка встраиваемых систем с низким энергопотреблением, где пользователям требовалась более высокая производительность, чем могла бы обеспечить ARM, при этом они могли принимать больше внешней поддержки. Целями были такие устройства, как новые персональные цифровые помощники и телевизионные приставки.
Традиционно полупроводниковое подразделение DEC располагалось в Массачусетсе. Чтобы получить доступ к дизайнерским талантам Кремниевой долины, DEC открыла дизайнерский центр в Пало-Альто, Калифорния. Этот дизайн-центр возглавлял Дэн Добберпул и был основным дизайнерским сайтом для проекта StrongARM. Другой дизайнерский сайт, который работал над этим проектом, находился в Остине, штат Техас, и был создан некоторыми бывшими дизайнерами DEC, вернувшимися из Apple Computer и Motorola. Проект был запущен в 1995 году и быстро представил свой первый проект - SA-110.
DEC согласилась продать StrongARM Intel в рамках судебного разбирательства в 1997 году. Intel использовала StrongARM для замены своей устаревшей линейки процессоров RISC - i860 и i960.
Когда полупроводниковое подразделение DEC было продано Intel, многие инженеры из проектной группы Пало-Альто перешли в SiByte, начинающую компанию, разрабатывающую продукты MIPS system-on-a-chip (SoC) для сетевого рынка. Группа разработчиков Austin превратилась в Alchemy Semiconductor, еще одну начинающую компанию, разрабатывающую SoC MIPS для портативного рынка. Новое ядро StrongARM было разработано Intel и представлено в 2000 году как XScale.
SA-110 был первым микропроцессором в семействе StrongARM. Первые версии, работающие на частотах 100, 160 и 200 МГц, были анонсированы 5 февраля 1996 года. Когда было объявлено, образцы этих версий были доступны, а серийное производство намечено на середину 1996 года. Более быстрые версии 166 и 233 МГц были объявлены 12 сентября 1996 года. Образцы этих версий были доступны на момент объявления, а серийное производство намечено на декабрь 1996 года. На протяжении 1996 года SA-110 был микропроцессором с самой высокой производительностью для портативных устройств. К концу 1996 года это был ведущий ЦП для устройств Интернета / интрасети и систем тонких клиентов. Первой дизайнерской победой SA-110 стал Apple MessagePad 2000. Он также использовался в ряде продуктов, включая ПК Acorn Computers Risc и систему редактирования видео Eidos Optima. Ведущими конструкторами SA-110 были Дэниел В. Добберпул, Грегори В. Хёппнер, Лиам Мэдден и Ричард Т. Витек.
SA-110 имел простую микроархитектуру. Это был скалярный дизайн, который выполнял инструкции по порядку с пятиступенчатым классическим конвейером RISC. Микропроцессор был разделен на несколько блоков: IBOX, EBOX, IMMU, DMMU, BIU, WB и PLL. IBOX содержал оборудование, которое работало на первых двух этапах конвейера, такое как счетчик программ. Он считывал, декодировал и выдавал инструкции. Выборка инструкций происходит на первом этапе, декодирование и выдача - на втором. IBOX декодирует более сложные инструкции в наборе инструкций ARM, переводя их в последовательности более простых инструкций. IBOX также обрабатывал инструкции перехода. В SA-110 не было оборудования для предсказания переходов, но были механизмы для их быстрой обработки.
Исполнение начинается на третьем этапе. Аппаратное обеспечение, которое работает на этом этапе, содержится в EBOX, который включает файл регистров, арифметико-логический блок (ALU), устройство сдвига цилиндров, умножитель и логику кода состояния. Регистровый файл имел три порта чтения и два порта записи. ALU и баррель-шифтер выполняли инструкции за один цикл. Множитель не является конвейерным и имеет задержку в несколько циклов.
IMMU и DMMU - это блоки управления памятью для инструкций и данных соответственно. Каждый MMU содержал полностью ассоциативный буфер быстрого преобразования (TLB) с 32 записями, который может отображать страницы размером 4, 64 или 1 МБ. Буфер записи (WB) имеет восемь 16-байтовых записей. Это позволяет конвейерно хранить магазины. Блок интерфейса шины (BIU) обеспечивал SA-110 внешним интерфейсом.
ФАПЧ генерирует внутренний сигнал синхронизации от внешнего тактового сигнала 3,68 МГц. Он не был разработан DEC, а был заключен по контракту с Швейцарским центром электроники и микротехники (CSEM), расположенным в Невшателе, Швейцария.
Кэш инструкций и кэш данных каждый имеют емкость 16 КБ и являются 32-сторонними ассоциативными наборами и виртуально адресуются. SA-110 был разработан для использования с медленной (и, следовательно, недорогой) памятью, и поэтому высокая ассоциативность набора обеспечивает более высокую частоту совпадений, чем у конкурирующих конструкций, а использование виртуальных адресов позволяет одновременно кэшировать и некэшировать память. Кэши отвечают за большую часть количества транзисторов и занимают половину площади кристалла.
SA-110 содержит 2,5 миллиона транзисторов и имеет размер 7,8 на 6,4 мм (49,92 мм 2). Это был изготовлен DEC в своей собственной технологии КМОП-6 на его Fab - 6 ФАБ в Хадсон, штат Массачусетс. CMOS-6 - это комплементарный процесс металл-оксид-полупроводник (CMOS) шестого поколения компании DEC. CMOS-6 имеет размер элемента 0,35 мкм, эффективную длину канала 0,25 мкм, но для использования с SA-110 только три уровня алюминиевых межсоединений. В нем использовался источник питания с переменным напряжением от 1,2 до 2,2 вольт (В), чтобы позволить проектам найти баланс между потребляемой мощностью и производительностью (более высокое напряжение обеспечивает более высокую тактовую частоту). SA-110 был упакован в 144-контактный тонкий четырехконтактный плоский корпус (TQFP).
SA-1100 был производным от SA-110, разработанного DEC. Анонсированный в 1997 году, SA-1100 был предназначен для портативных приложений, таких как КПК, и отличается от SA-110 тем, что предоставляет ряд функций, которые необходимы для таких приложений. Для обеспечения этих функций размер кеша данных был уменьшен до 8 КБ.
К дополнительным функциям относятся встроенная память, PCMCIA и контроллеры цветных ЖК-дисплеев, подключенные к системной шине на кристалле, и пять последовательных каналов ввода-вывода, подключенных к периферийной шине, подключенной к системной шине. Контроллер памяти поддерживает FPM и EDO DRAM, SRAM, flash и ROM. Контроллер PCMCIA поддерживает два слота. Адрес памяти и шина данных используются совместно с интерфейсом PCMCIA. Требуется логика клея. Последовательные каналы ввода / вывода реализуют подчиненный интерфейс USB, SDLC, два UART, интерфейс IrDA, MCP и синхронный последовательный порт.
У SA-1100 был сопутствующий чип, SA-1101. Он был представлен корпорацией Intel 7 октября 1998 года. SA-1101 снабжен дополнительными периферийными устройствами в дополнение к встроенным в SA-1100, такими как порт вывода видео, два порта PS / 2, контроллер USB и контроллер PCMCIA, который заменяет тот, что установлен на SA-1100. СА-1100. Разработка устройства началась DEC, но была завершена лишь частично, когда ее приобрела Intel, которой пришлось закончить дизайн. Он был изготовлен на бывшем заводе DEC в Гудзоне, штат Массачусетс, который также был продан Intel.
SA-1100 содержал 2,5 миллиона транзисторов и имел размеры 8,24 на 9,12 мм (75,15 мм 2). Он был изготовлен по технологии КМОП 0,35 мкм с тремя уровнями алюминиевого межсоединения и был упакован в 208-контактный TQFP.
Одним из первых получателей этого процессора был злополучный нетбук Psion и его более ориентированный на потребителя собрат Psion Series 7.
SA-1110 был производным от SA-110, разработанного Intel. Он был анонсирован 31 марта 1999 года и позиционируется как альтернатива SA-1100. На момент объявления образцы были установлены на июнь 1999 г., а объем - позднее в том же году. Intel прекратила выпуск SA-1110 в начале 2003 года. SA-1110 был доступен в версиях 133 или 206 МГц. Он отличался от SA-1100 тем, что имел поддержку SDRAM 66 МГц (только версия 133 МГц) или 103 МГц (только версия 206 МГц). Его сопутствующим чипом, который обеспечивал дополнительную поддержку периферийных устройств, был SA-1111. SA-1110 был упакован в решетку с 256-контактными микрошариками. Он использовался в мобильных телефонах, персональных помощниках по работе с данными (КПК), таких как Compaq (позже HP) iPAQ и HP Jornada, платформах Sharp SL-5x00 на базе Linux и Simputer. Он также использовался для запуска Intel Web Tablet, планшетного устройства, которое считается потенциально первым представителем портативного веб-браузера с большим экраном. Intel отказалась от этого продукта незадолго до его выпуска в 2001 году.
SA-1500 был производным от SA-110, разработанного DEC, изначально предназначенного для приставок. Он был разработан и изготовлен DEC небольшими партиями, но так и не был запущен в производство Intel. SA-1500 был доступен на частотах от 200 до 300 МГц. SA-1500 имел усовершенствованное ядро SA-110, встроенный сопроцессор, называемый Attached Media Processor (AMP), а также встроенный контроллер SDRAM и шины ввода-вывода. Контроллер SDRAM поддерживал SDRAM 100 МГц, а контроллер ввода-вывода реализовал 32-битную шину ввода-вывода, которая может работать на частотах до 50 МГц для подключения к периферийным устройствам и сопутствующему чипу SA-1501.
AMP реализовал набор инструкций с длинным командным словом, содержащий инструкции, предназначенные для мультимедиа, такие как целочисленные и с плавающей запятой умножение-накопление и арифметика SIMD. Каждое длинное командное слово имеет ширину 64 бита и определяет арифметическую операцию и ветвление или загрузку / сохранение. Команды работают с операндами из 64-разрядного 36-битного регистрового файла и с набором управляющих регистров. AMP связывается с ядром SA-110 через шину на кристалле и разделяет кэш данных с SA-110. AMP содержал ALU с устройством сдвига, блоком ветвления, блоком загрузки / сохранения, блоком умножения-накопления и блоком с плавающей запятой одинарной точности. AMP поддерживал определяемые пользователем инструкции через хранилище элементов управления с возможностью записи на 512 записей.
Сопутствующий чип SA-1501 обеспечивал дополнительные возможности обработки видео и звука и различные функции ввода-вывода, такие как порты PS / 2, параллельный порт и интерфейсы для различных периферийных устройств.
SA-1500 содержит 3,3 миллиона транзисторов и имеет размер 60 мм 2. Он был изготовлен по технологии CMOS 0,28 мкм. Он использовал внутренний источник питания 1,5–2,0 В и 3,3 В / В, потребляя менее 0,5 Вт на 100 МГц и 2,5 Вт на 300 МГц. Он был упакован в плоский металлический четырехконтактный корпус с 240 выводами или решетку из пластиковых шариков с 256 шариками.
StrongARM защелки является электронная защелка топологии цепи впервые предложена Toshiba инженеров Tsuguo Кобаяши и соавт. и получил значительное внимание после использования в микропроцессорах StrongARM. Он широко используется в качестве усилителя считывания, компаратора или просто надежной защелки с высокой чувствительностью.