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miércoles, 7 de marzo de 2012

Arquitecturas Moviles:ARM

Primero realizaremos un análisis:

Se hace una comparación de donde se aplica la arquitectura ARM y en conclusión vemos que se utiliza mas en el mercado de los dispositivos móviles
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¿Porque tiene exito ARM.?
El equilibrio PPA de los procesadores ARM ha sido la clave de su éxito en los
dispositivos móviles. Actualmente ARM está empezando a abordar otros mercados:electrodomésticos, servidores, etc.


Familia de procesadores ARM

  • Clásicos
  • Cortex-M
  • Cortex-R
  • Cortex-A

Clásicos:

ARM7
Lanzamiento:1994 
Objetivos:Telefonos moviles,agendas,impresoras,camaras,PDAs
Tecnologia: 800 Nanometros,33 Mhz.
Aplicaciones:

ARM9
Lanzamiento: 1997
Objetivos:Teléfonos móviles, buscas, smartphones, decodificadores de TV,

Aplicaciones:


 ARM11
Lanzamiento: 2002
Objetivos: Cámaras digitales, smartphones, e-book readers, media centers, ...



Cortex-M
Lanzamiento:2004
Objetivos:Lograr más prestaciones a menor precio Conectividad, reutilización de código y eficiencia energética.
Aplicaciones: Electrodomésticos, automoción, Internet de las cosas, control, ...
Características: Pipeline de 3 etapas ejecución determinista, muy bajo consumo, código muy denso (Thumb-2), interrupciones con muy baja latencia



Tecnología usada



Aplicaciones:


Cortex-R
Lanzamiento:2006
Objetivos:Altas prestaciones para sistemas empotrados con restricciones
de tiempo real
Características:Superescalar, ejecución determinista,



Evolución:


Aplicaciones:

Cortex-A
Aplicaciones: Dispositivos con un SO completo y aplicaciones de usuario

Aplicaciones:


Plataformas de dispositivos móviles


Nvidia Tegra 

Aplicaciones 



Texas Instruments OMAP4

Aplicaciones

  

 Qualcomm Snapdragon



Aplicaciones

 Apple A5

Samsung Exynos 4210 (Orion)
 


– Ken Polson. Chronology of Microprocessors. http://processortimeline.info/
– C. Atack y A. van Someren. The history of the ARM CPU.
http://www.ot1.com/arm/armchap1.html
– Markus Levy. The History of The ARM Architecture: From Inception to IPO.
Information Quarterly, 4(1). From Acorns to Mighty Oaks. Commemorating the 20th Anniversary of
the ARM Architecture, 2005.
http://www.reds.ch/share/cours/ReCo/documents/TheHistoryOfTheArmArchitecture.pdf
– Nota de prensa. ARM announces new higher performance, low power ARM9 processor architecture.
http://bwrc.eecs.berkeley.edu/CIC/announce/1997/arm9.annc.html
– Nota de prensa. ARM11 Readied for Action. http://www.theregister.co.uk/2002/10/15/
– Sir Robin Saxby. Semiconductors + Software Enable Exciting Lifestyles.
http://www.docstoc.com/docs/78265677/
– ARM. Annual Reports and Accounts. http://www.arm.com/annualreport10/

– ARM. ARM Processors. http://www.arm.com/products/processors/
– Wikipedia. ARM Architecture. http://en.wikipedia.org/wiki/ARM
– ARM. Cortex-M series processors.
http://www.arm.com/products/processors/cortex-m/
http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.set.cortexm/
– ARM. Cortex-R series processors.
http://www.arm.com/products/processors/cortex-r/
http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.set.cortexr/
– ARM. Cortex-A series processors.
http://www.arm.com/products/processors/cortex-a/
http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.set.cortexa/
http://www.embedinfo.com/en/ARM_Cortex-list.asp?id=15




Exito de Apple y el fracaso de Microsoft


 
 Apple reveló que entre septiembre y diciembre vendió siete millones de iPads, con lo cual el número de unidades comercializadas en los primeros nueve meses desde su lanzamiento ascendió a 14,8 millones. Esto es un récord para un dispositivo al que muchos catalogaron como un iPhone o iPod touch grande, y cuyo éxito comercial no solo ha tenido un impacto sobre el mercado de netbooks, sino que está acarreando la llegada de un sin número de clones basados en la versión 3.0 de Android y en webOS, el sistema operativo de Palm, ahora en manos de Hewlett-Packard.

Poco después del lanzamiento Apple, dijo que en pocos años los computadores personales serán como los camiones, aludiendo a que cuando Estados Unidos era un país agrario, antes de la Revolución Industrial, todos los autos eran camiones, porque eso era lo que se necesitaba entonces. “Van a seguir existiendo, tendrán mucho valor, pero serán usados por pocas personas. Creo que nos hemos embarcado en eso (los equipos móviles) y hacia allá nos dirigimos”.  

Pero la idea de enfocarse en la computación móvil no es nueva :
 
 Hace una década, Microsoft trató de reinventar la computación personal con el tablet PC en asocio con un puñado de fabricantes de hardware, aunque Apple ya había hecho en 1998 un intento fallido con el Newton, el precursor de los computadores de mano y que realmente era una plataforma que incluso llegó a ser licenciada a terceros (un anticipo de iOS, su sistema operativo para dispositivo móviles).
Y si de historia se trata, los verdaderos antecedentes se remotan al Dynabook, un concepto elaborado a finales de los 60 en el famoso laboratorio de Xerox en Palo Alto (PARC), donde también fueron concebidos el ratón y la interfaz gráfica que usamos a diario en los sistemas operativos Windows y Mac OS X.
A estas experiencias poco exitosas se ha sumado la no menos problemática insistencia de Microsoft en el uso de un bolígrafo o ‘stylus’ para la interacción con los tablet PC, seguramente porque ni Windows 7 ni sus antecesores fueron desarrollados para ser manejados con los dedos.

De hecho, todavía en mayo del 2010, refiriéndose al lanzamiento del iPad, Bill Gates sostenía que a la larga terminaría imponiéndose la idea original de Microsoft: computadores tablet manejados con un bolígrafo, la voz o algún tipo de teclado. Y el propio Steve Ballmer  presidente de Microsot, mostró en el CES del 2010 varios tablets que nunca fueron lanzados al mercado.

Nace una estrella.

Si la idea se remonta realmente a los orígenes de la computación personal, y en la última década se presentaron varios intentos fallidos, es inevitable preguntarse por qué el boom de tablets ahora y no antes.
En buena medida porque los tablet PC de hace algunos años estaban basados en un sistema operativo hecho para funcionar en lo que muchos llaman un entorno ‘Wintel’, es decir, Windows y procesadores de Intel (la tradicional arquitectura x86), ninguno de los cuales estaba optimizado para ambientes móviles, en los que las pantallas táctiles basadas en la tecnología multitoque y el bajo consumo de energía han terminado convirtiéndose en condiciones indispensables. Por tal razón, los tablet PC operaban con versiones adaptadas de Windows, lo que los hacía en muchos casos equipos lentos y poco funcionales.

En este entorno, ARM Holdings se ha erigido en una especie de nuevo gigante en el negocio de la movilidad al punto que sus ingresos, en el último trimestre del año pasado, crecieron un 72%. Se trata de una firma inglesa cuya arquitectura para procesadores se encuentra detrás de muchos de los teléfonos inteligentes y el iPad, así como de los nuevos tablets que llegarán al mercado en los próximos meses.
Fue fundada en 1990 como una empresa conjunta (‘joint venture’) entre Apple y una firma inglesa llamada Acorn Computers con la idea de desarrollar un chip para el Newton. Así mismo, ARM constituye un caso especial dentro de la industria de los semiconductores, ya que no construye los ‘cerebros’ que hoy usa la mayoría de los grandes jugadores del sector, sino que su negocio consiste en licenciar su propiedad intelectual a terceros, permitiéndoles incluso la introducción de modificaciones.
Se destacan en este sentido el A4 y el A5, los chips que emplean tanto el iPad como el iPhone 4, diseñados por Apple (por medio de sus firmas PA Semi e Intrinsity) y fabricado por Samsung. O el Tegra2, el chip de Nvidia que lleva el Xoom, el tablet de Motorola que cuenta con un procesador de dos núcleos.

Conclusion

En vista del potencial del mercado de dispositivos móviles, ARM se posiciona con una notable ventaja en este segmento sobre los grandes fabricantes de chips para portátiles y computadores de escritorio, como Intel o AMD (cuyo CEO fue relevado por no haber anticipado la explosión de dispositivos móviles, como teléfonos inteligentes y tablets).
De hecho, en enero de este año recibió el espaldarazo de Microsoft, cuando el gigante de Redmond anunció que la siguiente versión de su sistema operativo (Windows  en una movida que apunta al mercado cada vez más atractivo de los tablets, y que llevó a algunos analistas a hablar del divorcio Windows-Intel.
Según la firma de investigación de mercados iSuppli, los despachos de tablets podrían alcanzar los 242 millones de unidades en el 2015, una cifra impensada hasta hace poco cuando esos aparatos eran vistos como un producto de nicho. A su vez, el mercado de los tablets podría llegar a los 39,3 millones de unidades en ese mismo año, lo que marca un contraste con lo que se pensaba hace una década y con las cifras de los primeros productos. De acuerdo con IDC, durante el último trimestre del año pasado se vendieron 100,9 millones de teléfonos inteligentes, una cifra equivalente a un crecimiento del 87,9%, y que supera por primera vez la de PC (92,1 millones de unidades vendidas).
“Comenzamos hace más de 20 años con la introducción de una arquitectura para chips orientada principalmente a la industria móvil y caracterizada por un consumo eficiente de energía. Pero lo que ha sucedido es que la tecnología ha ido más allá de los celulares y ahora vemos chips en muchos más dispositivos, a medida que los consumidores se han vuelto más exigentes”, explicó al diario The Wall Street Journal Antonio Viana, vicepresidente de ARM Holdings, de la que Apple se desvinculó en 2004 con la venta de su participación en una cifra estimada en 800 millones de dólares, si bien hoy es tal vez su principal cliente.

Tipos de Baterias Dispositivos Moviles

Las baterías se han convertido en un elemento indispensable en el campo de la tecnología



Los teléfonos móviles son el más fiel reflejo de cuan importantes son estos elementos, siendo testigos de cómo su rendimiento disminuía con el nacimiento de nuevas tecnologías que implicaban un mayor consumo de energía. ya no sólo nos fijamos en la cantidad de memoria o el procesador que incorporan los dispositivos, sino que la autonomía de la batería ha pasado a ocupar un puesto de especial relevancia a la hora de valorar correctamente el terminal móvil a adquirir.

Funcionamiento de la batería


la corriente eléctrica es un flujo de electrones que circulan por un cable conductor y que esta corriente que es producida por una batería es fruto de una reacción química que tiene lugar en su interior.
Dicha reacción produce en su polo negativo o cátodo una gran cantidad de electrones con carga negativa a la vez que en su polo positivo o ánodo se produce simultáneamente una ausencia de los mismos.
Al igual que ocurre con los imanes, los electrones son repelidos por el cátodo a al mismo tiempo que el ánodo actúa ocasionando el efecto contrario, alimentando el circuito que se encuentre entre ambos polos.
Esta reacción no se presenta por tiempo indefinido, sino que el efecto se atenúa con el paso del tiempo hasta que deja de darse por completo, algo notable cuantitativamente por la disminución del voltaje.

Tipos de baterías:

Baterías de Níquel-Cadmio:

suelen representarse con el símbolo químico de cada una de los elementos (NiCd). Es el tipo de tipos de baterías recargables más antiguo que aún existe, estando presentes en los primeros años de la telefonía e informática móvil.

Con un coste de producción relativamente más costoso, adolecen del mal del “efecto memoria”, que más adelante explicaremos, además de presentar una vida útil más corta (limitadas a unos 1.500 ciclos de carga y descarga completos). Por no hablar de lo altamente contaminante que resulta el Cadmio para nuestro medios ambiente. Factores todos ellos que desaconsejaron la continuidad de su uso habitual, tanto a nivel doméstico como industrial.
  • Voltaje proporcionado: 1,2 V
  • Densidad de energía: 50 Wh/Kg
  • Capacidad usual: 0,5 a 1,0 A (en pilas tipo AA)
  • Efecto memoria: muy alto

Baterías de Níquel y Metal Hidruro:


representadas bajo los símbolos NiMh, éste es el nombre por el que  se les conoce, aunque sería más correcto decir “níquel e hidruro metálico”.
Al margen de cualquier disquisición semántica sobre su denominación, aún están presentes en multitud de dispositivos electrónicos, gran parte dentro de las gamas económicas de diferentes fabricantes dado el abaratamiento en los costes de producción que supone la ausencia del Cadmio.
Pero lo que hizo que se ganase el favor del público era la ausencia del temido “efecto memoria”. Más respetuosas con nuestro medio ambiente, este tipo de baterías tienen la otra ventaja de aportar una autonomía mayor que las de NiCd. Sin embargo, soportan un menor número de ciclos de vida antes de que comiencen a perder capacidad de carga.
  • Voltaje proporcionado: 1,2 V
  • Densidad de energía: 80 Wh/Kg
  • Capacidad usual: 0,5 a 2,8 A (en pilas tipo AA)
  • Efecto memoria: bajo

Baterías de iones de Litio: 

sin duda las más populares en la actualidad dada su versatilidad, ya que el Lítio es mucho más ligero y proporciona una aún mayor autonomía, además de diseños muchos más reducidos y livianos.
Suelen estar representadas por las palabras “Ion-Litio”, lo cual las identifica fácilmente frente al resto de baterías. Sin embargo comparten con las de NiMh la duración de vida útil en cuanto a número de ciclos y la ausencia de “efecto memoria”.
permiten realizar recargas cuando le sea más cómodo al usuario, además que éstas suelen ser mucho más rápidas. El proceso de carga de una batería de Litio suele dividirse en dos partes: una fase de carga rápida hasta un 80% de su capacidad, pasando después a una más lenta hasta alcanzar el 100%.
Por estas razones principalmente, este tipo de baterías se han convertido en las más utilizadas en la telefonía móvil y dispositivos portátiles de todo tipo y que no responden a múltiples creencias sobre su mantenimiento que circulan y se difunden sin fundamento alguno, provocando un uso indebido o desaprovechado de nuestros dispositivos.
  • Voltaje proporcionado:
    • A Plena carga: entre 4,2 V y 4,3 V dependiendo del fabricante
    • A carga nominal: entre 3,6 V y 3,7 V dependiendo del fabricante
    • A baja carga: entre 2,65 V y 2,75 V dependiendo del fabricante (este valor no es un límite, se recomienda)
  • Densidad de energía: 115 Wh/Kg
  • Capacidad usual: 1,5 a 2,8 A (en pilas tipo AA)
  • Efecto memoria: muy bajo

LiPo:


utilizadas inicialmente por Ericsson, aunque ahora su uso está muy extendido en la industria. Muy semejantes a las baterías de iones de Litio, su principal ventaja es su flexibilidad a la hora de implementarlas en cualquier dispositivo electrónico por muy pequeño que sea. De hecho, es conocida la intención de algunas compañías especialistas en el sector de la fabricación de baterías la intención de producirlas en láminas con tan sólo un milímetro de espesor.
Son una variación de las baterías de las anteriormente mencionadas baterías de iones de Litio, permitiendo una mayor densidad de energía. Tanto es así, que ésta podría multiplicarse hasta por 12 veces las de otras baterías como las de Níquel-Cadmio (NiCd) o las Níquel-Hidruro metálico (NiMH) a igualdad de peso. Por otro lado, baterías LiPo de igual capacidad que otras de NiCd llegan a ser hasta cuatro veces más ligeras.
Las ventajas son indiscutibles. Sin embargo el gran inconveniente de estas baterías es que requieren un trato mucho más delicado, bajo el riesgo persistente de deteriorarlas irreversiblemente, llegando incluso a producir su explosión. Como normal general precisan de una carga mucho más lenta que las de NiCd, aunque como a sus hermanas mayores el “efecto memoria” no le afecta en demasía siempre y cuando no se descarguen por debajo de cierto voltaje.
La gran desventaja de las LiPo continúa siendo su precio a día de hoy, teniendo un coste aproximadamente del doble que las tradicionales NiMh, a pesar de que su paulatina introducción en el mercado ha provocado una bajada en su precio y, por ende, en los costes de fabricación y venta de algunos terminales.

Las baterias LiPo se venden generalmente de 1S a 3S lo que significa:
Li-PO 1S: una celda, 3,7 V.
Li-PO 2S: dos celdas, 7,4 V.
Li-PO 3S: tres celdas, 11,1 V.
Li-PO 4S: cuatro celdas, 14,8 V.
Cada celda tiene un voltaje nominal de 3,7 V, Voltaje máximo 4,2 y mínimo 3,0. Este ultimo debe respetarse rigurosamente ya que la pila se daña irreparablemente a voltajes menores a 3 volts. Se suele establecer la siguiente nomenclatura XSYP que significa X células en serie, e Y en paralelo


¿Qué es el “efecto memoria?


efecto-memoria.jpg
El denominado “efecto memoria” es un fenómeno por el cual la capacidad de las baterías se ve reducida debido a una incorrecta gestión de las cargas por parte del usuario o por sobrecalentamiento. Al cargar las baterías sin que éstas hayan llegado a descargarse por completo de forma reiterada, los compuestos encargados de generar la reacción química que produce la corriente eléctrica terminan por crear cristales que modifican el voltaje y reducen su potencial energético o capacidad de carga.
Uno de los modos más efectivos para prevenirlo en las baterías NiCd y NiMh es realizar al menos un ciclo completo de carga/descarga cada poco tiempo de uso. Un sistema también muy recomendable para los tipos de batería menos susceptibles a este fenómeno, como las de iones de Litio y las de polímeros de Litio, para las que se recomienda llevarlo a cabo al menos una vez al mes.
Como veréis esto contradice la sabiduría popular, incluso la de algunos “profesionales de la venta” de aparatos electrónicos de consumo en tiendas y grandes superficies, que no recomiendan en absoluto la realización de cargas incompletas y sí esperar al agotamiento de de la batería para comenzar a cargarla de nuevo.
Pero sin duda, el mito más extendido es aquel en el que se recomienda realizar una primera carga más larga en cualquier batería para que alcance el máximo de capacidad, cuando todo ésto no es cierto.

ARM vs. X86

La arquitectura ARM no es exactamente una novedad, sino todo lo contrario. Creada en 1983, Ella está a punto de completar tres décadas de existencia y ve ahora sus posibilidades ampliadas. Desarrollada por la compañía inglesa Acorn Computer Limited, fue en la época el primer procesador RISC creado para uso comercial.

En la arquitectura computacional, RISC (Reduced Instruction Set Computer) es un tipo de microprocesador con las siguientes características fundamentales:
  • Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos
  • Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos
Además estos procesadores suelen disponer de muchos registros de propósito general.
El objetivo de diseñar máquinas con esta arquitectura es posibilitar la segmentación y el paralelismo en la ejecución de instrucciones y reducir los accesos a memoria. Las máquinas RISC protagonizan la tendencia actual de construcción de microprocesadores. PowerPC, DEC Alpha, MIPS, ARM, … son ejemplos de algunos de ellos.
Es hora de entender la razón por la que los procesadores ARM pueden representar un cambio en el mundo tecnológico.

ARM vs. X86

El tipo de procesador más comúnmente utilizado en equipos de escritorio, es el x86; éste está basado en la arquitectura CISC (Complex instruction set computing) con soporte para instrucciones complejas, simultaneas y de ejecución más lenta, pero que resultaban en códigos menores, por la simplificación de la estructura de programación recurrente y menos entradas y salidas (disminuyendo así la necesidad de usar más memoria).
Los RISC, por otro lado, se preocupan en la simplificación de esas instrucciones, con la intención de alcanzar la máxima eficiencia por ciclo (pudiendo realizar tareas menores con procesos más cortos) y una mayor organización de las operaciones dentro del núcleo de procesamiento.
Los procesadores ARM representan hoy la mayoría absoluta en equipamientos portátiles. iPhone, Palm Pre, Calculadoras, Smartphones e incluso algunas laptops utilizan esa tecnología para las operaciones de procesamiento.
En el mercado de computadoras, sin embargo, todavía persiste la arquitectura x86 con las extensiones x64, principalmente por razones de compatibilidad de programas. La cuestión es que el código de las dos, es binariamente incompatible, lo que hace inviable la ejecución de Windows 7 en el ARM, por ejemplo, a pesar de que programas de menor porte puedan ser adaptados.
La arquitectura x86 puede ser considerada como de alta complejidad, por presentar diversas fases de procesamiento de datos (como la carga de informaciones, la decodificación, la asignación de memoria, entre otros) y tener microcodes, responsables por la interpretación de las instrucciones, transformándolas en procesos físicos.
Como resultado de ese conjunto mencionado anteriormente, lo que se obtiene es el alto desempeño, pero que desafortunadamente viene acompañado de un mayor consumo de energía y también de la necesidad de más espacio físico, tornándolos completamente incompatibles con la propuesta de dispositivos portátiles.
Por eso, la industria en la mayoría de las veces prefiere privarse de la potencia y desempeño en busca de portabilidad y de una mayor eficiencia de los dispositivos, características que la arquitectura ARM es capaz de proporcionar con mejores resultados. Es por eso, que recursos como multitarea, demoraron un poco más en aparecer en los smartphones, así como la evolución gráfica de los juegos también es inferior a los que los desktops y notebooks son capaces de exhibir.
Después de décadas de investigación e inversiones, las técnicas ARM finalmente están despertando el interés de las gigantes de las computadoras (es el caso de Microsoft). Con la alta eficiencia de la arquitectura sumada a la libertad propiciada por los equipos de mayor porte, lo que surgirá será un procesador verdaderamente potente, quien sabe incluso hasta con un costo menor.
Project Denver, de NVIDIA, también trae consigo un procesador gráfico dedicado, eliminando parte de la complejidad de hardware (por ser eliminados chipsets, puertas y otros controladores externos (y abriendo espacio para operaciones más rápidas, generadas en un único local.
En términos prácticos, veremos computadoras extremamente veloces (que pueden si, ser amparados por otros núcleos externos, como las actuales tarjetas de video dedicadas), mientras que fabricantes de laptops y netbooks encontrarán la herramienta perfecta para crear productos más leves, finos y portátiles, con una mayor duración de la batería, algo que se aplica también al mercado de celulares.
Vale recordar que NVIDIA es apenas una de las empresas que está al frente del concepto de superpones. Grandes corporaciones como Samsung y Qualcomm también ya poseen productos en el mercado compatible con esa estructura de procesamiento.

¿ARM puede contra el x86?

En el mundo de la tecnología es muy complicado hacer cualquier afirmación definitiva en ese sentido. Sin embargo, analizando apenas la teoría, la respuesta para esa pregunta es si. Pero si eso ocurre, probablemente no será en los próximos cinco años, ya que mucho de ese esfuerzo dependerá de la propia industria.
Los primeros modelos de smartphones a llegar al mercado, utilizarán Android como sistema operativo. Sin embargo, para que la adopción sea completa y las posibilidades sean mayores, lo natural sería utilizar los mismos sistemas operativos de los desktops en los smartphones. Los ejemplos son diversos, tales como Linux y Windows CE, pero ninguno representa en éxito comercial.
Es justamente en la cuestión de éxito y apelo de público Microsoft. Causó sorpresa al público del CES el hecho de que NVIDIA anunciara que la empresa ya está desarrollando un sistema operativo capaz de ser ejecutado en la arquitectura ARM. La novedad debe llegar al mercado en 2012.
¿Cuál sería ese sistema? Probablemente Windows 8. La utilización de una nueva arquitectura justificaría el hecho de que el intervalo entre el lanzamiento de Windows 7 y la próxima versión del sistema operativo de Microsoft serán tan cortos. De esa forma, las computadoras y celulares podrían funcionar con el mismo sistema operativo, en un corto espacio de tiempo y con un gran volumen de usuarios adoptándolo inmediatamente.
Hoy día tanto Android como Chrome OS ya son capaces de funcionar sobre la arquitectura ARM.