Реферат: Процессоры AMD седьмого поколения (K7)
Еще один момент, заслуживающий внимания - вчетверо большая, чем у Pentium III, таблица предсказания переходов размером 2048 ячеек, в которой сохраняются предыдущие результаты выполнения логических операций. На основании этих данных процессор прогнозирует их результаты при их повторном выполнении. Благодаря этой технике AMD Athlon правильно предсказывает результаты ветвлений где-то в 95% случаев, что очень даже неплохо, если учесть, что аналогичная характеристика у Intel Pentium III всего 90%.
Процессор AMD Athlon (Thunderbird) представляет собой суперконвейерную, суперскалярную и оптимизированную для работы на высоких тактовых частотах микроархитектуру, способную выполнять девять инструкций за один такт. Соответственно, AMD Athlon оснащен девятью конвейерами: три из них - для вычислений адреса, три для целочисленных операций и три для выполнения x87-команд (операции с плавающей точкой), а так же инструкций из наборов 3DNow!™ и MMX™.
3.2 Системная шина
Прежде чем углубляться в сам процессор, посмотрим, чем же отличается системная шина EV6, примененная AMD, от привычной интеловской GTL+. Внешнее сходство бывает обманчиво. Хотя процессорный разъем Slot A на системных платах для процессора AMD Athlon выглядит также как и Slot 1, перевернутый на 180 градусов, шинные протоколы и назначения контактов у Intel Pentium III и AMD Athlon совершенно различны. Более того, различно даже число задействованных сигналов - Athlon использует примерно половину из 242 контактов, в то время как Pentium III всего четверть. Внешняя похожесть вызвана тем, что AMD просто хотела облегчить жизнь производителям системных плат, которым не придется покупать особенные разъемы для установки на Slot A системные платы. Только и всего.
На самом же деле, хоть EV6 и работает на частоте 100 МГц, передача данных по ней, в отличие от GTL+ ведется на обоих фронтах сигнала, потому фактическая частота передачи данных составляет 200 МГц. Если учесть тот факт, что ширина шины EV6 - 72 бита, 8 из которых используется под ECC (контрольную сумму), то получаем скорость передачи данных 64бита х 200 МГц = 1,6 Гбайт/с. Напомню, что пропускная способность GTL+, работающей на 100 МГц в два раза меньше - 800 Мбайт/с. Повышение частоты GTL+ до 133 МГц дает увеличение пропускной способности при этом только до 1,06 Гбайт/с. Казалось бы, как в случае с GTL+, так и с EV6 получаются внушительные значения пропускной способности. Однако, только современная PC100 память может отожрать от нее до 800 Мбайт/с, а AGP, работающий в режиме 2x - до 528 Мбайт/с. Не говоря уже о PCI и всякой другой мелочевке. Получается, что GTL+ уже сейчас может не справляться с передаваемыми объемами данных. У EV6 же в этом случае все в порядке, потому эта шина более перспективна.
При этом, как частота GTL+ может быть увеличена со 100 до 133 МГц, планируется, что и частота EV6 также впоследствии достигнет значения 133 (266), а затем и 200 (400) МГц. Однако планы эти могут и не осуществиться - реализовать работу на материнской плате EV6, требующую большего количества контактных дорожек, несколько сложнее, особенно на больших частотах. Хотя если у AMD все получится, пропускная способность системной шины может достичь 2.1 и 3.2 Гбайта/с соответственно, что позволит беспрепятственно применять в Athlon-системах, например, высокопроизводительную 266-мегагерцовую DDR SDRAM.
Еще одна интересная особенность EV6 заключается в поддержке многопроцессорных систем, на рынок которых AMD планирует выйти в наступающем году. В отличие от GTL+, EV6 обеспечивает соединение точка-точка между процессорами и чипсетом, что позволяет выделить всю пропускную способность шины для каждого процессора. Теоретически таким образом может подключаться до 14 процессоров. Ограничения же на количество процессоров в интеловских системах обусловлено, в частности, и тем фактом, что общая пропускная способность GTL+ делится поровну между CPU. Потому, EV6 кажется перспективной и при использовании в многопроцессорных системах.
Сравнение шины EV6 (AMD) c GTL+ (Intel)
EV6 
GTL+
Системная шина процессора AMD Athlon (Thunderbird) - первая 266-MHz системная шина для x86-платформ. Системная шина процессора AMD Athlon (Thunderbird) разработана по предложенной компанией DEC, масштабируемой и предполагающей многопроцессорную обработку данных, технологии Alpha™ EV6, что обещает беспрецедентную производительность оснащенных этой шиной систем. Шина AMD Athlon построена на принципе "точка-точка", что так же способствует значительному росту производительности как для однопроцессорных, так и для много процессорных систем.
3.3 Блок операций с плавающей точкой
Athlon (Thunderbird) содержит 3 узла вычислений с плавающей точкой (fpu), любой из которых способен принимать на вход инструкции каждый такт работы процессора. При этом один узел предназначен исключительно для выполнения команды FSTORE! Назначение этого узла - обеспечивать обмен между регистрами и памятью в то время, как процессор выполняет другие инструкции. Такой подход, хотя и не повышает пиковую производительность, позволяет достичь более высокой средней производительности, что во многих случаях важнее. Остальные два fpu состоят из блока сложения (adder) и блока умножения (multiplier). Оба блока используют конвейеры (fully pipelined). Архитектура каждого fpu такова, что он может принимать на вход каждый такт одну инструкцию сложения и одну умножения, что дает пиковую производительность 1000MFLOPS при 500МГц. Ближайшим аналогом с точки зрения архитектуры является Pentium II, у которого также присутствуют adder и multiplier. Однако существуют два основных отличия. Во-первых, у PII только adder является полностью конвейеризованным (fully pipelined), multiplier же может принимать инструкцию на вход только каждый второй такт. Во-вторых, каждый узел fpu PII может принимать только одну инструкцию за такт, таким образом, пиковая производительность составляет 500MFLOPS при 500МГц. В результате возможности для вычислений с плавающей точкой у Athlon (Thunderbird) процессора выросли настолько, что ставят его в один ряд с RISC-процессорами, которыми оснащают мощные рабочие станции и серверы.
3.4 Расширенные возможности технологии 3DNow!™
Блока 3DNow! в AMD Athlon коснулись сильные изменения. Хотя его архитектура и осталась неизменной - два конвейера обрабатывают инструкции, работающие с 64-битными регистрами, в которых лежат пары вещественных чисел одинарной точности, в сам набор команд было добавлено 24 новинки. Новые операции должны не только позволить увеличить скорость обработки данных, но и позволить задействовать технологию 3DNow! в таких областях, как распознавание звука и видео, а также интернет :) Кроме этого, по аналогии с SSE были добавлены и инструкции для работы с данными, находящимися в кеше. Поддержка обновленного набора 3DNow! уже встроена в Windows 98 SE и в DirectX 6.2.
Таким образом, в набор 3DNow! входит теперь 45 команд, против 71 инструкции в SSE от Intel. Причем, судя по всему, использование новых команд должно дать еще больший эффект от 3DNow! В доказательство этого факта AMD распространила дополнительный DLL для известного теста 3DMark 99 MAX, задействующий новые возможности процессора.
Для того, чтобы усилить возможности процессоров AMD Athlon™ как в обработке трехмерной графики, так и в исполнении других мультимедийных задач, разработанный AMD пакет из 21 инструкции, улучшающий возможности набора команд x86 по использованию суперскалярной техники SIMD и известный как технология 3DNow!™, был значительно расширен. В 3DNow!™ было добавлено 24 новых инструкции - 19 для того, чтобы улучшить возможности процессора в целочисленных расчетах, в том числе и в технологии MMX и ускорения передачи данных для Internet-приложений использующих потоки данных, а так же 5 DSP-расширений для программных модемов, ADSL, Dolby Digital и приложений, использующих MP3.
Технология Enhanced 3DNow!™ против SSE - сравнение наборов команд
| Исполняемые функции | Enhanced 3DNow! | SSE | Вывод |
| Выполнение SIMD-вычислений с плавающей точкой (впервые предложено AMD) | 21 (число инструкций в первоначальном варианте технологии 3DNow!) | ~52 | Сравнение функциональности: Обе технологии поддерживают 4 операции за такт и выполняют вплоть до 2.4 Gflops на частоте 600 MHz. Но инструкции 3DNow! проще для исполнения. SSE включает в себя намного больше инструкций, поскольку архитектура Intel's требует дублирования управляющих функций MMX, для чего необходимо исполнять две инструкции, управляющие операциями с плавающей точкой - одну для SIMD-операций и другую для скалярных операций. |
| MMX (целочисленные вычисления),сложение и перемещение данных | 19 (Новые инструкции) | 19 | Сравнимое функциональное назначение: обе технологии имеют инструкции для работы с кэшем и потоковыми данными. |
| DSP-расширения для коммуникаций | 5 (новые инструкции) | 0 | Оригинальная методика AMD: Компания AMD приспосабливает SIMD-операции для решения задач DSP - программных модемов, программной реализации ADSL, MP3 и Dolby Digital. |
| Общее число инструкций | 45 | 71 | Преимущество AMD: Расширенный набор 3DNow! имеет больше функциональных возможностей, нежели SSE. Усовершенствованная технология 3DNow! плюс превосходный блок для операций с плавающей точкой процессора AMD Athlon дают наивысшую производительность в операциях с плавающей точкой среди x86-совместимых процессоров! |
3.5 Архитектура кэша
Что касается кеша L1 в AMD Athlon, то его размер 128 Кбайт превосходит размер L1 кеша в Intel Pentium III аж в 4 раза, не только подкрепляя высокую производительность Athlon, но и обеспечивая его эффективную работу на высоких частотах. В частности, одна из проблем используемой Intel архитектуры Katmai, которая, похоже, уже не позволяет наращивать быстродействие простым увеличением тактовой частоты, как раз заключается в малом объеме L1 кеша, который начинает захлебываться при частотах, приближающихся к гигагерцу. AMD Athlon лишен этого недостатка.
Что же касается кеша L2, то и тут AMD оказалось на высоте. Во-первых, интегрированный в ядро tag для L2-кеша поддерживает его размеры от 512 Кбайт до 16 Мбайт. Pentium III, как известно, имеет внешнюю Tag-RAM, подерживающую только 512-килобайтный кеш второго уровня. К тому же, Athlon может использовать различные делители для скорости L2-кеша: 1:1, 1:2, 2:3 и 1:3. Такое разнообразие делителей позволяет AMD не зависеть от поставщиков SRAM определенной скорости, особенно при выпуске более быстрых моделей.
AMD Athlon (Thunderbird) располагает самым большим среди x86-совместимых процессоров объемом кэша первого уровня (128КB). Кроме того, AMD Athlon (Thunderbird) оснащен высокоскоростным 64-разрядным кэш-контроллером для управления кэш-памятью второго уровня, объем которой может составлять от стандартных 256KB до почти фантастических 8MB. Эта разработка позволяет эффективно управлять системной шиной, а так же позволяет обходить узкие места в полосе пропускания.
3.6 DDR память
Эта память является естественным развитием PC100/PC133 SDRAM памяти. Память DDR позволяет поднять производительность x86-платформы при сохранении конкурентноспособной цены. В то время, как другие типы SDRAM могут выполнять только один цикл чтения и записи за такт, технология DDR позволяет выполнить два цикла чтения и записи за то же время. DDR память доступна от основных производителей DRAM во всем мире.
4. Возможности следующего поколения компьютеров
Сочетание превосходной производительности, высокой тактовой частоты, впечатляющей пропускной способности системной шины и надежная конструкция делают процессоры семейства AMD Athlon (Thunderbird) наиболее оправданным выбором для настольных ПК высокого уровня, рабочих станций и серверов. Процессоры AMD Athlon (Thunderbird) отвечают всем требованиям к масштабируемости, какие только могут себе представить корпоративные пользователи и IT-менеджеры. Системная шина процессора AMD Athlon (Thunderbird) конструктивно ориентирована на масштабируемую, многопроцессорную обработку данных, число же процессоров в многопроцессорной системе определяется только конкретной реализацией набора системной логики. По мере развития всего семейства процессоров AMD Athlon (Thunderbird), будут появляться и многопроцессорные рабочие станции и серверы на базе этих процессоров. Быстродействующие платформы на базе процессоров AMD Athlon (Thunderbird) смогут обеспечить новый уровень производительности и обмена данными для таких чувствительных к ресурсам компьютера областей, как обработка цифровых изображений, создание Web-сайтов, САПР, научно-технические расчеты, корпоративные задачи и игры с трехмерной графикой.
Список источников
1. http://www.wscomp.ru
2. http://www.ixbt.com
3. http://athlon-amd.narod.ru
4. http://www.amdclub.ru
5. http://ru.wikipedia.org
Приложение
Техническое описание процессора Atnlon (Socket A)
| Рабочая частота ядра, МГц | 1333 |
| Напряжение питания ядра, В | 1,75 |
| Напряжение питания цепей ввода-вывода, В | 3,3 |
| Внешняя частота (Частота шины), МГц | 200/266 |
| Частота кэша 2 уровня, МГц | 1333 |
| Технология, мкм | 0,18 |
| Расширения | 3DNow!™ Professional |
| Разъем (socket, slot) | Socket A |
| Кэш 1 уровня, Кб | 128 |
| Кэш 2 уровня, Кб на кристале процессора | 256 |
| Размеры (ШхВхГ), мм | 50x50x5 |
| Количество транзисторов | 37 млн |
Терминология
SIMD (англ. Single Instruction, Multiple Data) — принцип компьютерных вычислений, позволяющий обеспечить параллелизм на уровне данных.
SIMD компьютеры состоят из одного командного процессора (управляющего модуля), называемого контроллером, и нескольких модулей обработки данных, называемых процессорными элементами. Управляющий модуль принимает, анализирует и выполняет команды. Если в команде встречаются данные, контроллер рассылает на все процессорные элементы команду, и эта команда выполняется на нескольких или на всех процессорных элементах. Каждый процессорный элемент имеет свою собственную память для хранения данных. Одним из преимуществ данной архитектуры считается то, что в этом случае более эффективно реализована логика вычислений. До половины логических инструкций обычного процессора связано с управлением выполнением машинных команд, а остальная их часть относится к работе с внутренней памятью процессора и выполнению арифметических операций. В SIMD компьютере управление выполняется контроллером, а "арифметика" отдана процессорным элементам.
RISC (англ. Reduced Instruction Set Computing) — вычисления с сокращённым набором команд.
CISC (англ. Complex Instruction Set Computing) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:
· Нефиксированным значением длины команды.
· Арифметические действия, кодируется в одной инструкции.
· Небольшим числом регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.
Типичными представителями являются процессоры на основе x86 команд (исключая современные Intel Pentium 4, Pentium D, Core, AMD Athlon, Phenom которые являются гибридными) и процессоры Motorola MC680x0.
MMX (Multimedia Extensions — мультимедийные расширения) — коммерческое название дополнительного набора инструкций, выполняющих характерные для процессов кодирования/декодирования потоковых аудио/видео данных действия за одну машинную инструкцию. Впервые появился в процессорах Pentium MMX. Разработан в лаборатории Intel в Хайфе, Израиль, в первой половине 1990-х.
3DNow! дополнительное расширение MMX для процессоров AMD, начиная с AMD K6 3D. Причиной создания 3DNow! послужило стремление завоевать превосходство над процессорами производства компании Intel в области обработки мультимедийных данных. Хотя это расширение является разработкой AMD, его также интегрировали в свои процессоры IBM[источник?], Cyrix и другие.
Технология 3DNow! ввела 21 новую команду процессора и возможность оперировать 32-битными вещественными типами в стандартных MMX-регистрах. Также были добавлены специальные инструкции, оптимизирующие переключение в режим MMX/3DNow! (femms, которая заменяла стандартную инструкцию emms) и работу с кешем процессора. Таким образом технология 3DNow! расширяла возможности технологии MMX, не требуя введения новых режимов работы процессора и новых регистров.
