Процессор AMD Athlon

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нижегородский Радиотехнический Колледж

Реферат на тему:

Процессор AMD Athlon

Специальность: Автоматизированные системы обработки информации и управления

Нижний Новгород

2010

Содержание

1. История

2. Системная шина

3. Кеш

4. Архитектура. Общие положения

5. Целочисленные операции

6. Вещественные операции

7. Краткие характеристики

Литература

AMD Athlon

AMD Athlon (в русском языке «Атломн») -- торговое название представленного 23 июня 1999 года компанией AMD высокопроизводительного процессора с микроархитектурой K7. Новый процессор был призван конкурировать с Pentium III компании Intel, а название Athlon, в переводе с древнегреческого языка означающее «чемпион», «победитель игр», отражало претензию компании AMD на лидерство своего процессора.

Немного истории

1 На выставке Comdex Fall, проходившей осенью 1997 года в Лас-Вегасе (США), компанией AMD было объявлено о разработке принципиально нового процессора под кодовым названием K7, который должен прийти на смену процессорам серии K6. В октябре 1998 года были выпущены первые инженерные образцы нового процессора.

Новое ядро K7 имело множество нововведений, что позволило значительно поднять производительность процессора Athlon по сравнению с предыдущими процессорами компании, в результате чего на момент анонса Athlon являлся самым производительным процессором архитектуры x86, превосходя своего основного конкурента -- Intel Pentium III.

2 Первые процессоры Athlon (ядро Argon) предназначались для настольных компьютеров и производились по 250-нм КМОП-технологии. На смену ядру Argon пришло 180-нм ядро Pluto. Модель, работавшая на частоте 1 ГГц, получила наименование Orion.

На процессорной плате находился ножевой 40-контактный технологический разъём, закрытый картриджем. Разъём содержал контакты, отвечающие за установку напряжения питания и тактовой частоты. С помощью специального устройства, подключаемого к процессору, возможно было изменение параметров.

Картридж состоял из двух частей: металлической теплоотводной пластины, контактирующей с кристаллом процессора и микросхемами кэш-памяти (в случае с процессорами, имеющими внешний кэш), а также пластикового кожуха, закрывающего процессорную плату и защищающего установленные на ней элементы от повреждений.

3 Следующим ядром, использованным в процессорах семейства Athlon, стало 180-нм ядро Thunderbird, получившее интегрированный кеш второго уровня. Дальнейшим развитием семейства десктопных процессоров Athlon стали процессоры Athlon XP, вышедшие в октябре 2001 года.

На стороне ядра располагались SMD-элементы, а также контакты, задающие напряжение питания и тактовую частоту (обычно называемые мостиками), контакты располагались группами. Маркировка нанесена на кристалл процессора.

Изначально кристалл не был защищён от сколов, которые могли происходить в результате перекоса радиатора при его неправильной установке неквалифицированными пользователями, однако вскоре появилась защита в виде четырёх круглых прокладок, расположенных в углах подложки. В ряде случаев процессор, получивший существенные повреждения кристалла (сколы до 2--3 мм с угла), продолжал работать без сбоев или с редкими сбоями, но в то же время, процессор с незначительными сколами мог полностью выйти из строя. Однако соблюдение мер предосторожности при сборке или установка опытным сборщиком, вместо самостоятельной установки, исключали механические повреждения процессоров с открытым ядром, таких, как процессоры семейства AMD K7 или Intel Pentium III.

Если подойти к архитектуре AMD Athlon поверхностно, то основные его параметры можно обрисовать следующим образом:

. Чип, производимый по технологии 0.25 мкм

. Ядро нового поколения с кодовым именем Argon, содержащее 22 млн. транзисторов

. Работает в специальных материнских платах с процессорными разъемами Slot A, Socket A

. Использует высокопроизводительную системную шину Alpha EV6, лицензированную у DEC

. Кеш первого уровня 128 Кбайт - по 64 Кбайта на код и на данные

. Кеш второго уровня 512 Кбайт. Расположен вне процессорного ядра, но в процессорном картридже. Работает на половинной частоте ядра

. Напряжение питания - 1.6В

. Набор SIMD-инструкций 3DNow!, расширенный дополнительными командами.

Всего 45 команд

Однако таким простым процессор AMD Athlon кажется только лишь на первый взгляд. На самом же деле за этими несколькими строками скрываются многочисленные архитектурные инновации. Однако и простые характеристики AMD Athlon впечатляют. Например, Athlon превосходит Intel не только по максимальной тактовой частоте (у Intel Pentium III она 600 МГц, да и к тому же при этом он работает на повышенном до 2.05В напряжении ядра), но и по размеру кеша первого уровня, который у Intel Pentium III всего 32 Кбайта.

Системная шина

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 системная шина AMD и работает на частоте 100 МГц, передача данных по ней, в отличие от Intel 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. 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 Intel может быть увеличена со 100 до 133 МГц, планируется, что и частота AMD также впоследствии достигнет значения 133 (266), а затем и 200 (400) МГц. 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.

Кеш

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. 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.

Архитектура. Общие положения

процессор команда конвейер производительность

Как и процессоры от Intel с ядром, унаследованным от Pentium Pro, процессоры Athlon имеют внутреннюю RISC-архитектуру. Это означает, что все CISC-команды, обрабатываемые процессором, сначала раскладываются на простые RISC-операции, а потом только начинают обрабатываться в вычислительных устройствах CPU. Казалось бы, зачем усложнять себе жизнь? Оказывается, есть зачем. Сравнительно простые RISC-инструкции могут выполняться процессором по несколько штук одновременно и намного облегчают предсказание переходов, тем самым позволяя наращивать производительность за счет большего параллелизма. Говоря более просто, тот производитель, который сделает болеет "параллельный" процессор, имеет шанс добиться превосходства в производительности гораздо меньшими усилиями. AMD при проектировании Athlon, по-видимому, руководствовалась и этим принципом.

Однако перед тем, как начать работу над параллельными потоками инструкций, процессор должен их откуда-то получить. Для этого в AMD Athlon, как впрочем и в Intel Pentium III, применяется дешифратор команд (декодер), который преобразует поступающий на вход процессора код. Дешифратор в AMD Athlon может раскладывать на RISC-составляющие до трех входящих CISC-команд одновременно. Современные интеловские процессоры могут также обрабатывать до трех команд, однако если для Athlon совершенно все равно, какие команды он расщепляет, Pentium III хочет, чтобы две из трех инструкций были простыми и только одна - сложной. Это приводит к тому, что если Athlon за каждый процессорный такт может переварить три инструкции независимо ни от чего, то у Pentium III отдельные части дешифратора могут простаивать из-за неоптимизированного кода.

Перед тем, как попасть в соответствующий вычислительный блок, поступающий поток RISC-команд задерживается в небольшом буфере (Instruction Control Unit), который, что уже неудивительно, у AMD Athlon расчитан на 72 инструкции против 20 у Pentium III. Увеличивая этот буфер, AMD попыталась добиться того, чтобы дешифратор команд не простаивал из-за переполнения Instruction Control Unit.

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%.

Целочисленные операции

С целочисленными операциями у процессоров от AMD всегда все было в порядке. Со времен AMD K6 процессоры от Intel проигрывали именно в скорости целочисленных вычислений. Тем не менее, в Athlon AMD напрочь отказалась от старого наследия.

Благодаря наличию трех конвейерных блоков исполнения целочисленных команд (Integer Execution Unit) AMD Athlon может выполнять три целочисленные инструкции одновременно. Что же касается Pentium III, то его возможности ограничиваются одновременным выполнением только двух команд.

Отдельно хочется затронуть вопрос конвейеров. Оптимальной глубиной конвейера для процессоров с современными скоростями считается 9 стадий. Увеличение этого числа приводит к ускорению процесса обработки команд, так как скорость работы конвейера определяется работой самой медленной его стадии. Однако, в случае слишком большого конвейера при ошибках в предсказании переходов оказывается что большая часть работы по исполнению команд, уже вошедших на конвейер выполнена напрасно. Его приходится очищать и начинать процесс заново.

Потому в AMD Athlon глубина целочисленных конвейеров составляет 10 стадий, что близко к оптимуму. К сожалению, поклонники продукции Intel снова не услышат ничего утешительного, так как конвейер в Pentium III состоит из 12-17 стадий в зависимости от типа исполняемой инструкции.

Вещественные операции

Обращаем наш взгляд на блок FPU, встроенный в Athlon. Для предыдущих процессоров AMD главной проблемой было то, что блок FPU в K6, K6-2 и K6-III был неконвейеризированый. Это приводило к тому, что хотя многие операции с плавающей точкой в FPU от AMD выполнялись за меньшее число тактов, чем на интеловских процессорах, общая производительность была катастрофически низкой, так как следующая вещественная операция не могла начать выполняться до завершения предыдущей. А что-то менять в своем FPU AMD в то время не хотела, призывая разработчиков к отказу от его использования в пользу 3DNow!.

Но, похоже, прошлый опыт научил AMD. В Athlon арифметический сопроцессор имеет конвейер глубиной 15 стадий против 25 у Pentium III. Не следует забывать, что, как уже говорилось выше, более длинный конвейер не всегда обеспечивает лучшую производительность.

FPU в Athlon объединяет в себе три блока: один для выполнения простых операций типа сложения, второй - для сложных операций типа умножения и третий - для операций с данными. Благодаря такому разделению работы Athlon может выполнять одновременно по две вещественночисленные инструкциии. А ведь такого не умеет даже Intel Pentium III - он выполняет инструкции только последовательно! Так что, как это ни странно, FPU интеловских процессоров оказался не таким уж замечательным, как это принято было считать ранее.

Краткие характеристики

Размещено на Allbest.ru