Реферат: Процессоры AMD седьмого поколения (K7)
Реферат: Процессоры AMD седьмого поколения (K7)
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Реферат на тему:
Процессоры AMD седьмого поколения (K7)
По дисциплине: Архитектура ПК
2009 г.
Содержание
Введение
1. Процессоры AMD седьмого поколения (K7)
2. Общие сведения о процессоре AMD Athlon (Thunderbird)
2.1 Основные свойства архитектуры процессора AMD Athlon™
2.2 Характеристики процессора AMD Athlon
3. Архитектура процессора AMD Athlon (Thunderbird)
3.1 Микроархитектура
3.2 Системная шина
3.3 Блок операций с плавающей точкой
3.4 Расширенные возможности технологии 3DNow!™
3.5 Архитектура КЭШа
3.6 DDR память
4. Возможности следующего поколения компьютеров
Список источников
Приложение
Введение
К7 - первый из семейства микропроцессоров х86 7-го поколения, в котором присутствуют конструктивные решения, до сих пор не применявшиеся в процессорах архитектуры х86 и сулящие выигрыш в быстродействии даже при одинаковых тактовых частотах. Наиболее впечатляющим из них является, конечно, 200-мегагерцовая системная шина, однако есть и другие, менее заметные на первый взгляд новшества, ставящие К7 выше процессоров 6-го поколения.
1. Процессоры AMD седьмого поколения (K7)
K7 - первые процессоры, выпущенные на платформе PC, которые не только вывели AMD на уровень действительно достойного и мощного конкурента Intel, но и на длительное время стали признанными лидерами по производительности. Архитектура принципиально отличаются от Intel, которая уперлась в свой Slot1 и решила давить конкурентов, никого на него ни в коем случае не пуская. В результате AMD разработала свой интерфейс и в альянсе с VIA Technoliges, а в последствии и с nVidia обеспечила быструю и надежно работающую гибкую связку процессор + чипсет. Это был абсолютно новый кристалл следующего поколения, с тщательно переработанной и проработанной архитектурой. На этот раз особенно впечатлял своими показателями как раз блок арифметики с палавающей запятой (FPU): для него использовалось 3 независимых полностью автоматизированных конвейера, один из которых обеспечивал взаимодействие регистров с памятью (что сильно повышает среднюю производительность), а два других (сложения и умножения) могли одновременно обрабатывать инструкции (их подача осуществлялась конвейерно, в отличии от FPU K6). При этом пиковая производительность при, скажем, 500MHz составляет 1000 Mflops (когда обрабатываются 2-е инструкции за такт). AMD в качестве маркетинговой политики продвигала тезис о том, что конвейер у Athlon меньше (соответственно команды выполняются быстрее), а инструкций за такт больше.
Также был сильно увеличен объем кэш-памяти L1 - 128 Кбайт (по 64 Кбайт для инструкций и данных). Кэш-память L2 - 512 Кбайт, первое время работала на 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора. Чем тактовая частота процессора выше, тем на относительно меньшей частоте работал кэш процессора "благодаря" вот этим самым делителям. В следствии чего ядро было в скором времени переделано. Был эффективно переработан интерфейс с L2, причем без дублирования данных L1, т.е. размер кэша для процессора суммировался, в отличии от Intel. Осуществлен механизм двойной независимой шины - по отдельному каналу на кэш и на оперативную память. Изменения также коснулись и SIMD блока. Были добавлены 24 новые инструкции, из них 19 для улучшения целочисленного блока MMX и работы с потоковыми данными, а еще 5 - для обработки инструкций DSP (digital signal processor), которые используются в таких программах, как MP3, Dolby Digital, а также в программных модемах. Дополненный набор был именован как "Enhanced 3DNow!". Процессорная шина взята от небезызвестной Alpha - EV-6. Тактовая частота 100 МГц с эффективной частотой передачи данных 200 МГц (упрощенно: по 100 МГц в обе стороны). Процессор поддерживает набор инструкций MMX и расширенный по сравнению с K6-III набор 3DNow!. Форм-фактор - Slot A, а затем и Socket A, который используется по сей день. К7 получил гордое наименование Athlon. Были выпущены модели 500-1000 МГц. Ядро K75 (Slot A, 0,25мкм) - алюминиевые соединения, K76 (Socket A, 0,18, 0,13мкм) и последующие - медные. Терминология процессоров AMD
Теперь пробежимся по терминологии процессоров AMD, ну а что бы не было скучно - продолжим сравнение с линией Intel. Athlon - наименование процессоров, созданных на основе архитектур K7, К75, К76, Thunderbird, Palomino, Thoroughbred и Barton в вариантах Slot A и Socket A (Socket 462). Высокопроизводительные процессоры, ориентированные на сектор рабочих станций с большим быстродействием. При этом изначально цена у них была ниже чем у PIII (в то время - Coppermine), а производительность заведомо выше. Ценовая тенденция сохранилась и до настоящего момента :) Argon - Первое ядро семейства K7. Выпускался по технологии 0,25 мкм от 500-650 МГц. Имел кэш память L2 512 Кб, работающую на половине частоты процессора. Был предназначен для Slot A. Thunderbird - кодовое название 2-го ядра процессоров Athlon, выпущенных по технологии 0,18 мкм с использованием технологии медных соединений. На чипе интегрированы 256 Кбайт полноскоростного эксклюзивного кэша L2 (что решило проблему медленного L2 в первых Athlon). В качестве переходного варианта камень некоторое время выпускался в модификации для Slot A. Однако основным форм-фактором является все же Socket A. Модель с частотой 1,33 ГГц демонстрирует большую производительность на офисных задачах, чем процессор Intel Pentium IV с частотой 1,7 ГГц. Технологический потенциал ядра Thunderbird предоставляет возможность выпуска изделий с частотой до 1,4 ГГц. Однако достойную конкуренцию PIV с его "бешеными мегагерцами" составил кристалл с существенно обновленным ядром… Palomino - кодовое название 3-го ядра процессоров Athlon XP, принявший эстафетную палочку AMD от Thunderbird. C этого ядра AMD, следуя своим традициям, ввела так называемый PR рейтинг, который вместо реальной тактовой частоты указывает некий индекс, сопоставимый с производительностью P4. (т.е. 1500+ по производительности, с точки зрения AMD соответствует P4 1500, даже немного быстрее :) ), хотя его реальная тактовая частота состовляла 1333 МГц). Было произведено несколько незначительных изменений, а результат получился весьма интересным. Первое: обновлен набор SIMD команд, добавлен SSE. Правда, только первая версия (насчет второй с Intel не договорились?), полученный блок называли 3Dnow! Professional. Впрочем, в то время не так много программ были оптимизированны под SSE (ну а SSE2 использовали еще меньше), к тому же не все из них были способны распознать процессорную поддержку (что больше говорит о кривости программ - как правило, они используют старый способ определения поддерживаемости каких-либо инструкций - по CPUID. Естественно, не-интеловские процессоры при таком "технологичном" запросе ничего не говорят, да, собственно, и не обязаны). В любом случае, это шаг в сторону программной совместимости, что вообще-то приятно - нет необходимости волноваться о специальной поддержке в конкретном приложении и медленной работе в случае ее отсутствия. Да и дополнительная производительность в некоторых приложениях с переходом с "обыкновенного" Athlon на XP хоть и иногда, но будет заметна (при поддержке SSE). Тем более, такие бренды, как Adobe (Photoshop etc), с такой поддержкой обычно не затягивают. А в последнее время производители софта стали предусматривать поддержку не только первого, но и второго SSE. Забегая немного вперед, отмечу поддержку SSE2 в поколении AMD K8. Кэш у Palomino экслюзивный, то есть данный в кэше L1 и L2 не дублируются. Дополнительно была реализована опережающая загрузка инструкций в кэш L1, а заодно и механизм TLB (Translation Look-aside Buffer) - кэширование адресов команд и данных (а не их самих), причем приоритет выставлен в пользу данных. С указанной предварительной загрузкой инструкций - выглядит весьма стройным и красивым решением… Улучшен блок предсказания ветвлений что повышает производительность практически во всех приложениях. Хотелось бы также замолвить пару слов про реанимированный Pentium Rating (PR). Для начала просто список приложений, с помощью которых специалисты из AMD его считали. Приложения бизнес класса (офисное ПО): · Business Winstone 2001 · SYSmark 2001 Office Productivity Графика и мультимедиа: · Content Creation Winstone 2001 · SYSmark 2001 Internet Content Creation Игры и игровые бенчмарки: · 3D WinBench 2000 · 3DMark 2001 · Aquamark · Half-Life · Expendable · Quake III · DroneZ · Unreal Tournament · Evolva · MDK2 · Serious Sam В отличие о первого введения PR, здесь это уже не просто рекламный ход, как для К5, но вполне информативный параметр. По 2 теста на разные виды деловых приложений и 11 игровых программ! Роскошно! При этом AMD еще проводит аудит этих своих тестов, и в общем, похоже, она действительно хочет быть объективной, а не только казаться таковой. Кроме того AMD для справки честно объявила настоящие частоты для своих процессоров (таблица приведена далее). Резюмируем: Palomino - высокопроизводительный кристалл с большим количеством высокотехнологических новшеств, и если по "мускулатуре" (частотам и объему кэша) PIV время от времени и урывками выпрыгивает в лидеры гонки, то AMD уж точно можно давать приз за оригинальность исполнения, причем без ущерба производительности. Thoroughbred - кодовое название 4-го ядра процессоров Athlon XP. Никакими новыми функциями по сравнению с Palomino он не обладает. Это "подопытный" AMD, именно на нем она впервые испытала новый техпроцесс 0,13 мкм. В настоящее время выпускается от 1700+ до 2800. Благодаря технологии 0,13 мкм стали доступны более высокие частоты. Топовая модель Throughbred имеет реальную тактовую частоту 2233 при работе FSB - 333 МГц. Это позволяет реально приблизиться к основному конкуренту - P4. Преимущества "более микронной" технологии следующие: уменьшается площадь ядра - следовательно, увеличивается простор для добавления каких-либо микросхем, например кэша (Northwood (512) по сравнению с Willamette (256) - пример от Intel), уменьшается напряжение питания ядра, соответственно уменьшается тепловыделение, и, наконец, открывается возможность увеличивать тактовые частоты, в том числе потому, что микросхемы находятся ближе друг к другу и сигнал проходит быстрее. В общем, такой ход - логичен и ожидаем, и анонс этой "внутренней кухни" многое говорит о перспективах развития конкретного семейства. В настоящее время можно встретить модели от 1700+ до 2700+, процессоры с более высоким рейтингом, как правило, имеют больший объём кэша, это уже Barton (младшая модель Barton 2500+). Следует также отметить великолепный разгонный потенциал 0,13мкм AMD. Начиная с Thoroughbred, наконец убрали "принудительную честность", выраженную в виде заблокированного множителя частоты процессора (что повсеместно присутствует у Intel). Теперь, когда множитель разблокирован, если это предусмотрено возможностями материнской платы, умножение по умолчанию можно запросто поменять. Например, если очень постараться, использовать качественную мать, грамотно подойти к напряжению и охлаждению, то некоторые модели Thoroughbred 1700+ разгоняются аж до 2900+ (по данным www.overclockers.ru). Верхние модели Throughbred с относительно низкой тактовой частотой вполне реально приближаются к основному конкуренту - P4. Для иллюстрации изменений посмотрим таблицу с тремя представителями каждого ядра:
| Модель | Тактовая частота, МГц | Площадь ядра, мм2 | Напряжение питания ядра, В | Максимальная мощность тепловыделения, Вт |
| AMD Athlon XP (Palomino) 1900+ | 1600 | 128 | 1,75 | 68,1 |
| AMD Athlon XP (Palomino) 2000+ | 1667 | 1,75 | 70,0 | |
| AMD Athlon XP (Palomino) 2100+ | 1733 | 1,75 | 71,9 | |
| AMD Athlon XP (Thoroughbred) 2000+ | 1667 | 80 | 1,60 | 60,3 |
| AMD Athlon XP (Thoroughbred) 2100+ | 1733 | 1,60 | 62,1 | |
| AMD Athlon XP (Thoroughbred) 2200+ | 1800 | 1,65 | 68,0 |
Максимальные частоты (в смысле рейтинг частоты) Thoroughbred в настоящее время дошли до 2800+, выпущена новая версия ядра - степпинг 1(B). Доработаны недочеты начального варианта, уменьшена мощность тепловыделения, повысилась надежность и стабильность работы, что позволяет в большинстве тестов успешно конкурировать с PIV, в связи с чем AMD несколько поменяло политику своего PIV рейтинга, вот частотная таблица (обновленна в декабре 2003 года, указаны все модели Athlon XP на тот момент):
| Рейтинг | Кэш L2. Кб | Множитель / FSB / МГц | Palomino | T-bred A | T-bred B | Barton |
| 3200+ | 512 | 11*200 = 2200 | — | — | — | X |
| 3000+ | 512 | 10.5*200 = 2100 | — | — | — | X |
| 3000+ | 512 | 13*166 = 2167 | — | — | — | X |
| 2800+ | 512 | 12.5*166 = 2083 | — | — | — | X |
| 2800+ | 256 | 13.5*166 = 2250 | — | — | X | — |
| 2700+ | 256 | 13*166 = 2167 | — | — | X | — |
| 2600+ | 512 | 11.5*166 = 1917 | — | — | — | X |
| 2600+ | 256 | 12.5*166 = 2083 | — | — | X | — |
| 2600+ | 256 | 16*133 = 2133 | — | — | X | — |
| 2500+ | 512 | 11*166 = 1833 | — | — | — | X |
| 2400+ | 256 | 15*133 = 2000 | — | — | X | — |
| 2200+ | 256 | 13.5*133 = 1800 | — | X | X | — |
| 2100+ | 256 | 13*133 = 1733 | X | X | X | — |
| 2000+ | 256 | 12.5*133 = 1667 | X | X | X | — |
| 1900+ | 256 | 12*133 = 1600 | X | X | X | — |
| 1800+ | 256 | 11.5*133 = 1533 | X | X | X | — |
| 1700+ | 256 | 11*133 = 1466 | X | X | X | — |
| 1600+ | 256 | 10.5*133 = 1400 | X | — | — | — |
| 1500+ | 256 | 10*133 = 1333 | X | — | — | — |
Поскольку при все большем увеличении частоты производительность растет все меньше и меньше, с версии 2400+, можно увидеть большее увеличении частоты, чем выводится из общей формулы AMD для процессоров с маркировкой XP. Должно бы быть 1800+2*66=1933 МГц, а реально 2000. И немного по другому: разница между 2600+ и 2700+ всего 33MHz, однако переход на 166 МГц шину позволяет увеличить рейтинг при такой малой разницы частоты. Все это в очередной раз свидетельствует о честном подходе AMD к данному рейтингу как к показателю реальной производительности процессора, а не к пустым ничего не значащим цифрам. Barton - кодовое название 5-го ядра процессора Athlon XP. Отличает Barton от Throughbred кэш-память второго уровня 512 кб и шина 333 (400). Будут выпускаться от 2500+, 2800+ , 3000+ 3200+ (шина 400 МГц). До 3500+ (если будут :) ). Больше отличий нет.
