Процессоры AMD седьмого поколения (K7) (стр. 3 из 5)
Процессор Athlon в корпусе SECC представляет собой полностью закрытый картридж, содержащий процессорную плату с установленным на ней ядром процессора (во всех модификациях), а также микросхемами кэш-памяти BSRAM (во всех модификациях, кроме процессоров на ядре Thunderbird). Процессор предназначен для установки в 242-контактный щелевой разъём Slot A. В процессорах, основанных на ядрах Argon, Pluto и Orion, кэш-память второго уровня работает на частоте от трети до половины частоты ядра, а в процессорах на ядре Thunderbird — на частоте ядра.
На процессорной плате также находится ножевой 40-контактный технологический разъём, закрытый картриджем. Разъём содержит контакты, отвечающие за установку напряжения питания и тактовой частоты. С помощью специального устройства, подключаемого к процессору, возможно изменение этих параметров[2].
Картридж состоит 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. Маркировка находится на верхней грани картриджа.
Процессоры Athlon в корпусе типа FCPGA предназначены для установки в системные платы с 462-контактным гнездовым разъёмом Socket A и представляют собой подложку из керамического материала с установленным на ней открытым кристаллом на лицевой стороне и контактами на обратной (453 контакта). Существовали также процессоры с органической подложкой, выпущенные ограниченной партией[3]. На стороне ядра расположены SMD-элементы, а также контакты, задающие напряжение питания и тактовую частоту (обычно называемые мостиками). Контакты располагаются группами, которые имеют обозначения L1 — L7. 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 от перекосов в виде четырёх круглых прокладок, расположенных в углах подложки. Несмотря на наличие прокладок, при неаккуратной установке радиатора неопытными пользователями кристалл всё же мог получать трещины и сколы (процессоры с такими повреждениями обычно назывались "ко́лотыми"). В ряде случаев процессор, получивший существенные повреждения кристалла (сколы до 2—3 мм с угла), продолжал работать без сбоев или с редкими сбоями, в то же время, процессор с незначительными сколами мог полностью выйти из строя. Простейший способ проверки процессора на наличие сколов кристалла заключался в проведении по граням кристалла ногтем[4]. В случае наличия сколов палец явно ощущал шероховатость. При наличии лупы или микроскопа сколы определялись визуально. 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 и Celeron с ядром Coppermine.
2.1 Основные свойства архитектуры процессора AMD Athlon™
К основным свойствам архитектуры процессора AMD Athlon™ относятся:
Первая, оптимизированная для работы с высокой тактовой частотой, суперконвейерная, суперскалярная микроархитектура, предназначенная для выполнения 9 инструкций за один такт. Включает в себя:
· Несколько параллельных декодеров x86-инструкций;
· Три суперскалярных внеочередных конвейера для выполнения вычислений с плавающей точкой, включая инструкции MMX™ и 3DNow!™;
· Три суперскалярных внеочередных конвейера для целочисленных вычислений;
· Три суперскалярных внеочередных конвейера для генерации адресов;
· Контроль за 72 инструкциями;
· Усовершенствованное динамическое предсказание ветвлений;
Расширение возможностей технологии 3DNow! для достижения высокой производительности.
· 21, уже применяющаяся инструкция технологии 3DNow!, первой технологии расширяющей возможности суперскалярной обработки SIMD;
· 19 новых инструкций улучшающих расчеты с целочисленными данными, необходимыми для кодирования голоса и видео и интенсификации обмена данными, как для Internet-приложений, так и для любых других приложений требующих потока данных;
· 5 новых DSP-инструкций для программных модемов, ADSL, Dolby Digital, и приложений использующих MP3;
· Совместимость с Windows 98, Windows ME, Windows NT 4.x и Windows 2000 без какой-либо коррекции программного обеспечения. 266-МГц (а в будущем и 400-МГц) системная шина AMD Athlon, обеспечивает небывалую полосу пропускания для приложений требующих интенсивного обмена данными.
· Технология синхронизации исходящих данных;
· 8-разрядная коррекция (ECC) для контроля целостности пересылаемых данных;
· Максимальное значение ширины полосы пропускания от 1,6 до 3,2 Гб/с;
· Поддержка многопроцессорной обработки - топология точка-точка, с числом процессоров в многопроцессорных системах определяемым вариантом реализации чипсета;
· Поддержка 24 отложенных транзакций на процессор.
Процессор AMD Athlon имеет полноскоростной кэш первого уровня включающий в себя 64 Кбайт кэш инструкций и 64 Кбайт кэш данных, дающих в сумме 128 Кбайт. Интегрированный на кристалл полноскоростной кэш второго уровня имеет объем 256 Кбайт. Таким образом суммарный объем полноскоростного кэша составляет 384 Кбайт.
Кристалл процессора содержит приблизительно 37 млн. транзисторов на площади 120 мм2.
Изготавливается по современной 0.18 микронной технологии компании AMD с применением медных проводников на заводе Fab 30 (г. Дрезден, Германия).
2.2 Характеристики процессора AMD Athlon
- Чип, производимый по технологии 0.25 мкм
- Ядро нового поколения с кодовым именем Argon, содержащее 22 млн. транзисторов
- Работает в специальных материнских платах с процессорным разъемом Slot 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.
- Выпускаются версии с частотами 500, 550, 600 , 650 и 700МГц.
3. Архитектура процессора AMD Athlon (Thunderbird)
Процессор седьмого поколения AMD Athlon (Thunderbird) использует, на данный момент наиболее совершенную микроархитектуру x86. Сочетание указанных ниже свойств предоставляет тем, кто работает с системами на базе AMD Athlon (Thunderbird) не только высокую вычислительную мощь, но и дает уверенность в том, что архитектура их системы не устареет, по крайней мере, в ближайшее время.
3.1 Микроархитектура
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 более "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.
Структура поцессора AMDAthlon (Thunderbird)
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.
Кристалл процессора AMDAthlon (ThunderBird)
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%.
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™.