Реферат: Процессоры

AMD5k85-P75 CPU (index 48.8)

Pentium 75 (index 47.4)

AMD5k85-P90 CPU (index 56.7)

Pentium 90 (index 54.9)

4.2.2.4. Материнские платы для AMD5k86.

Список широко распространенных системных плат, протестированных в лабораториях компании AMD и

рекомендованных для установки  процессора AMD5k86.

4.2.2.5. AMD планирует выпустить K5.

Репутация AMD сильно зависит от успешности затянувшегося проекта К5-первой самостоятельной пробы архитектурных сил в области х86. Рождение К5 опасно откладывается уже не первый раз. В первом квартале следующего года AMD планирует перевод K5 на технологичес­кий процесс с проектными нормами 0.35 мкм и с трехуровневой металли­зацией, разработанный при содействии с HР и запускаемый на новом за­воде AMD Fab 25 в Остине, штат Техас. Это позволит уменьшить К5 с

4.2 миллионами транзисторов до 167 кв. мм и поднять процент выхода годных, а также тактовую частоту.

По мнению руководства AMD в 1996 году объем выпуска К5 бу­дет наращиваться достаточно быстро, что позволит отгрузить до конца года более пяти миллионов процессоров. Ответом на вызов Intel с ее процессором Pentium Pro может стать только процессор К6, но уже ник­то не верит, что его удастся увидеть раньше 1997 года. Hесмотря на всемирный переход на процессор Pentium, в следующем году еще могут сохраниться некоторые рынки для 486-х. Эксперты считают, что потреб­ность таких региональных рынков, как Китай, Индия, Россия, Восточ­ная Европа и Африка, в 486-х чипах составит до 20 миллионов процес­соров в 1996 году. AMD рассчитывает, что именно ей удастся поста­вить большую часть от этого количества. Поэтому компания повышает тактовую частоту 486-х до 133 Мгц, чтобы конкурировать с низшими версиями процессора Pentium в настольных ПК начального уровня. Одна­ко, AMD будет усиленно наращивать выпуск К5, поскольку 486-е быстро выходят из моды.

4.3. Процессоры NexGen.

В то время: как компания Intel готовила отрасль к шокирующе­му выходу в жизнь серийных моделей серверов и настольных машин на Pentium Pro, фирма NexGen представляла форуму свои планы по разра­ботке процессора Nx686. Этот суперскалярный х86-совместимый процес­сор, к разработке которого подключается еще и команда архитекторов из AMD, снятых с собственного неудачного проекта К6, будет содер­жать около 6 млн. транзисторов, включая вычислитель с плавающей точ­кой на одном кристалле с процессором (отказ от предыдущего двухкрис­талльного подхода, ослабившего Nx586). Технология КМОП с проектными нормами 0,35 мкм и пятислойной металлизацией позволила "упаковать" на одном кристалле семь исполнительных узлов: два для целочисленных, один для операций с плавающей точкой, по одному для обработки мультимедиа, команд переходов, команд загрузки и команд записи. По­казатели производительности представители NexGen назвать не смогли, но выразили предположение, что он превзойдет Pentium Pro на 16-раз­рядных программах вдвое, а на 32-битовых - на 33 %.

До сих пор мало что известно про Nx686, так как чип еще не анонсировался и NexGen не хочет раскрывать козыри перед конкурента­ми в лице AMD, Cyrix и Intel. Однако, NexGen не хочет раскрывать ко­зыри перед конкурентами в лице AMD, Cyrix и Intel. Однако, NexGen настаивает о том, что Nx686 по производительности сопоставим с инте­ловским Pentium Pro и AMD K5, и наследует микроархитектуру Nx586, появившуюся в 1994 году. NexGen называет ее RISC86. Базовая ее идея, как и в случае с Pentium Pro и K5, состоит в преобразовании сложных CISC-команд программного обеспечения x86 в RISC-подобные операции, исполняемые параллельно в процессорном ядре RISC-типа. Этот подход, известный под названием несвязанной микроархитектуры, позволяет обо­гатить CISC-процессор новейшими достижениями RISC-архитектур и сох­ранить совместимость с имеющимся ПО для х86.

В Nx686 эта философия продвинута на новый логический уро­вень. Сегодня в Nx586 имеется три исполнительных блока, трехконвей­ерное суперскалярное ядро. Он способен выполнять в каждом такте по одной команде х86. Возможности для совершенствования очевидны: Nx586 будет содержать пять исполнительных блоков, четыре конвейера и нес­колько декодеров, способных справиться с выполнением двух или даже более команд х86 за один машинный такт. Для этого потребуется встроить дополнительные регистры переименования и очереди команд.

Подход к использованию интегрированного кэш-контроллера и интерфейса для скоростной кэш-памяти остается неизменным. Представи­тели NexGen говорят, что они изучают возможность использования крис­талла вторичной кэш-памяти по образцу и подобию Intel, тем более что их производственный партнер IBM Microelectronics способен делать статическую память и многокристальные сборки (MCM - multichip modules).

Пример практической реализации технологии МСМ фирмы IBM представляет новая версия процессора Nx586, запланированная к выпус­ку на конец этого года и включающая кристалл CPU и FPU в одном кор­пусе. Одновременное перепроектирование топологии с масштабированием до размера линии 0.35 микрон позволит компании NexGen основательно уменьшить размеры кристалла ЦПУ - до 118 кв. мм - меньше в этом клас­се ничего нет.

NexGen, новичок в группе производителей процессоров х86. Nx596 может параллельно обрабатывать на нескольких исполнительных блоках до четырех простейших операций, которые названы командами RISC86. Процессор К5 имеет похожий четырехпоточный дешифратор, но результаты его работы компания называет R – ops.

4.4. Процессоры Cyrix.

Первая вещь из грандиозного проекта М1 компании Cyrix, нако­нец обнародована. Это процессор Сх 6х86-100, монстроподобный крис­талл которого сложен и очень дорог для того, чтобы претендовать на массовый выпуск в течении длительного срока. Его проблемы сможет ре­шить процессор, который пока имеет кодовое название M1rx и опираю­щийся на техно процесс с пятислойной металлизацией, идущий на смену трехслойной версии той же 0.6-мкм технологии. Если проект увенчает­ся успехом, то размер кристалла с 394 кв. мм уменьшится до 225 кв. мм, тогда у Cyrix появится шанс поднять тактовую частоту до 120 МГц. В этом случае эксперты предсказывают ему производительность в преде­лах 176-203 по тесту SPECint92, т.е. на уровне процессора Pentium 133 (SPECint92=190.9) или 150 МГц. Если все обещания сбудутся, то Cyrix сможет продать столько процессоров, сколько произведет. Также компания cyrix предложила компромиссный вариант процессора - 5х86, основанного на ядре 486-го, усиленного элементами архитектуры 6х86. Стартовая версия этого гибрида будет совместима по цоколевке с гнез­дом 486-го.

4.5. Процессоры Sun Microsystems.

Sun Microsystems процессор UltraSparc-II. Впервые вводя RISC-технологию, SUN в 1988 году объявила SPARC в качестве масштаби­руемой архитектуры, с запасом на будущее. Однако, с 1993 года реали­зация SuperSparc стала на шаг отставать от своих конкурентов.

С появлением UltraSparc, четвертого поколения архитектуры SPARC, компания связывает надежды на восстановление утраченных позиций. Он содержит ни много, ни мало, но девять исполнительных блоков: два целочисленных АЛУ, пять блоков вычислений с плавающей точкой (два для сложения, два для умножения и одно для деления и извлече­ния квадратного корня), блок предсказания адреса перехода и блок загрузки/записи. UltraSparc содержит блок обработки переходов, встроенный в первичную кэш команд, и условно выполняет предсказан­ные переходы, но не может выдавать команды с нарушением их очеред­ности. Эта функция перекладывается на оптимизирующие компиляторы.

Архитектура SPARC всегда имела регистровые окна, т.е. во­семь перекрывающихся банков по 24 двойных регистра, которые могут предотвратить остановки процессора в моменты комплексного переключе­ния, связанные с интенсивными записями в память. Разработчики компи­ляторов склонны считать эти окна недостаточным решением, поэтому в UltraSparc используется иерархическая система несвязанных шин. Шина данных разрядностью 128 бит работает на одной скорости с ядром про­цессора. Она соединяется через буферные микросхемы с 128-разрядной системной шиной, работающей на частоте, составляющей половину, треть или четверть скорости процессорного ядра. Для согласования с более "медленной" периферией служит шина ввода-вывода Sbus.

Фирма Sun реализует эту схему на аппаратном уровне с по­мощью коммутационной микросхемы, являющейся составной частью схемно­го комплекта окружения. Эта микросхема может изолировать шину памя­ти от шины ввода-вывода, так что ЦПУ продолжает, например, запись в графическую подсистему или в иное устройство ввода-вывода, а не ос­танавливается во время чтения ОЗУ. Такая схема гарантирует полное использование ресурсов шины и установившуюся пропускную способность

1.3 Гигабайт/с.

В процессоре UltraSparc – II используется система команд Visual Instruction Set (VIS), включающая 30 новых команд для обра­ботки данных мультимедиа, графики, обработки изображений и других целочисленных алгоритмов. Команды VIS включают операции сложения, вычитания и умножения, которые позволяют выполнять до восьми опера­ций над целыми длинной байт параллельно с операцией загрузки или за­писи в память и с операцией перехода за один такт. Такой подход мо­жет повысить видеопроизводительность систем.

4.6. Процессоры Digital Equipment.

Digital Equipment процессор Alpha наиболее тесно следует в русле RISC-философии по сравнению со своими конкурентами, "посрезав излишки сала" с аппаратуры и системы команд с целью максимального спрямления маршрута прохождения данных. Разработчики Alpha уверены, что очень высокая частота чипа даст вам большие преимущества, чем причудливые аппаратные излишества. Их принцип сработал: кристалл 21164 был самым быстрым в мире процессором со дня своего появления в 1995 году. Процессор 21164 в три раза быстрее на целочисленных вы­числениях, чем Pentium-100, и превосходит на обработке числе с пла­вающей точкой, чем суперкомпьютерный набор микросхем R8000 фирмы Mips. Топология процессора следующего поколения 21164А не измени­лась, но она смаштабирована, кроме того, модернизирован компилятор, что повысило производительность на тестах SPECmarks. Предполагается, что готовые образцы нового процессора, изготовленные по КМОП - техно­логии с нормами 0.35 микрон, при тактовой частоте свыше 300 МГц бу­дут иметь производительность 500 по SPECint92 и 700 по SPECfp92.

Процессоры семейства 21164 на прибегают к преимуществам ис­полнения не в порядке очередности (out – of – order), больше полагаясь на интеллектуальные компиляторы, которые могут генерировать коды, сводящие к минимуму простои конвейера. Это самый гигантский процес­сор в мире - на одном кристалле размещено 9.3 миллиона транзисторов, большая часть которых пошла на ячейки кэш-памяти. Alpha 21164 имеет на кристалле относительно небольшую первичную кэш прямого отображе­ния на 8 Кбайт и 96 Кбайт вторичной. За счет вздувания площади крис­талла достигнута беспрецедентная производительность кэширования.

В 21164 работает четыре исполнительных блока (два для целых и два для чисел с плавающей точкой) и может обрабатывать по две ко­манды каждого типа за такт. Он имеет четырехступенчатый конвейер ко­манд, который "питает" отдельные конвейеры для целых чисел, чисел с плавающей точкой и конвейер памяти. По сравнению с прочими RISC-про­цессорами нового поколения чип 21164 имеет относительно глубокие и простые конвейеры, что позволяет запускать их с более высокой такто­вой частотой.

Конвейер команд вообще не заботится о их зависимости по дан­ным (в отличие от pentium Pro, который является ярким примером маши­ны данных), он выдает команды в порядке их поступления на свой вход (в порядке следования по программе). Если текущие четыре команды не­возможно послать сразу все на различные исполнительные блоки, то конвейер команд останавливается до тех пор, пока это не станет воз­можным. В отличие от конкурентов 21164 также не использует технику переименования регистров, вместо нее он непосредственно обновляет содержимое своих архитектурных регистров, когда результат достигает финальной ступени конвейера – write – back. Для борьбы с задержками и зависимостью команд по данным в процессоре активно ис­пользуются маршруты для обхода регистров, поэтому совместно ис­пользуемые операнды становятся доступными до стадии write - back.

Компания Digital продвигает Альфу как платформу для серве­ров Windows NT, а не как традиционный UNIX-сервер.

4.7. Процессоры Mips.

Mips процессор R1000 унаследовал свой суперскалярный дизайн от R8000, который предназначался для рынка суперкомпьютеров научно­го назначения. Но R1000 ориентирован на массовые задачи. Использова­ние в R1000 динамического планирования команд, которое ослабляет за­висимость от перекомпиляции ПО, написанного для более старых процес­соров, стало возможным благодаря тесным связям Mips со своим партне­ром Silicon Graphics, имеющим богатейший тыл в виде сложных графи­ческих приложений.

R1000 первый однокристальный процессор от Mips. Для предот­вращения остановок конвейера в нем использовано динамическое пред­сказание переходов, с четырьмя уровнями условного исполнения, с ис­пользованием переименования регистров, гарантирующего, что результа­ты не будут передаваться в реальные регистры до тех пор, пока неяс­ность по команде перехода не будет снята. Процессор поддерживает "теневую карту" отображения своих регистров переименования. В слу­чае неверного предсказания адреса перехода он просто восстанавли­вает эту карту отображения, но не выполняет фактической очистки ре­гистров и "промывки" буферов, экономя таким образом один такт.

R1000 отличается также радикальной схемой внеочеред­ной обработки. Порядок следования команд в точном соответствии с программой сохраняется на трех первых ступенях конвейера, но затем поток разветвляется на три очереди (где команды дожидаются обработ­ки на целочисленном АЛУ, блоке вычислений с плавающей точкой и бло­ке загрузки/записи). Эти очереди уже обслуживаются по мере освобож­дения того или иного ресурса.

Предполагаемая производительность R1000, выполненного по КМОП-технологии с нормами 0.35 микрон должна достичь 300 по SPECint92 и по SPECfp92.

Программный порядок в конце концов восстанавливается так, что самая "старая" команда покидает обработку первой. Аппаратная поддержка исполнения в стиле out – of – order дает большие преимущества конечному пользователю, так как коды, написанные под старые скаляр­ные процессоры Mips (например, R4000), начинают работать на полной скорости и не требуют перекомпиляции. Хотя потенциально процессор R1000 способен выдавать по пять команд на исполнение в каждом такте, он выбирает и возвращает только четыре, не успевая закончить пятую в том же такте.

Одно из двух устройств для вычисления двойной точности с плавающей точкой занято сложениями, а другое умножениями/делениями и извлечением квадратного корня. Hа кристалле R1000 реализован также интерфейс внешней шины, позволяющий связывать в кластер до четырех процессоров без дополнительной логики обрамления.

4.8. Процессоры Hewlett – Packard 

Hewlett – Packard процессор PA-8000. Компания Hewlett – Packard  одной из первых освоила RISC-технологию, выйдя еще в 1986 году со своим первым 32-разрядным процессором PA-RISC. Практически все вы­пускаемые процессоры PA-RISC используются в рабочих станциях HP се­рии 9000. В период с 1991 по 1993 (перед появлением систем на базе PowerPC) HP отгрузила достаточно много таких машин, став крупнейшим продавцом RISC-чипов в долларовом выражении.

С целью пропаганды своих микропроцессоров среди других производителей систем компания HP стала организатором организации Precision RISC Organization (PRO). А в 1994 году компания взорвала бомбу, объединившись с Intel для создания новой архитектуры. Это поставило под сомнение будущее PRO.

PA-8000 это 64-разрядный, четырехканальный суперскалярный процессор с радикальной схемой неупорядоченного исполнения программ. В составе кристалла десять функциональных блоков, включая два цело­численных АЛУ, два блока для сдвига целых чисел, два блока multiply/accumulate (MAC) для чисел с плавающей запятой, два блока деления/извлечения квадратного корня для чисел с плавающей запятой и два блока загрузки/записи. Блоки МАС имеют трехтактовую задержку и при полной загрузке конвейера на обработке одинарной точности обес­печивают производительность 4 FLOPS за такт. Блоки деления дают 17-тактовую задержку и не конвейеризированы, но они могут работать одновременно с блоками МАС.

В PA-8000 использован буфер переупорядочивания команд (IRB) глубиной 56 команд, позволяющий "просматривать" программу на следую­щие 56 команд вперед в поисках таких четырех команд, которые можно выполнить параллельно. IRB фактически состоит из двух 28-слотовых буферов. Буфер АЛУ содержит команды для целочисленного блока и бло­ка плавающей точки, а буфер памяти - команды загрузки/записи.

Как только команда попадает в слот IRB, аппаратура просмат­ривает все команды, отправленные на функциональные блоки, чтобы най­ти среди них такую, которая является источником операндов для коман­ды, находящейся в слоте. Команда в слоте запускается только после того, как будет распределена на исполнение последняя команда, кото­рая сдерживала ее. Каждый из буферов IRB может выдавать по две ко­манды в каждом такте, и в любом случае выдается самая "старая" ко­манда в буфере. Поскольку PA-8000 использует переименование регис­тров и возвращает результаты выполнения команд из IRB в порядке их следования по программе, тем самым поддерживается точная модель об­работки исключительных ситуаций.

HP проектировала РА-8000 специально для задач коммерческой обработки данных и сложных вычислений, типа генной инженерии, в ко­торых объем данных настолько велик, что они не умещаются ни в один из мыслимых внутрикристалльных КЭШей. Вот почему, РА-8000 полагается на внешние первичные КЭШи команд и данных. Слоты в третьем 28-слото­вом буфере, который называется буфером переупорядочивания адресов (Adress – Recorder Buffer - ARB), один к одному ассоциированы со сло­тами в буфере памяти IRB. В АРВ содержатся виртуальные и физические адреса всех выданных команд загрузки/записи. Кроме того, АРВ допус­кает выполнение загрузок и записей в произвольном порядке, но с сох­ранением согласованности и сглаживанием влияния задержки, связанной с адресацией внешних КЭШей.

4.9. Процессоры Motorola.

Motorola/IBM процессор PowerPC620 это первая 64-битовая реа­лизация архитектуры PowerPC. Имея 64-битовые регистры и внутренние магистрали данных и семь миллионов транзисторов, новому процессору требуется почти вдвое больший и сложный кристалл, чем у PowerPC 604. Модель 620 имеет четырехканальную суперконвейерную схему с шестью исполнительными устройствами: три целочисленных АЛУ, блок плавающей точки, блок загрузки/записи и блок переходов. Последний способен на четырехуровневое предсказание ветвлений в программе и условное ис­полнение с использованием схемы переименования регистров.

ПО микроархитектуре RISC-ядра 620-й похож на 604-й. Отличия сводятся в основном к ширине регистров и магистралей данных, а так­же к увеличенному числу станций резервирования для условного испол­нения команд. Прибавка производительности достигнута за счет улуч­шенного шинного интерфейса. Теперь он имеет 128-битовый интерфейс к памяти, по которому за один цикл обращения можно выбрать два 64-би­товых длинных слова, и 40-битовая шина адреса, по которой можно ад­ресовать до одного терабайта физической памяти.

В состав шинного интерфейса входить также поддержка кэш-па­мяти второго уровня объемом до 128 Мбайт, которая может работать на четверти, половине или на полной скорости ЦПУ.

5. Лабораторные испытания и тестирование микропроцессоров.

5.1. Лабораторные испытания процессоров i386DX.

В 1992 году на рынке появилось три новых МП, способных за­местить существующие 386DX и обеспечить повышение характеристик сис­тем на основе i386. Это: Intel RapidCAD, Chips& Technologies 38600DX, и Cyrix 486DLC. В настоящий момент предлагаются только версии 33 МГц, хотя C&T и Cyrix обещают выпустить в начале 1993 года вариант 40 МГц. Конечно, на такой частоте можно заставить работать и 33 МГц вариант, но мой опыт показывает, что это ненадежно, в любой момент машина может зависнуть. Intel RapidCAD распространяется, как про­дукт для конечных пользователей, т.е. в машину его устанавливают именно они. Напротив, C&T и Cyrix поставляют свои процессоры и производителям. Cyrix также производит процессор 486SLC, заменяющий Intel/AMD 386SX. C&T объявил о создании процессора 38600SX, но в продаже он появится только в 1993 году, если вообще появится.

RapidCAD, грубо говоря, представляет собой процессор 486DX без внутренней кэш-памяти и с цоколевкой процессора 386. Для прог­рамм он соответствует 386 с сопроцессором, так как все специфичные команды i486 удалены из набора команд. Рекламируется этот процессор, как "абсолютный сопроцессор" и, к чему и обязывает такое имя, он предназначен для замены процессора 386DX в существующих системах и резкого повышения производительности операций с плавающей точкой, таких, как CAD, электронные таблицы, математические программные па­кеты (SPSS, Mathematica и т.д.). RapidCAD состоит из двух корпусов; RapidCAD-1, в корпусе PGA (132 вывода), устанавливающийся в гнездо для i386, включает в себя ЦПУ и модуль операций с плавающей точкой, и RapidCAD-2, в корпусе PGA (68 выводов), устанавливающийся в гнез­до для сопроцессора i387, включает в себя ПЛМ, подающий сигнал на схемы системной платы для правильной обработки особых ситуаций при операциях с плавающей точкой. Большинство операций исполняется в те­чение одного цикла, как и в i486. Однако узким местом является ин­терфейс шины 386, так как каждый цикл шины равен двум циклам процес­сора. Это значит, что команды выполняются быстрее, чем считываются из памяти. Поскольку операции с плавающей точкой выполняются медлен­нее обычных команд, то замедление на них не сказывается, и они вы­полняются с такой же скоростью, как и на i486DX. Именно поэтому RapidCAD позволяет получить более высокие характеристики с плаваю­щей точкой, чем любая комбинация 386/387. Результаты теста SPEC, стандартного теста для машин под UNIX, показывают, что RapidCAD ус­коряет операции с плавающей точкой на 85%, а с целыми числами - на 15% по сравнению с любой комбинацией 386/387 при одинаковой такто­вой частоте. Потребляемая мощность при 33 МГц составляет 3500 мВт. Текущая цена RapidCAD 33 МГц составляет 300$.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6