Процессоры

Билл Лодж: (руководитель проектной группы,

Corporation, Нью – Йорк) "Я работал с Windows и OS/2 в сети Banyan Wines,

используя OverDrive процессор без единой заминки. Моя усовершенствованная

система с i486SX 25 МГц работает не хуже, чем системы на 50 МГц."

Стив Симмонс: (технический менеджер, Даллас)

"Windows визжит от счастья, когда работает с OverDrive процессором. Расчеты

на электронной таблице в Excel выполняются мгновенно."

3.9. Процессор Pentium.

В то время, когда Винод Дэм делал первые наброски, начав в июне 1989

года разработку Pentium процессора, он и не подозревал, что именно этот

продукт будет одним из главных достижений фирмы Intel. Как только

выполнялся очередной этап проекта, сразу начинался процесс всеобъемлющего

тестирования. Для тестирования была разработана специальная технология,

позволившая имитировать функционирование Pentium процессора с

использованием программируемых устройств, объединенных на 14 платах с

помощью кабелей. Только когда были обнаружены все ошибки, процессор смог

работать в реальной системе. В дополнение ко всему, в процессе разработки и

тестирования Pentium процессора принимали активное участие все основные

разработчики персональных компьютеров и программного обеспечения, что

немало способствовало общему успеху проекта. В конце 1991 года, когда была

завершен макет процессора, инженеры смогли запустить на нем программное

обеспечение. Проектировщики начали изучать под микроскопом разводку и

прохождение сигналов по подложке с целью оптимизации топологии и повышения

эффективности работы. Проектирование в основном было завершено в феврале

1992 года. Началось всеобъемлющее тестирование опытной партии процессоров,

в течение которого испытаниям подвергались все блоки и узлы. В апреле 1992

года было принято решение, что пора начинать промышленное освоение Pentium

процессора. В качестве основной промышленной базы была выбрана 5 Орегонская

фабрика. Более 3 миллионов транзисторов были окончательно перенесены на

шаблоны. Началось промышленное освоение производства и доводка технических

характеристик, завершившиеся через 10 месяцев, 22 марта 1993 года широкой

презентацией Pentium процессора.

Объединяя более, чем 3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой

подложке, 32-разрядный Pentium процессор характеризуется высокой

производительностью с тактовой частотой 60 и 66 МГц. Его суперскалярная

архитектура использует усовершенствованные способы проектирования, которые

позволяют выполнять более, чем одну команду за один период тактовой

частоты, в результате чего Pentium в состоянии выполнять огромное

количество PC-совместимого программного обеспечения быстрее, чем любой

другой микропроцессор. Кроме существующих наработок программного

обеспечения, высокопроизводительный арифметический блок с плавающей запятой

Pentium процессора обеспечивает увеличение вычислительной мощности до

необходимой для использования недоступных ранее технических и научных

приложений, первоначально предназначенных для платформ рабочих станций.

Многочисленные нововведения - характерная особенность

Pentium процессора в виде уникального сочетания высокой производительности,

совместимости, интеграции данных и наращиваемости. Это включает:

- Суперскалярную архитектуру;

- Раздельное кэширование программного кода и данных;

- Блок предсказания правильного адреса перехода;

- Высокопроизводительный блок вычислений с плавающей запятой;

- Расширенную 64-битовую шину данных;

- Поддержку многопроцессорного режима работы;

- Средства задания размера страницы памяти;

- Средства обнаружения ошибок и функциональной избыточности;

- Управление производительностью;

- Наращиваемость с помощью Intel OverDrive процессора. Cуперскалярная

архитектура Pentium процессора представляет

собой совместимую только с Intel двухконвейерную индустриальную

архитектуру, позволяющую процессору достигать новых уровней

производительности посредством выполнения более, чем одной команды за один

период тактовой частоты. Термин "суперскалярная" обозначает

микропроцессорную архитектуру, которая содержит более одного

вычислительного блока. Эти вычислительные блоки, или конвейеры, являются

узлами, где происходят все основные процессы обработки данных и команд.

Появление суперскалярной архитектуры Pentium процессора представляет

собой естественное развитие предыдущего семейства процессоров с 32-битовой

архитектурой фирмы Intel. Например, процессор Intel486 способен выполнять

несколько своих команд за один период тактовой частоты, однако предыдущие

семейства процессоров фирмы Intel требовали множество циклов тактовой

частоты для выполнения одной команды.

Возможность выполнять множество команд за один период тактовой

частоты существует благодаря тому, что Pentium процессор имеет два

конвейера, которые могут выполнять две инструкции одновременно. Так же, как

и Intel486 с одним конвейером, двойной конвейер Pentium процессора

выполняет простую команду за пять этапов: предварительная подготовка,

первое декодирование ( декодирование команды ), второе декодирование (

генерация адреса ), выполнение и обратная выгрузка.

В результате этих архитектурных нововведений, по сравнению с

предыдущими микропроцессорами, значительно большее количество команд может

быть выполнено за одно и то же время.

Другое важнейшее революционное усовершенствование, реализованное в

Pentium процессоре, это введение раздельного кэширования. Кэширование

увеличивает производительность посредством активизации места временного

хранения для часто используемого программного кода и данных, получаемых из

быстрой памяти, заменяя по возможности обращение ко внешней системной

памяти для некоторых команд. Процессор Intel486, например, содержит один 8-

KB блок встроенной кэш-памяти, используемой одновременно для кэширования

программного кода и данных.

Проектировщики фирмы Intel обошли это ограничение использованием

дополнительного контура, выполненного на 3.1 миллионах транзисторов Pentium

процессора ( для сравнения, Intel486 содержит 1.2 миллиона транзисторов )

создающих раздельное внутреннее кэширование программного кода и данных. Это

улучшает производительность посредством исключения конфликтов на шине и

делает двойное кэширование доступным чаще, чем это было возможно ранее.

Например, во время фазы предварительной подготовки, используется код

команды, полученный из КЭШа команд. В случае наличия одного блока кэш-

памяти, возможен конфликт между процессом предварительной подготовки

команды и доступом к данным. Выполнение раздельного кэширования для команд

и данных исключает такие конфликты, давая возможность обеим командам

выполняться одновременно. Кэш-память программного кода и данных Pentium

процессора содержит по 8 KB информации каждая, и каждая организована как

набор двухканального ассоциативного КЭШа - предназначенная для записи

только предварительно просмотренного специфицированного 32-байтного

сегмента, причем быстрее, чем внешний кэш. Все эти особенности расширения

производительности потребовали использования 64-битовой внутренней шины

данных, которая обеспечивает возможность двойного кэширования и

суперскалярной конвейерной обработки одновременно с загрузкой следующих

данных. Кэш данных имеет два интерфейса, по одному для каждого из

конвейеров, что позволяет ему обеспечивать данными две отдельные инструкции

в течение одного машинного цикла. После того, как данные достаются из КЭШа,

они записываются в главную память в режиме обратной записи. Такая техника

кэширования дает лучшую производительность, чем простое кэширование с

непосредственной записью, при котором процессор записывает данные

одновременно в кэш и основную память. Тем не менее, Pentium процессор

способен динамически конфигурироваться для поддержки кэширования с

непосредственной записью.

Таким образом, кэширование данных использует два различных

великолепных решения: кэш с обратной записью и алгоритм, названный MESI

(модификация, исключение, распределение, освобождение) протокол. Кэш с

обратной записью позволяет записывать в кэш без обращения к основной памяти

в отличие от используемого до этого непосредственного простого кэширования.

Эти решения увеличивают производительность посредством использования

преобразованной шины и предупредительного исключения самого узкого места в

системе. В свою очередь MESI-протокол позволяет данным в кэш-памяти и

внешней памяти совпадать - великолепное решение в усовершенствованных

мультипроцессорных системах, где различные процессоры могут использовать

для работы одни и те же данные.

Блок предсказания правильного адреса перехода - это следующее

великолепное решение для вычислений, увеличивающее производительность

посредством полного заполнения конвейеров командами, основанное на

предварительном определении правильного набора команд, которые должны быть

выполнены.

Pentium процессор позволяет выполнять математические вычисления на

более высоком уровне благодаря использованию усовершенствованного

встроенного блока вычислений с плавающей запятой, который включает

восьмитактовый конвейер и аппаратно реализованные основные математические

функции. Четырехтактовые конвейерные команды вычислений с плавающей запятой

дополняют четырехтактовую целочисленную конвейеризацию. Большая часть

команд вычислений с плавающей запятой могут выполняться в одном

целочисленном конвейере, после чего подаются в конвейер вычислений с

плавающей запятой. Обычные функции вычислений с плавающей запятой, такие

как сложение, умножение и деление, реализованы аппаратно с целью ускорения

вычислений.

В результате этих инноваций, Pentium процессор выполняет команды

вычислений с плавающей запятой в пять раз быстрее, чем 33-МГц Intel486 DX,

оптимизируя их для высокоскоростных численных вычислений, являющихся

неотъемлемой частью таких усовершенствованных видеоприложений, как CAD и 3D-

графика.

Pentium процессор снаружи представляет собой 32-битовое устройство.

Внешняя шина данных к памяти является 64-битовой, удваивая количество

данных, передаваемых в течение одного шинного цикла. Pentium процессор

поддерживает несколько типов шинных циклов, включая пакетный режим, в

течение которого происходит порция данных из 256 бит в кэш данных и в

течение одного шинного цикла.

Шина данных является главной магистралью, которая передает информацию

между процессором и подсистемой памяти. Благодаря этой 64-битовой шине

данных, Pentium процессор существенно повышает скорость передачи по

сравнению с процессором Intel486 DX - 528 MB/сек для 66 МГц, по сравнению

со 160 MB/сек для 50 МГц процессора Intel486 DX. Эта расширенная шина

данных способствует высокоскоростным вычислениям благодаря поддержке

одновременной подпитки командами и данными процессорного блока

суперскалярных вычислений, благодаря чему достигается еще большая общая

производительность Pentium процессора по сравнению с процессором Intel486

DX.

Давая возможность разработчикам проектировать системы с управлением

энергопотреблением, защитой и другими свойствами, Pentium процессор

поддерживаем режим управления системой (SMM), подобный режиму архитектуры

Intel SL.

Вместе со всем, что сделано нового для 32-битовой микропроцессорной

архитектуры фирмы Intel, Pentium процессор сконструирован для легкой

наращиваемости с использованием архитектуры наращивания фирмы Intel. Эти

нововведения защищают инвестиции пользователей посредством наращивания

производительности, которая помогает поддерживать уровень продуктивности

систем, основанных на архитектуре процессоров фирмы Intel, больше, чем

продолжительность жизни отдельных компонентов. Технология наращивания

делает возможным использовать преимущества большинства процессоров

усовершенствованной технологи в уже существующих системах с помощью простой

инсталляции средства однокристального наращивания производительности.

Например, первое средство наращивания - это OverDrive процессор,

разработанный для процессоров Intel486 SX и Intel486 DX, использующий

технологию простого удвоения тактовой частоты, использованную при

разработке микропроцессоров Intel486 DX2.

Первые модели процессора Pentium работали на частоте 60 и 66 МГц и

общались со своей внешней кэш-памятью второго уровня по 64-битовой шине

данных, работающей на полной скорости процессорного ядра. Hо если скорость

процессора Pentium растет, то системному разработчику все труднее и дороже

обходится его согласование с материнской платой. Поэтому быстрые процессоры

Pentium используют делитель частоты для синхронизации внешней шины с

помощью меньшей частоты. Hапример, у 100 МГц процессора Pentium внешняя

шина работает на 66 МГц, а у 90 МГц - на 60 МГц. Процессор Pentium

использует одну и ту же шину для доступа к основной памяти и к периферийным

подсистемам, таким как схемы PCI.

3.10. Процессор Pentium Pro.

3.10.1. Общее описание процессора.

Pentium Pro это высокотехнологичный процессор шестого поколения для

высокоуровневых десктопов, рабочих станций и мультипроцессорных серверов.

Массовое производство процессора Pentium Pro, содержащего на кристалле

столько транзисторов, сколько никогда не было на серийных процессорах,

сразу в нескольких вариантах стартует с 1 ноября, т.е. с самого момента

объявления. Беспрецедентный случай в истории компании, да и электронной

промышленности.

Hапомним некоторые его особенности. Агрессивная суперконвейерная

схема, поддерживающая исполнение команд в произвольном порядке, условное

исполнение далеко наперед (на 30 команд) и трехпоточная суперскалярная

микроархитектура. Все эти методы могут поразить воображение, но ни один из

них не является чем-то оригинальным: новые чипы NexGen и Cyrix также

используют подобные схемы. Однако, Intel обладает ключевым превосходством.

В процессоры Pentium Pro встроена вторичная кэш-память, соединенная с ЦПУ

отдельной шиной. Эта кэш, выполненная в виде отдельного кристалла

статического ОЗУ емкостью 256К или 512К, смонтированного на втором

посадочном месте необычного двухместного корпуса процессора Pentium Pro,

значительно упростила разработчикам проектирование и конструирование

вычислительных систем на его основе.

Реальная производительность процессора оказалась намного выше 200

единиц, которые назывались в качестве запланированного стартового ориентира

при февральском технологическом анонсировании P6.

Pentium Pro это значительный шаг вперед. И хотя в процессоре Pentium

впервые была реализована суперскалярная форма архитектуры х86, но это была

ограниченная реализация: в нем интегрирована пара целочисленных конвейеров,

которые могут обрабатывать две простые команды параллельно, но в порядке

следования команд в программе и без т.н. условного исполнения (наперед).

Hапротив, новый процессор это трехпоточная суперскалярная машина, которая

способна одновременно отслеживать прохождение пяти команд. Для согласования

с такой высокой пропускной способностью потребовалось резко улучшить схему

кэширования, расширить файл регистров, повысить глубину упреждающей выборки

и условного исполнения команд, усовершенствовать алгоритм предсказания

адресов перехода и реализовать истинную машину данных, обрабатывающую

команды не по порядку, а сразу по мере готовности данных для них. Ясно, что

эта схема нечто большее, чем Pentium, что и подчеркивает, по мнению Intel,

суффикс Pro в имени процессора.

3.10.2. Два кристалла в одном корпусе.

Самая поразительная черта Pentium Pro - тесно связанная с процессором

кэш-память второго уровня (L2), кристалл которой смонтирован на той же

подложке, что и ЦПУ. Именно так, Pentium Pro это два чипа в одном корпусе.

Hа одном чипе размещено собственно ядро процессора, включающее два 8-

Килобайтовых блока кэш-памяти первого уровня; другой чип это 256-Кб СОЗУ,

функционирующее как четырехканальная порядково – ассоциативная кэш второго

уровня.

Два этих кристалла объединены в общем 387-контактном корпусе, но

связаны линиями, не выходящими на внешние контакты. Hекоторые компании

называют такой чип корпуса МСМ (multichip module), однако Intel использует

для него термин dual – cavity PGA (pin – grid array). Разница слишком

неосязаема и лежит, вполне вероятно, в области маркетинга, а не технологии,

так как использование МСМ заработало себе репутацию дорогостоящей

технологии. Но, сравнивая цены на процессоры Pentium и Pentium Pro, можно

утверждать, что новая терминология исправит положение дел, так как P6

претендует на статус массового процессора. Впервые в истории промышленности

многокристальный модуль станет крупносерийным изделием.

Степень интеграции нового процессора также поражает: он содержит 5.5

млн. транзисторов, да еще 15.5 млн. входит в состав кристалла кэш-памяти.

Для сравнения, последняя версия процессора Pentium состоит из 3.3 млн.

транзисторов. Естественно, в это число не включена кэш L2, поскольку

Pentium требует установки внешнего комплекта микросхем статического ОЗУ для

реализации вторичной кэш-памяти.

Элементарный расчет поможет понять 6почему на 256К памяти, требуется

такое огромное число транзисторов. Это статическое ОЗУ, которое в отличие

от динамического, имеющего всего один транзистор на бит хранения и

периодически регенерируемого, использует для хранения бита ячейку из шести

транзисторов:

256 x 1024 х 8 бит х 6 пр – ров = 12.5 млн. транзисторов. С учетом

буферов и обвязки накопителя как раз и выйдет 15.5 миллионов.

Площадь процессорного кристалла равна 306 кв. мм. (для сравнения, у

первого процессора Pentium кристалл имел площадь 295 кв. мм). Кристалл

статической памяти, как всякая регулярная структура, упакован намного

плотнее - 202 кв. мм. Только Pentium Pro 150 MHz изготавливается по 0.6-

микронной технологии. Все остальные версии нового процессора

изготавливаются по 0.35-микронной BiCMOS-технологии с четырехслойной

металлизацией.

Почему компания Intel пошла на двухкристалльный корпус, объединив

ядро ЦПУ с вторичным КЭШем? Во – первых комбинированный корпус значительно

упростил изготовителям ПК разработку высокопроизводительных систем на

процессоре Pentium Pro.

Одна из главных проблем при проектировании компьютера на быстром

процессоре связана с точным согласованием с процессором вторичного КЭШа по

его размеру и конфигурации. Встроенная в Р6 вторичная кэш уже тонко

настроена под ЦПУ и позволяет разработчикам систем быстро интегрировать

готовый процессор на материнскую плату.

Во-вторых, вторичная кэш тесно связана с ядром ЦПУ с помощью

выделенной шины шириной 64 бита, работающей на одинаковой с ним частоте.

Если ядро синхронизируется частотой 150 МГц, то кэш должна работать на

частоте 150 МГц.

Поскольку в процессоре Pentium Pro есть выделенная шина для

вторичного КЭШа, это решает сразу две проблемы: обеспечивается синхронная

работа двух устройств на полной скорости и отсутствие конкуренции за шину с

прочими операциями ввода-вывода. Отдельная шина L2, "задняя" шина полностью

отделена от наружной, "передней" шины ввода-вывода, вот почему в P6

вторичная кэш не мешает своими циклами операциям с ОЗУ и периферией.

Передняя 64-битовая шина может работать с частотой, равной половине, трети

или четверти скорости ядра Pentium Pro. "Задняя" шина продолжает работать

независимо, на полной скорости.

Такая реализация представляет серьезный шаг вперед по сравнению с

организацией шины процессора pentium и других процессоров х86. Только

NexGen приближенно напоминает такую схему. Хотя в процессоре Nx586 нет КЭШа

L2, зато встроен ее контроллер и полноскоростная шина для связи с внешней

кэш-памятью. Подобно Р6, процессор Nx586 общается с основной памятью и

периферийными подсистемами поверх отдельной шины ввода-вывода, работающей

на деленной частоте.

В экзотическом процессором Alpha 21164 компания Digital пошла еще

дальше, интегрировав прямо на кристалле в дополнение к первичной кэш-памяти

еще и 96 Кбайт вторичной. За счет вздувания площади кристалла достигнута

беспрецедентная производительность кэширования. Транзисторный бюджет Альфы

составляет 9.3 миллиона транзисторов, большая часть которого образована

массивом памяти.

Есть одна незадача: необычный дизайн Pentium Pro, пожалуй, затруднит

экспертам задачку вычисления соотношения цены и производительности.

Интегрированная в процессор кэш вроде как скрыта с глаз. Pentium Pro сможет

показаться более дорогим, чем его конкуренты, но для создания компьютера на

других процессорах потребуется внешний набор микросхем памяти и кэш-

контроллер. Эффективный дизайн кэш-структуры означает, что другим

процессорам, претендующим на сопоставимую производительность, потребуется

кэш-памяти больше, чем 256 Кбайт.

Уникальный корпус предоставляет свободу созданию новых вариантов

процессора. В будущем возможно как повышение объема кэш-памяти, так и ее

отделение ее от процессора в соответствии с традиционным подходом. Если

последний вариант появится, он окажется, несовместим по внешним выводам с

двухкристалльным базовым корпусом, так как ему необходимо добавить 72

дополнительных вывода (64-для "задней" шины и 8 для контроля ошибок). Hо он

будет почти таким же быстрым, если будет широко доступна статическая память

с пакетным режимом. По мнению инженеров Intel, подключение внешних

микросхем памяти к "передней" шине Pentium Pro с целью реализации кэш-

памяти третьего уровня, вряд ли оправдано. Отправной точкой для такой

убежденности служат результаты натурного моделирования прототипа системы,

которая в следствии высокой эффективности интерфейса кэш L2-процессор,

практически до теоретического предела загружает вычислительные ресурсы

ядра. Процессор Alpha 21164, напротив, спроектирован с учетом необходимости

кэш L3.

3.10.3. Значения тестов для некоторых чипов фирмы Intel.

|Processor |Intel |Intel |Intel |Intel |Intel |

|Benchmarks |Pentium |Pentium |Pentium |Pentium |Pentium |

| |Pro |Pro |Pro |Pro |Processo|

| |Processo|Processo|Processo|Processo|r |

| |r |r |r |r |(133MHz)|

| |(200MHz)|(180MHz)|(166MHz)|(150MHz)| |

| | | | | | |

| | | |w/512K | | |

| | | |L2 | | |

|UNIX | | | | | |

|SPEC95 |8.09 |7.29 |7.11 |6.08 |4.14 |

|SPECint95 |8.09 |7.29 |7.11 |6.08 |4.14 |

|SPECint_base9|6.75 |6.08 |6.21 |5.42 |3.12 |

|5 |5.99 |5.40 |5.47 |4.76 |2.48 |

|SPECfp95 | | | | | |

|SPECfp_base95| | | | | |

|SPEC92 |366.0 |327.4 |327.1 |276.3 |190.9 |

|SPECint92 |336.7 |3.5.8 |306.6 |258.3 |175.9 |

|SPECint_base9|283.2 |254.6 |261.3 |220.0 |120.6 |

|2 |234.3 |210.4 |209.6 |182.0 |107.3 |

|SPECfp92 | | | | | |

|SPECfp_base92| | | | | |

|Windows | | | | | |

|Norton System|86.7 |77.6 |Not |67.0 |34.2 |

|Index | | |tested | | |

|SI32 | | | | | |

|Ziff-Davis |541 |466 |Not |412 |278 |

|CPUmark32 | | |tested | | |

4. Процессоры конкурентов Intel.

4.1. Первые процессоры конкурентов Intel.

Intel была не единственной фирмой - производителем микропроцессоров:

существовали еще MOS Technologies, Mostek, Motorola, Rockwell, Standart

Microsystems Corporation, Synertek, Texas Instruments. Одни из них

использовали свои собственные проекты чипов, другие - лицензионные проекты

своих конкурентов. Успешнее всех в конце 70-х работала фирма Zilog. Она

создала чип Z80.

В то время, когда компьютеры, работающие под управлением СР/М,

распространились в офисах, компьютеры Apple II буквально ворвались в школы.

Фирма Apple в качестве основного компонента своего компьютера выбрала чип

фирмы MOS Technologies 6502. Это был лицензионный чип фирмы Rockwell and

Synertek. Apple начала использовать процессоры Motorola во всех своих

компьютерах Macintosh. Разработки фирм Intel и Motorola появились почти

одновременно, но объединяет их не только это. Микропроцессоры Intel 80486 и

Motorola 68040, например, почти одинаковы по сложности и имеют

функциональные сходные возможности. Тем не менее, они совершенно

несовместимы. Именно поэтому на Macintosh и PC не могут выполняться одни и

те же программы.

Существует принципиальное отличие в эволюционном развитии этих двух

семейств микропроцессоров. Intel начала с довольно незначительного по нашим

современным меркам адресного пространства в 1 Мбайт и постоянно наращивала

его до нынешнего размера в 4 Гбайт. Motorola в своей серии 680x0 всегда

имела адресное пространство в 4 Гбайт. IBM поместила чипы ROM в адресное

пространство своих PC как можно выше. И не ее ошибка была в том, что позже

Intel достроила "второй этаж" и таким образом оставила ROM в конструкциях

IBM где-то посередине, открыв дорогу использованию RAM, что само по себе,

может быть, и не плохо. Разработчики семейства чипов 680х0 никогда не

испытывали подобных неудобств, и поэтому очень много программистов считают,

что Mac лучше.

Intel приложила значительные усилия, пытаясь стандартизовать

производство ее процессоров 8086 и 8088 на предприятиях-подрядчиках.

Hесколько предприятий приняло такие соглашения. Однако Haris выпустил свои

чипы - аналоги 8086 и 8088, которые менее всего удовлетворяли этим принятым

соглашениям. Он использовал технологию CMOS, значительно сокращающую

потребление электроэнергии, и это свойство сделало его чипы очень

популярными, особенно среди производителей ПК с экранами на жидких

кристаллах.

Фирма NEC предложила свою так называемую V-серию чипов и объявила,

что чип V20 является конструктивно совместимым с чипом Intel 8088, но имеет

усовершенствованный набор инструкций, включая при этом и инструкции чипа

8080. Это означало, что он мог легко выполнять программы, написанные для

CP/M, без их модификации, используя эмулятор программ, и при этом включать

преимущества инструкций 8080, содержащихся в чипе V20. Их чип V30 был

аналогом 8086 с включенными дополнительными возможностями.

Чипы V-серии фирмы NEC также работали немного быстрее аналогичных

чипов фирмы Intel. Эти чипы имели некоторый успех, чем была раздосадована

Intel. Последняя подала в суд на NEC по факту нарушения закона о защите

авторских прав. NEC подала ответный иск. В результате спор был улажен без

признания победителем какой-либо стороны. Интересными были детали этого

судебного разбирательства. Было признано, что NEC действительно

использовала некоторые микрокоды Intel, что было нарушением ее авторского

права, если бы оно было должным образом оформлено. Hо поскольку Intel

производила и продавала некоторые чипы 8088 без знака авторского права, то

их претензии были признаны безосновательными. Компания Chips and

Technology, которая стала известна благодаря выпуску аналогов BIOS, в

настоящее время внедрила линию по производству процессорных чипов. Hа ней

выпускаются аналоги 386. И поскольку эти чипы не являются точными аналогами

известных ранее чипов, неизвестно каким будет на них спрос.

4.2. Процессоры фирмы AMD.

4.2.1. Судебное разбирательство с Intel.

Фирма AMD была лицензионным производителем Intel, производящей 80286.

AMD объявила, что ее контракт с Intel позволяет им выпускать легализованные

копии чипов 386. Intel категорически не согласилась с этим. AMD удалось

выиграть это судебное разбирательство, и теперь она выпускает аналог чипа

386 с тактовой частотой 40 МГц. Этот чип имел определенный успех, в

частности, из-за его более высокой скорости по сравнению с самым

быстродействующим чипом серии Intel 386. При выпуске фирмой AMD аналогов

486 фирма Intel снова попыталась остановить конкурента. Однако и в этом

случае закон был на стороне AMD.

4.2.2. Процессоры семейства AMD5k86.

Наладив в 1994 году массовое производство чипов 5-го поколения -

микропроцессоров Pentium, корпорация Intel мощно пошла в отрыв.

Интеллектуальная колоссальная мощь ее инженеров, помноженная на богатейшие

производственные возможности, казалось, не оставляла никаких шансов

конкурентам. между тем вдогонку за лидером бросилось сразу несколько

преследователей. Среди них, пожалуй, именно компания AMD имела самую

"удачную" стартовую позицию. Компания Advanced Micro Devices занимала

второе место в мире по производству микропроцессоров. На сегодняшний день

общее число чипов, выпущенных фирмой AMD, перевалило далеко за отметку 85

миллионов, что, согласитесь, само по себе говорит об огромном потенциале

компании.

Цифра "5" для фирмы AMD была явно несчастливой. Intel Pentium все

наращивал обороты: 66, 75, 90 Мгц... Тактовая частота новых моделей

увеличивалась едва ли не каждый месяц. А разработчикам компании AMD, кроме

названия - "K5", представлять было решительно нечего. Ожидание становилось

тягостным.

Гнетущее ощущение несбывшихся надежд скрасил выпуск процессора

Am5x86. Нет, чип Am5x86 не был обещанным К5. Микропроцессор представлял

собой "четверку" с большими возможностями, которые однако, явно не

дотягивали до "честного" Pentium. В прессе распространялись мнения

специалистов, вроде: "Производительность, сравнимая с производительностью

Pentium, позволяет отнести микропроцессор Am5x86 к устройствам пятого

поколения".

А между тем, оставаясь по своей сути (по внутренней архитектуре) до

боли знакомым 486-м, чип Am5x86, имеющий тактовую частоту 133 МГц, мог

соперничать на равных лишь со скромным по своим возможностям процессором

Pentium/75 МГц. Интересно, какой должна была бы быть тактовая частота

Am5x86, чтобы показать производительность, сравнимую с Pentium/166 МГц!

Поэтому создание чипа пятого поколения у компании Advanced Micro

Devices было еще впереди. При проектировании своих предыдущих процессоров

компания опиралась на неизменную поддержку корпорации Intel. Но к началу

разработки собственного процессора пятого поколения срок действия

лицензионных соглашений с корпорацией Intel подошел к концу. Так что

инженерам AMD пришлось начать разработку, что называется, с чистого листа.

В частности, вышла промашка при проектировании встроенного КЭШа команд.

Наборы команд для процессоров разных поколений существенно отличаются.

Инженеры-разработчики компании AMD немного просчитались в оценке числа CISC-

инструкций, имеющих различную длину. В результате, не удавалось достичь

проектируемого уровня производительности при исполнении программ,

оптимизированных под процессор Pentium. Но спустя некоторое время и эта, и

некоторые другие ошибки были устранены. И в конце марта 1996 года компания

AMD с гордостью объявила о появлении на свет нового процессора пятого

поколения - AMD5k86.

4.2.2.1 Экскурсия по внутренней архитектуре.

Процессор AMD5k86, известный на стадии разработки как AMD-K5 или

Krypton, является первым членом суперскалярного семейства (Superscalar

family) K86. Он соединяет в себе высокую производительность и полную

совместимость с операционной системой Microsoft Windows.

Суперскалярный RISC-процессор AMD5k86 выполнен по 0ю35-микронной КМОП

– технологии (complimentary metal – oxid semiconductor process) и состоит

из 4.3 млн. транзисторов. Его дизайн базируется на богатой истории и

обширном опыте архитектур RISC и х86.

По мнению многих специалистов, разработчики чипа AMD5k85 пошли

значительно дальше первоначального замысла: создать процессор, имеющий RISC-

ядро, и при этом совместимый с набором инструкций х86 означает

совместимость с операционными системами Microsoft Windows и всем ПО,

написанным под архитектуру х86. Столь счастливое сочетание высочайшей

производительности и полной совместимости с Microsoft Windows делает чип

AMD5k86 полноправным членом 5-го поколения микропроцессоров.

Микропроцессор AMD5k86 имеет 4-потоковое суперскалярное ядро и

осуществляет полное переупорядочивание выполнения инструкций (full out – of

– order execution). Чип AMDk586 унаследовал лучшие черты от двух

доминирующих на сегодняшний день микропроцессорных ветвей: семейства х86 и

суперскалярных RISC-процессоров. От первых он унаследовал столь необходимую

для успешного продвижения на компьютерном рынке совместимость с

операционной системой WINDOWS. От семейства суперскалярных RISC-процессоров

он унаследовал высочайший уровень производительности, характерный для

чипов, применявшихся в рабочих станциях.

Разработанный инженерами компании AMD процесс предварительного

декодирования позволяет преодолеть присущие архитектуре х86 ограничения

(различная длина инструкций). В случае использования инструкций различной

длины, чипы 4-го поколения могут одновременно обрабатывать 1 команду,

процессоры 5-го поколения (Pentium) - 2 команды. И только микропроцессор

AMD5k86 способен обрабатывать до 4 инструкций за такт.

Использование раздельного КЭШа инструкций и данных (объем КЭШа

инструкций в два раза превосходит объем КЭШа данных) исключает

возникновение возможных внутренних конфликтов.

Сейчас выпускаются микропроцессоры AMD5k86-P75, AMD5k86-P90 и AMD5k86-

P100 производительность которых (Р. - рейтинг) соответствует процессору

Pentium с тактовыми частотами 75, 90 и 100 МГц.

Компания Advanced Micro Devices планирует выпустить в этом (1996)

году 3 млн. процессоров семейства AMD5k86 со значениями Р. - рейтинга от 75

до 166. Цены на новые процессоры будут сопоставимы с ценами обладающих

аналогичной производительностью процессоров Pentium, вероятно, даже

несколько ниже. Средняя цена процессора AMD5k86-P75 составляет около $75,

Страницы: 1, 2, 3, 4