Cpu

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

SEMINARSKI RAD

IZ PREDMETA “INFORMATIKA”

NAZIV SEMINARSKOG RADA: “PROCESORI (CPU)”

Student: Srdjan Stamenkovic

Ocena:

5

6

7

8

9

10

Broj indeksa: 187/05 Posao procesora je da obavlja sva računanja, zadaje kontrolne i upravljačke signale ostatku sistema koordinirajući njegov celokupni rad. Prvi mikroprocesor napravila je davne 1969. godine američka firma Intel. Od tada, pa sve do danas, svedoci smo vrtoglavog napretka u mikroprocesorskoj industriji. Na Intelovim čipovima, kompatibilnim sa 8086, bazirana je većina današnjih stonih računara. Na tržištu mikroprocesora, čija se vrednost meri milijardama dolara, danas se takmiče brojni proizvođači. Neki od njih prave RISC čipove nekompatibilne sa najmasovnijim Intel x86 (popularan naziv za čipove kompatibilne sa 8086) čipovima, dok drugi prave Intel kompatibilne procesore. Ova priča biće uglavnom vezana za dva danas dominantna proizvođača x86 kompatibilnih procesora, Intel i AMD. Dat je pregled celokupnog razvoja Intelove porodice x86 procesora, zaključno sa najnovijim Pentiumom 4, i pregled kompatibilnih rešenja koje je napravio AMD. Posebna pažnja posvećena je trenutno aktuelnim procesorima i dat je detaljan opis njihovih mogućnosti, kao i poređenje performansi.

Kljucna rec: PROCESOR

1

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

PROCESORI (CPU)

8086/88 (1978.) •

16-bitni procesori

Juna 1978. Intel izbacuje svoj prvi 16-bitni mikroprocesor i8086 (5 MHz). Oba čipa imala su adresnu magistralu širine 20 bita, što im je omogućavalo adresiranje 1 MB RAM-a, a razlikovali su se po širini magistrale podataka: 16 bita kod 8086 i 8 bita kod 8088. 8088 je zapravo i napravljen kao jeftinije rešenje koje može da koristi postojeće 8-bitne matične ploče. Iako su oba čipa mogla da adresiraju ceo megabajt memorije, celoj memoriji nije moglo da se pristupa odjednom, već samo u segmentima od 64K. Naime, kako su programi i potrebe korisnika rasli, 64K za su se pokazali kao premalo mesta za velike strukture podataka

80286 (1982.) •

Zaštićeni mod

•

Rad sa virtuelnom memorijom

Procesor koji je trebalo da prevaziđe nedostatke svojih prethodnika, a pri tom ostane u stanju da izvršava sve programe koji su za njih napisani, tj. ostane potpuno kompatibilan sa njima pojavio se na tržištu februara 1982. pod imenom Intel 80286. Sa i80286 počinje tešku borbu usklađivanja savremenih koncepata u mikroprocesorskoj industriji i anahronih rešenja nasleđenih iz 8086/88, neophodnih da bi se zadržala vertikalna kompatibilnost, a samim tim i ogromna programska i korisnička baza. i80286 je radio na 8 MHz. i80286 mogao je da radi u 2 režima: realnom i zaštićenom. U realnom režimu 80286 ponašao se kao brzi 8086, zadržavajući sva njegova ograničenja, ali i zadrzavši mogućnost izvršavanja svih programa koji su za njega pisani. U zaštićenom modu 286 mogao je da adresira do 16 MB fizičke memorije, kao i 1GB virtuelne, ali i dalje u segmentima od 64KB. U 80286 se pojavljuju i prvi mehanizmi za kontrolu i zaštitu izvršavanja programa koji je trebalo da omoguće nastanak prvih multitasking operativnih sistema za PC računare. Iako komercijalno uspešan, 80286 nikad nije pokazao svoje potencijale do kraja zbog nezadovoljstva proizvođača Intelovim polovičnim rešenjima u prevazilaženju nasleđenih slabosti od ranijih procesora. Ova polovičnost se pre svega ogledala u teškom prebacivanju procesora iz realnog u zaštićeni mod (bilo je neophodno resetovanje procesora), što je znatno otežavalo pisanje operativnih sistema koji mogu da paralelno izvršavaju 8086 programe i programe pisane za zaštićeni mod procesora 80286.

80386 (1985.) •

32-bitna arhitektura

•

Unapređen zaštićeni mod

•

Unapređen rad sa virtuelnom memorijom

Posle trogodišnjeg razvoja, oktobra 1985., na tržištu se pojavljuje Intelov pravi odgovor na povećane apetite proizvođača i korisnika - 32 bitni Intel 80386 DX. Radio je na brzini od 16 MHz. Pored 32 bitne magistrale podataka imao je i 32 bitnu adresnu magistralu koja je omogućavala adresiranje do 4 GB fizičke memorije. Iako je ona i dalje segmentirana, veličina segmenta je bila ograničena na 4 GB čime se faktički došlo do linearne memorije. Ovu pogodnost i80386 imao je samo u svom zaštićenom rezimu, koji je pored ove imao i brojne druge pogodonsti, pre

2

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

svega četvoroprsteni model zaštite programa. Naime, svakom programu koji se izvršava mogao se dodeliti nivo privilegija koji je omogućavao da sistemski softver bude privilegovan u odnosu na korisnički, što je omogućilo pojavu kvalitetnih višeprogramskih operativnih sistema. Zaštita se zasnivala na mehanizmu virtuelne memorije: deskriptor svakog segmenta imao je 2 bita koji su određivali nivo privilegija tog dela memorije. Ovim je korisnički softver bio onemogućen da pristupa opsegu adresa u memoriji koje koristi operativni sistem, čime se znatno smanjuje mogućnost obaranja sistema od strane "nedisciplinovanih" programa, što je bila relativno česta pojava kod npr. Windowsa 3.11. Savremeni (Win 9x, NT, 2000, Linux) zapravo rade u zaštićenom modu koji podržavaju i naslednici 80386. Osim navedene, segmentne realizacije virtuelne memorije, 80386 nudi i opciju za segmentno-straničnu realizeciju sa stranicama veličine 4 KB. Zaštićeni mod ima i jednu svoju podvarijantu, tzv. virtuelni 8086 mod koji, za razliku od 286 procesora, omogućava jednostavni prelazak iz 8086 u zaštićeni mod što je omogućilo paralelno izvršavanje programa pisanih za zaštićeni mod procesora 80386, i 8086 programa. Postojala je i slabija varijanta 80386 DX, nazvana 80386 SX koja se od osnovne razlikovala po duplo užoj spoljnoj magistrali podataka : 16 umesto 32 bita. Ona je bila namenjena jeftinijim sistemima koji ipak imaju sve napredne mogućnosti 80386 DX. U to vreme povećava se brzinski jaz između mikroprocesora i DRAM-a, (već na brzinama magistrale od 33 MHz (30 ns), tadašnje 80 ns memorije postajale su usko grlo, tako da se za 386 ploče vezuju i počeci keširanja na PC računarima. Neke 386 ploče su imale na sebi od 16 do 128 KB keš memorije različitih tehnika preslikavanja.

80486 (1989.) •

Integrisani L1 keš

•

Integrisani FPU

Pompezno najavljivani naslednik 386-ice, procesor koji je, po tadašnjoj Intelovoj propagandi, trebalo da brzinom nadmaši i tada aktuelnog RISC šampiona Motorolu 88100, pojavio se na tržištu aprila 1989. Intel 80486 DX je imao 32 bitnu adresnu i magistralu podataka (kao i 80386 DX), i na 25 MHz postizao je 9 MIPS. Obećanja o prestizanju Motorole nisu bila ispunjena, ali ipak je brzinski dobitak bio dovoljan za trzišni uspeh. 80486 imao je keš memoriju prvog nivoa (Level 1 keš) od 8 KB sa write-through ažuriranjem, integrisanu na samom čipu, zajedničku za instrukcije i podatke. Preslikavanje je bilo četvorostruko set asocijativno sa veličinom bloka od 16 bajta. Ona je bila podržana sa još 64-512 KB L2 (Level 2 - keš drugog nivoa) keša koji se nalazio na matičnoj ploči.

Pentium (1993.), Pentium MMX (1996.) •

Superskalarna arhitektura

•

Unapređena FPU jedinica

•

Predviđanje grananja

Naslednik 486-ice se umesto pod očekivanom imenom Intel 80586, na tržištu pojavio maja 1993. pod nazivom Intel Pentium. Ova promena politike imenovanja procesora nastala je kao posledica Intelovih dugogodišnjih razmirica sa proizvođačima alternativnih procesora koji su, koristeći činjenicu da se brojka ne može zaštititi kao ime proizvoda, svojim čipovima davali imena koja neodoljivo podsećaju ili su čak potpuno ista kao imena Intelovih čipova. Pentium se na tržištu pojavio maja 1993. godine u verzijama na 60 i 66 MHz. Brža je postizala 112 MIPS, i trošila 13-16W, što je stvaralo prilično glavobolja projektantima sistema, jer su se čipovi grejali drastično više nego njihovi prethodnici. Adresna magistrala je ostala 32 bitna, ali je magistrala za podatke proširena na 64 bita. Veličina internog keša je duplirana u odnosu na 486 i iznosila je 16 KB, podeljenih na 8 KB za podatke i 8 KB za instrukcije. Oba keša bila su organizovana dvostruko set-asocijativno sa veličinom bloka od 32 bajta. Keš memorija ugrađena u Pentium je dualported tipa, što znači da u slučaju da oba voda istovremeno zatraže podatak, zahtevima se istovremeno i udovoljava,

3

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

sem u slučaju da su oba voda zatražila isti podatak. Internu keš memoriju različiti proizvodjači podržavali su sa 256KB do 1 MB keš memorije drugog nivoa ugrađene na matičnu ploču sa kojom je procesor komunicirao preko 64 bitne spoljne magistrale za podatke koja je na velikoj većini varijanti procesora radila na 60 ili 66 MHz. Počev od Pentiuma, Intel u svoje procesore uvodi i hardver za predviđanje grananja. Kod Pentiuma on je baziran na BTB-u (Branch Target Buffer): procesor u fazi dekodiranje 1 otkriva da je reč o instrukciji skoka, i odlazi u BTB sa adresom instrukcije. Krajem 1996. Intel pušta u prodaju i varijantu Pentium procesora pod imenom Pentium MMX. U Pentium MMX ugrađeno je duplo više L1 keša (po 16 KB za instrukcije i podatke) nego u osnovnu varijantu, i unapređena je faza pripreme naredbi. Ipak, njegovu ključnu novinu predstavlja set od 57 novih instrukcija (MMX set) namenjenih obradi multimedijalnih podataka. Za iskorišćavanje potencijala ovih instrukcija bilo je neophodno redizajnirati postojeći ili pisati novi softver.

Pentium Pro (1995.) •

RISC jezgro

•

Integracija L2 keša

Prvobitna varijanta Pentiuma Pro je radila je na taktu od 150 MHz, u kućištu čipa (koje se priključivalo u Socket 8 podnožje - Pentium je koristio druagačije, tzv. Socket 7 podnožje) se nalazilo 256KB ili 512KB četvorostruko setasocijativnog L2 keša. On je zahvaljujući ovakvoj integraciji mogao da komunicira sa procesorskim jezgrom na punoj frekvenciji procesora umesto na nižoj frekvenciji 64- bitne spoljne magistrale podataka (koja ovde, kao i kod Pentiuma, iznosi 60 ili 66 MHz). Količina L1 (Level 1 - keš prvog nivoa) keša je ista kao na osnovnoj varijanti Pentiuma: po 8 KB za podatke i instrukcije (dvostruko set-asocijativni). Važno je napomenuti da za razliku od Pentiuma, Pentium Pro ima 64-bitnu magistralu za pristup L2 kešu odvojenu od "glavne" magistrale podataka koja se koristi za pristup memoriji i ostalim komponentama sistema, što omogućava nezavisnost ovih operacija. Ovakav koncept se naziv Dual Independent Bus (DIB). Ove inovacije bile su neophodne da bi se procesorskom jezgru obezbedio maksimalno brz dotok instrukcija i podataka za obradu.

Pentium II (1997.), Celeron (1998.) •

P6 jezgro

•

MMX podrška

•

Nova rešenja L2 keša

Težnja da se napravi komercijalno uspešniji procesor šeste generacije rezultirala je nastankom Pentiuma II (radni naziv Klamath; 233 ili 266 MHz u prvim verzijama), polovinom 1997. Intel je P II bolje optimizovao za 16-bitni kod (doduše neznatno, ali je brzim prodorom Windowsa 95 i 32-bitnih programa ovo polako gubilo na značaju) i malo "prepakovao" procesor. P II je imao 512 KB L2 keša ali ne na istom čipu kao Pentium Pro, već na posebnom. Moduli sa jezgrom čipa i keš memorijom su se smeštali na zajedničku 242-pinsku "karticu" nazvanu SECC (Single Edge Contact Cartridge), koja je preko novog adaptera nazvanog Slot 1 priključivana na matičnu ploču računara. Ovo fizičko udaljavanje procesora i L2 keša uslovilo je da se njihova komunikacija odvija na duplo nižem taktu od takta procesorskog jezgra, ali je i bitno pojeftinilo proizvodnju procesora. Da bi nadomestio ovo usporenje Intel je duplirao veličinu oba L1 keša na po 16 KB, i čipu dodao mogućnost izvršavanja MMX instrukcija. Skoro sva ostala rešenja su praktično prekopirana sa Pentiuma Pro. Ova promena je zaista delovala pozitivno na tržišnu poziciju Intela u proizvodnji procesora šeste generacije. Pentium II u svojim kasnijim iteracijama (verzije 350 - 450 MHz) prelazi sa 66 MHz na 100 MHz spoljnu magistralu (FSB - Front Side Bus), a na tržištu se pojavljuje i njegova varijanta pod nazivom Pentium II Xeon, sa 512 KB - 2 MB L2 keša koji radi na brzini procesorskog jezgra, namenjena serverima, koja se priključivala u drugačiji slot nazvan Slot 2.

4

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

Polovinom 1998. Intel izbacuje prve varijante, kod nas i dalje vrlo popularnog, Celeron procesora. Celeron je nastao izbacivanjem L2 keša sa Pentiuma II, i glavni cilj mu je bio tržište jeftinijih računara. Međutim, nepostojanje L2 keša je imalo izrazito negativne posledice na performanse Celerona, pa je Intel bio prinuđen da izbaci varijantu sa 128 KB L2 keša (radni naziv Mendocino). Celeron-ov keš L2 je sa procesorom komunicirao na punom taktu procesora (za razliku od P II), i zbog toga se Celeron sa L2 kešom pokazao gotovo jednako brzim kao P II. Ovo je primoralo Intel da Celeron zadrži na 66 MHz FSB-u, kako bi koliko toliko zažtitio prodaju znatno skupljeg Pentiuma II. Kao i P II i prve verzije Celeron-a koristile su Slot 1 priključak. Prvobitni Celeroni su pakovani na kartici koja je praktično predstavljala SECC pakovanje sa koga je skinuta plastika. Međutim, nepostojanjem L2 keša ili njegovim integracijom na sam procesorski čip nestala je i potreba za Slot 1 podnožjem, pa je Celeron ubrzo počeo da se prodaje u 370-pinskim PGA (Pin Grid Array) pakovanjima namenjenim priključivanju na Socket 370 podnožje.

Pentium III (1999.) •

P6 jezgro

•

SSE set instrukcija

•

Nove koncepcije L2 keširanja

slika 1:Pentium III u SECC2 Praktično nestajanje brzinske razlike između ekonomske i visoke klase pakovahju proizvoda nateralo je Intel da u proleće 1999 na tržiste izbaci Pentium III (radni naziv Katmai) na taktu od 450 i 500 MHz. Pentium III je zadržao najveći deo osobina Pentiuma II : 32 KB L1 i 512 KB L2 keša koji sa procesorom komunicira na polovini njegovog takta, 100 MHz spoljnu magistralu. SECC2 pakovanje P III (priključuje se na Slot 1 predstavljen sa P II), se razlikuje od običnog SECC pakovanja za P II po uklonjenom delu plastike sa prednje strane procesora, čime je obezbeđen direktan pristup, a samim tim i bolje hlađenje procesorskog jezgra. Ono što je novo, ako se izuzmu sitnija dorađivanja u delu procesora koji se bavi pripremom naredbi, je set od novih 70 instrukcija nazvan SSE set (Streaming SIMD execution); naravno, podrzan je i MMX set. Intel je uveo nove instrukcije u cilju povećanja brzine rada u programima za rad sa 3D grafikom, u oblasti digitalne obrade slike, prepoznavanja govora i sl. Naravno, programi pisani pre pojave P III, nisu mogli da koriste ova poboljšanja. Neki od programa iz navedenih oblasti (Adobe Photoshop među prvima) su se pojavili u verzijama optimizovanim za SSE, i pokazali osetno ubrzanje samo u nekim svojim segmentima, kojima je SSE posebno "ležao". P III ima još jednu, na prvi pogled nevažnu ali u javnosti vrlo kontroverznu osobinu: chip ID (ili identifikacija čipa) predstavlja jedinstveni serijski broj svakog čipa, i namena mu je bila, po Intelu, unapređenje trgovine preko Interneta. Međutim, javnost je posumnjala da se broj može neovlašćeno "provaliti" i zloupotrebiti, digla se galama oko ugrožene privatnosti, i Intel je bio prinuđen da odustane od prvobitne zamisli, i ovu mogućnost ostavi kao opcionu. Na poboljšanja u arhitekturi Pentiuma III, Intel je bio prinuđen zbog pojava na tržištu procesora AMD Athlon. AMD koji je godinama pravio čipove kompatibilne sa Intelom, ali najčešće kaskao za njim po celu jednu generaciju, se iznenada pojavio sa čipom koji je na velikoj većini brzinskih testova pokazivao bolje (u nekim slučajevima osetno) performanse od P III. Intel-ov odgovor na Athlon pojavio se početkom 2000 godine. Nova varijanta P III (radni naziv Coppermine) imala je 256 KB osmostruko set-asocijativniog L2 keša koji radi na taktu procesora i sa njim komunicira preko 256-bitne magistrale umesto 64 - bitne koja je postojala na P II i P III Katmai. Ova varijanta P III pokazala se bržom od prethodne slika 2:Pentium III za (Katmai) i omogućila je Intelu da efikasnije parira AMD Athlonu. Ovakvo rešenje Socket 370 L2 keša Intel je nazvao Advanced Transfer Cache (ATC). "Povratkom" L2 keša na jezgro čipa, prestala je potreba za SECC/SECC2 pakovanjima, pa je i PIII Coppermine počeo da se pravi u

5

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

pakovanju nalik na ono koje su već koristile novije verzije Celerona, 370 pinskom FCPGA - Flip Chip PGA za Socket 370 podnožje. Ipak, procesor se zbog postojeće infrastrukture proizvodi i u SECC2 pakovanju. ATC je Intel počeo da koristi i na novim verzijama Celerona (128 KB keša), popularno zvane Celeron 2, koje rade na 566 MHz i više, što je omogućilo da se vrlo sličan proizvodni proces (0,18 mikronski) koristi za oba čipa. Celeron je ostao na 66 MHz magistrali, ali je dobio podršku za SSE instrukcije. P III Coppermine koristi spoljnu magistralu na 100 ili 133 MHz, a prve verzije su radile na brzinama 500 - 600 MHz. Ovaj procesor je prvi Intelov x86 procesor koji je dostigao takt od 1 GHz. Zbog postojanja Katmai i Coppermine verzija P III na istim taktovima, Intel je Coppermine modele označavao dodatnim slovom E u imenu procesora. P III sa magistralom na 133 MHz ima sufiks B (npr. P III 600 EB je Coppermine na 133 MHz magistrali).

Pentium 4 (2000.) •

NetBurst arhitektura (unapređeno P6 jezgro)

•

SSE2 unstrukcije

slika 3:Pentium 4 logo

U međuvremenu Intel, pritisnut konkurencijom od strane AMD-a, novembra 2000. izbacuje novi 32-bitni procesor pod nazivom Pentium 4 (radni naziv Willamette). P4 predstavlja prvu ozbiljniju reviziju x86 arhitekture posle Pentiuma Pro. P4 se ugradjuje u 423 pinski Socket 423 i na tržištu se pojavio na početnim radnim taktovima od 1.3, 1.4 i 1.5 GHz. NetBurst mikroarhitektura se odlikuje brojnim novim rešenjima: •

Advanced dynamic execution predstavlja složeni sistem namenjen za spekulativno izvršavanje i izvršavanje instrukcija preko reda. Dok su neke instrukcije primorane da čekaju dovlačenje operanda iz memorije pri promašaju keša i slično, pokušava se sa izvršavanjem instrukcija preko reda. Naravno, mogu se izvršavati samo one instrukcije kojima nije neophodan rezultat instrukcija koje čekaju. Ove rešenje već postoji na procesorima baziranim na P6 mikroarhitekturi, ali je ovde unapređeno u smislu povećanja broja instrukcija koji čeka na izvršenje. Unapređeno predviđanje grananja smanjuje broj pogrešnih predviđanja za 33% u odnosu na P6 arhitekturu koristeći 4 KB Branch target buffer, koji sadrži više podataka o istoriji skokova, i napredniji algoritam za predviđanje.

•

dve aritmetičko-logičke jedinice P4, namenjene izvršavanju jednostavnijih instrukcija, koriste kao aktivnu i uzlaznu i silaznu ivicu takta, čime se dobija efektivno dobija rad na duplo većoj frekvenciji (rapid execution engine);

•

L1 keš je rešen na novi način. Postoji 8 KB keša za podatke (četvorostruko set-asocijativni write through keš) dok je instrukcijski keš napravljen kao Execution Trace Cache. Iza ovog naziva krije se osobina P4 da kešira dekodirane x86 instrukcije (mikrooperacije), ukupno njih 12K. Ovime se izbegava keširanje instrukcija koje se preskoče raznim instrukcijama skoka.

•

L2 keš je 256 KB osmostruko set-asocijativnog write back ATC unapređenog u odnosu na L2 kaš Pentiuma III;

•

Dodat je SSE2 set od 144 128-bitnih instrukcija, namenjen proširenju postojećih MMX i SSE mogućnosti; 100 MHz spoljna magistrala je korišćenjem quad-pumping tehnologije ubrzana na efekitvnih 400 MHz, i dodati su posebni baferi za održavanje kontinuiranog protoka na toj brzini;

6

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

•

Jedinica za rad sa brojevima u pokretnom zarezu unapređena je dodavanjem novih i proširivanjem postojećih registara na 128 bita; Intel-ovo „Dual Core“ rešenje stiže sa malim zakašnjenjem u odnosu na slično konkurentsko rešenje. Ipak, nakon testiranja, a posebno nakon dela u kome smo se pozabavili overklokom, bili smo, sveukupno gledano, veoma zadovoljni Intel Pentium D procesorom. Od ranije je poznato da novo jezgro nosi kodno ime Smithfield, a kako se ponaša u praksi videćete u narednom testu...

slika 4:INTEL Pentium 4 Vremenu koje je, proteklih godina, Intel ( skr. Integrated Electronics, prim.aut. ) potrošio na NetBurst arhitekturu definitivno se nazire kraj. Veliki problemi koji su se manifestovali predstavljanjem Prescott jezgra, a koji su se ticali, nemogućnosti podizanja radnog takta, kao što se očekivalo, usled curenja elektrona pokvarili su delimično planove Intel-a. Ipak, i pored toga što je reč o velikoj kompaniji to ni u kom slučaju nije značilo manjak fleksibilnosti, pa je brže bolje na sva zvona počeo da se promoviše koncept „procesora sa dva jezgra“ kako je Intel nazvao svoje proizvode zasnovane na SmithField jezgru. Ipak, za razliku od AMD Athlon 64 X2 procesora, Intel Pentium D nije Dual Core procesor u pravom smislu te reči. Naime, uprošćeno govoreći SmithField jezgro nastalo je prostim spajanjem dva Prescott jezgra u jednu pločicu. Jezgra međusobno komuniciraju posredstvom FSB-a, a memoriji pristupaju putem memorijskog kontrolera koji se nalazi unutar čipseta. To je naravno uslovilo nekompatibilnost SmithField jezgra sa i925 i i915 serijom čipseta, pa ukoliko se odlučite za Intel „Dual Core“ moraćete pazariti i neku i945, i955 ili nVidia nForce4 SLI Intel Edition ploču… Priča koju smo započeli u testu Athlon 64 FX-57 procesora, a koje se odnosila na primenu dual core arhitekture u igrama govori da trenutno, a sva je prilika i u doglednoj budućnosti prednosti multi procesiranja neće moći da se adekvatno iskoriste. Baš zato pomalo čudi npr. odluka Intel-a da i svoju Extreme Edition seriju predstavi kao „Dual Core“ rešenje, ali sa druge strane, ako se u tu priču uključi činjenica o nemogućnosti daljeg podizanja radnog takta Prescott jezgra onda je takav potez sasvim logičan. Da je NetBurst arhitekturi i definitivno odzvonilo i da će se sa njom Pentium 4 preseliti u istoriju pokazuju i nazivi Intel „Dual Core“ procesora – „četvorka“ je u oba slučaja izbačena. Tačan naziv Intel mainstream „Dual Core“ procesora je Pentium D, a ne Pentium 4 D, baš kao što se i high-end serija sada zove Intel Pentium Extreme Edition, a ne kao ranije Pentium 4 Extreme Edition. Dakle, Pentium 4 izumire – polako, ali sigurno. Dodali bismo: krajnje je vreme. Ako se tome dodaju i informacije koje je zainteresovanim posetiocima najnovijeg IDF-a preneo Paul Ottelini (Intel, CEO) ni NetBurst arhitektura neće još dugo. I u ovom slučaju dodali bismo: krajne je vreme. Intel je ponovo na prekretnici koje treba da buduće procesore ove kompanije učini primamljivijim po pitanju odnosa potrošnje i performansi, a novu arhitekturu mnogo efikasnijom nego što je to bila NetBurst koja je predstavljena sa prvim Pentium 4 procesorom.

7

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

AMD procesori Važnu ulogu u razvoju x86 kompatibilnih procesora, pored Intela imaju i firme koje prave kompatibilne procesore. Trenutno glavni Intelov konkurent je AMD, ali ne treba zaboraviti ni Cyrix koji je svojevremeno pravio relativno uspešno klonove 486 i Pentium procesora, i koji pod okriljem kompanije VIA planira povratak na tržište jeftinijih mikroprocesora, kao ni brojne druge kompanije. Ipak, najveću pažnju posvetićemo kompaniji AMD, koja se bori sa donedavno neprikosnovenim Intelom za dominaciju na tržištu x86 mikroprocesora svih klasa: od ulazne do vrhunske. AMD se bavi prizvodnjom x86 procesora još od klase 286. Imao je vrlo uspešne proizvode u klasama 386 i 486 (npr. svojevremeno kod nas vrlo popularni Am386 DX na 40 MHz, Intel je 386 DX radio samo do 33 MHz, zatim 486 DX na 40MHz, DX2 na 80 MHz, x5 na 133MHz, sve klonovi 486-ice). Međutim, svi ovi procesori su se na tržištu pojavljivali mnogo kasnije od odgovarajućih Intelovih, jer je AMD čekao da Intel izbaci procesor, pa da napravi njegov klon. Ovaj pristup je promenjen počevši od AMD-ovog Pentium klona koji je nastao kao procesor koji nije prosta kopija Intelovog rešenja, već je "od nule" razvijan u AMD-u.

K5 (1996.), K6 (1997.), K6-2 3D (1998.), K6 III (1999.) •

RISC jezgro

•

3DNow! set instrukcija

Rezultat AMD-ovih sopstvenih razvojnih napora se pojavio na tržištu oko dve i po godine posle Intel Pentiuma. Procesor nazvan AMD K5 je imao 16 KB instrukcijskog i 8 KB keša za podatke, 64-bitnu magistralu podataka i 32-bitnu adresnu magistralu. Početni radni takt je bio 75 MHz, ali su se ubrzo pojavile i brže varijante. K5 je x86 instrukcije prevodio u interni format jednostavnijih instrukcija nazvan ROP (RISC operations) što je slično pristupu koji je primenjen kod Pentiuma Pro. Testovi su pokazali da je K5 na istom taktu uporediv ili nešto brži od Pentiuma pri izvršavanju celobrojnih, ali nešto sporiji pri izvršavanju FP instrukcija. Naredna iteracija AMD procesora, K6, koju je AMD izbacio na tržište otprilike u vreme kada je Intel izbacio P II, imala je po 32 KB L1 keša za instrukcije i podatke. Prve verzije su radile na brzini od 166 MHz, i imale ugrađenu slika 5:K6-2 3Dnow! Za podršku za izvršavanje MMX instrukcija, unapređenu floating point jedinicu, Socket 7 unapređenu jedinicu za predviđanje grananja, sedam izvršnih jedinica, podršku ili poboljšanje svih naprednih tehnika koje je AMD predstavio na K5 procesoru. Kao i K5 koristio je identično podnožje sa Intelovim Pentiumom (Socket 7). Brzina procesora je bila otprilike između Pentiuma i Pentiuma II pri radu sa celobrojnim podacima, ali manja od Pentiuma MMX pri radu sa brojevima u pokretnom zarezu. Polovinom 1998. AMD izbacuje reviziju K6 procesora pod nazivom K6-2 3DNow!. Radio je na početnom radnom taktu od 266 MHz. Od prethodnika (K6) se razlikuje po spoljnoj magistrali podataka čiji je takt sa 66 MHz podignut na 100 MHz, i novom setu instrukcija nazvanim 3DNow!, čiji je cilj ubrzanje rada sa 3D programima i igrama. Ovaj set instrukcija bi se mogao opisati kao nešto slabiji Intel SSE, koji se pojavio nekoliko meseci kasnije sa P III Katmai. Sledeći Intelovu politiku nazivanja procesora, AMD kasnije izbacuje K6-III (izbačen otprilike u vreme pojave Pentiuma III Katmai), koji zapravo predstavlja K6-2 sa integrisanih 256 KB keša koji radi na brzini procesora. Koristio je postojeće Socket 7 matične ploče, a keš koji je na njima uglavnom postojao i koji je prethodnicima služio kao L2 keš, K6-III je koristio kao L3 keš.

8

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

Athlon (1999.), Duron (2000.) •

Unapređena mikroarhitektura

•

Unapređena FPU jedinica

•

Proširen 3DNow! set instrukcija

Svetom x86 kompatibilnih procesora je praktično od njihovog slika 6:Athlon za Slot A podnozje nastanka, dominirao Intel sa svojim čipovima. Sve do 1997. i Pentiuma II svi ostali proizvođači su svoje mesto tražili na tržištu jeftinijih čipova, za generaciju iza Intelovih najjačih modela po svim parametrima. Kada se AMD sa raznim varijantama K6 procesora i približio Intelu, to je bilo samo u izvršavanju celobrojnih instrukcija, dok je u FP performansama Intel i dalje bio daleko ispred svoje konkurencije. Razliku u FPU performansama AMD je pokušavao da nadoknadi uvođenjem 3DNow! instrukcija, ali one nisu pomagale u bržem izvršavanju postojećeg koda. Athlon sadrži 128 KB L1 keša (4 puta više od P III), po 64 KB za instrukcije i podatke (koji, naravno, radi na taktu procesora) i 512 KB L2 keša povezanih sa jezgrom procesora preko 64-bitne magistrale. L2 keš je na prvobitnim verzijama procesora radio na 1/2 takta procesora, ali je fleksibilna arhitektura omogućavala i rad na 1/3 ili 2/5 takta procesorskog jezgra, što je u nekim kasnijim varijantama i korišćeno. FSB (spoljna magistrala) Athlona razvijen je na bazi EV6 magistrale koju je firma Digital razvila za svoje napredne RISC procesore Alpha. Osnovna karakteristika mu je korišćenje i silazne i uzlazne ivice takta kao aktivne, čime se efektivno dobija rad na dvostruko većoj frekvenciji. Prve verzije Athlona su koristile 100 MHz magistralu ubrzanu na efektivnih 200 MHz : duplo više od P III. Međutim, ova brzina nije se mogla iskoristiti za komunikaciju sa memorijom, već samo sa čip-setom, jer tadašnja arhitektura memorijskih čipova to nije dozvoljavala. Sredinom 2000. AMD izbacuje na tržište varijantu Athlona (radni naziv Thunderbird) sa 256 KB L2 keša koji radi na taktu procesora, pri čemu je veza L2 keša sa procesorom ostala 64-bitna. AMD tvrdi da sadržaj L1 nije prosta kopija sadržaja L2 keša, čime se omogućava bolje korišćenje postojećeg kapacitete keša. Na procesoru kod koga je odnos veličine L1 i L2 keša 1 : 2 zaista nema previše smisla za pomenuto slika 7:Athlon za kopiranje sadržaja. Početni radni takt od 700 - 800 MHz uveliko je prevaziđen Socket verzijama koje rade na preko 1 GHz. Spoljna EV6 magistrala radi na 100 MHz (efektivno 200 MHz) a postoje i varijante koje rade na 133 MHz (efektivno 266 MHz). Ostala rešenja odgovaraju onima na Athlonu.

9 slika Duron

8:AMD

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

U leto 2000. na tržištu se pojavio i AMD Duron (radni naziv Spitfire). On praktično predstavlja Thunderbird varijantu Athlona sa 64 KB L2 keša (duplo manje od L1 keša! - I ovde su primenjena opisana rešenja za L1 i L2 keširanje, korišćena kod Thunderbirda, koja kod Durona imaju još više smisla). Radi na 100 MHz spoljnoj magistrali (efektivno 200 MHz) i početne varijante radile su na 600 - 700 MHz. Namenjen je tržištu jeftinih računara, na kome bar u pogledu brzine, nema dostojnu konkurenciju od strane Intel Celerona sa Coppermine jezgrom. Koristi isto Socket A podnožje kao i Athlon Thunderbird. Inače, ime mu potiče od latinskog durare-trajnost, čime AMD želi da stavi do znanja da je ulaganje u Duron trajna investicija. Posle uspeha sa sedmom generacijom x86 procesora, AMD ima sopstvene planove za dalji razvoj, različite od Intelovih. AMD naime planira razvoj sopstvene 64-bitne varijante x86 arhitekture (procesor se razvija pod imenom SledgeHammer) koja bi trebalo da omogući bezbolniji prelazak na 64 bita od Intelovog Itaniuma.

slika 9:Athlon AMD 64 Fujitsu je objavio planove o razvoju procesora sa skupom instrukcija Sparc koji će imati četiri jezgra. Ovaj procesor bi trebalo da se pojavi u velikim serverima zasnovanim na sistemu Unix tokom 2008. godine. Na jesenjem procesorskom forumu objavljeno je da će Sparc64 VI+, sa radnim imenom Jupiter, imati četiri jezgra na jednom čipu. Radiće na frekvencijama do 2,7 GHz i trošiće oko 120 W pri maksimalnom optrećenju. Fujitsu će još neko vreme prodavati aktuelni procesor Sparc64 VI, čije je radno ime Olympus, ali je njegov razvoj došao do granica, tako da je kompanija morala da razvije novu verziju. Svako od jezgara procesora Sparc64 VI može da prati dva toka instrukcija; budući da su jezgra u novom procesoru ista, Sparc64 VI+ će moći da prati osam tokova instrukcija istovremeno.

10

UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET SPORTA I FIZIČKOG VASPITANJA

LITERATURA: 1. http://titan.etf.bg.ac.yu/ 2. http://www.pctv.co.yu/ 3. http://www.pcpress.co.yu/ 4. http://www.benchmark.co.yu/ 5. http://galeb.etf.bg.ac.yu/

11