work out (Процессоры), страница 5

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, чипа AMD5k86-P90 - $99.

Характеристики микропроцессора AMD5k86:

- 4-потоковое суперскалярное ядро с 6-ю параллельно работающи­ми исполнительными устройствами, составляющими 5-ступенчатый конве­йер;

- 4-потоковый ассоциативный кэш команд с линейной адресацией объемом 16 Кб;

- 4-потоковый ассоциативный кэш данных с обратной записью и ли­нейной адресацией объемом 8 Кб;

- полное переупорядочивание выполнения инструкций, предвари­тельное (speculative) исполнение;

- динамический кэш предсказания переходов объемом 1 Кб; в слу­чае неправильного предсказания задержка составляет менее 3 внутрен­них тактов;

- 80-разрядное интегрированное, высокопроизводительное устрой­ство выполнения операций с плавающей запятой, обладающее небольшим временем задержки при выполнении операций +/*;

- питающее напряжение - 3В, система SSM (System Management Mode) для уменьшения потребляемой мощности;

- 64-разрядная шина и системный интерфейс помещены в 296-кон­такный корпус SPGA, совместимый по выводам с процессором Pentium (P54C) и процессорным гнездом Socket-7;

- полная совместимость с Microsoft Windows и инсталлированной базой ПО для процессоров архитектуры х86.

4.2.2.2. Пример маркировки микропроцессора AMD5k86-P75.

---------------------------------------------

| #### ### ### ###### ----------- |\

| ## ## ## ### ## ## ## `\------ | |\

| ###### ## # ## ## ## /| | | |\

| ## ## ## ## ###### | ----,| | |\

| ----/ \| |\

1 -------------------- |\

2 -------- AMD5k86тм-Р75 |\

3 ------------------------ |\

4 -------- AMD-SSA/5-75ABQ |\

| E | Designed for |\

5 ----------------------- /\/------- |\

| (m) (c)1996AMD /\/------- |\

| /\/------- |\

| Microsoft |\

6 -------- HEAT SINK ---------- |\

\ AND FAN REQ'D Windows 95 тм |\

\ |\

`------------------------------------------\

\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \

Обозначения:

1. P-рейтинг 5. Питающее напряжение

2. Название B=3.45 - 3.60B

3. Температура корпуса C=3.30 - 3.465B

W=55C R=70C F=3.135 - 3.465B

Q=60C Y=75C H=2.76 - 3.0B

X=65C Z=85C J=2.57 - 2.84B

4. Серийный номер K=2.38 - 2.63B

6. Температурный режим

4.2.2.3. Тесты.

Система Р – рейтингов измерения производительности процессоров была предложена в начале 1996 года компаниями AMD, Cyrix, IBM и SGS – Thomson Microelectronics. P-рейтинг составляется, по результа­там проведения эталонного теста Winstone 96, разработанного изда­тельством Ziff – Davis Этот тест представляет собой набор из 13 наи­более часто применяемых приложений, таких как Microsoft Word и Exel.

Следует заметить, что в отличие от системы тестов iComp, ко­торой пользуется корпорация intel для оценки производительности своих микропроцессоров, тестовый набор Winstone 96 является общедос­тупным.