48432 (Процессор персонального компьютера), страница 2

10. Поток команд процессора

В отличие от классического варианта, когда весь конвейер состоит из четырех ступеней, в большинстве современных процессоров конвейер разбивается на семь и более ступеней (гиперконвейерная обработка), для чего требуется более высокая тактовая частота.

Технология гиперконвейерой обработки предполагает удвоение длины конвейера по сравнению с предыдущей микроархитектурой Р6. например, один из основных элементов конвейера – блок предсказания ветвлений и восстановления работы – разбит на 20 тактов.

В Pentium IV на ступени исполнения используется меньшее количество функциональных блоков процессора. Но каждый из них обладает более длинным и более коротким конвейером. Процессор Pentium IV может одновременно выполнять на разных ступенях по 126 инструкций. Кроме того, в Pentium IV кэш первого уровня разделен и его кэш команд находится фактически на препроцессоре. Он называется кэшем с отслеживанием (trace cache) и оказывает влияние и на конвейер, и на основной поток команд. Эта кэш - память содержит декодированные команды х86 (микрокоманды), что устраняет задержку на расшифровку кодов команд. Исполнительные устройства процессора получают непрерывный поток команд, а общее время восстановления работы при неправильном предсказании ветвления существенно сокращается.

В процессорах с микроархитектурой х86, таких как Pentium III или Athlon, команды поступают в декодер из кэша команд, где они разбиваются на меньшие части (микрокоманды). Эти микрокоманды применяются при внеочередном исполнении команд, исполнительное устройство выполняет их планирование, исполнение и сброс. Такое разбиение имеет место, когда процессор выполняет инструкцию.

КЭШ L1

↓

Декодирование

инструкций

↓

Планирование

↓

Исполнение

↓

Сброс

(обобщенная схема работы процессора х86)

Кэш команд Pentium IV принимает транслированные и декодированные микрокоманды, готовые к передаче на внеочередное исполнение, и формирует из них мини – программы («отслеживания» - traces).

Декодирование

инструкций

↓

Тrace Сache

↓

Планирование

↓

Исполнение

↓

Сброс

(схема работы процессора Pentium IV)

По мере выполнения препроцессором накопленных отслеживаний кэш с отслеживаниями посылает до трех микрокоманд за такт на внеочередное устройство исполнения. В этом случае команды не нужно транслировать или декодировать. И только в случае промаха кэше первого уровня (L1) препроцессор начнет выбирать и декодировать инструкции из кэша второго уровня (L2) – к основному конвейеру добавляется дополнительные 8 ступеней.

Кэш с отслеживаниями работает в двух режимах:

- исполнительном (execute mode);

- построения отслеживающих сегментов (trace segment build mode).

В режиме исполнения кэш L1 передает команды исполнительным устройствам. Когда наступает промах этого кэша, он переходит в режим отслеживающих сегментов. В этом режиме препроцессор выбирает команды из кэша L2, транслирует их в микрокоманды, создает отслеживающий сегмент, который затем перемещается в кэш с отслеживающими и далее выполняется. Кэш – память уровня L2 с улучшенной передачей данных объемом 256 Кб ускоряет обмен информацией между кэш – памятью уровня 2 и ядром процессора.

Улучшенная система динамического исполнения – сложное устройство предположительного исполнения, хранящие команды для исполнительных устройств. Эта система позволяет исполнительным устройствам выбирать команды из большого набора предстоящих операций.

Как было отмечено выше, процессор начинает декодирование лишь в случае промаха кэша L1. Поэтому он разработан таким образом, чтобы декодировать только одну х86 – команду за такт. Так как длинный х86 – команды декодируются в 2 или 3 микрокоманды, то чтобы не засорять кэш с отслеживаниями, поступают следующим образом. Как только при создании отслеживающего сегмента кэш с отслеживаниями встречает длинную х86 – инструкцию, он вставляет в отслеживающий сегмент метку, которая указывает ячейки оперативной памяти с последовательностью микрокоманд данной инструкции. В режиме исполнения, когда кэш с отслеживаниями будет передавать поток инструкций на ступень исполнения, при попадании на такую метку он приостановит работу и на время передаст управление потоком команд микрокоду оперативной памяти.

11. Кодовые названия

Кодовые названия процессоров Intel

Семейство 486.

Р24. Первый 32 – разрядный процессор. 1,25 млн. транзисторов; тактовая частота – 50 – 66 МГц; кэш – память L1 – 8 Кб; кэш – память L2 на матричной плате – до 512 Кб; шина данных 32 – разрядная (25 – 33 МГц); адресная шина 32 – разрядная; общая разрядность – 32.

Р24С. Последний 486 процессор с 16 Кб кэшем первого уровня; 1,6 млн. транзисторов; тактовая частота – 75 – 100 МГц; кэш первого уровня 16 Кб; кэш второго уровня на матричной плате – до 512 Кб; процессор 32 – разрядный; шина данных 32 – разрядная (25 – 33 МГц); адресная шина 32 – разрядная; общая разрядность – 32.

Семейство Pentium MMX.

Р5. Первый процессор с двухконвейерной структурой, выпускался под Socket 4; кэш – память – 16 Кб; 3,1 млн. транзисторов; технология производства – 0,8 мкм; тактовая частота – 60 – 66 МГц; L1 – 16 Кб; L2 на матричной плате – до 1 Мб; процессор 64 – разрядный; шина данных 64 – разрядная (60 – 66 МГц); адресная шина 32 – разрядная; общая разрядность – 32.

Р54. 3,3 млн. транзисторов; технология производства – 0,5 – 0,35 мкм; тактовая частота – 75 – 200 МГц; L1 – 16 Кб; L2 на матричной плате – до 1 Мб; процессор 64 – разрядный; шина данных 64 – разрядная (50 – 66 МГц); адресная шина 32 – разрядная; разъем Socket 5, позднее Socket 7.

Р55С. Расширение MMX (Multi Media eXtention), содержащее 57 команд для вычислений с плавающей точкой, увеличивающее производительность компьютера в мультимедиа приложениях; 4,5 млн. транзисторов; технология производства – 0,28 мкм; тактовая частота – 166 – 233 МГц; L1 – 32 Кб; L2 на матричной плате – до 1 Мб; процессор 64 – разрядный; шина данных 64 – разрядная (60 – 66МГц); адресная шина 32 – разрядная; общая разрядность – 32; разъем Socket 7.

Семейство Pentium Pro.

Pentium P6. Создавался как процессор для серверов и рабочих станций, имеет объединенный в одном корпусе L2 объемом 256Кб; 5,5 млн. транзисторов; технология производства – 0,35 мкм; тактовая частота – 150 – 200 МГц.

Klamath. Первый процессор линейки Pentium II и первая модель с разъемом Slot 1; технология – 0,35 мкм; тактовые частоты ядра – 233 – 300 МГц; частота шины – 66 МГц; L1 – 32 Кб; L2 – 512 Кб; конструктивное исполнение – картридж SECC.

Deschutes. Ядро процессор линейки Pentium II, сменившего Klamath; технология – 0,25 мкм; тактовые частоты ядра – 233 – 300 МГц; частота шины – 66 МГц; L1 – 32 Кб; L2 – 512 Кб; тактовая частота – 266 – 450 МГц; частота шины – 66 – 100 МГц; L2 на процессоре – 521 Кб. Разъем Slot 1; конструктивное исполнение – картридж SECC, который в старших моделях был сменен на SECC2.

Katmai. Ядро процессора Pentium III, пришедшего на смену Deschutes. Добавлен блок SSE (Streaming SIMD Extensions), расширен набор команд MMX, усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Технология – 0,25 мкм; тактовая частота – 450 – 600 МГц; L2 на процессоре – 512 Кб; частота шины – 100 МГц; разъем - Slot 1.

Coppermine. Ядро процессоров Pentium III и Celeron; технология – 0,18 мкм; 256 Кб L2 для Pentium III и 128 Кб – для Celeron. Частота – от533 МГц и выше. Наряду с FSB100 МГц версиями Pentium III выпущены и варианты FSB133 МГц. Последние процессоры, рассчитанные на Slot 1, постепенно были вытеснены изделиями в конструктивном исполнении FC – PGA 370, рассчитанными на разъем Socket 370. частота шины для процессоров Celeron – 66 МГц, а начиная с модели Celeron 800 – 100 МГц.

Tualatin – 256K. Кодовое наименование ядра и процессоров Socket 370 Pentium III, сделанных по технологии 0,13 мкм. Рабочая частота моделей для Desktop с частотой системной шины 100 МГц – 1,1 ГГц.

Семейство Celeron.

Covington. Первый процессор линейки Celeron. Построен на ядре Deschutes и выпускался по 0,25 – микронной технологии. Тактовая частота – 266 – 300 МГц; частота системной шины 66 МГц; L1 – 32 Кб; Slot 1.

Mendocino. L2 – 128 Кб, интегрированная на одном кристалле с ядром. Тактовая частота – 300 – 533 МГц; частота системной шины – 66 МГц; технология 0,25 мкм для Slot 1, 0,22 мкм – для Socket – 370.

Coppermine 128K. Начиная с частоты 533 МГц, у Celeron появилось ядро – Coppermine с урезанным до 128 Кб кэшем L2. по своим характеристикам этот процессор максимально близок к Pentium III, построенному на базе Coppermine, в том числе впервые для Celeron включает поддержку SSE. Частота процессора – 900 МГц и выше; технология 0,13 мкм; частота системной шины – 100 МГц.

Willamette – 128. Технология 0,18 мкм; тактовая частота – 1,6 – 2 ГГц; L1 – 8 Кб; L2 – 128 Кб; процессор 64 – разрядный; шина данных 64 – разрядная (400 МГц); разъем Socket 478.

Семейство Pentium IV.

Willamette 423. Процессор с гиперконвейеризацией (hyperpipelining) – с конвейером, состоящим из 20 ступеней. Технология 0,18 мкм; тактовая частота процессора – 1,3 – 2 ГГц; L1 – 8 Кб; L2 – 256 Кб; процессор 64 – разрядный; шина данных 64 – разрядная (400 МГц); разъем Socket 423.

Willamette 478. Технология 0,18 мкм; тактовая частота – 1,3 – 2 ГГц; L1 – 8 Кб; L2 – 256 Кб (полноскоростной); процессор 64 – разрядный; шина данных 64 – разрядная (400 МГц); разъем Socket 478.

Northwood. Производится с соблюдением технологических норм 0,13 мкм в 478 – контактном корпусе форм – фактора mPGA478 (FC – PGA2). Особенностью процессора является специальная алюминиевая пластина над кристаллом, которая одновременно выполняет функции теплоотвода и экранирующего элемента.

Prescott. Наследник ядра Northwood, будет изготавливаться по технологии 90 нм, частота системной шины 667 МГц, поддержка Hyper – Threading, Socket 478. Наследник ядра Prescott – Tejas.

Nehalem. Производится по технологии 90 нм, а в конце 2005 г. – планировалось и по технологии 65 нм.

Процессоры Intel для портативных ПК.

Dixon. Технология – 0,25 мкм и 0,18 мкм; L1 – 32 Кб; L2 – 256 Кб на чипе; тактовая частота процессора – 300 – 500 МГц; частота шины – 66 МГц. Официальная классификация – мобильные процессоры Pentium II.

Pentium III – M. Мобильные процессоры нового поколения, изготовленные с использованием технологического процесса 0,13 мкм. Имеют новые средства управления энергопотреблением SpeedStep, Deeper Sleep.

Процессоры Intel для серверов.

Xeon. Официальное наименование линейки процессоров для мощных серверов и рабочих станций. Первые варианты были построены на ядре Deschutes. Технология – 0,25 мкм; Slot 2; L2 имеет объем 512, 1024, 2048 Кб.

Tanner. Pentium III Xeon. Тактовая частота от 500 МГц; частота системной шины 100 МГц; CSRAM – кэш второго уровня объемом 512, 1024, 2048 Кб. Поддерживается MMX и SSE; L1 – 32 Кб.

Cascades. Pentium III Xeon, созданный по технологии 0,18 мкм. Это серверный вариант Coppermine. На чипе содержится L2 – 256 Кб; тактовая частота от 600 МГц; частота шины процессора – 133 МГц.

Pentium III – S. Процессоры с ядром Tualatin; технология – 0,13 мкм; кэш L2 – 512 Кб; рабочие частоты – с 1,13 ГГц. Предназначены для двухпроцессорных конфигураций.

Foster. Pentium IV в серверном варианте. Тактовая частота – 100 МГц при передаче данных с частотой 400 МГц; Socket 603.

Prestonia. Pentium IV в серверном варианте, созданный по технологии 0,13 мкм. Основную систему составляет специальный чипсет Plumas. Частота первых моделей процессора – 2,20 ГГц.

Nocona. Xeon с новым ядром, изготовленным по технологии 90 нм. Ядро Pentium IV, Prescott; L2 – 1 Мб; тактовая частота системной шины 533 – 667 МГц.

64 – разрядные процессоры Intel.

Merced. Кодовое наименование ядра и первого процессора архитектуры IA – 64; аппаратно совместим с архитектурой IA – 32. включает трехуровневую кэш – память 2 – 4 Мб. Технология изготовления – 0,18 мкм; частота ядра – 667 МГц и выше; частота шины – 266 МГц. Физический интерфейс – Slot M. официальное наименование – Itanium.

McKinley. Второе поколение процессоров архитектуры IA – 64. Тактовая частота ядра процессоров начинается с 1 ГГц. Физический интерфейс – Slot M.

Itaniym 2. Торговая марка, под которой анонсирован 64 – разрядный процессор, ранее известный под кодовым названием McKinley. Тактовая частота 1 ГГц; 3 Мб кэша L3.

Madison. Построен по 0,13 мкм технологии. Тактовые частоты первых процессоров Madison и Deerfield составили 1,5 ГГц. Оба чипа оснащены 6 Мб кэша L3 и изготавливаются по технологии 0,13 мкм.

Deerfield. Эти процессоры должны производиться по 0,13 или 0,1 мкм технологии фирмы Motorola. Ядро является преемником Foster. Процессоры рассчитаны на Slot M и позиционируются как недорогие процессоры архитектуры IA – 64 для рабочих станций и серверов среднего уровня. Тактовые частоты первых процессоров Madison и Deerfield на момент начала поставок составят как минимум 1,5 ГГц, при этом, как известно, оба чипа будут обладать 6 Мб кэша L3 и будут изготавливаться по технологии 0,13 мкм.

Montecito. Двуядерный чип на базе архитектуры IA – 64, который Intel планировал выпустить в конце 2005г.

Кодовые названия процессоров AMD

К5. Первые процессоры AMD. Разъем – Socket 7, частота системной шины 50 – 66 МГц; кэш – память L1 – 24 Кб. Кэш – память L2 расположена на материнской плате и работает на частоте процессорной шины.

К6. Процессоры – конкуренты Pentium II. Первые модели производились по технологии 0,35 мкм (кодовое имя Little Foot). Процессоры работали на частоте от 166 до 233 МГц; кэш – память L1 – 64 Кб (по 32 Кб для команд и данных).

К6 – 2. Поколение К6 с кодовым именем Chomper. Поддержка дополнительного набора инструкций 3D Now! И частоты системной шины 100 МГц. Кэш – память L1 – 64 Кб; кэш L2 находится на материнской плате и может иметь объем от 512 Кб до 2 Мб, работая на частоте шины процессора.