.RU

Микропроцессоры для пользователей - часть 5

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. Hо 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 многокристалльный 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 регенирируемого, использует для хранения бита ячейку из шести транзисторов:

256 х 1024 х 8 бит х 6 тр-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 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. Penyium 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 вследствии 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.


ponyatie-osnovnie-cherti-subektov-administrativnoj-yurisdikcii-chast-3.html
ponyatie-osobennosti-vidi-i-funkcii-grazhdansko-pravovoj-otvetstvennosti.html
ponyatie-pocherka-i-sovremennoe-sostoyanie-klassifikacii-priznakov-pocherka.html
ponyatie-poznavatelnaya-model-realnosti.html
ponyatie-predmet-i-metod-trudovogo-prava.html
ponyatie-predmetov-vedeniya-mestnogo-samoupravleniya-chast-4.html
  • thescience.bystrickaya.ru/i-a-alyohina-imidzh-i-etiket-moskva-2006g-f-a-kuzin-imidzh-biznesmena.html
  • student.bystrickaya.ru/21--zak-lyusen-levi-bryul-sverh-estestvennoe-v-pervobitnom-mishlenii.html
  • learn.bystrickaya.ru/ezhednevnij-informacionnij-obzor-po-energoeffektivnosti-energosberezheniyu-i-vozobnovlyaemim-istochnikam-energii.html
  • tests.bystrickaya.ru/literatura-s-raspredeleniem-po-temam-tema-1-priznaki-hudozhestvennogo-povestvovaniya.html
  • shkola.bystrickaya.ru/satiricheskoe-izobrazhenie-dejstvitelnosti-v-istorii-odnogo-goroda-m-e-saltikova-shedrina-glava.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/programma-i-metodicheskie-ukazaniya-dlya-studentov-zaochnoj-formi-obucheniya-po-specialnosti-030501-yurisprudenciya-irkutsk-2006g.html
  • holiday.bystrickaya.ru/ocenka-riska-zdorovyu-naseleniya-g-saleharda-v-svyazi-s-himicheskim-sostavom-pitevoj-vodi.html
  • tasks.bystrickaya.ru/112-programmnoe-obespechenie-licenziya-na-5-polzovatelej-4-komplekta.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/psihologicheskoe-soderzhanie-ponyatiya-risk.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/grigorij-xiii.html
  • write.bystrickaya.ru/glava-dvenadcataya-shrek-i-osel-pyatnica-11-chasov-24-minuti-minus-angel-zotov.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-disciplina-vichislitelnie-sistemi-seti-i-telekommunikacii-nazvanie-disciplini.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/puti-povisheniya-effektivnosti-sbitovoj-deyatelnosti-na-predpriyatii-oao-magnit.html
  • report.bystrickaya.ru/informacionnaya-podderzhka-zhurnal-issledovatelskaya-rabota-shkolnikov.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/issledovanie-raspredeleniya-temperaturi-v-tonkom-cilindricheskom-sterzhne.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/voprosi-k-zachetu-kurs-tyumenskij-gosudarstvennij-universitet-rabochij-uchebnij-plan-2009-2010-gg-specialnost.html
  • learn.bystrickaya.ru/fizioterapevticheskie-metodi-lecheniya-o-l-ivanov-kozhnie-i-venericheskie-bolezni.html
  • learn.bystrickaya.ru/glava-2-psevdoplot-liniya-ognya-vasilij-orehov.html
  • universitet.bystrickaya.ru/spravochnik-telefonov-stranica-14.html
  • doklad.bystrickaya.ru/v-i-lenin-v-i-lenin-materializm-i-empiriokriticizm.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/19-30-realnij-mir-20-00-chas-pik-novosti-20-35-est-povod.html
  • thescience.bystrickaya.ru/kazhdij-raz-kogda-ya-poluchayu-iz-tipografii-dolgozhdannie-korobki-so-svoimi-knigami-i-beru-ih-v-ruki-u-menya-vnutri-voznikayut-udivitelnie-chuvstva-zdes-stranno-p-stranica-24.html
  • writing.bystrickaya.ru/ballistika-chast-12.html
  • write.bystrickaya.ru/glava-11-chto-delat-esli-vi-otstaete-kniga-kotoruyu-vi-derzhite-v-rukah-mozhet-sigrat-v-toj-ili-inoj-mere.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/412-pobediteli-i-prizeri-municipalnogo-etapa-analiz-nauchno-metodicheskoj-raboti-maou-liceya-5-v-2010-2011-uchebnom-god.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/v-p-bazhov-intelligenciya-voprosi-i-otveti-m-1991-g.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/avtomatizaciya-neftedobivayushego-kompleksa-s-vnedreniem-tehnologii-roadm-programma-konferencii-kazan-2012.html
  • portfolio.bystrickaya.ru/otraslevaya-ekonomika-1-strani-srednej-azii-obshie-voprosi-evrazijskoe-ekonomicheskoe-soobshestvo.html
  • znaniya.bystrickaya.ru/programma-povisheniya-kvalifikacii-gosudarstvennih-sluzhashih-osnovi-gosudarstvennogo-upravleniya-stavropol.html
  • thescience.bystrickaya.ru/ispitanie-pri-prieme-na-rabotu-i-ego-yuridicheskoe-znachenie-chast-7.html
  • tests.bystrickaya.ru/krasilnikova-kseniya-ivanovna.html
  • assessments.bystrickaya.ru/edinaya-rossiya-dostignut-li-elektoralnij-potolok.html
  • essay.bystrickaya.ru/bibliograficheskie-zapisi-sbornikov-elektronnih-resursov-bez-obshego-zaglaviya.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/programma-po-ozdorovitelnoj-rabote-gou-sosh-shkola-zdorovya.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/radio-rossii-vesti-13092007-bogdanova-marina-1800-gosduma-rf-monitoring-smi-14-sentyabrya-2007-g.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.