Алгоритм работы процессора (стр. 4 из 6)

1999г. AMD K6®-III

Первый процессор от AMD, имеющий КЭШ-память второго уровня, объединенную с ядром. Представляют собой K6-2 с 256 Кбайт КЭШ-памятью L2 на чипе, работающей на той же частоте, что и ядро процессора. Рекомендуется для установки на материнские платы Super Socket 7, имеющие поддержку AGP. Кодовое имя: Sharptooth. Технические характеристики: 21.3 млн. транзисторов; технология производства: 0.25 мкм; тактовая частота: 350- 500 МГц; КЭШ первого уровня: 64 Кб (32 Кб на данные и 32 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 256 Кб (полноскоростной); КЭШ третьего уровня на материнской плате (до 3 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (100 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Super Socket 7.

1999г. Mobile AMD K6®-2

Мобильная версия K6®-2 с технологией PowerNow!™, призванной снижать потребляемую процессором мощность. Технические характеристики: 9.3 млн. транзисторов; технология производства: 0.25 мкм; тактовая частота: 300-500 МГц; КЭШ первого уровня: 64 Кб (32 Кб на данные и 32 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня на материнской плате (до 2 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (100 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 7.

1999г. AMD Athlon™

Первый процессор, архитектура и интерфейс

которого отличаются от Intel. После его выхода позиции Intel несколько пошатнулись, т. к. он демонстрировал большую производительность в большинстве приложений, чем Pentium !!! при равных тактовых частотах. Имеет расширенный набор инструкций Enhanced 3DNow!. Кодовое имя: K7, К75 (алюминиевые соединения), К76 (медные соединения). Технические характеристики: 22 млн. транзисторов; технология производства: 0.25-0.18 мкм; тактовая частота: 500-1000 МГц; КЭШ первого уровня: 128 Кб (64 Кб на данные и 64 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 512 Кб, работающий на 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора; процессорная шина – Alpha EV-6 200 МГц (DDR 100х2); общая разрядность: 32; разъём Slot A.

2000г. AMD Athlon™ Thunderbird

Этот процессор выпущен по технологии 0,18 мкм с использованием технологии медных соединений. Первоначально выпускался в форм-факторе Slot A, позднее Socket A. На чипе интегрированы 256 Кбайт КЭШа второго уровня, работающего на частоте процессора. Кодовое имя: Thunderbird. Технические характеристики: технология производства: 0.18 мкм; тактовая частота: 600-1400 МГц; КЭШ первого уровня: 128 Кб (64 Кб на данные и 64 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 256 Кб (полноскоростной); процессорная шина – Alpha EV-6 200-266МГц (DDR 100х2- 133х2); общая разрядность: 32; разъём Slot A, позднее Socket A.

2000г. AMD Duron™ (Spitfire)

Low-End версия Athlon™ Thunderbird с урезанным до 64 Кбайт КЭШем второго уровня. Разносит Celeron в "пух и прах", хотя обладает меньшей ценой. Кодовое имя: Spitfire. Технические характеристики: 25 млн. транзисторов; технология производства: 0.18 мкм; тактовая частота: 600-950 МГц; КЭШ первого уровня: 128 Кб (64 Кб на данные и 64 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 64 Кб (полноскоростной); процессорная шина – Alpha EV-6 200МГц (DDR 100х2); общая разрядность: 32; разъём Socket A.

2000г. AMD K6®-2+

Последний процессор из семейства K6® выполнен по 0,18 мкм технологическому процессу, имеет КЭШ-память второго уровня размером 128 Кбайт и технологию PowerNow!™. Технические характеристики: технология производства: 0.18 мкм; тактовая частота: 450-550 МГц; КЭШ первого уровня: 64 Кб (32 Кб на данные и 32 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня на материнской плате (до 3 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (95-100 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Super Socket 7.

2001г. Mobile AMD Duron™

Мобильная версия Duron-а с технологией PowerNow!™. Технические характеристики: технология производства: 0.18 мкм; тактовая частота: 700-950 МГц; КЭШ первого уровня: 128 Кб (64 Кб на данные и 64 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 64 Кб (полноскоростной); процессорная шина – Alpha EV-6 200МГц (DDR 100х2); общая разрядность: 32.

2001г. AMD Athlon™ 4

Мобильный Athlon™ на новом ядре Palomino, в котрое добавлена поддержка набора инструкций SSE от Intel. Кодовое имя: Palomino. Технические характеристики: технология производства: 0.18 мкм; тактовая частота: 950-1200 МГц; КЭШ первого уровня: 128 Кб (64 Кб на данные и 64 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 256 Кб (полноскоростной); процессорная шина – Alpha EV-6 266МГц (DDR 133х2); общая разрядность: 32; разъём Socket A.

2001г. AMD Athlon™ MP

Первый процессор от AMD, расчитанный на работу в двухпроцессорных системах, выполнен на ядре Palomino. Кодовое имя: Palomino. Технические характеристики: технология производства: 0.18 мкм; тактовая частота: 1000-1600 МГц; КЭШ первого уровня: 128 Кб (64 Кб на данные и 64 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 256 Кб (полноскоростной); процессорная шина – Alpha EV-6 266МГц (DDR 133х2); общая разрядность: 32; разъём Socket A.

2001г. AMD Duron™ (Morgan)

Этот Duron выполнен на ядре Morgan - урезанном варианте

Palomino (КЭШ L2 не 256, а 64 Кбайта). Кодовое имя: Morgan. Технические характеристики: 25.18 млн. транзисторов; технология производства: 0.18 мкм; тактовая частота: 1000-1200 МГц; КЭШ первого уровня: 128 Кб (64 Кб на данные и 64 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 64 Кб (полноскоростной); процессорная шина – Alpha EV-6 200МГц (DDR 100х2); общая разрядность: 32; разъём Socket A.

2001г. AMD Athlon™ XP

Версия процессора на ядре Palomino для настольных компьютеров. При маркировке этих процессоров используется не реальная тактовая частота, а индекс производительности, т. е. показывается какому Pentium 4 соответствует данный процессор. Например Athlon XP 2000+ работает на частоте 1666 МГц. В отличии от AMD K5, это реальный показатель и Athlon XP 1900+ действительно не уступает Р4 1900 МГц, а в некоторых приложениях даже превосходит его. Технические характеристики: технология производства: 0.18 мкм; тактовая частота: 1333-1666 МГц; КЭШ первого уровня: 128 Кб (64 Кб на данные и 64 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 64 Кб (полноскоростной); процессорная шина – Alpha EV-6 266МГц (DDR 133х2); общая разрядность: 32; разъём Socket A.

2. Алгоритм работы процессора

2.1. Устройство процессора

Основные функциональные компоненты процессора

• Ядро: Сердце современного процессора - исполняющий модуль. Pentium имеет два параллельных целочисленных потока, позволяющих читать, интерпретировать, выполнять и отправлять две инструкции одновременно.
• Предсказатель ветвлений: Модуль предсказания ветвлений пытается угадать, какая последовательность будет выполняться каждый раз когда программа содержит условный переход, так чтобы устройства предварительной выборки и декодирования получали бы инструкции готовыми предварительно.
• Блок плавающей точки. Третий выполняющий модуль внутри Pentium, выполняющий нецелочисленные вычисления
• Первичный кэш: Pentium имеет два внутричиповых кэша по 8kb, по одному для данных и инструкций, которые намного быстрее большего внешнего вторичного кэша.
• Шинный интерфейс: принимает смесь кода и данных в CPU, разделяет их до готовности к использованию, и вновь соединяет, отправляя наружу.

Рис. 1 Внутреннее строение процессора

Все элементы процессора синхронизируются с использованием частоты часов, которые определяют скорость выполнения операций. Самые первые процессоры работали на частоте 100kHz, сегодня рядовая частота процессора - 2000MHz, иначе говоря, часики тикают 2000 миллионов раз в секунду, а каждый тик влечет за собой выполнение многих действий. Счетчик Команд (PC) - внутренний указатель, содержащий адрес следующей выполняемой команды. Когда приходит время для ее исполнения, Управляющий Модуль помещает инструкцию из памяти в регистр инструкций (IR). В то же самое время Счетчик команд увеличивается, так чтобы указывать на последующую инструкцию, а процессор выполняет инструкцию в IR. Некоторые инструкции управляют самим Управляющим Модулем, так если инструкция гласит 'перейти на адрес 2749', величина 2749 записывается в Счетчик Команд, чтобы процессор выполнял эту инструкцию следующей.

Многие инструкции задействуют Арифметико-логическое Устройство (АЛУ), работающее совместно с Регистрами Общего Назначения - место для временного хранения, которое может загружать и выгружать данные из памяти. Типичной инструкцией АЛУ может служить добавление содержимого ячейки памяти к регистру общего назначения. АЛУ также устанавливает биты Регистра Состояний (Status register - SR) при выполнении инструкций для хранения информации о ее результате. Например, SR имеет биты, указывающие на нулевой результат, переполнение, перенос и так далее. Модуль Управления использует информацию в SR для выполнения условных операций, таких как 'перейти по адресу 7410 если выполнение предыдущей инструкции вызвало переполнение'.

Это почти все что касается самого общего рассказа о процессорах - почти любая операция может быть выполнена последовательностью простых инструкций, подобных описанным.

2.2. Алгоритм работы процессора

Весь алгоритм работы процессора можно описать в трех строчках

НЦ

| чтение команды из памяти по адресу, записанному в СК

| увеличение СК на длину прочитанной команды

| выполнение прочитанной команды

КЦ

Однако для полного представления необходимо определить логические схемы выполнения тех или иных команд, вычисления величин, а это уже функции Арифметико-логического Устройства

2.2.1. Арифметико-логическое Устройство

На уровне логических схем АЛУ состоит из логических элементов, сумматоров, триггеров и некоторых других элементов.

Логический элемент - электронная схема, реализующая элементарную переключающую функцию. При реализации функций переключения входные переменные соответствуют входным сигналам, а выходной сигнал представляет собой значение функции. Всего существует десять логических элементов, реализующих десять логических (элементарных или сложных) функций.

Логическая схема может реализовать сложную функцию алгебры логики, а может входить в состав другого функционального блока процессора (сумматора, дешифратора, регистра, триггера.)