Микропроцессоры

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.

Колоссальная интеллектуальная 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 0.35-мик-ронной

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 внутрен-них

тактов;

. 80-разрядное интегрированное, высокопроизводительное устройство

выполнения операций с плавающей запятой, обладающее небольшим

временем задержки при выполнении операций +/*;

. питающее напряжение - 3 В, система SSM (System ManagementMode) для

уменьшения потребляемой мощности;

. 64-разрядная шина и системный интерфейс помещен ы в 296-кон-такный

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.

4.2.2.5. AMD планирует выпустить K5.

Репутация AMD сильно зависит от успешности затянувшегося проекта

К5-первой самостоятельной пробы архитектурных сил в области х86. Рождение

К5 опасно откладывается уже не первый раз. В первом квартале следующего

года AMD планирует перевод K5 на технологический процесс с проектными

нормами 0.35 мкм и с трехуровневой металлизацией, разработанный при

содействии с HР и запускаемый на новом заводе AMD Fab 25 в Остине, штат

Техас. Это позволит уменьшить К5 с 4.2 миллионами транзисторов до 167

кв.мм и поднять процент выхода годных, а также тактовую частоту.

По мнению руководства AMD в 1996 году объем выпуска К5 будет

наращиваться достаточно быстро, что позволит отгрузить до конца года более

пяти миллионов процессоров. Ответом на вызов Intel с ее процессором

Pentium Pro может стать только процессор К6, но уже ник-то не верит, что

его удастся увидеть раньше 1997 года. Hесмотря на всемирный переход на

процессор Pentium, в следующем году еще могут сохранится некоторые рынки

для 486-х. Эксперты считают, что потребность таких региональных рынков,

как Китай, Индия, Россия, Восточная Европа и Африка, в 486-х чипах

составит до 20 миллионов процессоров в 1996 году. AMD рассчитывает, что

именно ей удастся поставить большую часть от этого количества. Поэтому

компания повышает тактовую частоту 486-х до 133 Мгц, чтобы конкурировать

с низшими версиями процессора Pentium в настольных ПК начального уровня.

Однако, AMD будет усиленно наращивать выпуск К5, поскольку 486-е быстро

выходят из моды.

4.3. Процессоры NexGen.

В то время: как компания Intel готовила отрасль к шокирующему выходу в

жизнь серийных моделей серверов и настольных машин на Pentium Pro, фирма

NexGen представляла форуму свои планы по разработке процессора Nx686.

Этот суперскалярный х86-совместимый процессор, к разработке которого

подключается еще и команда архитекторов из AMD, снятых с собственного

неудачного проекта К6, будет содержать около 6 млн. транзисторов,

включая вычислитель с плавающей точкой на одном кристалле с процессором

(отказ от предыдущего двухкристалльного подхода, ослабившего Nx586).

Технология КМОП с проектными нормами 0,35 мкм и пятислойной металлизацией

позволила «упаковать» на одном кристалле семь исполнительных узлов: два

для целочисленных, один для операций с плавающей точкой, по одному

для обработки мультимедиа, команд переходов, команд загрузки и команд

записи. Показатели производительности представители NexGen назвать не

смогли, но выразили предположение, что он превзойдет Pentium Pro на 16-раз-

рядных программах вдвое, а на 32-битовых - на 33 %.

До сих пор мало что известно про Nx686, так как чип еще не

анонсировался и NexGen не хочет раскрывать козыри перед конкурентами в

лице AMD, Cyrix и Intel. Однако, NexGen не хочет раскрывать козыри перед

конкурентами в лице AMD, Cyrix и Intel. Однако, NexGen настаивает о том,

что Nx686 по производительности сопоставим с интеловским Pentium Pro и AMD

K5, и наследует микроархитектуру Nx586, появившуюся в 1994 году. NexGen

называет ее RISC86. Базовая ее идея, как и в случае с Pentium Pro и K5,

состоит в преобразовании сложных CISC-команд программного обеспечения x86

в RISC-подобные операции, исполняемые параллельно в процессорном ядре

RISC-типа. Этот подход, известный под названием несвязанной

микроархитектуры, позволяет обогатить CISC-процессор новейшими достижениями

RISC-архитектур и сохранить совместимость с имеющимся ПО для х86.

В Nx686 эта философия продвинута на новый логический уровень.

Сегодня в Nx586 имеется три исполнительных блока, трехконвейерное

суперскалярное ядро. Он способен выполнять в каждом такте по одной

команде х86. Возможности для совершенствования очевидны: Nx586 будет

содержать пять исполнительных блоков, четыре конвейера и несколько

декодеров, способных справиться с выполнением двух или даже более команд

х86 за один машинный такт. Для этого потребуется встроить

дополнительные регистры переименования и очереди команд.

Подход к использованию интегрированного кэш-контроллера и

интерфейса для скоростной кэш-памяти остается неизменным. Представители

NexGen говорят, что они изучают возможность использования кристалла

вторичной кэш-памяти по образцу и подобию Intel, тем более что их

производственный партнер IBM Microelectronics способен делать

статическую память и многокристалльные сборки (MCM - multichip

modules).

Пример практической реализации технологии МСМ фирмы IBM

представляет новая версия процессора Nx586, запланированная к выпуску на

конец этого года и включающая кристалл CPU и FPU в одном корпусе.

Одновременное перепроектирование топологии с масштабированием до размера

линии 0.35 микрон позволит компании NexGen основательно уменьшить размеры

кристалла ЦПУ - до 118 кв.мм - меньше в этом классе ничего нет.

NexGen, новичок в группе производителей процессоров х86. Nx596

может параллельно обрабатывать на нескольких исполнительных блоках до

четырех простейших операций, которые названы командами RISC86.

Процессор К5 имеет похожий четырехпоточный дешифратор, но результаты его

работы компания называет R-ops.

4.4. Процессоры Cyrix.

Первая вещь из грандиозного проекта М1 компании Cyrix, наконец

обнародована. Это процессор Сх 6х86-100, монстроподобный кристалл

которого сложен и очень дорог для того, чтобы претендовать на массовый

выпуск в течении длительного срока. Его проблемы сможет решить процессор,

который пока имеет кодовое название M1rx и опирающийся на техпроцесс с

пятислойной металлизацией, идущий на смену трехслойной версии той же 0.6-

мкм технологии. Если проект увенчается успехом, то размер кристалла с 394

кв.мм уменьшится до 225 кв.мм, тогда у Cyrix появится шанс поднять тактовую

частоту до 120 МГц. В этом случае эксперты предсказывают ему

производительность в пределах 176-203 по тесту SPECint92, т.е. на уровне

процессора Pentium 133 (SPECint92=190.9) или 150 МГц. Если все обещания

сбудутся, то Cyrix сможет продать столько процессоров, сколько произведет.

Также компания cyrix предложила компромиссный вариант процессора - 5х86,

основанного на ядре 486-го, усиленного элементами архитектуры 6х86.

Стартовая версия этого гибрида будет совместима по цоколевке с гнездом 486-

го.

4.5. Процессоры Sun Microsystems.

Sun Microsystems процессор UltraSparc-II. Впервые вводя RISC-

технологию, SUN в 1988 году объявила SPARC в качестве масштабируемой

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5