Athlon xp 3200+

План

Додатки

1. Плакат формату А1. Архітектура Athlon xp 3200+

2. Креслення формату А2 блок-схема алгоритму рішення задачі

Вступ

Процесор AMD Athlon™ XP 3200+ модель 10 з архітектурою QuantiSpeed™ зроблений по 0.13 мікронній технології та збільшеним внутрішньочіповим кешем. Він втілює інноваційний дизайн в інтеграції та досвід проектувальників AMD, покращуючи стабільність та потужність платформи Socket A.

Розроблений в корпусі OPGA, процессор AMD Athlon XP 3200+ виконує цілочисельні операції, операції з плаваючою крапкою та 3D мультимедіа операції з високою потужністю на платформах x86. AMD Athlon XP може ефективно використовуватись для високошвидкісного доступу до Інтернет, цифрової обробки, цифрової фотографії, цифрового відео, пакування даних та відео в реальному часі для передачі по Інтернет, розробки тривимірних роликів, моделювання, автоматизованого проектування, видавничих систем і розпізнавання голосу.

1. ATHLON XP 3200+

1.1. Коротка характеристика

Основні характеристики процесора:

Архітектура QuantiSpeed™

Кеш 640K

Зовнішня шина 400MHz

Технологія 3DNow!™ Professional (72 інструкції, повна підтримка SSE)

Підтримка пам’яті DDR

Інфраструктура Socket A

Основні характеристики архітектури QuantiSpeed™ процесора:

Дев’яти потокова суперконвеєрна, суперскалярна архітектура процесора x86

Паралельні мультидекодери інструкцій x86

Три суперскалярні, зі зміною послідовності, конвеєрні блоки виконання команд з плаваючою крапкою, для виконання команд x87 (плаваюча крапка), інструкцій MMX™ та 3DNow!™

Три зі зміною послідовності, суперскалярні, конвеєрні блоки виконання цілочисельних команд

Три зі зміною послідовності, суперскалярні, конвеєрні блоки обчислення адрес

Блок управління інструкціями на 72-входа

Розширений апаратний блок попередньої обробки даних

Ексклюзивні та спекулятивні буфери TLB

Розширений динамічний прогноз галуження

Операції для роботи з 3D – технологія 3DNow!™ Professional:

21 оригінальна інструкція 3DNow!™ — перша технологія з підтримкою суперскалярного SIMD

19 додаткових інструкцій для покращення цілочисельних математичних операцій для кодування голосу та відео та покращення переміщення даних в Internet plug-ins та інших потокових программах

5 DSP інструкції для покращення роботи soft-модемів, soft ADSL, звука Dolby Digital surround та программ для роботи з MP3

52 SSE інструкції з цілочисельними та плаваючою крапкою SIMD доповненнями для підтримки технології Intel SSE

Сумісний з операційними системами Windows® XP, Windows 2000, Windows ME та Windows 98

Системна шина 400 MHz процесора AMD Athlon™ XP має високу пропускну спроможність для програм з інтенсивним обміном даними

Передача даних на швидкості 3.2GB/s

Підтримка 64-бітну двонаправлену передачу даних

Кеш інструкцій 64K, кеш даних 64K, кеш L1 128K, інтегрований кеш L2 512K.

З характеристик процесору можна виділити мікроархітектуру сьомого покоління, з інтегрованим кешем L2 ексклюзивного типу. Високошвидкісне ядро виконання команд, яке включає мультидекодер команд x86, двох портовий кеш 128 кілобайт (L1) першого рівня, кеш другого рівня 512 кілобайт ексклюзивного типу, три цілочисельні конвеєри, три конвеєри обчислення адрес та суперскалярний конвеєрний трьох поточний процесор для обчислень з плаваючою крапкою.

Процесор містить 640 Кілобайт загального кешу, має внутрішню шину 400Мгц з системною шиною 3,2 Гбайт/сек та технологію 3DNow!™ . Системна шина AMD Athlon комбінує в собі такі сучасні технології як топологія точка-точка, синхронізацію пакетної передачі даних та низьковольтну роботу.

AMD Athlon XP сумісний з існуючими прграмними пакетами для x86, оптимізованими для технологій MMX™, SSE та 3DNow!. Використовуючи формати даних та одно-інструкційні мульти-інформаційні (single-instruction multiple-data (SIMD)) операції основані на моделі інструкцій MMX, процесор виконує за один цикл чотири 32-бітні прості операції з плаваючою крапкою. Технологія 3DNow! в процесорі AMD Athlon XP додатково включає нові цілочисельні мультимедіа інструкції та інструкції роботи з масивами даних, призначеними для оптимізації створення цифрових зображень, потокового відео для Інтернет, нових інструкцій обробки цифрових сигналів (DSP) та комунікаційних програм.

Далі перелічені характеристики архітектури QuantiSpeed, що застосовується в процесорі:

Розширена дев’яти потокова, суперконвеєрна, суперскалярна мікроархітектура процесора x86 призначена для збільшення кількості інструкцій виконуємих за такт (instructions per cycle (IPC)) та підвищення частоти шини.

Повністю конвеєризований блок для обчислень з плаваючою крапкою x87, MMX, SSE та 3DNow!

Апаратна попередня вибірка даних збільшує та оптимізує потужність на високорівневих додатках, що використовують високу пропускну спроможність системи.

Додаткова дворівнева структура буфера швидкої трансляції адрес (translation look-aside buffer (TLB)), що представляє собою спеціальну кеш пам’ять для прискорення сторінкового перетворення, для покращення трансляції адрес даних та інструкцій. AMD Athlon XP процесор з архітектурою QuantiSpeed має TLB оптимізацію: L1 DTLB збільшено з 32 до 40 входів, L2 ITLB та L2 DTLB використовують ексклюзивну архітектуру, TLB входи можуть бути завантажені спекулятивно.

1.2 Архітектура ATHLON XP 3200+

Розглянемо загальну схему взаємодії процесора з пристроями системного блоку.

Рисунок 1. Діаграма взаємодії процесора з системними пристроями

Як видно, з діаграми процесор взаємодіє з монітором температури (Termal Monitor), який подає на контролер „південний міст”(Southbrige) інформацію про температуру процесора. Через контролер „північний міст”(Northbrige) процесор взаємодіє з графічною шиною AGP та оперативною пам’яттю SDRAM або DDR, шиною PCI. Через контролер „південний міст”(Southbrige) процесор взаємодіє з периферією USB, EIDE, LPC і ін.

1.3 Особливості

Архітектура системної шини складається з трьох високошвидкісних каналів (однонаправлений канал запитів процесора, однонаправлений канал зондування та двунаправлений 64-бітний канал передачі даних), внутрішню синхронізацію та пакетно орієнтований протокол. Крім того, системна шина подтримує декілька керуючих, часових та раніше підтримуємих сигналів. Інтерфейсні сигнали використовують сигнальну технологію Socket A.

Нижченаведена діаграма проказує логічно згруповані вхідні та вихідні сигнали процесора.

Рисунок 2. Логіко-символьна діаграма процесора

Можливості процесора, щодо керування живленням сумісні зі специфікаціями ACPI 1.0b та ACPI 2.0. Він підтримує стани низького споживання енергії Halt та Stop Grant. Керування живленням здійснюється за допомогою сигналів групи “Power Management and Initialization” та “Termal Diode”.

Додатковий програмуємий контролер переривань (APIC) призначений для гнучкого та розширеного використання переривань системами на базі процесорів AMD. PICD[1:0] – це двонаправлені сигнали, що передають повідомлення та керуються «південним мостом» чи за допомогою I/O APIC. PICCLK, керується системним таймером.

2. МПС КОМПЬЮТЕРА ATHLON XP 3200+

2.1. Плата та структура

Із збільшенням частоти процесора, що стало можливе з використанням технології 0.13-мікрона, з'єднаною з архітектурою QuantiSpeed, AMD продовжує постачати рішення для високопродуктивних цілочисельних обчислень, обчислень з плаваючою крапкою та 3D мультимедіа на платформах x86.

Мікропроцесор - це ключовий компонент у визначенні ефективності обчислювальної системи, виконує специфічні завдання в найкоротший час. Продуктивність мікропроцесору - це функція двох елементів.

1. Тактова частота процесора, міряється в мегагерцах, або гігагерцах.

2. Кількість операцій, що виконує процесор за один цикл, вимірюється в інструкціях за такт (IPC).

Продуктивність = [робота виконана за цикл] x [тактова частота]

AMD підтримує збалансовану мікро архітектуру з коротким конвеєром, розробленим для підвищення IPC.

Архітектура QuantiSpeed складається з чотирьох елементів, що диференціюють особливості, які збільшують продуктивність процесора AMD Athlon XP:

1. Дев'яти-потокова, суперскалярна, повністю конвеєрна архітектура.

2. Суперскалярний, повністю конвеєрний блок обчислень з плаваючою крапкою (FPU)

3. Апаратна попередня вибірка даних

4. Збільшені буфери швидкої трансляції адрес (TLB)

Рисунок 3: Архітектура мікропроцесора AMD Athlon XP

Пояснення до рис.3:

2 –way, 64KB Instruction Cache, 24-entry L1 TLB/256-entry L2 TLB – 2 канальний, 64Кб кеш інструкцій, 24 входи L1 TLB/256-входів L2 TLB

Predecode Cache – кеш попереднього декодування

Branch Prediction Table – таблиця прогнозу галуження

Fetch/Decode Control – керування вибіркою/декодуванням

3 way x86 Instructions Decoders- 3 канальний декодер інструкцій

Instructions Control Unit (72 entry)- блок керування інструкціями (72 входа)

Integer Sheduler (18 entry) – Цілочисельний планувальник (18 входів)

IEU – (Integer Execution Unit)– блок виконання цілочисельних команд

AGU (Address Generation Unit)– блок генерації адреси

FPU (Floating Point Unit)– Stack Map/Rename – стек FPU мапа / перейменування

FPU Sheduler (36 entry) – FPU(блок обчислення плаваючої крапки) планувальник (36 входів)

FPU Register File (88 entry) – FPU реєстратор файлів (88 входів)

Fstore, Fadd, Fmul – конвеєри 3DNow!, MMX..

Load/Store Queue – Черга завантаження/читання

Bus Interface Unit – блок інтерфейсної шини

L2 Cache 16 –way, 512KB – 16 канальний L2 кеш, 512KB

2 –way, 64KB Data Cache, 40-entry L1 TLB/256-entry L2 TLB –

2 канальний, 64Кб кеш даних, 40 входи L1 TLB/256-входів L2 TLB

System - Система

В серці архітектури QuantiSpeed мікропроцесора AMD Athlon XP (рис. 3) є конвеєрне, дев'яти-потокове, суперскалярне ядро процесора. Процесор AMD Athlon XP забезпечує більш широкі можливості виконання в дев'яти потоках, в порівнянні з конкурентними процесорами x86 з шістьма потоками виконання. Дев'ять потоків виконання складаються з трьох потоків обчислення адреси, трьох потоків виконання цілочисельних операцій і трьох потоків обчислення чисел з плаваючою крапкою.

2.3. Мультимедійні можливості

Кеш

Для того, щоб забезпечити таку суперскалярну мікроархітектуру, процесор AMD Athlon XP вміщує архітектуру великого внутрішнього кешу, особливо кеша L1 найближчого до ядра. Високопродуктивна архітектура кешу процесора включає двухканальний частково-асоціативний кеш 128KB L1 з окремими портами стеження (snoop) та виборки (fetch), і інтегрований повношвидкістний 16-канальний асоціативний кеш 512KB L2, що використовує 72-розрядний (64-розрядів даних + 8-розрядів ECC) інтерфейс. Кеш L1 процесора AMD Athlon XP складається з двох окремих 64KB двоканальних асоціативних кешей даних та команд. За допомогою більшого кеша L1, додатки, що використовуються на процесорі AMD Athlon XP, виконуються більш швидко, передаючі більше інструкцій і інформації до процесора. Кеш також має вісім банків, щоб забезпечити максимальний паралелізм для запуску багатьох додатків одночасно. Це підтримує конкурентний доступ двома 64-розрядними процесами або масивами. Командний кеш містить дані пре-декодування, щоб допомогти одночасно декільком, високопродуктивним декодерам команд. Кеші інструкцій і даних дуально-портові і містять порти стеження, розроблені, щоб виключити весь когерентний трафік системи, загальний для систем з багатьма пристроями, від заважання додатком.

Процесор AMD Athlon XP також включає інтегрований, повно-швидкісний асоціативний ексклюзивний 16-канальний кеш 512KB L2. Коли процесор запрошує дані він відразу шукає дані в кеші L1. Якщо процесор знаходить дані в кеші L1, результатом запиту є отримання даних з низько латентного кешу L1. Якщо процесор не може знайти дані в кеші L1, він шукає їх в кеші L2. Якщо дані не знайдені в кеші, він запитує ці дані з більш повільної системної пам'яті. В порівнянні з попередніми процесорами AMD Athlon XP з кешем 512KB L2 збільшує продуктивність програмних додатків, як наприклад ігри і мультимедіа програми за допомогою утримування більшої кількості часто використовуємих інструкцій і даних в кеші. Асоціативність збільшує коефіцієнт збігу за допомогою зменшення конфліктів даних. Це дає можливість розташування важливих даних в кеші L2, замість системної пам'яті. З ексклюзивною архітектурою кеша, вміст кешу L1 не дублюється в кеші L2. Це