Процессоры для IBM-совместимых компьютеров

Особенность сегодняшней ситуации на рынке процессоров для IBM-совместимых ПК состоит в том, что между основными производителями процессоров развернулась жесткая конкурентная борьба за свое место под солнцем. В первую очередь это касается компаний Intel и AMD, соперничество между которыми особенно обострилось после выпуска процессора AMD-K6-2, ставшего достойным конкурентом процессорам линеек Intel Pentium II и Intel Celeron. Другие производители x86-совместимых процессоров также не стоят на месте — прежде всего это Cyrix и IDT. Таким образом, вполне естественным представляется вопрос о том, что же предлагают сейчас производители клонов и способна ли их продукция конкурировать с процессорами Intel.

На сегодняшний день на рынке комплектующих для IBM-совместимых компьютеров имеется большое количество процессоров от Intel самых разных модификаций. В этом разнообразии легко запутаться, поэтому уже в то, ныне далекое время, когда выпускались 386 процессоры, Intel ввел специальный идентификационный код, по которому можно было бы установить марку процессора — CPUID (в официальной документации Intel также используется термин "Processor Signature"). Идентификатор CPUID представляет собой 14-битное число, в котором в закодированном виде хранится информация о типе (Type) — 2 старших бита с 12 по 13, семействе (Family) — 4 бита с 8 по 11, модели (Model) — 4 бита с 4 по 7, а также ревизии (Stepping) процессора — 4 младших бита с 0 по 3. Так, например, для процессоров Pentium Pro CPUID равен 061x, а для Pentium II — 063x или 065x.

Все современные процессоры Intel поддерживают инструкцию CPUID, с помощью которой можно "запросить" у процессора его идентификатор CPUID. Помимо этого, инструкция CPUID позволяет узнать, поддерживает ли процессор ряд дополнительных функций (MMX, APIC и.т.д.), а также характеристики L1- и L2-кэша. Некоторые ранние модели процессоров Intel эту инструкцию не поддерживали.

CPUID, а также много других полезных характеристик процессора, можно определить с помощью ряда программ, например, CPUID от Intel (ftp://download.intel.com/cn/gb/developer/cpuid/windows/cpuid.exe), c't CM (ftp://ftp.heise.de/pub/ct/pcconfig/ctcm16n.zip) и c't Pentium II Info (ftp://ftp.heise.de/pub/ct/pcconfig/ctp2info.zip) от немецкого компьютерного журнала c't (http://www.heise.de/ct/english/).

CPUID процессоров производства Intel в двоичной системе исчисления.

1. Процессор не поддерживает инструкцию CPUID.
2. Инструкция CPUID поддерживается только процессорами со stepping=3.
3. Type должен быть равен 01h для Pentium OverDrive, однако, из-за ошибки процессора, при выполнении инструкции CPUID для Type всегда возвращается значение 00h.
4. Для более точной идентификации процессора используются характеристики L2-кэша. Если L2-кэш отсутствует, то это Intel Celeron, если размер L2-кэша равен 1 Мбайт или 2 Мбайт — Pentium II Xeon, во всех остальных случаях — Pentium II model 5 или Pentium II Xeon с L2-кэшем объемом 512 Кбайт.

Кроме CPUID, для определения модификации процессора используются также еще два идентификатора: S-Spec и маска процессора ("mask"). В официальной документации Intel вместо термина "mask" используется термин "core stepping" — ревизия ядра, что лучше отражает суть этого идентификатора.

S-Spec — это идентификатор, который однозначно определяет функциональные, электрические, технологические характеристики и тип упаковки конкретного экземпляра процессора. Безусловно, S-Spec — самый важный из трех рассмотренных идентификаторов: зная его, можно узнать CPUID, маску, рабочую частоту ядра процессора, размер L2-кэша и некоторые другие характеристики процессора: таблицы с соответствующей информацией публикуются на одном из www-узлов Intel и регулярно обновляются. Значение S-Spec обязательно присутствует в маркировке, наносимой на картридж или корпус процессора. Однако S-Spec нигде не "прошивается" в ядре процессора, что, на самом деле, дает лишний повод для подделки процессоров путем их перемаркировки. Например, если процессор поддается разгону и устойчиво работает на частотах выше официально заявленной, то достаточно изменить его маркировку в соответствии с этой повышенной частотой, и тогда вполне возможна ситуация, когда поддельный разогнанный процессор будет неотличим от настоящего. Все было бы совсем иначе, если идентификатор S-Spec прошивался бы где-нибудь в процессоре и его можно было прочитать — наподобие CPUID. В этом случае подделать процессор было бы намного труднее (или вообще невозможно).

Самый младший из всех процессоров, выпускаемых на сегодняшний день компанией Intel, появился на рынке в январе 1997. Это был Intel Pentium MMX — первый процессор, который поддерживал новый набор из 57 команд MMX. Pentium MMX изготавливается по 0,28-микронной технологии, имеет внутренний L1-кэш объемом 32 Кбайт, тактовую частоту ядра 166-233 МГц, частоту шины 66 Мгц и разъем Socket 7.

Вслед за этим процессором корпорация Intel выпустила Pentium Pro — первую модель из семейства P6, в которой был впервые использован L2-кэш, выполненный на одном кристалле с ядром и работающий на частоте ядра процессора. Pentium Pro выпускается по 0,60- и 0,35-микронной технологии, имеет L1-кэш объемом 16 Кбайт, L2-кэш объемом 256, 512 или 1024 Кбайт, тактовую частоту ядра в 150-200 МГц, частоту системной шины в 66 МГц, разъем Socket 8.

Процессоры линейки Pentium II позиционируются Intel как CPU для массового PC средней производительности. В нее входят семейства процессоров Klamath, Deschutes и планируемые к выпуску в будущем семейства процессоров Katmai (Pentium III) и Coppermine. Здесь необходимо заметить, что имена Klamath, Deschutes, Katmai и Coppermine — это все рабочие названия процессоров, которые используются на этапе их разработки и после выпуска процессоров на рынок заменяются на официальные. Так, в официальной технической документации Intel вы на встретите названия Klamath или Deschutes — вместо этого используются, например, Pentium II 233 MHz или Pentium II 400 MHz. Кстати, совсем недавно Intel объявил о смене рабочего названия Katmai на официальное Pentium III.

Май 1997 был ознаменован появлением Klamath (ныне не выпускается) — первого процессора линейки Pentium II и первой модели с разъемом Slot 1. Klamath изготавливался по старой 0,35-микронной технологии — поэтому он работал только на частотах 233-300 Мгц и, вдобавок к этому, сильно нагревался (по сравнению с тем же Deschutes). Не прошло и года, как его сняли с производства.

Процессор Klamath имеет L1-кэш объемом 32 Кбайт (16 Кбайт для данных + 16 Кбайт для инструкций), L2-кэш объемом 512 Кбайт работает на половинной частоте процессора, частота системной шины 66 МГц, поддерживает MMX, многопроцессорность — до 2 процессоров. Напряжение на ядре — 2,8 В, на L2-кэше — 3,3 В. CPUID для процессоров семейства Klamath равен 63x.

Конструктивно процессор и L2-кэш размещаются на одной печатной плате (substrate). Сам процессор выполнен в виде одной микросхемы с пластиковым корпусом, которая имеет форму квадрата с отсеченными углами и распаивается в центре "лицевой" стороны платы. L2-кэш состоит из пяти микросхем: микросхемы TagRAM-памяти — расположена в центре "обратной" стороны платы ("под" процессором), и четырех микросхем BSRAM-памяти — две расположены на "лицевой" стороне платы, симметрично по бокам от процессора, а оставшиеся две — на "обратной" стороне платы, симметрично по бокам от микросхемы TagRAM-памяти. На одном из краев платы расположены два ряда контактных выводов — по одному с каждой стороны платы. Эти краем плата устанавливается в разъем Slot 1 на материнской плате.

Печатная плата с процессором и L2-кэшем размещается внутри защитного S.E.C.C. (Single Edge Contact Cartridge) картриджа. Корпус картриджа состоит из теплоотводной металлической пластины (thermal plate), к которой может быть прикреплен пассивный или активный охлаждающий радиатор, и пластмассовой крышки (cover). Под теплоотводной пластиной расположена небольшая пластмассовая пластинка (skirt). Плата устанавливается внутрь картриджа таким образом, что ее "лицевая" сторона обращена к теплоотводной пластине. Охлаждение микросхемы процессора обеспечивается за счет ее непосредственного контакта с теплоотводной пластиной, чего не скажешь о микросхемах BSRAM-памяти L2-кэша — они, что называется, "варятся в собственном соку", поскольку конструктив S.E.C.C. картриджа не предусматривает для них никакого принудительного охлаждения.

Появление Deschutes в январе 1998 стало дальнейшим этапом в развитии линейки Pentium II. Процессор изготавливается по 0,25-микронной технологии, имеет тактовую частоту 266-450 МГц, частоту системной шины 66/100 МГц, L1-кэш объемом 32 Кбайт (16 Кбайт для данных + 16 Кбайт для инструкций), L2-кэш объемом 512 Кбайт - размещен на одной печатной плате с процессором и работает на половиннной частоте ядра, разъем Slot 1, поддерживает MMX, многопроцессорность - до 2 процессоров, имеет CPUID равный 65x. Будет производится до II квартала 1999 г.

Использование 0,25-микронной технологии (против 0,35-микронной для Klamath) позволило снизить не только себестоимость процессора (так как из одной кремниевой пластинки можно вырезать большее количество микросхем), но и напряжение на ядре — 2,0 В, что, в свою очередь, привело к снижению тепловой мощности, рассеиваемой процессором. Действительно, если 300 МГц Klamath рассеивает 43 Вт, то 333 МГц Deschutes — всего 20,6 Вт. Архитектура ядра процессора осталась такой же, как и у Klamath. Прежними же остались и возможности по поддержке многопроцессорности — до 2 процессоров.

Объем и частота (половина от частоты ядра) L2-кэша остались прежними, а вот его конструктив изменился. Если у Klamath он состоял из пяти микросхем (TagRAM + 4 BSRAM), то у Deschutes — из трех: TagRAM + две BSRAM. Это снижает себестоимость и энергопотребление, но сказывается на производительности: L2-кэш с четырьмя BSRAM-микросхемами при прочих равных условиях работает на 3%-5% быстрее, чем с двумя BSRAM-чипами.

Еще одно отличие Deschutes от Klamath — поддержка ECC-коррекции ошибок при обмене данными между ядром процессора и L2-кэшем. Если в семействе Klamath выпускались процессоры как с поддержкой ECC при работе с L2-кэшем, так и без нее, то для Deschutes ситуация несколько другая — все процессоры этого семейства поддерживают ECC-коррекцию ошибок при обмене данными между ядром процессора и L2-кэшем.

Конструктив S.E.C.C. картриджа у Deschutes в исполнении "первого типа" претерпел некоторые изменения по сравнению с S.E.C.C. картриджем у Klamath, как и его название, которое изменилось на "S.E.C.C. картридж с extended thermal plate" вместо обычного "S.E.C.C. картридж". Если раньше заднюю стенку картриджа образовывали теплоотводная металлическая пластина (thermal plate) и небольшая пластмассовая пластинка (skirt), расположенная внизу, то теперь теплоотводная металлическая пластина имеет несколько большие размеры (extended thermal plate) и занимает всю заднюю стенку. Это позволяет улучшить охлаждение процессора. На теплоотводной пластине также появились два специальных выступа; когда картридж и печатная плата собраны в единую сборку, эти выступы соприкасаются с микросхемами BSRAM-памяти, обеспечивая тем самым охлаждение L2-кэша — напомним, что в S.E.C.C. картридже охлаждение микросхем памяти L2-кэша не предусмотрено.

Напряжение/сила тока на ядре процессора/L2-кэше для процессоров семейства Klamath/Deschutes с частотами 233-333 МГц.

Мощность тепловыделения и рабочий температурный режим для процессоров семейства Klamath/Deschutes с частотами 233-333 МГц и S.E.C.C. картриджем при номинальных значениях Vсс_CORE и Vcc_L2

Напряжение/сила тока на ядре процессора/L2-кэше для процессоров семейства Deschutes с частотами 350-450 МГц.

Мощность тепловыделения и рабочий температурный режим для процессоров семейства Deschutes с частотами 350-450 МГц и S.E.C.C. картриджем с extended thermal plate при номинальных значениях Vсс_CORE и Vcc_L2.

Мощность тепловыделения и рабочий температурный режим для процессоров семейства Deschutes с частотами 350-450 МГц и S.E.C.C.2 картриджем при номинальных значениях Vсс_CORE и Vcc_L2.

Идентификация процессоров линейки Pentium II.

Примечания:

1. Vсс_CORE равно 2,8 В.
2. T_PLATE (рабочая температура теплоотводной пластины S.E.C.C. картриджа) равна 5°C – 75°C, кроме процессоров с S-Spec, равными SL28R , SL2HA, SL2MZ и SL2QC, для которых T_PLATE равна 5°C – 72°C.
3. Pentium II процессор в "boxed" исполнении с активным охлаждающим радиатором (с вентилятором).
4. Vсс_CORE равно 2,0 В.
5. T_PLATE равна 5°C – 65°C.
6. T_PLATE равна 5°C – 75 °C (с использованием extended thermal plate).
7. L2-кэш поддерживает кэширование до 4 Гбайт памяти (или, говоря другими словами, "L2 cacheable area" равна 4 Гбайт).
8. Процессор не будет автоматически останавливаться при получении сигнала THERMTRIP# (перегрев процессора).
9. В маркировке на корпусе картриджа может быть ошибочно указано, что процессор поддерживает ECC-коррекцию ошибок на шине L2-кэша.
10. T_PLATE равна 5°C – 70°C (с использованием extended thermal plate).
11. Pentium II OverDrive процессор в "boxed" исполнении с активным охлаждающим радиатором (с вентилятором).

Katmai (официальное название — Pentium III) — следующий за Deschutes процессор линейки Pentium II; его выпуск намечен на начало 1999 года. В нем впервые будет использован новый набор команд для обработки 3D графики — KNI (Katmai New Instructions). Существует также другое название KNI, используемое внутри Intel - SSE (Streaming SIMD Extensions). L1-кэш будет иметь размер 64 Кбайт (32 Кбайт для данных + 32 Кбайт для команд), L2-кэш объемом 512 Кбайт будет размещен на одной печатной плате с процессором и работать на половине частоты ядра процессора, разъем — Slot 1.

Katmai сначала будет изготавливаться по 0,25-микронной технологии и иметь тактовую частоту ядра 450/500 МГц при частоте системной шины 100 МГц. К концу 1999 г. планируется выпуск процессоров, изготовленных по 0,18-микронной технологии, с тактовой частотой ядра 533 МГц при частоте системной шины 133 МГц. Частота системной шины в 133 МГц будет поддерживаться в новом чипсете от Intel, который будет ориентирован на применение в системе оперативной памяти типа RAMBUS, поддержку AGP 4x mode и UDMA/66. В старших моделях Katmai объем L2-кэша будет достигать 1 Мбайт или даже 2 Мбайт. Katmai можно будет также использовать в уже имеющихся Slot-1 материнских платах на чипсете i440BX, но после перепрошивки BIOS.

Coppermine — следующий за Katmai процессор линейки Pentium II, который должен быть выпущен в III квартале 1999 года. Первые версии будут иметь частоту 600 МГц и L2-кэш емкостью 512 Кбайт, работающий на половинной частоте ядра процессора, поддерживать частоту системной шины в 133 МГц, набор инструкций KNI и MMX. Технологический процесс — 0,18 микрон, разъем — Slot 1. Ожидается версия для мобильных компьютеров.

В линейку процессоров Celeron входят процессоры семейств Covington и Mendocino. Рассчитаны на применение в недорогих системах начального уровня.

Covington — первый процессор линейки Celeron, — появился на рынке в апреле 1998 года. Построен на ядре Deschutes и выпускается по 0,25-микронной технологии. Тактовая частота — 266-300 МГц, частота системной шины — 66 МГц, L1-кэш — 32 Кбайт (16 Кбайт для данных + 16 Кбайт для инструкций). Для уменьшения себестоимости выпускается без L2-кэша и защитного картриджа — в так называемом S.E.P.P. исполнении (Single-Edge Processor Package). Физический интерфейс — Slot 1.

Mendocino — следующий за Covington процессор линейки Celeron, выпущен в августе 1998 года. В отличие от своего предшественника, имеет L2-кэш объемом 128 Кбайт, интегрированный на одном кристалле с ядром и работающий на тактовой частоте ядра (!). Технология изготовления — 0,25 микрон. Тактовая частота — 300 (обозначается как "300A", чтобы легче было отличать ее от 300 МГц Covington'а) — 400 Мгц, частота системной шины — 66 Мгц, L1-кэш — 32 Кбайт (16 Кбайт для данных + 16 Кбайт для инструкций).

Mendocino может выпускаться как в виде платы под разъем Slot 1 (исполнение "Single-Edge Processor Package"), так и в виде одной микросхемы под новый разъем PGA370 — в PPGA-исполнении (Plastic Pin Grid Array Package). По своему дизайну 370-пиновый разъем PGA370 напоминает разъем Socket 7, а Mendocino в PPGA-исполнении — обычные процессоры Pentium. А вот дизайн печатной платы процессора Mendocino с разъемом Slot 1 идентичен дизайну платы процессора Covington — также с разъемом Slot 1, кроме одной детали: микросхема процессора Mendocino несколько больше микросхемы процессора Covington — видимо, за счет наличия дополнительного L2-кэша, выполненного на одном кристалле с процессором.

Мощность тепловыделения и рабочий температурный режим для процессоров линейки Celeron при номинальном значении Vсс_CORE.

Примечания:

• Процессор линейки Intel Celeron в "boxed" исполнении с активным охлаждающим радиатором (с вентилятором).

Процессоры линейки Xeon позиционируются Intel как CPU для серверов и рабочих станций. В нее входит семейство процессоров Xeon и планируемые к выпуску в будущем семейства процессоров Tanner, Cascades, Willamete и Foster.

Процессор Xeon — это новая и пока единственная альтернатива процессору Pentium Pro, и кроме того, это первый процессор с разъемом Slot 2. L2-кэш Xeon'а работает на частоте ядра, как и у Pentium Pro, и может иметь объем 512, 1024, 2048 Кбайт, однако, в отличие от своего предшественника, выполнен не на одном кристалле с процессором, а в виде микросхем, расположенных на одной плате с ядром.

Xeon построен на ядре Deschutes, производится по 0,25-микронной технологии, поддерживает мультипроцессорные конфигурации (до четырех процессоров) и до 64 Гбайт физической оперативной памяти. Объем L1-кэша — 32 Кбайт (16 Кбайт для данных + 16 Кбайт для инструкций), тактовая частота ядра — 400-450 МГц, системной шины — 100 МГц. Поддерживает SMBus-интерфейс, что дает дополнительные возможности для управления системой. Выпускается в S.E.C.C.-исполнении.

Напряжение/сила тока на ядре процессоров линейки Xeon.

Напряжение/сила тока на L2-кэше процессоров линейки Xeon.

Мощность тепловыделения и рабочий температурный режим для процессоров семейства Xeon при номинальных значениях Vсс_CORE и Vcc_L2.

Идентификация процессоров линейки Xeon.

1. Процессор не будет автоматически останавливаться при получении сигнала THERMTRIP# (перегрев процессора).
2. Processor Information ROM этих процессоров содержит номер S-spec, но символ "S" в начале слова заменен на символ пробела " ".
3. Процессор должен работать при температуре T_PLATE равной 65?C.
4. ECC-коррекция для L2-кэша не может быть отключена.
5. Процессор в "boxed" исполнении с пассивным охлаждающим радиатором.

Tanner — процессор, который должен придти на смену Xeon. Его выпуск запланирован на конец первого квартала 1999 года. Тактовая частота — от 500 МГц, шина — 100/133 МГц, CSRAM-кэш второго уровня, работающий на частоте процессора, объемом 512, 1024 и 2048 Кбайт, L1-кэш — 32 Кбайт, технология — 0,25 микрон, поддержка MMX и KNI, разъем — Slot 2.

Cascades — еще один процессор, который должен сменить Xeon. В отличие от Tanner, его цена планируется не такой высокой за счет меньшего объема L2-кэша — всего 256 Кбайт, который также будет работать на частоте процессора, но зато будет выполнен на одном кристалле с ядром. Разъем — Slot 2. Тактовая частота — от 600 МГц, системная шина — 133 МГц, L1-кэш — 32 Кбайт, технология — 0,18 микрон, поддержка KNI и MMX. Будет ориентирован на рынок PC средней мощности.

Foster — ожидается в конце 2000-го/-начале 2001-го года. Значительно больший, по сравнению с сегодняшним, объем кэш-памяти первого и второго уровней, сначала 0,18-, а потом 0,13-микронный технологический процесс и частоты от 1 ГГц и выше. Будет использовать шину от Merced и иметь разъем Slot M.

Все процессоры линеек Pentium Pro, Pentium II, Celeron и Xeon имеют одинаковую базовую микроархитектуру и по этому признаку относятся к одному большому семейству процессоров P6. Для примера мы рассмотрим микроархитектуру процессоров линейки Pentium II.

Основная отличительная черта микроархитектуры процессоров семейства P6 — использование алгоритмики "динамического выполнения команд" (dynamic execution), которая построена на основе трех базовых концепций: предсказании переходов (branch prediction), динамическом анализе потока данных (dynamic data flow analysis) и спекулятивном выполнении инструкций (speculative execution).

Конечно, такое преждевременное исполнение инструкций может оправдать себя только в том случае, если алгоритм нахождения наиболее вероятных ветвей работает достаточно хорошо. Действительно, если ветвь угадана неверно, то процессору придется исполнить инструкции, принадлежащие как неверно угаданной, так и альтернативной ветви, проделав тем самым двойную работу. Если бы такая ситуация наблюдалась часто, то использование этой методики было бы невыгодно. Судя по тому, что концепция "предсказания переходов" активно используется производителями процессоров, соответствующая алгоритмика развита достаточно хорошо. В процессоре Pentium II за предсказание переходов "отвечает" Fetch/Decode Unit (модуль загрузки/декодирования инструкций).

Dispatch/Execute Unit (модуль диспетчеризации/исполнения инструкций) процессора Pentium II может одновременно следить за ходом исполнения множества инструкций и выполнять их в таком порядке, который позволяет оптимизировать загрузку вычислительных ресурсов процессора. В это же самое время Dispatch/Execute Unit следит за целостностью данных, над которыми проводятся вычисления.

Выполнение инструкций в порядке, отличном от порядка их постановки в очередь на исполнение (out-of-order execution), позволяет избежать простоя вычислительных ресурсов даже в том случае, когда в L1-кэше нет данных, необходимых для исполнения инструкции, или между инструкциями есть зависимость данных, и зависимая инструкция не может быть исполнена (например, в результате исполнения инструкции "A" получаются данные, которые используются при исполнении инструкции "B"; соответственно, инструкция "B" не может быть исполнена раньше, чем инструкция "A").

Спекулятивное выполнение инструкций — это способность процессора исполнить инструкции в порядке, отличном (как правило, с опережением) от порядка во входном потоке инструкций (что определяется кодом исполняемой программы), но завершить и возвратить (commit) результаты исполнения инструкций в порядке, соответствующем оригинальному входному потоку инструкций.

В это время Retire Unit (модуль завершения и удаления инструкций) последовательно просматривает пул инструкций и ищет исполненные инструкции, которые не имеют зависящих от них других инструкций, и следовательно, могут считаться исполненными и готовыми к извлечению из пула инструкций. Найденные инструкции извлекаются из пула инструкций в том порядке, в каком они поступили в очередь на исполнение, результаты их исполнения возвращаются (commited) — записываются в оперативную память и/или в IA-регистры (Intel Architecture registers — регистры общего назначения процессора) и регистры данных математического сопроцессора (FPU — floating-point unit)), после чего инструкции удаляются из пула инструкций.

Процессор Pentium II построен на основе семи базовых модулей — Fetch/Decode Unit (модуль загрузки/декодирования инструкций), Dispatch/Execute Unit (модуль диспетчеризации/исполнения инструкций), Retire Unit (модуль завершения и удаления инструкций), Instruction Pool (пул инструкций, его также называют Reorder Buffer — буфер переупорядочивания инструкций), Bus Interface Unit (модуль внешнего интерфейса), L1 ICache (L1-кэш для инструкций) и L1 DCache (L1-кэш для данных).

Fetch/Decode Unit предназначен для приема входного потока инструкций исполняемой программы, поступающего из L1-кэша инструкций, и их последующего декодирования в поток микроопераций (µops).

Этот модуль работает следующим образом. Прежде всего, блок Next_IP вычисляет индекс (порядковый номер) инструкции, содержащейся в L1-кэше инструкций, которая должна быть обработана следующей — то есть извлечена из L1-кэша инструкций и передана для последующего декодирования.

Индекс этой инструкции вычисляется блоком Next_IP на основе поступающей в него информации о прерываниях, которые были переданы в процессор для обработки, возможных предсказанных переходах (предсказание выполняется блоком Branch Target Buffer), и сообщениях о неправильно предсказанных переходах (branch-misprediction), которые поступают от целочисленных вычислительных ресурсов, расположенных в модуле Dispatch/Execute Unit. После вычисления индекса следующей обрабатываемой инструкции L1-кэш инструкций извлекает две строки кэшированных данных (cache line) — ту, которая соответствует вычисленному индексу, и следующую за ней, — а затем передает для декодирования извлеченные 16 байт, которые содержат IA-инструкции (Intel Architecture). Начало и конец IA-инструкций маркируются.

Полученные таким образом микрооперации передаются в блок Register Alias Table Allocate, где все содержащиеся в микрооперациях адреса IA-регистров преобразуются в адреса внутренних физических регистров процессора семейства P6 — тем самым IA-архитектура и P6-архитекура оказываются развязанными. Это существенно увеличивает возможности работы процессора при вычислениях, так как, во-первых, отпадает необходимость следить за целостностью содержимого IA-регистров при исполнении инструкций, во-вторых, адресное пространство перестает быть ограниченным возможностями IA-архитектуры и может быть значительно расширено, что приводит к росту скорости вычислений, и, в-третьих, такая переадресация обеспечивает возможность спекулятивного исполнения инструкций — далее все вычисления ведутся во внутренней P6-архитектуре процессора, а IA-архитектура снова появляется “на сцене” только на этапе завершения инструкций в модуле Retire Unit.

Instruction Pool (Reorder Buffer). Основное назначение этого модуля — предоставить возможность исполнения микроопераций в произвольном порядке; в том числе, отличном от порядка их генерации.

В тот момент, когда микрооперации попадают в пул инструкций, порядок их следования в потоке соответствует тому порядку, в котором они были сгенерированы в результате декодирования IA-инструкций, поступивших на вход модуля Fetch/Decode Unit, — никакого изменения порядка следования пока не произошло. Пул инструкций представляет собой последовательный массив инструкций; при этом любая из этих инструкций может быть в любой момент времени обработана модулем Dispatch/Execute Unit или Retire Unit — то есть порядок обработки инструкций может быть произвольным и не зависит от первоначального порядка, в котором инструкции поступили в пул. Именно поэтому пул инструкций иногда называют еще буфером переупорядочивания инструкций (Reorder Buffer).

Dispatch/Execute Unit. Этот модуль проверяет состояние микроопераций, содержащихся в пуле инструкций, исполняет их, если есть такая возможность, и записывает полученные результаты обратно в пул инструкций.

Reservation Station — основной управляющий блок модуля Dispatch/Execute Unit. Именно он планирует порядок исполнения и занимается диспетчеризацией (распределением между вычислительными ресурсами) микроопераций. Этот блок последовательно просматривает пул инструкций в поисках микроопераций, которые готовы к исполнению — таковыми считаются микрооперации, у которых готовы (т.е. вычислены/загружены) исходные операнды, — и передает (распределяет, диспетчеризует) их на исполнение свободным вычислительными ресурсам, которые могут исполнить микрооперацию. Результаты исполнения микрооперации записываются в пул инструкций и хранятся там вместе с самой микрооперацией до тех пор, пока последняя не будет завершена — этим занимается уже модуль Retire Unit.

Retire Unit — модуль, который знает как и когда завершить (commit) временные внутренние спекулятивные вычисления, выполненные в P6-архитектуре, преобразовать их и вернуть окончательный результат в IA-архитектуре.

Retire Unit постоянно сканирует содержимое пула инструкций и проверяет статус хранящихся в нем микроопераций. Как только находится исполненная и готовая к удалению из пула микрооперация, Retire Unit преобразует результаты ее исполнения, хранящиеся во внутреннем представлении процессора (то есть во внутренних регистрах, в контексте P6-архитектуры), к представлению в IA-архитектуре и записывает результат исполнения в опертивную память и/или в IA-регистры. После этого микрооперация удаляется из пула инструкций.

Retire Unit процессора Pentium II способен завершить и удалить до трех микроопераций за один такт работы процессора.

Bus Interface Unit. Этот модуль отвечает за обмен данными между L1-кэшом инструкций, L1-кэшом данных, системной шиной и L2-кэшом.

Процессоры AMD

Прежде всего, следует сказать несколько слов об идентификации процессоров AMD. Все современные x86-процессоры поддерживают инструкцию CPUID, входящую в стандартный набор x86-инструкций, и процессоры AMD не стали исключением из этого правила. Идентификатор CPUID процессоров AMD — это усеченный вариант идентификатора CPUID для процессоров Intel. Все отличие заключается в том, что отброшены два старших бита — 12 и 13, в которых у процессоров Intel хранится значение поля Type, которого нет у процессоров AMD. Таким образом, идентификатор CPUID процессоров AMD представляет собой 12-битное число, состоящее из трех полей: Instruction Family — четыре старших бита с 8 по 11 (аналогично Family для Intel), Model — четыре бита с 4 по 7 (аналогично Model для Intel) и Stepping — четыре младших бита с 0 по 3 (аналогично Stepping для Intel). CPUID процессоров AMD можно определить с помощью программы CPUID от AMD (http://www.amd.com/K6/k6docs/cpuidfls.exe). С того же www-сайта можно скачать еще одну полезную программу — CPUSPEED (http://www.amd.com/K6/k6docs/cpuspd4.exe), которая позволяет узнать реальную рабочую частоту ядра процессора AMD.

CPUID процессоров производства AMD в двоичной (xxxxb) и шестнадцатеричной (xh) системе исчисления.

1. Значение поля "Model" для процессоров семейств Am486 и Am5_X86 зависит от конкретной модификации процессора следующим образом: Am486DX2-WT -> 3h, Am486DX2-WB -> 7h, Am486DX4-WT -> 8h, Am486DX4-WB -> 9h, Am5_X86-WT (150 МГц) -> 8h, Am5_X86-WB (150 МГц) -> 9h, Am5_X86-WT (133 и 160 МГц) -> Eh, Am5_X86-WB (133 и 160 МГц) -> Fh.

Компания AMD всегда была и по сей день остается главным соперником Intel на рынке процессоров с x86-архитектурой. На сегодняшний день AMD выпускает процессоры двух семейств с x86-архитектурой — AMD-K6 и AMD-K6-2.

AMD-K6 появился на рынке в апреле 1997 г. — это был первый процессор шестого поколения от AMD, который составил достойную конкуренцию Intel Pentium MMX. AMD-K6 имеет L1-кэш объемом 64 Кбайт (32 Кбайт для инструкций + 32 Кбайт для данных), поддерживает набор MMX-инструкций и частоту системной шины в 66 МГц. Поддерживаемый L2-кэш — внешний, устанавливается на материнской плате и работает на частоте системной шины. Процессор выполняется в виде одной микросхемы в CPGA-упаковке (Ceramic Pin Grid Array), которая имеет 321 контактную ножку и совместима с разъемом Socket 7.

Первые процессоры AMD-K6 изготавливались по 0,35-микронной технологии — это было семейство процессоров AMD-K6 Model 6 с CPUID = 56xh. Напряжение на ядре (core voltage) у этих процессоров было равно 2,9 В (что соответствовало частоте на ядре в 166 МГц или 200 МГц), или 3,2 B (что соответствовало частоте на ядре в 233 МГц), а входное напряжение (I/O voltage) у всех моделей было одинаковое — 3,3 В.

Более поздние модели AMD-K6 стали изготавливать по 0,25-микронной технологии — семейство процессоров AMD-K6 Model 7 с CPUID = 57xh. Это позволило снизить напряжение на ядре до 2,2 В, которое теперь остается неизменным во всем диапазоне возможных рабочих частот 0,25-микронного ядра — 200, 233, 266, 300 МГц. А вот входное напряжение не изменилось и по-прежнему равно 3,3 В.

AMD-K6-2 стал дальнейшим развитием линейки процессоров AMD шестого поколения (семейство процессоров AMD-K6-2 Model 8 с CPUID = 58xh). Он был анонсирован в конце мая 1998 г. и позиционируется как альтернатива процессорам линеек Intel Pentium II и Intel Celeron.

Как и его предшественник, он имеет L1-кэш объемом 64 Кбайт (32 Кбайт для инструкций + 32 Кбайт для данных), поддерживает внешний L2-кэш — работает на частоте системной шины, набор MMX-инструкций, выполняется в виде CPGA-микросхемы под разъем Socket 7. Изготавливается по 0,25-микронной технологии, напряжение на ядре процессора — 2,2 В, входное напряжение — 3,3 В. AMD-K6-2 поддерживает технологию 3DNow!, частоты системной шины в 66/95/100 МГц, тактовые частоты ядра в 233/266/300/333/350/366/380/400 МГц и совместим с платформами Super7 и Socket 7.

Маркировка процессоров AMD-K6-2. Маркировка, наносимая на микросхему процессоров AMD-K6-2, бывает двух типов. Причиной тому послужила путаница в названиях одного и того же процессора. Дело в том, что новый оригинальный набор инструкций процессора от AMD, позволяющий увеличить производительность системы при работе с 3D-графикой, имел рабочее название "AMD-3D". А новый процессор, в котором планировалось впервые реализовать этот набор инструкций, получил рабочее название "AMD-K6 3D". Однако, впоследствии рабочее название "AMD-3D" изменили на всем хорошо известное маркетинговое "3DNow!", а "AMD-K6 3D" — на "AMD-K6-2". Вот и получилось, что один и тот же процессор был сначала известен под именем "AMD-K6 3D", а потом под именем "AMD-K6-2". Так появилось два названия и два типа маркировки одного и того же процессора.

AMD-K6O
AMD-K6 3D/xxxpvt
v.vV CORE/3.3V I/O
R AAAAAAA
xxxMHz

AMD-K6O -2
AMD-K6-2/xxxpvt
v.vV CORE/3.3V I/O
R AAAAAAA
xxxMHz

• xxx: рабочая частота ядра процессора в МГц, возможные значения для процессора AMD-K6 3D — 233, 250, 266, 300, для процессора AMD-K6-2 — 233, 266, 300, 333, 350, 366, 380, 400;
• v.vV: напряжение на ядре процессора (Core Voltage), возможное значение — 2.2V (2.2V = 2.2V);
• pvt: p — тип упаковки микросхемы (Package Type), возможное значение — А (A = 321-pin PGA);
• v — рабочие напряжения (Operating Voltage), возможное значение — F (F = 2.1-2.3V Core/3.135-3.6V I/O);
• t — рабочая температура корпуса микросхемы (Case Temperature), возможные значения — R (R = 0°C–70°C), Q (Q = 0°C–60°C);
• R AAAAAAA: R — ревизия, возможные значения A (A = Revision A), B (B = Revision B), и.т.д.;
• AAAAAAA — заводской код, предназначен для внутреннего использования компанией-производителем.

Несомненно, самая важная информация заключена в элементе со структурой "AMD-K6 3D/xxxpvt" или "AMD-K6-2/xxxpvt", который в рабочей терминологии AMD имеет название "Ordering Part Number" (OPN). В качестве справочной информации мы приводим значения OPN для выпускавшихся ранее процессоров AMD-K6 3D: AMD-K6 3D/233AFR, AMD-K6 3D/250AFR, AMD-K6 3D/266AFR, AMD-K6 3D/300AFR, AMD-K6 3D/333AFR; а также для выпускавшихся/выпускающихся процессоров AMD-K6-2: AMD-K6-2/233AFR, AMD-K6-2/266AFR, AMD-K6-2/300AFR, AMD-K6-2/333AFR, AMD-K6-2/350AFR, AMD-K6-2/366AFR, AMD-K6-2/380AFR, AMD-K6-2/400AFQ.

Допустимые рабочие напряжения и температура (T_CASE) процессора AMD-K6-2.

Максимально допустимые напряжения и температуры (T_CASE и T_STORAGE) процессора AMD-K6-2.

1. В случае, если хотя бы один из параметров окажется за пределами указанного интервала, микросхема процессора может выйти из строя.
2. Под T_CASE понимается температура корпуса микросхемы процессора во время его работы. Если температура корпуса микросхемы во время работы процессора окажется вне интервала (-65°C; +110°C), то микросхема процессора может выйти из строя.
3. Под T_STORAGE понимается температура корпуса микросхемы процессора при хранении, то есть процессор может и не работать, а сама микросхема может быть воообще не установлена в разъем на материнской плате. Если температура корпуса микросхемы окажется вне интервала (-65°C; +150°C), то кристалл внутри нее может выйти из строя даже в том случае, если микросхема не установлена в разъем на материнской плате.

Максимальное значения силы входного тока и силы тока на ядре процессора AMD-K6-2.

Примечания:

1. Максимальное значение I_CC2 измерялось при V_CC2 = 2,3 В.
2. Максимальное значение I_CC3 измерялось при V_CC3 = 3,6 В.

1. Измерение максимальной тепловой мощности, рассеиваемой процессором, проводилось во время обработки процессором специально подобранного потока инструкций, при исполнении которого загрузка вычислительных мощностей процессора достигает своего возможного максимума. Напряжения V_CC2 и V_CC3 были номинальными: V_CC2 = 2,2 В, V_CC3 = 3,3 В.
2. Измерение номинальной тепловой мощности, рассеиваемой процессором, проводилось во время обработки процессором потока инструкций, типичного для нормально работающей системы. Напряжения V_CC2 и V_CC3 были номинальными: V_CC2 = 2,2 В, V_CC3 = 3,3 В.

В процессоре AMD-K6-2 реализована так называемая "Enhanced RISC86"-микроархитектура. RISC — это аббревиатура от Reduced Instruction Set Computing (“вычисления с сокращенным набором команд”). RISC-процессор обладает меньшим числом команд фиксированной длины. Упрощенная структура позволяет RISC-процессору развивать более высокую скорость. Типичные представители RISC-процессоров — Alpha от DEC, SPARC от SUN, PowerPC от IBM. В противоположность этому CISC — сокращение от Complex Instruction Set Computing (“вычисления со сложным набором команд”). Все члены семейства х86 — типичные представители CISC-процессоров со сложными, но удобными наборами команд.

Что касается AMD-K6-2, то речь в данном случае идет об объединенной архитектуре на основе преобразования х86-команд в более простые в обращении RISC-инструкции. Основная ее особенность состоит в том, что внешние x86-инструкции, поступающие на обработку в процессор, преобразуются во внутренние RISC86-инструкции, которые и исполняются процессором. Вместо того, чтобы напрямую исполнять сложные x86-инструкции с переменной длиной от 1 до 15 байт, процессор обрабатывает поток простых RISC86-инструкций фиксированной длины.

L1-кэш инструкций и данных, предварительное декодирование. L1-кэш состоит из двух независимых блоков: L1-кэша данных (Level-One Dual Port Data Cache) и L1-кэша инструкций (Level-One Instruction Cache) с кэшем предварительного декодирования (Predecode Cache). L1-кэш данных предназначен только для хранения данных и имеет объем 32 Кбайт. Несколько сложнее обстоит дело с L1-кэшем инструкций: наряду с инструкциями, для хранения которых предназначены 32 Кбайт памяти, в нем хранятся так называемые "биты преддекодирования" (predecode bits) — для них отведено 20 Кбайт памяти. Дело в том, что после загрузки инструкции в L1-кэш инструкций выполняется ее предварительное декодирование (predecoding) — к каждому байту инструкции добавляется пять бит (из этого и следует соотношение 32 Кбайт/20 Кбайт = 8/5), в которые записывается информация о количестве байт, оставшихся до начала следующей инструкции. Эта информация используется на этапе декодирования x86-инструкций в RISC86-инструкции. После того, как L1-кэш инструкций полностью заполнится данными, инструкции вместе с преддекодированными битами передаются в буфер инструкций (Instruction Buffer).

Модуль декодирования (Multiple Instruction Decoders). Модуль декодирования извлекает x86-инструкции (до 16 байт данных с инструкциями за один такт) с битами преддекодирования из буфера инструкций (Instruction Buffer), определяет границы инструкций и преобразует их в RISC86-инструкции. Непосредственно преобразованием занимаются четыре декодера: два для декодирования простых (Short Decoder #1, Short Decoder #2) и два для декодирования сложных x86-инструкций (Long Decoder, Vector Decoder). Одновременно могут работать либо два декодера Short Decoder #1 и Short Decoder #2, либо декодер Long Decoder, либо декодер Vector Decoder.

Два декодера Short Decoder #1 и Short Decoder #2 работают параллельно и обрабатывают наиболее часто используемые x86-инструкции — move, shift, branch, ALU, FPU, а также инструкции из наборов команд MMX и 3DNow!. Декодеры Short Decoder #1 и Short Decoder #2 обрабатывают только часто используемые (most commonly-used) x86-инструкции длиной не более семи байт. Каждый может преобразовать только одну такую x86-инструкцию и сгенерировать 0 (например, при обработке x86-инструкции NOP), одну или две RISC86-инструкции за такт. Таким образом, за один такт оба декодера могут сгенерировать до 4 RICS86-инструкций.

Редко используемые инструкции (semi-commonly-used) длиной до семи байт и обычные инструкции (commonly-used) с длиной большей семи байт, но меньшей или равной 11 байтам обрабатываются декодером Long Decoder, который может декодировать только одну такую x86-инструкцию и сгенерировать до 4 RISC86-инструкций за такт.

Все остальные преобразования (более сложные инструкции, прерывания, и.т.д.) выполняются декодером Vector Decoder. В этом случае Vector Decoder генерирует набор первых RISC86-инструкций и адрес заранее предопределенного набора последующих инструкций, который хранится в ROM-памяти (On-Chip ROM) и извлекается блоком RISC86 Sequencer.

Все наборы RISC86-операций, генерируемые декодерами и извлекаемые из On-Chip ROM всегда (!) состоят из групп, содержащих по четыре RISC86-операции. В том случае, если их получилось меньше, недостающее количество заполняется пустыми RISC86-инструкциями NOP. Например, если Long Decoder преобразовал x86-инструкцию в три RISC86-инструкции, то к ней добавляется одна RISC86-инструкция NOP. Получившийся поток из таких групп поступает в буфер планировщика (Scheduler Buffer) — за один такт всегда передается группа из четырех RISC86-операций.

Центральный планировщик (Centralized RISC86 Operation Scheduler). Планировщик — это сердце процессора AMD-K6-2. Он следит за процессом исполнения RISC86-инструкций, приведением результата их исполнения к x86-архитектуре, а также возвращением результатов спекулятивного выполнения x86-инструкций в соответствии с их порядком поступления на вход процессора.

В буфере планировщика может одновременно содержаться до 24 RISC86-инструкций. Любая из них может быть в любой момент передана на исполнение соответствующему вычислительному блоку (store, load, branch, register X integer/multimedia, register Y integer/multimedia, floating-point), если, конечно, последний свободен. Таким образом, реализуется исполнение инструкций в порядке, отличном от порядка их поступления в буфер (out-of-order execution). В общей сложности планировщик может передать на выполнение шесть и завершить (retire) также шесть RISC86-инструкций за такт.

Вычислительные блоки (Execution Units). Процессор AMD-K6-2 содержит 10 параллельных вычислительных блоков — Store Unit, Load Unit, Integer X ALU, Integer Y ALU, MMX ALU (X), MMX ALU (Y), MMX/3DNow! Multiplier, 3DNow! ALU, FPU и Branch Unit. Каждый блок работает независимо от остальных, так что несколько блоков могут обрабатывать переданные им на исполнение RISC86-инструкции одновременно.

Наборы инструкций MMX и 3DNow!.

До недавнего времени развитие x86-процессоров шло по экстенсивному пути — их производительность наращивалась за счет увеличения тактовой частоты и разрядности шины. При таком подходе затраты на производство процессоров росли быстрее, чем их производительность, — из-за все время ужесточающихся требований к технологическому процессу и большого процента отбраковки кристаллов при их производстве. Очень скоро стало ясно, что экстенсивный путь развития себя исчерпал, и пришло время "интеллектуальных" решений. Одним из них стала предложенная Intel технология MMX.

Ни для кого не секрет, что максимальная производительность требуется от процессора в основном в задачах, связанных с обработкой звуковой и видеоинформации, причем достаточно большая часть процесса обработки данных в таких программах сводится к выполнению специфических наборов операций с целыми числами. Эти наборы команд были выделены в отдельные самостоятельные инструкции, исполняемые процессором, — так появилась технология MMX (MultiMedia eXtentions). Набор MMX-команд состоит из 57 дополнительных инструкций процессора, предназначенных для быстрой обработки целочисленных операндов. Первоначально расширение MMX было реализовано в процессорах фирмы Intel, но к настоящему моменту все x86-процессоры, включая разработанные AMD, IDT и Cyrix, поддерживают его.

Практически все команды MMX относятся к типу SIMD (Single Instruction — Many Data, одна команда на обработку нескольких наборов данных), и могут быть выполнены только в специальном режиме работы процессора, в который он переключается из обычного режима работы. В MMX-режиме регистры математического сопроцессора используются для хранения данных MMX-команд. Такой подход гарантирует совместимость с операционными системами, которые не поддерживают MMX напрямую. Однако каждый переход из одного режима в другой "съедает" несколько десятков тактов процессора, который в это время занимается загрузкой/выгрузкой данных в/из регистров математического сопроцессора и другой подготовительной работой по переключению режима. Поэтому, если переключение режимов будет происходить часто — например, в многозадачной ОС при нескольких запущенных приложениях, часть которых использует MMX-команды, а часть – обычные команды математического сопроцессора с операндами с плавающей точкой, — то эффективность работы процессора значительно снизится.

MMX-команды позволяют значительно ускорить обработку только целочисленных данных и никак не используются при вычислениях с плавающей точкой. Но именно последние активно используются в 3D-приложениях, при выполнении которых загрузка процессора максимальна. Чтобы лучше понять суть проблемы, стоит более подробно рассмотреть процесс формирования компьютером 3D-изображения.

В формировании 3D-изображения участвуют два важнейших компонента компьютера — центральный процессор и графический адаптер, каждый из которых отвечает за свою часть вычислений. Процесс формирования 3D-изображения состоит из четырех этапов.Первый этап – это физическое моделирование. Каждый объект описывается в виртуальном математическом пространстве. Важно заметить, что на этом этапе не учитывается взаимное перекрытие объектов, поскольку еще не определена точка взгляда (положение наблюдателя). Каждый объект существует как бы сам по себе — в своем пространстве и в своей системе координат — и описывается строгими математическими формулами. В виде объектов просчитывается всё — все поверхности (стены, потолки, небо, земля и т.д.) и все действующие лица (люди, машины и и т.д.). Этот этап требует от процессора особенно интенсивных вычислений с плавающей точкой, поэтому он обычно выполняется центральным процессором системы.

Третий этап – треугольное проецирование. На этом этапе происходит перевод объемного виртуального мира в мир взгляда из одной точки. При этом активно используются вычисления как с целыми числами, так и с плавающей запятой. Обычно этот этап вычислений производится центральным процессором, однако некоторые наиболее "продвинутые" 3D-ускорители уже берут эту часть вычислений на себя.

И последняя операция – рендеринг. Именно во время рендеринга попиксельно вычисляется освещенность и цвет каждой точки изображения. В этот же момент происходит "натягивание" реалистичных текстур на объекты, что и позволяет получать настоящее трехмерное изображение. Для этого этапа характерны большие объемы целочисленных вычислений. Первоначально предполагалось, что MMX-инструкции центрального процессора будут использоваться именно на этапе рендеринга, но в последнее время целочисленные вычисления на этом этапе выполняются графическим ускорителем.

Таким образом, при работе с 3D-графикой наиболее емкими по вычислительным затратам являются не реализованные в MMX операции по обработке целочисленных данных, а операции с плавающей запятой. Более того, возможности современных графических ускорителей выросли настолько, что они берут на себя большую часть обработки целочисленных данных во время работы с 3D-графикой, а их специализированные чипы стали справляться с этой задачей значительно лучше, чем центральный процессор. В конце концов, "узким горлышком" всей системы при работе с 3D-графикой стала низкая скорость вычислений с плавающей запятой, выполняемых центральным процессором.

Для решения этой проблемы был предложен способ, аналогичный использованному при разработке технологии MMX. Поскольку обычно расчеты сводятся к однотипной обработке больших объемов однотипных же данных, то один из способов значительной экономии процессорного времени – создание таких инструкций процессора, при исполнении которых производится сразу несколько операций по обработке однотипных данных. Для целочисленных данных с этой целью был разработан набор MMX-инструкций (практически все они относятся к типу SIMD). Теперь надо было решить эту же проблему для чисел с плавающей запятой. Именно такое решение и предложила фирма AMD, разработав новую технологию 3DNow!, которая построена на основе набора SIMD-команд для вычислений с плавающей запятой.

Процессор AMD-K6-2 стал несомненным успехом AMD. Однако всем ясно, что компания не собирается останавливаться на достигнутом. В самое ближайшее время (в начале 1999 г.) планируется к выходу AMD-K6-3, а за ним и AMD-K7 (ближе к середине года).

AMD-K6-3. Сначала будет изготавливаться по 0,25-микронной технологии и иметь частоту ядра 400 МГц. В дальнейшем ожидается выпуск модификаций с частотой ядра 450 МГц и 500 МГц, изготовленных по 0,18-микронной технологии. Будет иметь интегрированный L2-кэш объемом 256 Кбайт, выполненный на одном кристалле с ядром процессора и работающий на частоте ядра (как у Intel Mendocino), поддерживать частоту системной шины в 100 МГц, разъем Socket 7 и платформу Super Socket 7. Так как AMD-К6-3 будет полностью совместим со стандартом Super Socket 7, то L2-кэш, который находится на материнской плате, теперь уже станет L3-кэшем, что тоже должно способствовать дополнительному увеличению производительности.

AMD-K7. Первая версия этого процессора будет изготавливаться по 0,25-микронной технологии, иметь частоту ядра 500 МГц и внешний L2-кэш емкостью 512 Кбайт, работающий на 1/3 частоты ядра процессора. В 2000 г. ожидается появление AMD-K7, работающего на частоте 1000 МГц (1 ГГц), производимого по 0,18-микронному технологическому процессу с использованием медных соединений и имеющего L2-кэш емкостью от 512 Кбайт (интегрирован на кристалле с процессором) до 8 Мбайт (внешний), работающий на частотах от 1/3 до полной частоты ядра. L1-кэш будет емкостью 128 Кбайт (64 Кбайт для данных + 64 Кб для инструкций).

Процессор будет рассчитан на конструктив Slot A и будет использовать 200 МГц системную шину EV-6, разработанную DEC и применяемую в системах с процессором Alpha. Сначала предполагается использовать 100 МГц SDRAM-память, а позже — 200 МГц Direct RDRAM. Будет, естественно, поддерживаться 3DNow!, а также многопроцессорность.

Процессоры Cyrix

Cyrix 6x86 (кодовое название M1) был первым Pentium-совместимым процессором, разработанным компанией Cyrix. Он появился на рынке в феврале 1996 г., имел L1-кэш объемом 16 Кбайт и изготавливался по 0,65-микронной технологии. У процессора Cyrix 6x86 было только одно напряжение питания, равное 3,52 В, — то есть на входе процессора и на его ядре было одинаковое напряжение в 3,52 В. Впоследствии, продолжая развивать линейку процессоров Cyrix 6x86, компания-производитель выпустила две модификации базовой модели: Cyrix 6x86L и Cyrix 6x86LV, которые изготавливались уже по 0,35-микронной технологии и имели два разных напряжения питания — входное и на ядре процессора. Для Cyrix 6x86L входное напряжение было равно 3,3 В, а напряжение на ядре процессора — 2,8 В, а для Cyrix 6x86LV — 3,3 В и 2,45 В соответственно. Все процессоры линейки Cyrix 6x86 изготавливались под разъем Socket 5 или Socket 7, а также имели PR-рейтинг от PR90+ — в том случае, когда частота на системной шине была равна 40 МГц, а частота на ядре процессора — 80 МГц, до PR200+ — соответсвенно 75 МГц и 150 МГц.

PR-рейтинг. Доминирующее положение Intel на рынке 586-х процессоров способствовало тому, что тактовая частота, используемая Pentium, фактически легла в основу классификации производительности всех 586-x процессоров. В этой ситуации IBM, Cyrix, SGS Thomson и AMD совместно разработали стандарт для измерения реальной производительности процессоров, независимо от изготовителя, тактовой частоты ядра и системной шины или архитектуры процессора.

Эта концепция, получившая название "PR-рейтинг" (Performance Rating — PR), исходила из того, что пользователю в конечном счете важна полезная практическая мощность процессора, и базировалась на тесте Winstone 96 Ziff Davis Benchmark. PR-рейтинг любого процессора был равен величине тактовой частоты процессора Intel Pentium, показавшего такой же или менее высокий результат при прохождении тестов и набора Winstone 96 в абсолютно идентичной конфигурации ПК.

Таким образом, каждому кристаллу AMD-K5 или Cyrix 6х86 присуждался PR-рейтинг, который не случайно совпадал с величиной тактовой частоты соответствующего процессора Intel Pentium. Если показатель производительности находился в промежутке между двумя величинами тактовой частоты Intel Pentium, то избиралась более низкая величина — то есть производительность скорее преуменьшалась, чем преувеличивалась. Выигрыш для пользователя — это понятное и поддающееся проверке утверждение о том, что, например, “кристалл AMD-K5-PR133 обладает по меньшей мере таким же быстродействием, что и Intel Pentium с тактовой частотой 133 МГц”. Следует обратить внимание на то, что в этом примере ничего не говорится о тактовой частоте AMD-K5, которая, вообще говоря, не обязана быть равной 133 МГц. Соответственно, тактовая частота кристалла Cyrix 6x86-PR200+ равнялась не 200 МГц, а 150 МГц.

Рабочая частота ядра, коэффициент умножения, рабочая частота системной шины и их соответствие PR-рейтингу для процессоров линейки Cyrix 6x86 .

Cyrix 6x86MX (кодовое название M2) стал следующим процессором, выпущенным Cyrix — появился на рынке в конце мая 1997 г. Ядро Cyrix 6x86MX построено на основе ядра Cyrix 6x86 и фактически представляет собой несколько улучшенный вариант последнего. Технологический процесс — 0,35-микронный (0,25-микронный для более поздних моделей), разъем — Socket 7, объем L1-кэша — 64 Кбайт, входное напряжение — 3,3 В, напряжение на ядре — 2,9 В, поддерживается набор инструкций MMX. PR-рейтинг Cyrix 6x86MX измеряется относительно Intel Pentium MMX и может принимать значения от PR133 до PR266.

В середине апреля 1998 г. компания Cyrix представила свой новый процессор Cyrix M II-300 c PR300, а через месяц — Cyrix M II-333 c PR333. Эти процессоры идут следующими в линейке Cyrix 6x86MX и отличаются от своих предшественников только более высокой внутренней частотой и другим названием — все остальное осталось прежним. Изменение названия связано с тем, что PR-рейтинг процессоров Cyrix M II измеряется теперь относительно Intel Pentium II, а не Intel Pentium MMX.

Рабочая частота ядра, коэффициент умножения, рабочая частота системной шины и их соответствие PR-рейтингу для процессоров линейки Cyrix 6x86MX .

Cyrix M3 — следующий процессор от Cyrix, выпуск которого намечен на вторую половину 1999 г. Этот процессор седьмого поколения с х86-архитектурой будет построен на новом ядре с кодовым названием Jalapeno; он будет изготавливаться по 0,18-микронной технологии, иметь L1-кэш объемом 32 Кбайт (16 Кбайт для инструкций + 16 Кбайт для данных), L2-кэш объемом 256 Кбайт, интегрированный на одном кристалле с ядром и работающий на частоте ядра, поддерживать наборы инструкций MMX и 3DNow!.

Предполагается, что Cyrix М3 также будет иметь встроенный графический узел. Таким образом, можно будет сэкономить деньги на видеокарте. Cyrix М3 будет также содержать интегрированный контроллер памяти, который, по утверждениям компании, способен уменьшить время доступа к DRAM. По данным Cyrix, это время будет составлять менее 20 нс против 50 нс для нынешних реализаций контроллеров памяти архитектур Socket 7 и Slot 1. Их контроллер также способен держать открытыми до 32 страниц памяти, что превосходит возможности нынешних чипсетов.

В нашем тестировании мы избрали комбинированный подход: наряду с синтетическими, в основном "чисто процессорными" тестами, использовались также тесты, базирующиеся на реальных приложениях. Из числа синтетических тестов использовался набор тестов BYTEmark 2.0, а также тесты CPUmark32 и FPU WinMark из пакета WinBench 99. Из тестов, основанных на реальных приложениях, использовались Winstone 99, WinBench 99 (кроме CPUmark32 и FPU WinMark) и 3D WinBench 99.

Для сравнения производительности современных x86-процессоров с их RISC-конкурентами мы измерили также производительность двух процессоров семейства Alpha KP21164 с частотами ядра 533 МГц и 633 МГц при выполнении пакета тестов BYTEmark 2.0 в среде операционной системы Windows NT 4.0 Alpha Server с Service Pack 3.

BYTEmark 2.0

Одна из главных целей нашего исследования — оценка собственно мощности тестируемых процессоров, в отрыве от схем поддержки и подсистем памяти, для определения эффективности внутренней архитектуры процессорного ядра и, следовательно, перспектив дальнейшего усовершенствования процессора на существующей основе. Для решения этой задачи лучше всего подходят синтетические тесты, имитирующие работу подпрограмм реального приложения, но с предельно маленькими массивами данных, помещающимися во внутреннюю (Level 1) кэш-память процессора, либо по возможности написанные так, чтобы обращения к внешней памяти были крайне редкими. Этим требованиям удовлетворяет пакет BYTEmark 2.0 журнала BYTE (http://www.byte.com/bmark/bmark.htm), обладающий еще и тем ценным свойством, что он доступен в исходных кодах на языке C, а потому может быть без проблем перенесен в любую операционную систему и перекомпилирован любым понравившимся компилятором. На Web-сайте журнала BYTE среди множества вариантов исполняемого кода этого пакета есть версии для платформ Intel (под операционные системы Windows 95 и Windows NT) и Alpha (под операционную систему Windows NT), которые мы и использовали в наших испытаниях.

Пакет BYTEmark 2.0 состоит из 10 последовательно выполняемых тестов, три из которых предназначены для определения производительности математического сопроцессора, а остальные семь — для основного процессора. Подробный анализ отдельных тестов, составляющих BYTEmark 2.0, можно найти на Web-сайте журнала BYTE, мы же приведем лишь их краткое описание.

1. Numeric Sort — сортировка методом "пирамиды" (heapsort) одномерного массива 32-битных целых чисел со знаком (signed integers). Размер массива задается глобальной константой. Реализация алгоритма по эффективности несколько превосходит представленную в книге Н. Вирта "Алгоритмы и структуры данных". В результате выполнения теста вычисляется количество массивов, которые могут быть отсортированы за одну секунду.
2. String Sort — сортировка методом "пирамиды" (heapsort) одномерного массива символьных строк. Строки имеют переменную длину (от 4 до 80 байт), которая генерируется случайным образом. Размер массива задается глобальной константой. Тест предназначен для проверки производительности процессора при копировании символьных строк. В результате выполнения теста вычисляется количество массивов, которые могут быть отсортированы за одну секунду.
3. Bitfield Operations — измерение производительности процессора при обработке вызовов, поступающих от файловой подсистемы. При выполнении теста над массивом бит фиксированного размера (задается глобальной константой) производятся побитовые операции, которые генерируются случайным образом. Вычисления подобного рода характерны для операций, связанных с изменениями таблиц размещения файлов. В результате выполнения теста вычисляется количество бит, которые могут быть обработаны за одну секунду.
4. FP Emulation — эмуляция математического сопроцессора. Самая сложная подпрограмма во всем пакете. Несмотря на отсутствие в настоящее время практического значения, это неплохой тест на проверку способности процессора к программной эмуляции какого-либо устройства вообще. Содержит большое количество операторов выбора ("case").
5. Fourier — вычисление коэффициентов Фурье для функции (x+1)*x на отрезке [0;2]. Проверяется скорость работы сопроцессора при вычислениях с плавающей запятой — расчеты с использованием тригонометрических и трансцендентных функций. В результате выполнения теста вычисляется количество коэффициентов Фурье, которые могут быть рассчитаны за одну секунду.
6. Assignment — тест на скорость работы с целочисленным массивом, в основе которого лежит часто используемый бизнес-алгоритм, решающий следующую задачу. Имеется N машин и N работ. Любая машина может выполнить любую, но только одну работу. Стоимость выполненной работы зависит как от машины, так и от вида работы, — в результате получается матрица стоимости работ с размерностью NxN. Каким образом нужно распределить работы между машинами, чтобы общая стоимость работ была минимальной? Задача сводится к нахождению такой комбинации N элементов из числа элементов матрицы NxN, чтобы их сумма была минимально возможной. В тесте задача решается для N=101. Решение получается методом последовательных итераций, поэтому в результате выполнения теста вычисляется количество итераций, которые могут быть произведены за одну секунду.
7. IDEA — шифрование информации с помощью DES-подобного алгоритма IDEA (International Data Encryption Algorithm). Алгоритм также итерационный — за одну итерацию сначала шифруется, а потом дешифруется 4000 байт. В результате выполнения теста вычисляется количество итераций, которые могут быть произведены за одну секунду.
8. Huffman — сжатие данных по алгоритму Хаффмана. Алгоритм состоит из трех этапов — построение "дерева Хаффмана" ("Huffman Tree"), компрессия и декомпрессия данных. Итерацией считается последовательной выполнение всех трех этапов над исходным несжатым текстовым массивом данных объемом 5000 байт. В результате выполнения теста вычисляется количество итераций, которые могут быть произведены за одну секунду.
9. Neural Net — моделирование работы нейронной сети на примере небольшой самообучающейся программы. Активно использует арифметику с плавающей запятой — в основном команды умножения и сложения-вычитания, а также вычисление экспоненциальной функции (exp(x)). За итерацию принимается "цикл обучения" нейронной сети. В результате выполнения теста вычисляется количество итераций, которые могут быть произведены за одну секунду.
10. LU Decomposition — LU-разложение квадратной матрицы. Типичная задача вычислительной линейной алгебры. Решается уравнение вида LxU=A, где A — известная матрица с размерностью 101x101, а L и U — искомые матрицы. При этом все наддиагональные элементы матрицы L и поддиагональные элементы матрицы U равны нулю. По используемым операциям сходна с предыдущим тестом за исключением того, что никакие трансцендентные функции не используются. Алгоритм решения — итерационный. В результате выполнения теста вычисляется количество итераций, которые могут быть произведены за одну секунду.

Помимо абсолютного результата, для каждого из 10 тестов определяется индекс теста — частное от деления абсолютного результата испытываемой системы на абсолютный результат эталонной машины, в качестве которой используется DELL XPS/90 с 90 МГц процессором Pentium, 256 Кбайт кэшем L2 и 16 Мбайт RAM. Далее, на основании индексов целочисленных тестов (Numeric Sort, String Sort, Bitfield Operations, FP Emulation, Assignment, IDEA и Huffman) вычисляется Integer Index — среднее геометрическое от индексов целочисленных тестов. Аналогично вычисляется Floating-Point Index — среднее геометрическое индексов тестов на производительность при вычислениях с плавающей запятой (Fourier, Neural Net и LU Decomposition). Эти два числа — суть показатели общей производительности системы при операциях с целыми и вещественными числами.

Winstone 99

При выполнении набора тестов Business Winstone 99 используются следующие программные продукты — пакет Corel WordPerfect Suite 8 (включает приложения Quattro Pro 8, WordPerfect 8), Lotus SmartSuite (1-2-3 97, Word Pro 97), Microsoft Office 97 (Access 97, Excel 97, PowerPoint 97, Word 97), Netscape Navigator 4.04; при выполнении High-End Winstone 99 — Adobe Photoshop 4.01, Adobe Premiere 4.2, AVS/Express 3.4, Bentley System's MicroStation SE, Microsoft FrontPage 98, Microsoft Visual C++ 5.0, Sonic Foundry Sound Forge 4.0; при выполнении Dual-Processor Inspection Tests — MicroStation 95 MP, Photoshop 4.0 MP, Visual C++ 5.0 MP.

При вычислении результатов тестов, измеряемых в условных единицах "Winstone Units", в Winstone 99 используется концепция эталонной системы ("base machine"). Все результаты в Winstone 99 приводятся (нормализуются) к результатам выполнения тестов на этой эталонной системе. Результаты выполнения тестов Business Winstone 99 и High-End Winstone 99 на эталонной машине принимаются равными 10,0, а для каждого отдельного теста, входящего в наборы High-End Winstone 99 и Dual Processor Inspection Tests, — 1,0. Больший показатель при выполнении теста означает лучшую производительность. Например, ПК с показателем Business Winstone 99 в 20,0 единиц имеет вдвое большую производительность при работе с наиболее популярными Windows-приложениями, чем эталонная система.

В качестве эталонной системы используется машина Dell Dimension XPS P5-233 MMX со следующей конфигурацией:

• Computer Dell Dimension XPS P5-233 MMX
• Processor Intel Pentiumв x86 Family 5 Model 4Stepping 3
• Off-Chip Processor Cache 512 KB Pipeline Burst
• Processor RAM 32 MB, SDRAM
• Processor Speed 233 MHz
• Floating Point Yes
• Bus Type PCI
• Display Adapter Matrox Millennium II
• Display Adapter Memory 8192 KB, WRAM
• Display Driver MGA-2164W-2064W-1064SG
• Display Mode 1024 X 768, 24 bits/pixel
• Display Refresh Rate 60 Hz
• Hard Disk IBM DHEA 26480, 6.4 GB
• Hard Disk Controller Primary IDE
• Windows Software Cache Win Sys Cache
• Windows Software Cache Size Available RAM, favors processes
• Operating System Windows NT 4.0 Service Pack 3, Build 1381

• для выполнения теста Business Winstone 99 на компьютере должны быть установлены: одна из следующих операционных систем — Microsoft Windows 95, Windows 98 (или выше), Windows NT 4.0 (build 1381) с Service Pack 3 или выше; процессор — P5-166 или выше; оперативная память — объемом не менее 28 Мбайт;
• для выполнения теста High-End Winstone 99 на компьютере должны быть установлены: операционная система — Windows NT 4.0 (build 1381) с Service Pack 3 или выше; процессор — P5-233 MMX или выше; оперативная память — объемом не менее 32 Мбайт;
• на диске должно быть 10 Мбайт свободного места для установки основных файлов дистрибутива Winstone 99;
• на диске должно быть 265 Мбайт свободного места для установки дополнительных файлов (optional support files): 90 Мбайт для дополнительных файлов к тесту Business Winstone 99, 170 Мбайт для дополнительных файлов к тестам High-End Winstone 99 и Dual-Processor Inspection Test;
• на диске должно быть 115 Мбайт свободного места для временных файлов во время выполнения теста Business Winstone 99, 350 Мбайт — для High-End Winstone 99 или Dual-Processor Inspection Tests, или 350 Мбайт — для выполнения всех тестов одновременно;
• в системе должен быть установлен дисковод CD-ROM, если планируется запускать или устанавливать тесты с CD-диска;
• в системе должен быть TCP/IP-стек, необходимый для выполнения теста High-End Winstone 99 FrontPage 98;
• в системе должен быть установлен монитор, поддерживающий VGA-режим с разрешением 800x600 точек или выше;
• система должна поддерживать видеорежим с разрешением 1024x768 точек и 16-битной глубиной цвета для выполнения теста High-End Winstone 99.

WinBench 99

• операционная система — Microsoft Windows 95, Windows 98 или выше, Windows NT 4.0 (build 1381) с Service Pack 3 или выше;
• процессор — 80386 (или совместимый) или выше;
• объем оперативной памяти — не менее 16 Мбайт при работе под Windows 95/98, не менее 32 Мбайт при работе под Windows NT. WinBench 99 может быть запущен и при меньшем объеме оперативной памяти, однако результаты могут быть недостоверными из-за интенсивного использования дисковой swap-памяти;
• на диске должно быть 11 Мбайт свободного места для минимальной инсталляции, 123 Мбайт — для полной;
• на диске должно быть 115 Мбайт свободного места для выполнения теста Business Disk WinMark 99, 340 Мбайт — для выполнения теста High-End Disk WinMark 99;
• для выполнения Video Tests в системе должны быть установлены дисковод CD-ROM и звуковой адаптер;
• в системе должен быть установлен монитор, поддерживающий VGA-режим с разрешением 800x600 точек или выше;
• для выполнения теста Business Graphics WinMark видеоподсистема должна поддерживать разрешение 800x600 точек или выше, для выполнения теста High-End Graphics WinMark — 1024x768 точек или выше;
• для выполнения тестов Business Graphics WinMark и High-End Graphics WinMark в системе должен быть установлен системный шрифт с малым кеглем — "Small Font" в настройках дисплея;
• для выполнения DirectDraw Inspection Tests в системе должно быть установлено программное обеспечение DirectX 2 или выше (дистрибутив можно загрузить с сайта http://www.microsoft.com/). Если тесты выполняются под оригинальной версией Windows 95, то необходимо будет также скачать и установить программное обеспечение DirectDraw. DirectDraw также входит в состав Windows 95 OSR2 (и выше) и Windows NT Service Pack 3;
• для выполнения MPEG Video Tests в системе должно быть установлено программное обеспечение ActiveMovie или DirectShow (дистрибутив можно загрузить с сайта http://www.microsoft.com/). ActiveMovie/DirectShow включается в состав Windows 95 OSR2 и Windows 98;
• для выполнения Indeo 4.1 Video Tests в системе должно быть установлено программное обеспечение Indeo 4.x Video CODEC (дистрибутив можно загрузить с сайта http://www.intel.com/).

3D WinBench 99

3D WinMark Suite состоит из ряда тестовых 3D-сцен, которые отличаются по количеству элементарных треугольников, образующих поверхности, и по количеству спецэффектов, используемых при их прорисовке. Выполнение каждого теста требует от графической подсистемы поддержки определенных Direct3D-функций (что определяется на этапе выполнения тестов из набора 3D Quality Suite). Если необходимые Direct3D-функции не поддерживаются, то тест не выполняется. Каждая тестовая сцена проигрывается по заранее заданной схеме. Во время проигрывания вычисляется скорость рендеринга, измеряемая как число кадров, воспроизводимых за одну секунду (frames/sec). После прогона всех тестов из 3D WinMark Suite вычисляется безразмерный показатель общей производительности 3D-подсистемы — 3D WinMark.

Набор тестов 3D WinMark Suite можно также прогонять в режиме "Processor", в результате чего также рассчитывается безразмерный показатель — 3D WinMark Processor. В этом случае все вычисления выполняются только центральным процессором, и получаемый в результате поток видеоданных не выводится на графический адаптер, а перенаправляется в системное "нуль-устройство". Таким образом, графический адаптер остается без работы и никак не используется при выполнении тестов в этом режиме. Результат прогона 3D WinMark Suite в режиме "Processor" может служить хорошим показателем того, насколько хорошо собственно процессор справляется с 3D-вычислениями.

• операционная система — Microsoft Windows 95 OSR 2.1 (или выше) или Windows 98 (или выше). (3D WinBench не работает под Windows NT 4.0, т.к. эта версия Windows NT не поддерживает DirectX 6.0);
• процессор — Intel Pentium или выше;
• объем оперативной памяти — не менее 64 Мбайт. 3D WinBench 99 может быть запущен и при меньшем объеме оперативной памяти, однако результаты могут быть недостоверными из-за интенсивного использования дисковой swap-памяти;
• в системе должен быть установлен графический VGA-адаптер, поддерживающий видеорежим с разрешением не менее 800x600 точек и глубиной цвета не менее 16 бит. Рекомендуется использовать видеорежим с разрешением 1024x768 точек и частотой обновления 85 Гц. Также рекомендуется использовать фрейм-буфер с объемом памяти 8 Мбайт и более, хотя 3D WinBench 99 будет работать и при 4 Мбайт;
• на диске должно быть 190 Мбайт свободного места для инсталляции пакета и 60 Мбайт свободного места для выполнения набора тестов 3D Quality Suite;
• в системе должно быть установлено программное обеспечение DirectX 6.0 (дистрибутив можно загрузить с сайта http://www.microsoft.com/).

Во время проведенных испытаний мы протестировали следующие x86-процессоры: AMD-K6-2 c частотой ядра 266, 300, 333 и 350 МГц, Cyrix M II с PR300 и PR333, Intel Celeron семейства Mendocino с частотой ядра 300, 333 и 366 (с разъемом Socket 370), Intel Celeron семейства Covington с частотой ядра 300 МГц, Intel Pentium II семейства Deschutes с частотой ядра 300, 333, 350, 400 и 450 МГц, Intel Pentium II семейства Klamath с частотой ядра 233 и 266 МГц, Intel Xeon с частотой ядра 400 МГц с L2-кэшем объемом 512 Кбайт и с L2-кэшем объемом 1024 Кбайт.

Мы также измерили производительность двух RISC-процессоров — Alpha KP21164-533CN с частотой ядра 533 МГц и Alpha KP21164-633CN с частотой ядра 633 МГц — при выполнении пакета тестов BYTEmark 2.0 в среде операционной системы Windows NT 4.0 Alpha Server с Service Pack 3.

Тестирование процессоров с разъемом Socket 7 — AMD-K6-2 и Cyrix M II — проводилось на следующей установке:

• материнская плата — ASUS P5A с чипсетом ALI Alladin V, использовалась при тестировании как под управлением операционной системы Windows 98, так и под управлением Windows NT 4.0 Workstation с Service Pack 4;
• видеокарта — для тестирования под управлением Windows 98 использовалась ASUS AGP-V3400TNT (чипсет — 128-битный RIVA TNT от nVIDIA, интерфейс — AGP, объем видеопамяти — 16 Мбайт), а для тестирования под Windows NT 4.0 Workstation с Service Pack 4 использовалась Diamond Viper V330 (чипсет — 128-битный RIVA 128 от nVIDIA, интерфейс — PCI, объем видеопамяти — 4 Мбайт);
• оперативная память — 128 Мбайт (два SDRAM DIMM-модуля по 64 Мбайт с поддержкой SPD и номинальным временем доступа 7 нс, соответствующие спецификации PC100 SDRAM);
• накопитель на жестких магнитных дисках — Fujitsu MAC3045SP объемом 4,5 Гбайт с интерфейсом Ultra Wide SCSI;
• SCSI-адаптер — Adaptec AHA-2940UW с интерфейсом Ultra Wide SCSI и шиной PCI;
• CD-ROM — ASUS CD-S340 со скоростью 34x и интерфейсом IDE.

Тестирование процессоров с разъемом Slot 1 — Intel Pentium II и Intel Celeron (кроме Intel Celeron 366) — проводилось на следующей установке:

материнская плата — для тестирования под управлением Windows 98 использовалась Chaintech 6BTM с чипсетом Intel 440BX, а для тестирования под Windows NT 4.0 Workstation с Service Pack 4 использовалась A-Trend ATC-6400 с чипсетом Intel 440GX;

• видеокарта — для тестирования под управлением Windows 98 использовалась ASUS AGP-V3400TNT (чипсет — 128-битный RIVA TNT от nVIDIA, интерфейс — AGP, объем видеопамяти — 16 Мбайт), а для тестирования под Windows NT 4.0 Workstation с Service Pack 4 использовалась Diamond Viper V330 (чипсет — 128-битный RIVA 128 от nVIDIA, интерфейс — PCI, объем видеопамяти — 4 Мбайт);
• оперативная память — 128 Мбайт (два SDRAM DIMM-модуля по 64 Мбайт с поддержкой SPD и номинальным временем доступа 7 нс, соответствующие спецификации PC100 SDRAM);
• накопитель на жестких магнитных дисках — Fujitsu MAC3045SP объемом 4,5 Гбайт с интерфейсом Ultra Wide SCSI;
• SCSI-адаптер — Adaptec AHA-2940UW с интерфейсом Ultra Wide SCSI и шиной PCI;
• CD-ROM — ASUS CD-S340 со скоростью 34x и интерфейсом IDE.

Тестирование процессора Intel Celeron 366 с разъемом Socket 370 проводилось на следующей установке:

• материнская плата — ASUS MEL-M с чипсетом Intel 440LX, использовалась при тестировании как под управлением операционной системы Windows 98, так и под управлением Windows NT 4.0 Workstation с Service Pack 4;
• видеокарта — для тестирования под управлением Windows 98 использовалась ASUS AGP-V3400TNT (чипсет — 128-битный RIVA TNT от nVIDIA, интерфейс — AGP, объем видеопамяти — 16 Мбайт), а для тестирования под Windows NT 4.0 Workstation с Service Pack 4 использовалась Diamond Viper V330 (чипсет — 128-битный RIVA 128 от nVIDIA, интерфейс — PCI, объем видеопамяти — 4 Мбайт);
• оперативная память — 128 Мбайт (два SDRAM DIMM-модуля по 64 Мбайт с поддержкой SPD и номинальным временем доступа 7 нс, соответствующие спецификации PC100 SDRAM);
• накопитель на жестких магнитных дисках — Fujitsu MAC3045SP объемом 4,5 Гбайт с интерфейсом Ultra Wide SCSI;
• SCSI-адаптер — Adaptec AHA-2940UW с интерфейсом Ultra Wide SCSI и шиной PCI;
• CD-ROM — ASUS CD-S340 со скоростью 34x и интерфейсом IDE.

• материнская плата — ASUS XG-DLS с чипсетом Intel 440GX, использовалась при тестировании как под управлением операционной системы Windows 98, так и под управлением Windows NT 4.0 Workstation с Service Pack 4;
• видеокарта — для тестирования под управлением Windows 98 использовалась ASUS AGP-V3400TNT (чипсет — 128-битный RIVA TNT от nVIDIA, интерфейс — AGP, объем видеопамяти — 16 Мбайт), а для тестирования под Windows NT 4.0 Workstation с Service Pack 4 использовалась Diamond Viper V330 (чипсет — 128-битный RIVA 128 от nVIDIA, интерфейс — PCI, объем видеопамяти — 4 Мбайт);
• оперативная память — 128 Мбайт (два SDRAM DIMM-модуля по 64 Мбайт с поддержкой SPD и номинальным временем доступа 7 нс, соответствующие спецификации PC100 SDRAM);
• накопитель на жестких магнитных дисках — Fujitsu MAC3045SP объемом 4,5 Гбайт с интерфейсом Ultra Wide SCSI;
• SCSI-адаптер — Adaptec AHA-2940UW с интерфейсом Ultra Wide SCSI и шиной PCI;
• CD-ROM — ASUS CD-S340 со скоростью 34x и интерфейсом IDE.

• материнская плата — Alpha PC SMB164-UX4;
• видеокарта — Matrox Millenium (интерфейс — PCI, объем видеопамяти — 4 Мбайт);
• оперативная память — 128 Мбайт (два SDRAM DIMM-модуля по 64 Мбайт с номинальным временем доступа 8 нс, соответствующие спецификации PC100 SDRAM);
• накопитель на жестких магнитных дисках — Hitachi объемом 9,1 Гбайт с интерфейсом Ultra Wide SCSI;
• CD-ROM — Plextor со скоростью 32x и интерфейсом SCSI-2;
• операционная система — Windows NT 4.0 Alpha Server с Service Pack 3.

Характеристики тестировавшихся процессоров.

AMD-K6-2. Cравнение результатов тестирования процессоров AMD-K6-2 и Intel Pentium II лишний раз говорит о том, что, несмотря на значительные успехи компании AMD в разработке и производстве x86-процессоров, пальма первенства пока принадлежит Intel.

Так, общая производительность процессоров AMD-K6-2 в целочисленных тестах пакета BYTEmark 2.0 (сравниваются показатели Integer Index) примерно на 1,5%-2% выше, чем у процессоров Intel Pentium II с такой же частотой ядра. А вот в тестах на вычисления с плавающей точкой ситуация иная: здесь Floating-Point Index для AMD-K6-2 значительно ниже соответствующего показателя (примерно на 32%) для Intel Pentium II с такой же частотой ядра. Вследствие такого проигрыша при вычислениях с плавающей запятой, AMD-K6-2 отстает от Intel Pentium II и по показателям интегральной производительности: на 8%-10% в тесте Business Winstone 99, 14%-18% в тесте High-End Winstone 99, 8%-9% в тесте 3D WinBench 99 и 25%-35% в тесте 3D WinBench 99 Processor.

При более внимательном анализе результатов испытаний можно обнаружить, что, например, по своей производительности в интегральных тестах AMD-K6-2 350 сопоставим с Intel Pentium II 300 или Intel Celeron 300A. При этом AMD-K6-2 350 в два раза дешевле Intel Pentium II 300, но существенно дороже Intel Celeron 300A, так что на самом деле у AMD-K6-2 на сегодняшний день остается один конкурент — Intel Celeron.

Cyrix M II. Даже после внимательного изучения результатов испытаний процессоров Cyrix M II-300 и Cyrix M II-333, мы так и не смогли ответить на вопрос: "Как же на самом деле Cyrix рассчитывает PR-рейтинг для своих процессоров?".

Судите сами. В среде операционной системы Windows 98 показатель Business Winstone 99 для процессора Cyrix M II-333 был равен 17,9, что в точности соответствует результату выполнения теста Business Winstone 99 для процессора Intel Pentium II 300 — 17,9, но никак не Intel Pentium II 333 — 19,0. В среде операционной системы Windows NT 4.0 Workstation с Service Pack 4 разрыв был еще больше: Business Winstone 99 для Cyrix M II-333 — 19,3 (значение находится между результатом Business Winstone 99 для Intel Pentium II 233 — 18,7 и для Intel Pentium II 266 — 20,1), High-End Winstone 99 для Cyrix M II-333 — 15,4 (результат гораздо хуже значения High-End Winstone 99 для Intel Pentium II 233 — 17,4).

Аналогично обстоит дело и с Cyrix M II-300: Business Winstone 99 в среде Windows 98 — 16,6 (между результатами Business Winstone 99 для Intel Pentium II 233 — 15,7 и для Intel Pentium II 266 — 17,0), Business Winstone 99 в среде Windows NT 4.0 — 18,3 (хуже Business Winstone 99 для Intel Pentium II 233 — 18,7), High-End Winstone 99 в среде Windows NT 4.0 — 14,2 (хуже Business Winstone 99 для Intel Pentium II 233 — 17,4).

В тесте 3D WinBench 99 процессоры Cyrix показали два самых низких результата: Cyrix M II-333 — 309, Cyrix M II-300 — 292. Такая же ситуация наблюдалась в тесте BYTEmark 2.0 — Cyrix M II-333: Integer Index — 3.355, Floating-Point Index — 1.846; Cyrix M II-300: Integer Index — 3.010, Floating-Point Index — 1.664.

Intel Celeron и Intel Pentium II. Выпустив на рынок процессоры Intel Celeron семейства Mendocino (c интегрированным кэшем 128 Кбайт, работающим на частоте ядра), Intel (возможно, не подозревая) собственными руками подготовила появление еще одного конкурента процессорам линейки Intel Pentium II. Для того, чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить результаты тестирования и цены процессоров Intel Celeron 366 и Intel Pentium II 350, Intel Celeron 333 и Intel Pentium II 333, а также Intel Celeron 300A и Intel Pentium II 300. При значительно меньшей цене производительность процессоров Intel Celeron семейства Mendocino в интегральных тестах чуть ниже производительности процессоров Intel Pentium II с такой же частотой, а в чисто процессорных тестах пакета BYTEmark 2.0 она даже выше. Вот какое приращение производительности дает наличие L2-кэша объемом 128 Кбайт, интегрированного на одном кристалле с ядром процессора и работающего на тактовой частоте ядра! Таким образом, самым выгодным на сегодняшний день процессором для систем бизнес-класса, на наш взгляд, будет Intel Celeron семейства Mendocino.

Intel Xeon. Приступая к тестированию процессоров Intel Xeon 400 с L2-кэшем объемом 512 и 1024 Кбайт, мы, честно говоря, надеялись получить более высокие результаты, но наши ожидания не оправдались. Прирост производительности по сравнению с процессором Intel Pentium II 400 практически не зависел от размера L2-кэша Intel Xeon 400 и составил всего 5-8% в интегральных тестах Business Winstone 99 и High-End Winstone 99 и 1-3% для показателей Integer Index и Floating-Point Index из набора тестов BYTEmark 2.0. Вполне вероятно, что возможности этих процессоров полностью раскрываются только в мощных многопроцессорных системах с большой вычислительной нагрузкой, для которых они, собственно, и предназначены. Но совершенно очевидно, что их использование в однопроцессорных системах лишено всякого смысла.

Alpha KP21164. Результаты теста BYTEmark 2.0 выявили явное превосходство RISC-процессоров семейства Alpha KP21164 над современными процессорами с x86-архитектурой. Так, по показателю Integer Index процессор Alpha KP21164-533CN с частотой 533 МГц на 20% превосходит Intel Pentium II 450, а Alpha KP21164-633CN с частотой 633 МГц — на 43%. По показателю Floating-Point Index процессор Alpha KP21164-533CN обгоняет Intel Pentium II 450 на 51%, а Alpha KP21164-633CN — на 80%. Если вам нужен мощный сервер с большими вычислительными ресурсами, то система на основе процессоров Alpha KP21164 будет, на наш взгляд, совсем неплохим решением.

Результаты тестирования процессоров в среде операционной системы Windows 98 при видеорежиме с разрешением 1024x768 точек, 32-битной глубиной цвета и частотой регенерации изображения 85 Гц.

Результаты тестирования процессоров в среде операционной системы Windows NT 4.0 Workstation с Service Pack 4 при видеорежиме с разрешением 1024x768 точек, 32-битной глубиной цвета и частотой регенерации изображения 85 Гц.

Результаты выполнения теста BYTEmark 2.0 для x86-процессоров в среде операционной системы Windows 98 и RISC-процессоров семейства Alpha KP21164 в среде операционной системы Windows NT 4.0 Alpha Server с Service Pack 3.