Gordana Breški1.godinaUčiteljski studij – InformatikaAkademska godina 2004/05

X86 procesori i njihovi utori

Sadržaj:

1. Uvod u procesore2. Povijest razvoja procesora (generacije procesora, proizvođači)3. Intelovi x86 procesori i njihovi utori4. AMD-ovi x86 procesori i njihovi utori

2

Uvod u procesoreUvod u procesore

Procesor predstavlja najosnovniji dio kompjutora. Njegova funkcija je da izvršava i kontrolira sve procese koji se događaju, a koji su zadati od strane korisnika. Dijelovi procesora su :

1. Jezgra (Williamette, Northwood, Prescott, Thoroughbred, Barton,...)2. L2 cache3. L1 cache (instrukcijski)4. L1 cache (informacijski)5. Logički čip6. Memorijska sabirnica (BUS)7. FSB (Front Side Bus)8. Pinovi (''nožice procesora'')9. Utor (nalazi se na matičnoj ploči) - socket A, T , 940, 462, 939, 780,754, 370, 478...

Glavni i funkcionalni dijelovi procesora

3

Povijest razvoja x86 procesora

Povijest procesora počinje 1971. godine, kada je mala i nepoznata firma Intel, prvi put kombinirala više tranzistora da bi napravila jedinicu centralnog procesora (CPU - central processing unit) - čip nazvan Intel 4004. Međutim, to je bilo 8 godina prije nego što je prvi PC konstruiran.

Posljednjih godina Intel je bio u položaju vodećeg proizvođača PC procesora. Počevši od vremena uvođenja njihove linije procesora 486, 1989. godine, Cyrix i njegov dugogodišnji prijatelj u proizvodnji kloniranih Intel-ovih procesora Advance Micro Devices (AMD), postali su glavna prijetnja Intelovoj prevlasti.

U ranim 90-im godinama i AMD i Cyrix su napravili svoje osobne verzije Intelovog 486DX, ali njihovi proizvodi su postali poznatiji pojavom klonova 486DX2 procesora. Mada je Intel zaustavio poboljšavanje čipa 486 sa svojim DX4-100, AMD i Cyrix su nastavili to raditi.

Drugi značajan razvoj je bio AMD-ovo preuzimanje tehnološkog vodstva od Intela, koje se dogodilo sa uvođenjem njegovog novog procesora Athlon (koji je prvobitno bio nazvan K7). Kada je Intel najavio kašnjenja za svoj 0,18-mikronski Pentium III, u približno isto vrijeme

4

kada je AMD uveo svoj novi procesor, bilo je zanimljivo gledati da li će firma iskoristiti ovu do tada neviđenu priliku da dominira na terenu visokih performansi i kakav će utjecaj Athlon imati u njenim uspjesima na duži rok.

Dakle, PC računala su projektirana sa više generacija procesora. Intel nije jedina kompanija koja proizvodi procesore, ali je tržišni lider. Slijedeća tabela prikazuje generacije procesora. U početku je dominirao Intel, ali od 5-te generacije pojavljuju se alternative, od kojih neke danas predstavljaju ozbiljnu konkurenciju.

Pregled procesora po generacijama PC-ja

PC CPU Godina Broj tranzistora u čipu

I. generacija 8086 i 8088 1978. – 81. 29.000

II. Generacija 80286 1984. 134.000

III. generacija 80386DX i 80386SX

1987. – 88. 275.000

IV. generacija 80486SX, 80486DX,

80486DX2 i 80486DX4

1990. – 92. 1.200.000

V. generacija PentiumCyrix 6X86AMD K5

IDT WinChip C6

1993. – 95.1996.1996.1997.

3.100.0003.100.0003.100.000 3.500.000

Poboljšana V. generacija

Pentium MMXIBM/Cyrix

1997.1997.

4.500.0006.000.000 5

6X86MXIDT WinChip2 3D

1998. 6.000.000

VI. generacija Pentium ProAMD K6Pentium IIAMD K6-2

1995.1997.1997.1998.

5.500.0008.800.0007.500.0009.300.000

VII. generacija Pentium IIIAMD K6-IIIAMD AthlonPentium IV

1999./2005. 22.000.000

Intelovi x86 procesori i njihovi utoriIntelovi x86 procesori i njihovi utori

4004/8008 procesori (1971, 1972.)

Značajke: prvi 4-bitni i 8-bitni procesori

Počeci razvoja mikroprocesora pripisuju se počecima sedamdesetih godina i firmu Intel koja je i danas njihov najznačajniji svjetski proizvođač. Intel je 1969. godine od japanskog Busicom-a dobio zahtjev za proizvodnju čipa koji bi bio

korišten za kalkulator.

Međutim, u Intelu se došlo na ideju da se umjesto specijaliziranog čipa napravi čip opće namjene, i kao plod te ideje, 1971. pojavljuje se čip koji se smatra prvim mikroprocesorom - Intel 4004. Intel 4004 bio je četverobitni mikroprocesor izrađen u 10 mikronskoj PMOStehnologiji, sadržao je 2300 tranzistora i radio na frekvenciji od 108KHz. Na tom taktu, bio je u stanju da izvrši 60.000 instrukcija u sekundi (0.06 MIPS).

1969. godine Intelu i Texas Instrumentsu stiže narudžba od Datapointa za čip koji bi bio upotrijebljen za jednostavno računalo namijenjeno terminalskoj upotrebi. Odgovor na ovu

6

narudžbu stiže u vidu čipa 8008, osam-bitne verzije 4004. Međutim, ispostavilo se da je 8008 deset puta sporiji nego što je Datapointu bilo potrebno. Intel je bio u dilemi da li da ugasi neuspješan projekt ili da nastavi sa razvojem. Odlučili su se za ovo drugo i 1972. se na tržištu pojavljuje 8-bitni 8008.

Ovi događaji predstavljali su prekretnicu za vrtoglavi razvoj mikroprocesorske industrije. Tokom slijedeće dvije godine na tržištu se pojavljuju 8-bitni procesori drugih proizvođača (Motorola M6800, Rockwell PPS-8, Signetics 2650, Zilog Z80), kao i Intelov novitet - 8080 (imao 6000 tranzistora i radio na frekvenciji od 2 MHz).

I. generacija Intelovih x86 procesoraI. generacija Intelovih x86 procesora

8086/88 procesori (1978.)

Značajke: prvi 16-bitni procesori

1978. Intel izbacuje svoj prvi 16-bitni mikroprocesor i8086, koji se sastojao od 29000 tranzistora, radio na frekvenciji od 5 MHz, 0,33 MIPS, a godinu dana kasnije i njegovu varijantu i8088. Oba čipa imala su adresnu sabirnicu širine 20 bita, što im je omogućavalo adresiranje 1 MB RAM-a, a razlikovali su se po

širini sabirnice podataka: 16 bita kod 8086 i 8 bita kod 8088. 8088 je zapravo i napravljen kao jeftinije rješenje koje može koristiti postojeće 8-bitne matične ploče. Iako su oba čipa mogla da adresiraju cijeli megabajt memorije, cijeloj memoriji nije se moglo pristupati odjednom, već samo u segmentima od 64K. Iako ovo ima određene prednosti koje se prije svega tiču preglednosti programiranja u smislu razdvojenosti podataka i instrukcija i sl. ova koncepcija se kasnije pokazala kao loša, i vladala je razvojem softvera do polovine devedesetih i pojave ozbiljnijih 32-bitnih operativnih sistema kao što su Windows 95, Windows NT i slični.

7

Naime, kako su programi i potrebe korisnika rasli, 64K su se pokazali kao premalo mjesta za velike strukture podataka. Ovo je natjeralo Intel da pokuša da zaobiđe ovaj problem u sljedećim mikroprocesorima.

I pored nekih objektivnih nedostataka, čip i8088 poslužio je IBM-u da na bazi njega napravi IBM Personal Computer (PC) i javnosti ga predstavio u ožujku 1981. IBM je žestoko podcijenio tržišne perspektive novog računala (očekivao je prodaju od 250.000 komada za 5 godina, koliko je u stvari prodano za svega par mjeseci), pa se ili zbog toga ili zbog želje da napravi otvorenu arhitekturu, nije previše trudio oko zaštite patenta i autorskih prava nad njim. Ovo je omogućilo čitavoj vojsci proizvođača da počne praviti PC kompatibilna računala, čije se usavršene verzije i danas nalaze na stolovima širom svijeta.

80086/88 procesori nisu koristili nikakav standardizirani utor već su bili lemljeni direktno na ploču ili su koristili 40 – pinska DIP (Dual In Line) podnožja.

II. generacija Intelovih x86 procesoraII. generacija Intelovih x86 procesora

80286 procesori (1982.)

Značajke: - Zaštićeni mod i rad sa virtualnom memorijom

Procesor koji je trebalo da zaobiđe nedostatke svojih prethodnika, a pri tom ostane u stanju da izvršava sve programe koji su za njih napisani, tj. ostane potpuno kompatibilan sa njima pojavio se na tržištu 1982. pod imenom Intel 80286.

Nekako u isto vrijeme se pojavio i i80186 ali on je zapravo imao neznatno izmijenjenu jezgru 8086 sa integriranim nekim od čipova koji su u prethodnoj generaciji posebno pakirani.

Sa i80286 Intel počinje tešku borbu usklađivanja suvremenih koncepata u mikroprocesorskoj industriji i rješenja naslijeđenih iz 8086/88, neophodnih da bi se zadržala vertikalna kompatibilnost, a samim tim i ogromna programska i korisnička baza. i80286 se sastojao od

8

134.000 tranzistora, i radeći na 8 MHz, razvijao je brzinu od 1,2 MIPS-a. i80286 mogao je raditi u 2 moda: realnom i zaštićenom.

U realnom modu 80286 se ponašao kao brzi 8086, zadržavajući sva njegova ograničenja, ali i zadržavši mogućnost izvršavanja svih programa koji su za njega pisani. U zaštićenom modu 286 je mogao da adresira do 16 MB fizičke memorije, kao i 1GB virtualne, ali i dalje u segmentima od 64KB. U 80286 se pojavljuju i prvi mehanizmi za kontrolu i zaštitu izvršavanja programa koji su trebali da omoguće nastanak prvih «multitasking» (višezadačnih) operativnih sistema za PC računala. Iako komercijalno uspješan, 80286 nikad nije pokazao svoje potencijale do kraja zbog nezadovoljstva proizvođača Intelovim polovičnim rješenjima u nezaobilaženju naslijeđenih slabosti od ranijih procesora. Ova polovičnost se prije svega ogledala u teškom prebacivanju procesora iz realnog u zaštićeni mod (bilo je neophodno resetiranje procesora), što je znatno otežavalo pisanje operativnih sistema koji mogu paralelno izvršavati 8086 programe i programe pisane za zaštićeni mod procesora 80286.

Kao i njegov prethodnik, procesor 8086, 286-ica ne koristi neki poseban utor, već je čip lemljen na matičnu ploču ili postavljen na 68 – pinski DIP utor.

III. generacija Intelovih x86 procesora

80386 procesori (1985.)

Značajke: 32-bitna arhitektura, unaprijeđen zaštićeni mod, te unaprijeđen rad sa virtualnom memorijom.

Poslije trogodišnjeg razvoja, listopada 1985., na tržištu se pojavljuje Intelov pravi odgovor na povećane apetite proizvođača i korisnika, 32 bitni Intel 80386 DX.

Imao je 275.000 tranzistora i na početnom radnom taktu od 16 MHz razvijao je brzinu od 6 MIPS. Pored 32 bitne sabirnice podataka imao je i 32 bitnu adresnu sabirnicu koja je omogućavala adresiranje do 4 GB fizičke memorije. Iako je ona i dalje segmentirana, veličina segmenta je bila ograničena na 4 GB čime se faktički došlo do linearne memorije. Ovu pogodnost i80386 imao je samo u svom zaštićenom režimu rada, koji je pored ove imao i brojne druge pogodnosti, prije svega četvoroprsteni model zaštite programa. Naime, svakom

9

programu koji se izvršava mogao se dodijeliti nivo privilegija koji je omogućavao da sistemski softver bude privilegiran u odnosu na korisnički, što je omogućilo pojavu kvalitetnih višeprogramskih operativnih sistema.

Zaštita se zasnivala na mehanizmu virtualne memorije: deskriptor svakog segmenta imao je 2 bita koji su određivali nivo privilegija tog dijela memorije. Ovim je korisnički softver bio onemogućen da pristupa opsegu adresa u memoriji koje koristi operativni sistem, čime se znatno smanjuje mogućnost rušenja sistema od strane "nediscipliniranih" programa, što je bila relativno česta pojava kod starijih operativnih sistema, npr. Windowsa 3.11.

Suvremeni (Win 9x, NT, 2000, Linux) zapravo rade u zaštićenom modu koji podržavaju i nasljednici 80386. Osim navedene, segmentne realizacije virtualne memorije, 80386 nudi i opciju za segmentno-straničnu realizaciju sa stranicama veličine 4 KB. Zaštićeni mod ima i jednu svoju podvarijantu, tzv. virtualni 8086 mod koji, za razliku od 286 procesora, omogućava jednostavni prelazak iz 8086 u zaštićeni mod što je omogućilo paralelno izvršavanje programa pisanih za zaštićeni mod procesora 80386, i 8086 programa.

Postojala je i slabija varijanta 80386 DX, nazvana 80386 SX koja se od osnovne razlikovala po duplo užoj vanjskoj sabirnici podataka : 16 umjesto 32 bita. Ona je bila namijenjena jeftinijim sistemima koji ipak imaju sve napredne mogućnosti 80386 DX.

U to vrijeme povećava se brzinski jaz između mikroprocesora i DRAM-a, (već na brzinama sabirnice od 33 MHz (30 ns), tadašnje 80 ns memorije postajale su usko grlo, tako da se za 386 ploče vezuju i počeci keširanja na PC računalima. Neke 386 ploče su imale na sebi od 16 do 128 KB keš memorije različitih tehnika preslikavanja.

Procesori 80386/80386DX, za razliku od prijašnjih procesora, koriste 132-pinske utore PGA (Pin Grid Array), dok njegova oslabljena inačica, procesor 80386SX, koristi minimizirani 100–pinski utor, pod nazivom QFP (Quad Flat Package).

IV. generacija Intelovih x86 procesora

80486 procesori (1989.)

Značajke: integrirani L1 cache i integrirani FPU (Floating Point Unit)

Famozno najavljivani nasljednik 386-ice, procesor koji je, po tadašnjoj Intelovoj politici, trebao brzinom nadmašiti tada aktualnog RISC šampiona Motorolu 88100, pojavio se na tržištu 1989.

Intel 80486 DX je imao 1.200.000 tranzistora, 32 bitnu adresnu i sabirnicu podataka (kao i 80386 DX), i na 25 MHz postizao je 9

MIPS. Obećanja o prestizanju Motorole nisu bila ispunjena, ali ipak je brzinski dobitak bio dovoljan za tržišni uspjeh. 80486 imao je keš memoriju prvog nivoa (Level 1 keš) od 8 KB sa write-through ažuriranjem, integriranu na samom čipu, zajedničku za instrukcije i podatke.

10

Preslikavanje je bilo četvorostruko set asocijativno sa veličinom bloka od 16 bajta. Ona je bila podržana sa još 64-512 KB L2 (Level 2 - keš drugog nivoa) keša koji se nalazio na matičnoj ploči. Ugradnja keš memorije prvog nivoa bila je najpraktičnije rešenje za ublažavanje posljedica koje je na brzinu procesora ostavljao mali registar x86 arhitekture od svega osam 32-bitnih registara opće namjene.

Zahtjevi za rad čipova na sve većim frekvencijama su već pri taktovima od 50 MHz doveli do nemogućnosti proizvođača matičnih ploča da po prihvatljivoj cijeni proizvedu velike serije ploča na velikim brzinama, pa je Intel uveo seriju 80486 DX2, i kasnije DX4 procesora koji su sa matičnim pločama komunicirali na dva (DX2) ili tri puta (DX4, iz marketinških razloga nije DX3) nižem taktu od procesorske jezgre, i to najčešće na tada prihvatljivih 33 MHz. Počevši od 486 generacije na jezgru čipa uključuje se i matematički koprocesor (FPU - Floating Point Unit, ili u Intelovoj terminologiji NDP - Numeric Data Processor) koji se za ranije generacije nabavljao kao poseban čip sa oznakom 7 umjesto 6 na kraju naziva odgovarajućeg mikroprocesora (na primjer i80387 je FPU za 386-icu). Izuzetak je varijanta 80486SX, koja se od 80486 DX razlikovala upravo po odsustvu integriranog matematičkog koprocesora.

486-ica se smatra prvim predstavnikom x86 porodice mikroprocesora koja sadrži dosljedno implementiranu pipeline tehniku procesiranja, iako su neki elementi ove tehnike postojali i u ranijim generacijama procesora. 80486 raspolagao je jednim vodom za izvršavanje instrukcija koji je koristio pipeline tehnike dijeleći instrukcije na 4 faze:

1.dohvaćanje instrukcije (prefetch)2.dekodiranje 1/2 (decoding 1/2)3.izvršavanje (execution)4.upis rezultata (writeback)

Socket 1 utor

486 procesori su prvi procesori koji se nisu spajali direktno na ploču već su se postavili na poseban utor, koji se danas naziva "Socket 1“, a nekoć se zvao “OverDrive socket”. Sastojao se od 169 pinova. Mogao se pronaći na većini 486 sistema, te je bio predviđen da se na njega mogu priključiti noviji modeli procesora koji se još nazivaju “OverDrive” procesori.

Utor podržava stariju 5 voltnu 486SX, 486DX i 486DX2 klasu procesora. Jedini “OverDrive” koji se mogao pripasati na Socket 1 je 486DX4 OverDrive procesor.

11

Pentium OverDrive procesor ne paše na utor jer sadrži četiri reda pinova dok socket ima samo tri. Upravo zbog toga Socket 1utor je ubrzo zastario, te ga je naslijedio Socket 2 utor.

Socket 2 utor

Socket 2 je prvi OverDrive utor napravljen za 486 sisteme koji je namijenjen da podržava 486 Pentium OverDrive čip. Također podržava 5-voltnu 486SX, 486DX i 486DX2 klasu procesora direktno, te 486DX4 procesor.

Kao što vidimo na slici, socket 2 utor sastoji se od 238 pinova. Također se vidi da utor ima sigurnosne pinove na donjem lijevom kraju, tako da se procesor ne može krivo okrenuti, pri čemu bi došlo do trenutačnog pregaranja čipa. Ista je stvar i sa socket 1 utorom, te svim ostalim budućim utorima, bilo kojeg proizvođača.

Socket 3 utor

Socket 3 je tada bio najčešći i najnoviji utor ili socket za 486 klasu procesora. Najvažnija modifikacija nakon socket 2 utora je podrška za 3.3 voltne procesore; što nam je omogućavalo da iskoristimo najnoviju klasu 486 procesora, uključujući AMD i Cyrix 5x86 procesore. Najčešće se za promjenu između 3.3 i 5 volta koristila kratkospojnica (jumper) na matičnoj ploči. Utor također podržava i 486 Pentium OverDrive procesore.

12

U ono vrijeme je postojao još jedan utor koji nije zaživio masovniju upotrebu, pod imenom socket 6. Bio je to lagano modificirani Socket 3, i nikad nije došao do tržišta, pošto je Intel prestao s proizvodnjom 486-ica. Socket 6 nije korišten u modernim pločama.

V. generacija Intelovih x86 procesora

Pentium procesori (1993.), Pentium MMX procesori (1996.)

Značajke: Superskalarna arhitektura, unaprijeđena FPU jedinica, te

13

predviđanje grananja.

Nasljednik 486-ice se umjesto pod očekivanom imenom Intel 80586, na tržištu pojavio 1993 godine, pod nazivom Intel Pentium. Ova promjena politike imenovanja procesora nastala je kao posljedica Intelovih dugogodišnjih razmirica sa proizvođačima alternativnih procesora koji su, koristeći činjenicu da se brojka ne može zaštititi kao ime proizvoda, svojim čipovima davali imena koja neodoljivo podsjećaju ili su čak potpuno ista kao imena Intelovih čipova. Pentium se na tržištu pojavio 1993. godine u verzijama na 60 i 66 MHz. Brža je postizala 112 MIPS-a, i trošila 13-16W, što je stvaralo prilično glavobolja projektantima sistema, jer su se čipovi grijali drastično više nego njihovi prethodnici. Intelov tadašnji 0.8 mikronski BiCMOS proces omogućio je da Pentium sadrži 3.100.000 tranzistora.

Novine u arhitekturi koje je Pentium donio omogućile su mu da na istom radnom taktu bude duplo brži od 80486 DX2 na 66 MHz u izvršavanju instrukcija sa cijelim brojevima, i čak 3 - 5 puta brži u radu sa instrukcijama u pokretnom zarezu. Unapređenjem jedinice za rad sa brojevima u pokretnom zarezu pokušalo se konkurirati RISC procesorima koji su dominirali na tržištu inženjerskih radnih stanica.

CAD/CAM i slični programi pretežno koriste FP (Floating Point – pokretni zarez) jedinicu procesora, koja je na prethodnim generacijama Intelovih čipova bila neusporedivo slabija od odgovarajuće jedinice RISC procesora. Pentium se u ovom pogledu dosta približio tadašnjim RISC procesorima, ali je većina njih ipak ostala brža.

Ključna novina koju je Pentium donio je uvođenje još jednog pipeline voda za cjelobrojne instrukcije, čime je x86 porodica mikroprocesora dobila svog prvog superskalarnog člana. Naravno zbog međusobnih zavisnosti, nije bilo moguće paralelno izvršavati svake dvije susjedne instrukcije, već samo međusobno nezavisne. Obje linije za izvršavanje instrukcija, označene sa U i V, nisu potpuno ravnopravne: U linija izvršava sve cjelobrojne i instrukcije za rad sa brojevima u pokretnom zarezu, a V linija jednostavnije cjelobrojne i FXCH instrukciju za rad sa brojevima u pokretnom zarezu (FP instrukcije). Cjelobrojne instrukcije podjeljene su na 5 faza istih kao kod 80486, dok FP instrukcije imaju 8 faza. FP instrukcije se ne uparuju pri izvršavanju sa cjelobrojnim, dok se dvije FP instrukcije mogu istovremeno izvršiti samo ako je druga instrukcija u paru FXCH (Floating point Exchange). Najveću korist od ove novine imaju programi koji su prevođeni pomoću «kompajlera» koji uzastopne instrukcije raspoređuje tako da su one međusobno nezavisne. Zbog toga postojeća softverska baza pisana u vrijeme prije nastanka Pentiuma, nije mogla u potpunosti iskoristiti prednosti novog procesora.

Adresna sabirnica je ostala 32 bitna, ali je sabirnica za podatke proširena na 64 bita. Veličina internog keša je duplirana u odnosu na 486 i iznosila je 16 KB, podijeljenih na 8 KB za podatke i 8 KB za instrukcije. Keš memorija ugrađena u Pentium je «dual-ported» tipa, što znači da u slučaju da oba voda istovremeno zatraže podatak, zahtjevima se istovremeno i udovoljava, osim u slučaju da su oba voda zatražila isti podatak. Internu keš različiti proizvođači podržavali su sa 256KB do 1 MB keš memorije drugog nivoa (L2 cache) ugrađene na matičnu ploču sa kojom je procesor komunicirao preko 64-bitne vanjske sabirnice za podatke koja je na velikoj većini procesora radila na 60 ili 66 MHz.

Počevši od Pentiuma, Intel u svoje procesore uvodi i hardver za predviđanje grananja. Kod Pentiuma on je baziran na BTB-u (Branch Target Buffer): procesor u fazi dekodiranja otkriva

14

da je riječ o instrukciji skoka, i odlazi u BTB sa adresom instrukcije. Ako informacija o instrukciji postoji u BTB-u, i ako je pretpostavka o skoku ispravna, instrukcija se izvršava bez gubitka ijednog ciklusa u pipeline-u.

Krajem 1996. Intel pušta u prodaju poboljšanu 5. generaciju Pentium procesora pod imenom Pentium MMX. U Pentium MMX ugrađeno je duplo više L1 keša (po 16 KB za instrukcije i podatke) nego u osnovnu varijantu i unaprjeđena je faza pripreme naredbi. Ipak, njegovu ključnu novinu predstavlja set od 57 novih instrukcija (MMX set) namijenjenih obradi multimedijalnih podataka. Za iskorištavanje potencijala ovih instrukcija bilo je neophodno redizajnirati postojeći ili pisati novi softver. memoriju

Socket 4 utor

Pored socket 3 utora koje je koristio 486 Pentium Overdrive procesor, noviji Pentium procesori su koristili socket 4 utor. To je utor koji ima 273 pinova, te je moguće na njega spojiti prvu generaciju Pentium procesora koji su radili na frekvencijama od 60/66 MHz. Ovi utori nisu imali svijetlu budućnost, budući da je Intel s dolaskom novijih Pentium procesora na 75 MHz, promijenio napon s 5 na 3.3 volta.

Ovaj socket, budući da je Intel poznat po promjeni utora dolaskom novijih procesora,ipak podržava Pentium Overdrive procesor na 120 MHz i 133 MHz.

Socket 5 utor

Socket 5 je prvi utor predviđen za drugu generaciju Pentium procesora. Sastoji se od 320 pinova i radi na naponu od 3.3 volta, zbog čega nekompatibilan s starijim Pentiumima.

15

Utor, dakle, podržava nisko brzinske Pentium procesore na 75 do 133 Mhz, ali ne podržava novije Pentiume od 166 do 200 MHz, te nove MMX Pentiume, zbog jednog dodatnog pina. Takvi procesori se moraju koristiti s Socket 7 utorom.

Pentium Overdrive je i dalje kompatibilan s Socket 5 utorom. Socket 5 je sada zastarjeli, te ga je potpuno zamijenio Socket 7.

Socket 7 utor

Socket 7 je najpopularniji Intelov utor za Pentium matične ploče, te najbliži standardnim utorima današnjice. Podržava širok krug procesora, uključujući Intelovu 5.generaciju procesora visokih performansi (Pentium 75-200 MHz, Pentium OverDrive, Pentium MMX ).

Socket 7 standard su objeručke prigrlili Intelovi suparnici AMD i Cyrix, koji su čak i dodali podršku svojoj 6.generaciji procesora (AMD K6 i Cyrix 6x86MX), zbog čega Intel kasnije mijenja standard, nemajući namjeru upotrebljavati Socket 7 za svoje procesore 6 generacije.

Socket 7 ploče su prve koristile integriranu kontrolu napona, koji se mogao mijenjati između 2,8 i 3,3 volta. Nedugo nakon toga izašli su novi Pentium MMX OverDrive procesori koji su iskoristili tu podršku.

VI. generacija Intelovih x86 procesora

16

Inzistiranje na potpunoj kompatibilnosti sa zastarjelim x86 procesorima Intelu je znatno sužavalo manevarski prostor u primjeni novih tehnologija na svojim proizvodima, i poštovanje tradicije da svaka procesorska generacija bude (bar) duplo brža od prethodne činilo sve težim. Intel i brojni drugi proizvođači su put za prelaženje naslijeđenih ograničenja CISC x86 porodice, potražili u hardverskom razbijanju x86 CISC instrukcija na neku vrstu manjih operacija, faktički RISC instrukcija čije se izvršavanje može učiniti paralelnijim. Ovaj pristup primijenjen je i u danas aktualnim procesorima.

Pentium Pro procesori(1995.)

Značajke: - RISC jezgra - Superpipeline arhitektura - integrirani L2 cache

Prvi procesor šeste generacije, nasljednik Pentiuma pojavio se na tržištu 1995. pod nazivom Pentium Pro (radni naziv P6). Prvobitna varijanta Pentiuma Pro bila je izrađena u 0.6 mikronskoj BiCMOS tehnologiji i radila je na taktu od 150 MHz. Osim logičkog dijela

čipa koji je sadržavao 5.5 milijuna tranzistora, u kućištu čipa (koje se priključivalo u Socket 8 podnožje - Pentium je koristio drugačije, tzv. Socket 7 podnožje) se nalazilo 256K (15.5 miliona tranzistora) ili 512K (31 milion tranzistora) četvorostrukog set-asocijativnog L2 keša. On je zahvaljujući ovakvoj integraciji mogao komunicirati sa procesorskim jezgrom na punoj frekvenciji procesora umjesto na nižoj frekvenciji 64-bitne vanjske sabirnice podataka (koja ovdje, kao i kod Pentiuma, iznosi 60 ili 66 MHz).

Količina L1 keša je ista kao na osnovnoj varijanti Pentiuma: po 8 KB za podatke i instrukcije. Važno je napomenuti da za razliku od Pentiuma, Pentium Pro ima 64-bitnu sabirnicu za pristup L2 kešu odvojenu od "glavne" sabirnice podataka koja se koristi za pristup memoriji i ostalim komponentama sistema, što omogućava nezavisnost ovih operacija. Ovakav koncept se naziv Dual Independent Bus (DIB).

Ove inovacije bile su neophodne da bi se procesorskoj jezgri omogućio maksimalno brz dotok instrukcija i podataka za obradu. Cjevovod (Pipeline) Pentiuma Pro ima umjesto Pentiumovih pet, cijelih 14 faza za izvršavanje instrukcija. Međutim, on ne izvršava x86 instrukcije već mikrooperacije. Pretvaranje x86 instrukcija u mikrooperacije, zauzima prvih 8 od 14 faza pipeline-a. Dublji cjevovod ima za posljedicu da se pojedinačne faze mogu izvršiti za kraće vrijeme, što je omogućilo Pentiumu Pro da se u istoj tehnologiji proizvodi na oko 30% posto većem taktu nego originalni Pentium.

Veliki problem za superpipeline arhitekture (uobičajeni naziv za cjevovod sa više od klasičnih 5-6 nivoa) predstavljaju instrukcije skoka, točnije pogrešno predviđeni skokovi. U slučaju promašaja potrebno je više vremena za pražnjenje dubljeg cjevovoda. Zbog toga je Intel u Pentium Pro ugradio naprednu jedinicu za predviđanje grananja koja je u stanju da predviđa čak 10 - 15 narednih skokova.

U usporedbi sa svojim prethodnicima Pentium Pro je bio manje tržišno uspješan. Razloga za to je više: zbog integracije L2 keša na procesor, proizvodnja je bila mnogo skuplja, jer je zbog samo jednog neispravnog bita u kešu cijeli procesor bio neupotrebljiv, dok je drugi, možda još

17

važniji razlog, činjenica da je Pentium Pro pokazivao brzinsku nadmoć nad Pentiumom (50-60% pri izvršavanju cjelobrojnih i nešto više pri izvršavanju FP instrukcija) samo pod 32-bitnim operativnim sistemima (kao što je Windows NT) i programima, dok su u ono vrijeme još vladali 16-bitni sistemi poput Windowsa 3.11 i 95-ice

Socket 8 utor

Socket 8 je utor za Pentium Pro procesore, posebno dizajniran da udovolji njegov neobičan izgled i raspored pinova (387 pinova). Budući da je Intel već odlučio da se odmakne od proizvodnje Pentium Pro procesora, postojeće Socket 8 matične ploče su bile jedino nadogradive OverDrive čipovima. Intel se trudio da korisnicima Socket 8 ploča redovito proizvode visoko brzinske (166 do 200 MHz) Pentium Pro OverDrive čipove, te novije Pentium II OverDrive procesore.

Kao što se vidi na slici, uvedena je i jedna novina u spajanju procesora s utorom, koja se koristi i na sadašnjim generacijama procesora. To je posebna polugica pomoću koje su se nožice procesora, pošto smo ga postavili u utor, čvrsto pritegnule uz kontakte utora. Tehnologija se naziva ZIF (Zero Insertion Force), te je moguće vrlo jednostavno izvaditi procesor bez posebnih alata.

Pentium II procesori(1997.), Celeron procesori(1998.)

18

Značajke: P6 jezgra, MMX podrška i nova rješenja L2 cachea

Težnja da se napravi komercijalno uspješniji procesor šeste generacije rezultirala je nastankom Pentiuma II (radni naziv Klamath, brzine 233 ili 266 MHz u prvim verzijama), polovinom 1997. Intel je PII bolje optimizirao za 16-bitni kod (doduše neznatno, ali je brzim prodorom Windowsa 95 i 32-bitnih programa ovo polako gubilo na značaju) i malo "prepakirao"

procesor. PII je imao 512 KB L2 keša, ali ne na istom čipu kao Pentium Pro, već na posebnom. Moduli sa jezgrom čipa i keš memorijom su se smještali na zajedničku 242-pinsku "karticu" nazvanu SECC (Single Edge Contact Cartridge), koja je preko novog adaptera nazvanog Slot 1 priključivana na matičnu ploču računala. Ovo fizičko udaljavanje procesora i L2 keša dovelo je do toga da se njihova komunikacija odvija na duplo nižem taktu od takta procesorske jezgre, ali je i bitno pojeftinilo proizvodnju procesora. Da bi nadomjestio ovo usporenje Intel je duplirao veličinu oba L1 keša na po 16 KB, i čipu dodao mogućnost izvršavanja MMX instrukcija.

Skoro sva ostala rešenja su prekopirana sa Pentiuma Pro. Ova promjena je zaista djelovala pozitivno na tržišnu poziciju Intela u proizvodnji procesora šeste generacije. Pentium II u svojim kasnijim verzijama (verzije 350 - 450 MHz) prelazi sa 66 MHz na 100 MHz vanjsku sabirnicu (FSB - Front Side Bus), a na tržištu se pojavljuje i njegova varijanta pod nazivom Pentium II Xeon, sa 512 KB - 2 MB L2 keša koji radi na brzini procesorskog jezgra, namijenjena serverima, koja se priključivala u drugačiji utor nazvan Slot 2.

Na slici vidimo izgled Slot 1 utora i nove tehnologije SECC kartica, na koje su se, kupnjom SECC kartice s Socket 8 utorom, mogli spojiti čak i stariji Pentium Pro procesori.

Polovinom 1998. Intel izbacuje prve varijante, kod nas i dalje vrlo popularnog, Celeron procesora. Celeron je nastao izbacivanjem L2 keša sa Pentiuma II, i glavni cilj mu je bio

Slot 1

19

tržište jeftinijih računala. Međutim, nepostojanje L2 keša je imalo izrazito negativne posljedice na performanse Celerona, pa je Intel bio prinuđen da izbaci varijantu sa 128 KB L2 keša (radni naziv Mendocino).

Celeronov keš L2 je sa procesorom komunicirao na punom taktu procesora (za razliku od PII), i zbog toga se Celeron sa L2 kešom pokazao gotovo jednako brzim kao PII. Ovo je primoralo Intel da Celeron zadrži na 66 MHz FSB-u, kako bi koliko toliko zaštitio prodaju znatno skupljeg Pentiuma II. Kao i PII i prve verzije Celerona koristile su Slot 1 priključak. Prvobitni Celeroni su pakirani na kartici koja je predstavljala SECC pakiranje sa koga je skinuta plastika. Međutim, nepostojanjem L2 keša ili njegovim integracijom na sam procesorski čip nestala je i potreba za Slot 1 podnožjem, pa je Celeron ubrzo počeo da se prodaje u 370-pinskim PGA (Pin Grid Array) pakiranjima namijenjenim priključivanju na Socket 370 podnožje.

Socket 370 za Celeron

20

VII. generacija Intelovih x86 procesora

Pentium III procesori (1999.)

Značajke: P6 jezgra, SSE set instrukcija i nove koncepcije L2 keširanja

Nestajanjem brzinske razlike između ekonomske i visoke klase proizvoda natjeralo je Intel da u proljeće 1999. na tržište izbaci Pentium III (radni naziv Katmai) na taktu od 450 i 500 MHz.

Pentium III je zadržao najveći dio osobina Pentiuma II : 32 KB L1 i 512 KB L2 keša koji sa procesorom komunicira na polovini njegovog takta, 100 MHz vanjsku sabirnicuu. SECC2 pakiranje PIII (priključuje se na Slot 1 predstavljen sa PII), se razlikuje od običnog SECC pakiranja za PII po uklonjenom dijelu plastike sa prednje strane procesora, čime je osiguran direktan pristup, a samim tim i bolje hlađenje procesorske jezgre. Ono što je novo, ako se izuzmu sitnija dorađivanja u dijelu procesora koji se bavi pripremom naredbi, je set od novih 70 instrukcija nazvan SSE set (Streaming SIMD execution); naravno, podrzan je i MMX set.

Intel je uveo nove instrukcije u cilju povećanja brzine rada u programima za rad sa 3D grafikom, u području digitalne obrade slike, prepoznavanja govora i sl. Naravno, programi pisani prije pojave PIII, nisu mogli koristiti ova poboljšanja. Neki od programa iz navedenih područja (Adobe Photoshop među prvima) su se pojavili u verzijama optimiziranim za SSE, i pokazali osjetno ubrzanje samo u nekim svojim segmentima, kojima je SSE posebno "ležao".

PIII ima još jednu, na prvi pogled nevažnu¸ ali u javnosti vrlo kontroverznu osobinu: chip ID (ili identifikacija čipa),koji predstavlja jedinstveni serijski broj svakog čipa, i namjena mu je bila, po Intelu, unapređenje trgovine preko Interneta. Međutim, javnost je posumnjala da se broj može neovlašteno "provaliti" i zloupotrijebiti, digla se galama oko ugrožene privatnosti, i Intel je bio prinuđen da odustane od prvobitne zamisli, i ovu mogućnost ostavi kao opcionalnu.

Na poboljšanja u arhitekturi Pentiuma III, Intel je bio prinuđen zbog pojava na tržištu procesora AMD Athlon. AMD, koji je godinama pravio čipove kompatibilne sa Intelom, ali najčešće kaskao za njim po cijelu jednu generaciju, se iznenada pojavio sa čipom koji je na velikoj većini brzinskih testova pokazivao bolje performanse od PIII.

Intelov odgovor na Athlon pojavio se početkom 2000 godine. Nova varijanta PIII (Coppermine) imala je 256 KB L2 keša koji radi na taktu procesora i sa njim komunicira preko 256-bitne sabirnice umjesto 64-bitne koja je postojala na PII i PIII Katmai. Ova varijanta PIII pokazala se bržom od prethodne (Katmai) i omogućila je Intelu da efikasnije parira AMD Athlonu. Ovakvo rešenje L2 keša Intel je nazvao Advanced Transfer Cache (ATC).

"Povratkom" L2 keša na jezgru čipa, prestala je potreba za SECC/SECC2 pakiranjima, pa se i PIII Coppermine počeo proizvoditi u pakiranju nalik na ono koje su već koristile novije

21

verzije Celerona, 370 pinskom FCPGA - Flip Chip PGA za Socket 370 podnožje. Ipak, procesor se zbog postojeće infrastrukture proizvodi i u SECC2 pakovanju.

Procesor i keš su zajedno imali 28 milijuna tranzistora. ATC je Intel počeo koristiti i na novim verzijama Celerona (128 KB keša), popularno zvane Celeron 2, koje rade na 566 MHz i više, što je omogućilo da se vrlo sličan proizvodni proces (0,18 mikronski) koristi za oba čipa. Celeron je ostao na 66 MHz sabirnici, ali je dobio podršku za SSE instrukcije. PIII Coppermine koristi vanjsku sabirnicu na 100 ili 133 MHz, a prve verzije su radile na brzinama 500 - 600 MHz. Ovaj procesor je prvi Intelov x86 procesor koji je dostigao takt od1 GHz. Zbog postojanja Katmai i Coppermine verzija PIII na istim taktovima, Intel je Coppermine modele označavao dodatnim slovom E u imenu procesora. PIII sa sabirnicom na 133 MHz ima sufiks B (npr. P III 600 EB je Coppermine na 133 MHz-noj sabirnici).

Pored osnovnih varijanti PIII i Celerona namijenjenih stolnim računalima, Intel nudi i PIII Xeon sa do 2 MB ATC-a, i varijante čipova sa manjom potrošnjom namijenjene ugradnji u laptope. U nove varijante "mobilnog" PIII ugrađena je tzv. SpeedStep tehnologija koja omogućava rad na različitim frekvencijama u zavisnosti od toga da li se računalo napaja iz baterije, kada se smanjenjem frekvencije smanjuje i potrošnja, ili iz AC mreže.

Što se tiče utora, PIII Katmai, koristi Slot 1, a noviji PIII Coppermine, Socket 370. Socket 370 je prvenstveno bio predviđen za novije Celerone, dok se kasnije prešlo na PIII procesore. Socket se sastoji od 370 pinova, koji su različiti kod oba procesora (66MHz FSB-a je potrebno kod Celerona, a 100/133MHz kod PIII). Socket 370 je postao jedan od najpopularnijih utora, zbog mogućnosti “overcloackanja” jeftinih Celeron procesora.

Socket 370 za PIII.

22

Pentium 4 procesori (2000.)

Značajke: NetBurst arhitektura (unaprijeđena P6 jezgra) i SSE2 instrukcije

U međuvremenu Intel, pritisnut konkurencijom od strane AMD-a, 2000. izbacuje novi 32-bitni procesor pod nazivom Pentium 4 (radni naziv Willamette). P4 predstavlja prvu ozbiljniju reviziju x86 arhitekture poslije Pentiuma Pro. P4 se ugrađuje u 423 pinski Socket 423 i na tržištu se pojavio na početnim radnim taktovima od 1.3, 1.4 i

1.5 GHz. Proizveden je 0.18 mikronskim procesom koji se koristi i za PIII, i sadrži 42 milijuna tranzistora. Novu mikroarhitekturu Intel je nazvao NetBurst. Naziv je dat više iz komercijalnih razloga, jer Intel reklamira Pentium 4 kao idealnu platformu za Internet.

NetBurst mikroarhitektura se odlikuje brojnim novim rešenjima,među kojima su najvažniji:

• pipeline (cjevovod) P4 procesora sada ima više faza, i upravo je to karakteristika koja je najviše doprinijela povećanom radnom taktu u odnosu na PIII.

• Advanced dynamic execution predstavlja složeni sistem namijenjen za spekulativno izvršavanje i izvršavanje instrukcija preko reda. Bolje predviđanje grananja je jako bitno za superpipeline arhitekture sa velikim brojem faza, jer loše predviđen skok uzrokuje velike vremenske gubitke na ovakvim arhitekturama;

• dvije aritmetičko-logičke jedinice P4, namijenjene izvršavanju jednostavnijih instrukcija, koriste kao aktivnu i uzlaznu i silaznu ivicu takta, čime se efektivno dobiva rad na duplo većoj frekvenciji (rapid execution engine);

• Dodat je SSE2 set od 144 128-bitnih instrukcija, namijenjen proširenju postojećih MMX i SSE mogućnosti;

• 100 MHz vanjska sabirnica je korištenjem quad-pumping tehnologije ubrzana na efektivnih 400 MHz, i dodati su posebni spremnici (bufferi) za održavanje kontinuiranog protoka na toj brzini;

• L1 keš je rešen na novi način . Postoji 8 KB keša za podatke dok je instrukcijski keš napravljen kao Execution Trace Cache (osobina P4 da kešira dekodirane x86 instrukcije (mikrooperacije), ukupno njih 12K ).

Svi procesori od Pentiuma Pro do Pentiuma 4 su zapravo zasnovani na gotovo identičnoj arhitekturi (ne računajući MMX i SSE dodatke) predstavljenoj još 1995. sa Pentiumom Pro. Pokazalo se da x86 kompatibilnost onemogućuje povećanje efikasnosti arhitekture procesora. Ovakav stav brojni analitičari su zauzeli još prilikom promocije Pentiuma Pro. Intel zato u strateškom savezu sa Hewlett-Packardom radi na izradi prvog člana svoje 64-bitne porodice (IA-64, opisani 32-bitni procesori pripadaju familiji IA-32) procesora pod nazivom Itanium, čija se pojava očekuje tokom 2001 godine. On će uz novi set 64-bitnih instrukcija ponuditi samo djelomičnu kompatibilnost sa x86, koja će vjerojatno biti fokusirana na 32 bitni kod.

23

AMD-ovi x86 procesori i njihovi utoriAMD-ovi x86 procesori i njihovi utori

AMD (Advance Micro Devices) je firma koja je u stopu pratila, tj. klonirala svaki Intelov korak u procesu izrade procesora. Njihovi klonovi 286, 386 i 486 procesora bili su više-manje identični Intelovim, od kojih su neki bili i bolji. AMD-ov 386DX-40 nadmašio je Intel-ov čip 486SX u pogledu brzine, performanse i cijene.

Naime, AMD-ova svijetla budućnost počinje tek V. generacijom procesora, AMD K5 procesorima. Procesor K5 bio je njihov prvi nezavisno napravljeni x86 procesor, i jedan od onih u koje je AMD polagao velike nade. Dogodilo se, međutim, da je on postigao samo ograničen uspjeh, što je više rezultat promašene prilike nego bilo kog posebnog problema u vezi sa procesorom.

V. generacija AMD x86 procesora

AMD K5 procesori (1996.)

Značajke: - RISC jezgra

Rezultat AMD-ovih razvojnih napora pojavio se na tržištu oko dvije i pol godine poslije Intel Pentiuma. Procesor nazvan AMD K5 sastojao se od 4.2 milijuna tranzistora, imao je 16KB instrukcijskog i 8KB keša za podatke, 64-bitnu sabirnicu podataka i 32-bitnu adresnu sabirnicu.

Početni radni takt je bio 75 MHz, ali su se ubrzo pojavile i brže varijante. K5 je x86 instrukcije prevodio u interni format jednostavnijih instrukcija nazvan ROP (RISC operacije) što je slično pristupu koji je primijenjen kod Pentiuma Pro. Slična rješenja kod Intela su viđena tek na Pentiumu Pro.

RISC (reduced instruction set computer) je generičko ime dano procesoru koji koristi malu količinu jednostavnijih instrukcija, da bi se postiglo manje posla s svakom instrukcijom, te da bi njihovo izvršavanje bilo gotovo u što manjem mogućem vremenu.

Testovi su pokazali da je K5 na istom taktu usporediv ili nešto brži od Pentiuma pri izvršavanju cjelobrojnih, ali nešto sporiji pri izvršavanju FP instrukcija, tj. instrukcija s pomičnim zarezom.

24

Što se tiče utora, K5 procesor se spajao na Socket 5 (procesori brzine od 75 – 100 MHz-a), te na Socket 7 utor (procesori brzine 120 – 166 MHz-a), koji su isti kao i kod Intelovih Pentiuma.

Socket 5 i Socket 7 utori za K5 procesore

VI. generacija AMD x86 procesora

AMD K6 procesori (1997.)

Procesor K6 je proizveden u 0,35-mikronskom pet-metal-slojnom procesu. K6 je gotovo 20% manji od Pentiuma Pro, a ipak sadrži 3,3 milijuna tranzistora više (8,8 prema 5,5 milijuna). Većina tih dodat-nih tranzistora je u skrivenoj memoriji prvog nivoa na čipu, kapaciteta 64 Kbajta, koja se sastoji od 32 Kbajta keša za instrukcije i 32 Kbajta keša sa udvojenim pristupom za vraćanje rezultata. To je četiri puta više nego kod Pentiuma Pro i dva puta više nego kod Pentiuma MMX i Pentiuma II.

Procesor K6 podržava Intel-ovu tehnologiju MMX, uključujući 57 novih instrukcija projek-tiranih da pojačaju i ubrzaju softver za multimediju. Kao i Pentium Pro, K6 u velikoj mjeri koristi RISC instrukcije. Upotrebom AMD-ove superskalarne mikroarhitekture RISC86, čip dekodira svaku instrukciju x86 u niz jednostavnijih operacija koje se mogu obrađivati na tipičnim RISC principima.

Procesor K6 je bio uveden u verzijama od 166 MHz, 200 MHz i 233 MHz. Njegov nivo per -formanse je vrlo sličan odgovarajuće taktovanom Pentiumu Pro sa maksimalnom skrivenom memorijom drugog nivoa od 512 Kbajta.

25

Kao i K5 koristio je identično podnožje sa Intelovim Pentiumom (Socket 7).

AMD K6-2 procesori (1998.)

Polovinom 1998. AMD izbacuje reviziju K6 procesora pod nazivom K6-2 3DNow!. U 0.25 mikronskoj tehnologiji izrađen je čip sa 9.3 milijuna tranzistora na početnom radnom taktu od 266 MHz. Procesor K6-2 obuhvaća inovativnu i efikasnu mikroarhitekturu RISC86, veliku skrivenu memoriju prvog nivoa kapaciteta 64KB i poboljšanu jedinicu za rad s pokretnim zarezom. Od prethodnika (K6) se razlikuje po vanjskoj sabirnici podataka čiji je takt sa 66 MHz podignut na 100 MHz, i novom setu instrukcija nazvanim 3DNow!, čiji je cilj ubrzanje rada sa 3D programima i igrama. Ovaj set instrukcija bi se mogao opisati

kao nešto slabiji Intel SSE, koji se pojavio nekoliko mjeseci kasnije sa PIII Katmai. Do početka 1999. godine najbrži raspoloživi procesor je radio na 450 MHz.

Procesor AMD K6-2 je pakiran u 321-pinskoj keramičkoj matrici pinova (ceramic pin grid array - CPGA), kompatibilnoj sa utorom Super Socket 7. To je unaprijeđeni Intelov Socket 7 utor s dodatnom AGP podrškom te 100 MHz-nom FSB sabirnicom.

26

VII. generacija AMD x86 procesora

AMD K6-III procesori (1999.)

AMD kasnije izbacuje K6-III (u vrijeme pojave Pentiuma III Katmai), koji zapravo predstavlja K6-2 sa integriranih 256 KB keša koji radi na brzini procesora. Koristio je postojeće Socket 7 matične ploče, a keš koji je na njima uglavnom postojao i koji je prethodnicima služio kao L2 keš, K6-III je koristio kao L3 keš.

Pored ove višepristupne konstrukcije skrivene memorije, jezgra procesora AMD-K6-III može pristupiti skrivenim memorijama i prvog i drugog nivoa istovremeno, što još povećava opću propusnu moć centralne procesorske jedinice.

AMD tvrdi da sa potpuno konfiguriranom skrivenom memorijom trećeg nivoa, K6-III ima 435% veću skrivenu memoriju od Pentijuma III i, zahvaljujući tome, značajnu prednost u per-formansi.

AMD je novim procesorima uz već postojeće MMX i 3DNow!, dodao i podršku za Extended 3DNow! set instrukcija, tj. prošireni 3DNow!.

Athlon (1999.) , Duron (2000.)

Značajke: Unaprijeđena mikroarhitektura Unaprijeđena FPU jedinica Proširen 3DNow! set instrukcija

Sve do 1997. i Pentiuma II svi ostali proizvođači su svoje mjesto tražili na tržištu jeftinijih čipova, za generaciju iza Intelovih najjačih modela po svim parametrima. Kada se AMD sa raznim

varijantama K6 procesora i približio Intelu, to je bilo samo u izvršavanju cjelobrojnih

27

instrukcija, dok je u FP performansama Intel i dalje bio daleko ispred svoje konkurencije. FP instrukcije intenzivno se koriste u CAD/CAM programima, programima za 3D animaciju i što je širokom tržištu najvažnije, u 3D igrama. Razliku u FPU performansama AMD je pokušavao da nadoknadi uvođenjem 3DNow! instrukcija, ali one nisu pomagale u bržem izvršavanju postojećeg koda. Zbog svega navedenog Intel-ovi čipovi tradicionalno su predstavljali kompletnije rješenje i sigurniju investiciju.

Ovakvu situaciju na tržištu ja na veliko iznenađenje promijenio nasljednik K6, AMD Athlon (razvijan pod imenom K7). AMD je Athlon nazvao prvim čipom sedme generacije x86 procesora što je on u praksi u potpunosti opravdao, pobjeđujući PIII na velikoj većini testova, pri čemu je osjetnu prednost pokazivao čak i na nekada glavnom Intelovom adutu - brzini FPU-a. Prve verzije Athlona koje su se na tržištu pojavile polovinom 1999. radile su na 500, 550 i 600 MHz, imale 22 milijuna tranzistora i bile proizvedene u 0.25 mikronskom procesu. Athlon je prvobitno pakiran slično kao PII i neke verzije PIII : na nekoj vrsti kartice nalazili su se procesorska jezgra i L2 keš koji radi na nižoj frekvenciji od njega. Kartica se priključivala na Slot A podnožje koje fizički predstavlja odraz u ogledalu Intelovog Slot 1 podnožja, ali sa njim nije električki kompatibilno.

Athlon sadrži 128 KB L1 keša (4 puta više od PIII), po 64 KB za instrukcije i podatke (koji, naravno, radi na taktu procesora) i 512 KB L2 keša povezanih sa jezgrom procesora preko 64-bitne sabirnice. L2 keš je na prvobitnim verzijama procesora radio na 1/2 takta procesora, ali je fleksibilna arhitektura omogućavala i rad na 1/3 ili 2/5 takta procesorske jezgre, što je u nekim kasnijim varijantama i korišteno. FSB (vanjska sabirnica) Athlona razvijena je na bazi EV6 sabirnice koju je firma Digital razvila za svoje napredne RISC procesore Alpha. Prve verzije Athlona su koristile 100 MHz-nu sabirnicu ubrzanu na efektivnih 200 MHz, duplo više od PIII.

Athlon, kao i njegovi prethodnici, ne izvršava neposredno x86 instrukcije već ih rastavlja na manje operacije čije se izvršavanje može bolje paralelizirati (AMD ih zove makrooperacije, za razliku od Intelovog termina mikrooperacije). Razlika u odnosu na odgovarajuću komponentu P6 arhitekture, je da ovdje postoje tri paralelna dekodera koji mogu vršiti dekodiranje svih x86 instrukcija (P6 arhitektura, kao što je opisano, ima dva dekodera za jednostavne x86 instrukcije, jedan za složenije i sekvencer mikrokoda za najsloženije). AMD tvrdi da je mehanizam predviđanja grananja efikasniji nego kod P6 arhitekture, a i da je u slučaju loše predviđenog grananja gubitak ovdje manji nego na P6, jer pipeline u Athlonu ima manje faza : 10 za cjelobrojne i 15 za FP instrukcije (kod P6 odgovarajući pipeline-ovi imaju 14 odnosno oko 30 faza), zbog čega se pri pražnjenju "plićeg" pipeline-a gubi manje vremena.

Athlon je prvi x86 procesor sa dosljedno primijenjenim pipeline tehnikama u izvršavanju FP instrukcija koji nije proizveden u Intel-u. Na Athlonu je, za razliku od procesora baziranih na P6 arhitekturi, pod određenim uvjetima moguće izvršavanje dvije FP instrukcije. Osim toga, raspolaže i proširenim (Enhanced) 3DNow! setom instrukcija.

Athlon je prvi komercijalno raspoloživ x86 procesor koji je dostigao granicu od 1 GHz. U trci tko će prvi izbaciti gigahercnu varijantu x86 procesora AMD je bio brži od Intela za svega nekoliko dana.

28

Sredinom 2000. AMD izbacuje na tržište varijantu Athlona (radni naziv Thunderbird) sa 256 KB L2 keša koji radi na taktu procesora, pri čemu je veza L2 keša sa procesorom ostala 64-bitna. AMD tvrdi da sadržaj L1 nije prosta kopija sadržaja L2 keša, čime se omogućava bolje korištenje postojećeg kapaciteta keša. Procesor sadrži 37 milijuna tranzistora, proizvodi se u 0.18 mikronskoj tehnologiji i pakira se u PGA kućište predviđeno za priključivanje na 462-pinski Socket A. Proizvodi se i ograničen broj primjeraka za Slot A, zbog postojećih matičnih ploča. Početni radni takt od 700 - 800 MHz naveliko je zaobiđen verzijama koje rade na preko 1 GHz. vanjska EV6 sabirnica radi na 100 MHz (efektivno 200 MHz) a postoje i varijante koje rade na 133 MHz (efektivno 266 MHz). Ostala rešenja odgovaraju onima na Athlonu.

2000. godine na tržištu se pojavio i AMD Duron (radni naziv Spitfire). On praktički predstavlja Thunderbird varijantu Athlona sa 64 KB L2 keša (duplo manje od L1 keša! - I ovdje su primijenjena opisana rješenja za L1 i L2 keširanje, korištena kod Thunderbirda, koja kod Durona imaju još više smisla). Radi na 100 MHz vanjskoj sabirnici (efektivno 200 MHz) i početne varijante radile su na 600 - 700 MHz. Prve varijante su proizvedene u 0.18 mikronskoj tehnologiji i sadrže 25 milijuna tranzistora. Namijenjen je tržištu jeftinih računala, na kome bar u pogledu brzine, nema dostojnu konkurenciju od strane Intel Celerona sa Coppermine jezgrom. Koristi isto Socket A podnožje kao i Athlon Thunderbird. Inače, ime mu potiče od latinskog durare - trajnost, čime AMD želi da stavi do znanja da je ulaganje u Duron trajna investicija.

29

30