31. Микропроцессоры амd с 64-разрядной архитектурой Opteron.

Восьмое поколение процессоров AMD основано на техно­логии AMD64, которая существенно расширяет традиционную архитектуру х86. В результате не только достигается увеличение общей производительности, но и обеспечиваются масштабируе­мость и гибкость системы.

Стратегический подход AMD к переходу на 64-битные вы­числения основывается на обеспечении совместимости с суще­ствующими 32-разрядными приложениями и операционными системами и одновременно возможности использовать 64-разряд­ные приложения там, где это необходимо.

Сравнительные характеристики архитектуры AMD64 и других 64-битных решений, присутствующих в настоящее время на рынке, приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Архитектура AMD64	Другие 64-битные решения
Полная совместимость с существующей архитектурой х86	Набор инструкций несовместим с существующей х86 архитектурой
Высокая производительность в 32-битном и в 64-битном режиме	Низкая производительность в 32-битном режиме
Полная поддержка 16-, 32- и 64-разрядных приложений, работающих одновременно	Поддержка 16- и 32-разрядных приложений только в режиме программной или аппаратной эмуляции
32-битный код работает без изменений. Возможность работы старых приложений с 64-разрядным адресным пространством	Необходимость перерабатывать 32-разрядный код для получения максимальной производительности

Архитектура AMD64 предполагает несколько режимов ис­полнения кода в зависимости от выполняемой задачи: Long mode и Legacy mode.

Режим Long mode реализует главное преимущество новой технологии и имеет два подрежима: 64-битный режим и режим совместимости.

Режим Long mode имеет следующие особенности:

- 64-разрядное виртуальное адресное пространство и 52-раз­рядное физическое адресное пространство;

- страничное управление памятью;

- ограниченная поддержка сегментации;

- отсутствие поддержки механизма переключения задач ар­хитектуры х86;

-отсутствие поддержки устаревшего реального режима и режима Virtual-8086; поддержка только 64-битных приложений и 16- и 32-битных приложений защищенного режима.

64-битный подрежим поддерживает все новые возможно­сти процессора:

- 64-разрядная виртуальная адресация;

- расширения регистров, доступные с помощью нового префикса (REX) восьми новых регистров общего назначения (R8-R15);

- расширение всех регистров общего назначения до 64 бит;

- восемь новых 128-битных регистров SSE (ХММ8-ХММ15);

- 64-разрядный указатель команд.

Подрежим совместимости позволяет 64-разрядным опера­ционным системам сохранить полную совместимость с сущест­вующими 16- и 32-разрядными приложениями, т.е. возможность исполнять любые приложения без перекомпиляции в 64-разряд­ной операционной системе. В режиме совместимости приложе­ния имеют доступ к первым 4 Гб виртуального адресного про­странства. С точки зрения исполняющегося приложения режим совместимости выглядит как защищенный режим х86. С точки зрения операционной системы трансляция адресов, обработка прерываний и исключений, а также системные структуры дан­ных используют механизмы режима Long mode.

Режим Legacy mode сохраняет полную двоичную совмес­тимость с существующими 16- и 32-разрядными приложениями, операционными системами и существующей 32-разрядной реа­лизацией архитектуры х86.

Новое семейство микропроцессоров с архитектурой AMD64 получило название Hammer (молоток). К нему относятся микро­процессор для персональных компьютеров Claw (коготь) Нат- mer и серверный процессор Sledge (санки) Hammer. Оба процес­сора производятся по технологии 0,13 мкм с медными соедине­ниями и изолированной подложкой. Микропроцессоры данного семейства являются 64-разрядными, однако, в отличие от архи­тектуры 1А-64 Intel, обеспечивают совместимость с системой ко­манд х86, в связи с чем архитектура получила название Х86-64.

Основные преимущества архитектуры х86-64 следующие:

- обратная совместимость с инструкциями х86;

- 64-битные версии регистров общего назначения;

- восемь новых РОН, доступных только для 64-битных приложений;

- увеличение объема адресуемой памяти;

- высокая производительность 32-битных приложений, поддержка 64-битных приложений.

Создавая новую архитектуру, разработчики компании AMD стремились повысить производительность микропроцессора не только за счет увеличения тактовой частоты или числа вычисли­тельных блоков, но и за счет повышения степени их загрузки. С этой целью в микропроцессор внесены следующие изменения:

-увеличена длина вычислительных конвейеров: целочис­ленного конвейера - до 12 стадий, с плавающей точкой - до 17 стадий;

- встроен контроллер памяти;

- усовершенствован блок предсказания ветвлений;

- встроен когерентный интерфейс HyperTransport.

Встроенный когерентный интерфейс HyperTransport обес­печивает возможность использования Hammer в мультипроцес­сорной конфигурации.

Улучшение блока предсказания ветвлений заключается в выявлении и учете информации о типе ветвлений: статическое ветвление, т.е. адрес перехода не изменяется, или динамическое.

Различия процессоров для одно- и многопроцессорных конфигураций заключаются в основном в размере кэш-памяти второго уровня и числе портов интерфейса HyperTransport.