Архитектура Athlon mp

Вообще говоря, микропроцессоры Athlon MP фактически не имеют никаких особенностей в архитектуре по сравнению с Athlon 4 для мобильных систем и Athlon XP для настольных компьютеров. Архитектура кристалла, получившая название QuantiSpeed, - девятипотоковая, суперскалярная и полностью конвейерная. Благодаря этому можно выполнять до девяти команд за один такт. Напомним, что в современных высокопроизводительных х86-совместимых процессорах х86-команды декодируются в более простые и эффективные внутренние RISC-подобные инструкции фиксированной длины. В Athlon для этих целей имеются три параллельно работающих декодера. Как известно, перед непосредственным исполнением RISC-команды попадают в буфер IСU (Instruction Control Unit), величина которого у Athlon составляла 72 инструкции, что должно исключать простои из-за переполнения на самых высоких частотах. Три конвейерных блока IEU (Integer Execution Unit) для исполнения целочисленных команд всегда были сильной стороной этого микропроцессора. Кроме того, арифметический сопроцессор способен выполнять одновременно три операции: простую вещественную операцию типа сложения, сложную типа умножения и отдельно операцию хранения. Общая длина целочисленного конвейера составляет 10 ступеней, а конвейера в устройстве вещественной арифметики - 15 ступеней.

Таблица предсказания переходов BTB (Branch Target Buffer), в которой сохраняются предыдущие результаты выполнения логических операций, может хранить до 2048 адресов. На основании этих данных процессор прогнозирует их результаты при их повторном выполнении. Соответственно вероятность правильного предсказания повышается примерно до 95%. Таблица, на основании которой строится предсказание BHT (Branch History Table), еще больше: она насчитывает 4096 ячеек. Athlon MP стал первым немобильным процессором AMD, использующим полный набор SSE-инструкций (Streaming SIMD Extensions). Новый набор команд (3DNow! Плюс SSE) получил название 3DNow! Professional и включает 52 новые инструкции. В ядре Palomino был увеличен размер буфера быстрого преобразования адреса TLB (Translation Look-aside Buffers). Задача TLB заключается в кэшировании транслируемых физических адресов памяти. Процесс трансляции необходим процессору при обращении к любым данным, хранящимся в основной памяти, а потому кэширование адресов существенно сокращает время, проходящее с момента запроса данных процессором до момента их получения. Дело в том, что в момент обращения к оперативной памяти процессор обращается не к физическому адресу ячейки, а к виртуальному (естественно, между ними есть строгое соответствие). Эти преобразованные адреса и размещаются в TLB, причем отдельно для инструкций и данных. Если процессор не найдет нужный адрес, ему придется заняться его вычислением. Учитывая совсем немаленькое количество адресов в большинстве случаев, подобные операции могут заметно притормозить процессор. Понятно, что расширение TLB должно самым положительным образом сказываться на производительности. Среди основных особенностей стоит отметить, что в TLB кэш-памяти данных первого уровня Athlon MP число строк увеличено с 32 до 40. В TLB кэш-памяти команд и кэш-памяти данных второго уровня используется так называемая специальная exclusive-архитектура. Строки TLB поддерживают опережающую загрузку. Увеличение числа строк в TLB кэш-памяти данных повышает вероятность успешного попадания в буфер (вероятность нахождения нужного адреса). Особенность архитектуры заключается в том, что записи в TLB кэш-памяти первого уровня не дублируются в TLB кэш-памяти второго уровня. Таким образом, в последнем экономятся строки, благодаря чему этот буфер может кэшировать больше адресов. Задача механизма упреждающей выборки DPM (Data Prefetch Mechanism) состоит в том, чтобы правильно предсказать, какие данные из основной памяти понадобятся для обработки процессору, и заблаговременно загрузить их в кэш-память. Если механизм срабатывает правильно, то такое нововведение опять-таки положительно сказывается на производительности. Однако при этом резко возрастают требования к пропускной способности шины FSB (Front Side Bus) и памяти. У Athlon Thunderbird и в более ранних версиях кристаллов подобный механизм работал только с инструкциями 3DNow! и SSE. С появлением процессоров на ядре Palomino (Athlon MP) упреждающая выборка данных была существенно доработана. Теперь с ее помощью возможно повышать производительность любых, даже не оптимизированных приложений. Athlon МP непрерывно анализирует адреса затребованных процессором данных наряду с последовательностью, в которой они были затребованы. На основании анализа делается попытка предсказания, какие адреса данных будут затребованы, и происходит опережающая загрузка информации в кэш-память. Это может быть особенно полезно, например, при циклической обработке больших массивов. Упреждающая выборка данных хорошо работает с приложениями, которые активно используют высокую пропускную способность, так как такой трафик легче поддается предсказанию. К этим приложениям относятся программы редактирования видео, создания 3D-графики и серверы баз данных. Дальнейшее развитие семейства микропроцессоров Athlon MP связано с переходом на новое ядро Thoroughbred, выполненное с соблюдением проектных норм 0,13 мкм. К концу года ожидается также появление ядра Barton, которое помимо новых проектных норм будет использовать технологию "кремний на изоляторе" SOI (Silicon-On-Insulator).

Для нового процессора компания AMD сделала и новый чипсет – AMD-760MP. Это первый чипсет для SMP платформ на базе процессоров AMD. Его краткие характеристики:

-северный мост AMD-762, system controller

-южный мост AMD-766, peripheral bus controller

-двойная процессорная шина 200/266MHz

для процессоров Athlon

-поддержка до 4GB оперативной памяти PC1600 и PC2100

-поддержка порта AGP 4X (включая режимы 1X и 2X)

-поддержка шины PCI 2.2

-7 PCI слотов 33MHz 32/64-bit или 2 PCI слота

66MHz 32/64-bit

-два канала EIDE, ATA 33/66/100

-четыре порта USB

-поддержка управления питанием (включая ACPI)

Чипсет использует классическую архитектуру с северным и южным мостом. Связь между ними осуществляется по шине PCI с максимальной пропускной способностью 133 MBps. Несмотря на поддержку чипом AMD-762 шины PCI с частотой 66MHz, в настоящий момент нет южных мостов, работающих на такой скорости, поэтому такие конфигурации пока невозможны. Отличий от известного чипсета AMD-760 всего два – поддержка двухпроцессорных конфигураций и 64-битной шины PCI, ну а южный мост вообще используется тот же (AMD-766).