X86 Procesory AMD/Intel VILIAM VALENT 3 – 704 - 1.

Prezentace na téma: "X86 Procesory AMD/Intel VILIAM VALENT 3 – 704 - 1."— Transkript prezentace:

1 x86 Procesory AMD/Intel VILIAM VALENT 3 –

2 Čo je to procesor? Procesor (CPU - Central Processing Unit) je laicky povedané srdce každého počítača. Je to ústredná výkonná jednotka počítača, ktorá číta z pamäte inštrukcie a na ich základe vykonáva program. Pretože procesor, ktorý by vykonával program zapísaný v nejakom vyššom programovacom jazyku by bol príliš zložitý, má každý procesor svoj vlastný jazyk – tzv. strojový kód, ktorý sa podľa typu procesora skladá z jednoduchších alebo zložitejších inštrukcií. Pôvodné procesory počítačov boli zostavené z elektróniek, neskôr potom z tranzistorov, doplnených odpormi a kondenzátormi. Veľkosť takéhoto procesora zodpovedala zvyčajne z jednej veľkej skrine. Až začiatkom 70. rokov 20. storočia sa s nástupom integrovaných obvodov začali procesory miniaturizovať. Najskôr boli procesory stavané z procesorových rezov, (procesor bol potom zložený z niekoľkých desiatok jednoduchších integrovaných obvodov). Keď prišlo k integrácii procesora do jediného čipu, vznikol mikroprocesor.

3 Architektúra CPU Čo sa týka výrobcov mikroprocesorov, je ich viacero. V súčasnej dobe existuje totiž viac architektúr CPU. Medzi najrozšírenejšie patrí x86 (IA-32) a v poslednom čase aj nové x86-64 (EM64T(Intel64), AMD64), ktoré sú typu CISC. Menej známe sú procesory typu RISC. Sú to napríklad Sparc, Sparc64, Alpha a ďalšie. Najskôr je by sme si mohli v skratke vysvetliť, čo to vlastne tie CISC a RISC architektúry znamenajú. CISC - Complex Instruction Set Computer - procesor má kompletnú inštrukčnú sadu vytvorenú hardvérovými prostriedkami. RISC - Reduced Instruction Set Computer - procesor má redukovanú inśtrukčnú sadu (len najpoužívanejšie inštrukcie, ktoré sú maximálne zjednodušené a zrýchlené) ostatné príkazy inštrukčnej sady si procesor „zloží“ z jednoduchých inštrukcií. Vychádza sa zo skutočnosti, že až 80% príkazov pre procesor používa len 20% inštrukčnej sady Súčasné procesory Intel a AMD sú vnútorne RISC, kde za pomoci mikroinštrukcií vykonávajú zložité CISC pokyny a umožňujú aktualizáciu riadiaceho mikrokódu. Pôvodne lepšie možnosti RISC procesorov boli prekonané obrovskými investíciami firmy Intel získanými masívnou výrobou procesorov do osobných počítačov, takže súčasné CISC procesory prekonávajú RISC, hlavne na desktopovom poli, v situácii serverov je situácia odlišná, okrem výrobcov Intel a AMD sa tu výrazne presadzuje aj firma IBM so svojou radou Power, hlavne 6. generácia je veľmi výkonná, ale aj firma SUN a ďalšie.

4 Architektúra x86 Nás ale budú hlavne zaujímať osobné počítače, pretože tie používame. Servery, superpočítače a výpočetné stanice nateraz necháme bokom. Dnešné osobné počítače (až na pár výnimiek) vychádzajú z architektúry Intel x86. x86 alebo Intel 80x86 je označenie architektúry mikroprocesorov pôvodne vyvinutých a vyrábaných firmou Intel. Dlho boli procesory od rôznych výrobcov zámenné. Osadzovali sa do identických pätíc (socket). od roku 1987, hlavne kvôli licenčnej politike sa cesty výrobcov procesorov rozišli a dnes si každý výrobca vyvíja vlastnú technológiu. V súčasnosti existujú teda dvaja hlavní výrobcovia architektúry x86, a to Intel a AMD. Existuje síce ešte aj firma VIA, ktorá disponuje licenciou na výrobu x86, ale tá sa orientuje len na špecifickú oblasť trhu – oblasť mininotebookov a zariadení s veľmi nízkym odberom elektrickej energie. Firma Intel patrí medzi najväčších gigantov v oblasti IT. Stabilne vlastní zhruba 80% trhu, naproti nej AMD je vcelku malá firma, s podielom 20%, čo vyzerá byť relatívne dosť, ale oproti Intelu je to asi 20x menšia firma. Keďže popis celej histórie architektúr, ich fungovania, rozdielov a využiteľnosti by sa zrejme dal rozpísať aj na niekoľko kníh, len stručne si ich rozdelíme a zameriame sa hlavne na súčasné typy.

5 Rozdelenie najznámejších socketov pre procesory AMD/Intel od najstarších až po súčasnosť
AMD Socket Intel socket - AMD K6-2, AMD K6-III; Rise mP6. - PGA (638 pinov). - Slot A - AMD Athlon - Socket A (Socket 462) - Athlon, Duron, Athlon XP, Athlon XP-M, Athlon MP, Sempron processors (PGA 462 pinov). - Socket mobile Athlon XP-M (µ-PGA 563 pinov) - Socket Athlon 64, Sempron, Turion 64 processors (PGA 754 pinov) - Socket Athlon 64, Athlon 64 FX, Athlon 64 X2, Opteron (PGA 939 contacts) - Socket AMD Opteron, Athlon 64 FX (PGA 940 pinov). - Socket AM2 - Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX, Opteron (PGA 940 pinov) - 40 pin DIP - Intel 8086, Intel 8088 - 68 pin PLCC - Intel 80186, Intel 80286, Intel 80386 - Socket - Socket - Socket (3.3 V a 5 V) - Socket 4 - Intel Pentium 60/66 MHz - Socket 5 - Intel Pentium MHz; AMD K5; IDT WinChip C6, WinChip 2 - Socket , málo používané - Socket 7 - Intel Pentium, Pentium MMX; AMD K6; Cyrix - Socket 8 - Intel Pentium Pro - Socket Intel Pentium III, Celeron; Cyrix III; VIA C3 - Socket Intel Pentium 4 a Celeron - Socket Intel Pentium 4, Celeron, Pentium M - Socket Intel Pentium M a Celeron M - Micro-FCBGA - Intel Mobile Celeron, Core 2 Duo (mobile), Core Duo, Core Solo, Celeron M, Pentium III (mobile), Mobile Celeron - PAC418 - Intel Itanium - PAC611 - Intel Itanium 2, HP PA-RISC 8800 and 8900 - Socket J (Socket 771, LGA 771) - Intel Xeon - Socket M - Intel Core Solo, Intel Core Duo, Intel Core 2 Duo - Socket N - Intel Dual-Core Xeon LV - Socket P – náhrada za Socket 479 a Socket - Socket T (Socket 775, LGA 775) - Intel Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium Extreme Edition, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon 3000 series, Core 2 Quad

6 Súčasné procesory AMD – socket AM2(od leta 2006) a AM2+
AMD sa rozhodlo socketom AM2 zjednotiť svoje procesory do jednotnej pätice. Pred socketom AM2 tu boli sockety 754 – ten slúžil na osadenie lacnejších procesorov radu Athlon 64 a Sempron, ktoré mali integrovaný jednokanálový pamäťový radič a patrili do prvej generácie architektúry K8. Ďalej tu bol už v mnohom modernejší socket 939, ktorý podporoval procesory druhej generácie K8 s dvojkanálovým pamäťovým radičom, ktorý podstatne zvyšoval výkon. Socket 939 je považovaný za vôbec najúspešnejší v histórii AMD, pretože procesory Athlon 64 a hlavne Athlon 64 X2 + najvýkonnejšie rada FX výrazne prekonali konkurenciu od Intelu v podobe Pentií 4 a Pentií D čo sa týka hrubého, multimedialného a herného výkonu, ale hlavne v pomere výkonu na jeden watt. Serverová varianta socketu 939 bola socket 940. Socket AM2 bol len veľmi jemným vylepšením socketu 939 a to v podpore procesorov s integrovaným radičom pre pamäťové moduly DDR2 do frekvencie 800MHz. Ďalšie charakteristiky boli podpora Hyper Transportu 2.0s frekvenciou 2000MHz(2x1000MHz) s rýchlosťou až 8GB/s. AMD architektúra stavia na veľmi rýchlom prenose dát a preto je vhodná najmä v serverovej oblasti a v špecifických aplikáciach. Ďalej to je podpora 64bitov(celá architektúra K8), jedna z významných funkcií bola podpora hardwarovej virtualizácie AMD Pacifica. Vylepšené boli aj šetriace technológie – Cool&Quiet. AMD vyrába pre socket AM2 procesory 90nm a 65nm výrobnou technológiou. Do tohto socketu patria rôzne verzie ako sú Sempron, Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 X2 EE, Athlon 64 X2 Black Edition, Athlon 64 FX. Do tejto pätice je možné osadiť aj najnovšie procesory Phenom, ale s určitými obmedzeniami(hlavne čo sa týka spotreby a rýchlosti HT). Vcelku sa dá povedať, že socket AM2 bol a je úspešný, momentálne ale hlavne v segmente menej výkonných počítačov. Hlavná charakteristika procesorov je frekvencia 1.6 – 3.2GHz, L2 cache 512KB-1MB(u dualcore potom 2x), spotreba W, podľa konkrétnych modelov.

7 Súčasné procesory AMD – socket AM2(od leta 2006) a AM2+ pokračovanie
Socket AM2+ sa nedá považovať za kompletnú náhradu socketu AM2, je skôr jej vylepšením. Hlavný rozdiel je v podpore Hyper Transportu 3.0, ktorý má pri frekvencii najrýchlejšieho modelu frekvenciu 5200MHz(2x2600MHz) a priepustnosť 20.8GB/s. Socket je teda plne pripravený pre novú radu K10, ktorej procesory sa nazývajú Phenom. Procesory Phenom zatiaľ nežnú taký úspech ako procesory radu K8, skôr sú zatiaľ sklamaním. Primárne je procesor štvorjadro, existujú ale aj troj- a dvojjadrové varianty. Procesor má zdvojené FPU jednotky(jednotky pre prácu v plávajúcej desatinnej čiarke), novú L3 cache s veľkosťou 2MB na komunikáciu s jadrami a podporujú aj nové inštrukcie SSE4A(predchádzajúce modely len po SSE3), ďalej obsahuje 512KB L2 cache na jadro. Hlavná nevýhoda je ale vysoká spotreba, aj napriek veľmi pokročilým šetriacim funciam ako vypínanie jadier, a nízke frekvencie. Phenomy sa zatiaľ presadzujú len veľmi pomaly, najmä vďaka počiatočným výrobným problémom(celá jedna séria B2 obsahovala chybu), ale hlavne kvôli veľmi tvrdej konkurencii zo strany Intelu. Nové Phenomy sú ale veľmi vhodné pre spracovanie veľkých tokov dát, pri komprimácii videa a viacvláknové aplikácie. Vhodné sú aj na hranie hier, aj keď nie ako procesory Intel, ktoré profitujú z veľkej L2 cache, o tom ale až neskôr. V súčasnosti sa na jeseň 2008 pripravuje nová sada procesorov Phenom vyrábaná 45nm výrobným postupom, ktorá má mať vychytané všetky muchy, 3x takú L3 cache s veľkosťou 6MB, zvýšený výkon na takt až o 35% a najmä vyššie pracovné frekvencie, ktoré majú presahovať 3GHz, určite poteší aj znížená spotreba. Ak AMD splní svoje sľuby, K10.5 ako sú tieto nové Phenomy nazývané, môžu byť opäť veľmi úspešné.

8 Súčasné procesory Intel – socket T(LGA 775)
Socket 775, tiež Socket T alebo LGA 775 zastupuje aktuálnu platformu spoločnosti Intel. Hoci sa označenie Socket 775 bežne používa, nie je toto fakticky správne, pretože sa už nejedná o socket v pravom slova zmysle - na doske nenájdeme päticu s konektormi, do ktorej zasunieme procesor, ale naopak obsahuje piny, pričom procesor piny(nožičky) neobsahuje , má len miniatúrne kontaktné plôšky - od toho označenie LGA (Land Grid Array). Pätica LGA 775 nahradila už dosluhujúci Socket 478. Dosky s touto päticou sa na trhu po prvýkrát objavili približne v polovici roka Prvými procesormi pre túto pätici boli Pentiá 4 s jadrom Prescott, ktoré v podstate vychádzali z totožného čipu ako modely pre Socket 478. Čoskoro sa však začali vyrábať modely s podporou XD bit(eXecute Disable) a predovšetkým potom 64bitových inštrukcií EM64T. Stretneme sa tu tiež s Hyper Threading technológiou a úspornými technológiami C1E a Intel Thermal Monitor 2. Neskôr sú v súvislosti s novou architektúrou procesorov predstavené aj ďalšie technológie ako Intel SpeedStep (EIST), Intel VT alebo rozširujúce inštrukcie SSSE3. V prípade základe základných dosiek s päticou LGA 775 môžeme naraziť na doslova záplavu čipových sád. Tie od seba odlišuje nielen podpora procesorov, ale aj rýchlosť FSB zbernice (533 až MHz) či podpora pamätí (vďaka integrácii pamäťového radiča nie v CPU, ale v čipovej sade) DDR, DDR2 alebo DDR3. Asi najväčšieho úspechu dosahuje LGA 775 v súčasnosti vďaka architektúre Core 2. Čo je to tá architektúra Core 2? Každého, kto vlastnil procesor Pentium 4 alebo dvojjadro Pentium D asi prekvapí, že si naraz musí kupovať procesor, ktorý má oveľa nižšiu frekvenciu. Core 2 procesory sú ale vyrábané úplne odlišnou technológiou, obsahujúce krátku pipeline, procesor dokáže spracovať veľké množstvo inštrukcií za takt, až 4(Pentium 4 a AMD64 len 3), je preto omnoho výkonnejší ako Pentiá 4 vyrábané technológiou Netburst, optimalizovanú pre vysoké frekvencie. Len pre porovnanie – Core 2 Duo s frekvenciou 2GHz je rýchlejšie ako najrýchlejšie Pentium D 3.8GHz zhruba o 20-30%, v hrách niekedy aj 50%(Pentiá 4 neboli moc vhodné na hry hlavne kvôli extrémne dlhej pipeline, teda pomalej L2 cache). Takisto keď zoberieme procesor od AMD, na rovnakej frekvencii je pomalší zhruba o 20-30%. Teda 2.5GHz Athlon 64 X2 sa zhruba vyrovná 2GHz Core 2 Duo.

9 Súčasné procesory Intel – socket T(LGA 775) - pokračovanie
Procesory Intel Core 2 Duo teda priniesli v čase svojho uvedenia na trh určitú revolúciu na poli desktopových procesorov. Naraz zmizla honba za MHz, ktorú poznáme z dôb architektúry NetBurst a ukázalo sa, že vysokého výkonu je možné dosiahnuť aj inak. Tieto procesory sa navyše stali obrovským lákadlom pre overclockerov, pretože najmä najlacnejšie modely s východiskovou frekvenciou pod 2 GHz šlo v domácich podmienkach s kvalitnou základnou doskou často pretaktovať až o takmer 100%. Procesory Core 2 Quad sú obdobou procesorov Core 2 Duo. Jediným, ale podstatným rozdielom je množstvo jadier, ktoré je v tomo prípade dvojnásobné- tj. všetky nižšie uvedené procesory disponujú štyrmi jadrami. S určitou mierou nadhľadu možno povedať, že sa jedná o 2 procesory Core 2 Duo spojené do jedného. To ostatne dokazuje L2 cache, ktorá je spoločná vždy pre dve jadrá(napr. 2x4MB). Na tomto aj dosť stavia marketing firmy AMD, pretože táto firma drží primát čo sa týka uvedenia prvého natívne dvoj- aj štvorjadrového procesora. Hlavné technologické rozdiely oproti AMD sú teda v používaní pamäťového radiča na doske, ktorý je pomalší, Intel je teda oveľa viacej závislý na frekvencii pamätí ako na ich latencii, AMD naopak profituje s čo najmenších prístupových dôb. Druhý zásadný rozdiel je v použití zastaralej zbernice FSB(Front Side Bus), ktorá je tu už niekoľko generácií a v súčasnosti už nepostačuje, hlavne v oblasti serverov. Procesory rady Core 2 ale profitujú z obrovskej a veľmi rýchlej L2 cache, ktorú zdieľajú obidve jadrá(obvykle veľkosť 4 alebo 6MB ), ktorá kompenzuje absenciu integrovaného radiča. V súčasnosti vyrába Intel procesory 45nm technológiou s použitím Low-K dielektrika. Teda tepelné charakteristiky jeho procesorov sú vynikajúce. Navyše umožňuje dosahovať veľmi vysoké frekvencie. Core 2 je v oblasti taktovania legendárny procesor. V highende teda momentálne jednoznačne kraľuje firma Intel s procesormi Core 2. Aj u firmy Intel sa na jeseň očakáva menšie revolúcia – príchod procesorov radu Nehalem – Core i7. Majú mať integrovaný pamäťový radič po vzore AMD, ale dokonca idú až ďalej, radič má byť až trojkanálový. Rozlúčime sa aj so zbernicou FSB, ktorú nahradí QP(Quick Path), takisto podľa vzoru od AMD a ich Hyper Transportu, dostane aj L3 cache s veľkosťou 8MB. Procesor bude teda veľmi podobný AMD Phenomom, čo sa týka vnútornej štruktúry,

10 Záverom, alebo čo nás čaká v budúcnosti...
A na záver... Dá sa povedať, že trh s x86 procesormi je stabilizovaný, ovládajú ho 2 firmy, najmä firma Intel, a nehrozí ani ďalší vstup nejakého iného výrobcu na trh, hlavne kvôli zložitosti licenčných práv. Mnohí kritici hovoria, že architektúra x86 je slepá vývojová vetva, ktorá je dávno prekonaná, ale nič sa na tom asi v blízkej dobe nezmení, pretože firma Microsoft, ktorá vyrába operačné systémy Windows, ktoré podporujú len architektúru x86 vlastní v podstate až 90% trhu pre desktopy(9% Mac OS X od Apple, 1% Linux a ostatné), teda monopol, a nemá v pláne robiť operačný systém pre niečo iné ako x86. Vynikajúci prehľad dnešných aj starších procesorov a ich architektúr je možné nájsť na internetovej stránke v sekcii procesory. Ďalšie zaujímavé materiály sú na stránkach