Кэш-память современных микропроцессоров фирм Intel и AMD
х управления памятью, в том числе для
преобразования виртуальных адресов в физические.
Благодаря использованию нанотехнологий, для снижения потребляемой
мощности, увеличения быстродействия ЭВМ( что достигается сокращением
времени обмена данными между процессором и кэш-памятью) существует
возможность, а более того имеются реальные примеры того, что кэш-память
реализуют в одном кристале с процессором. Такая внутренняя кэш-память
реализуется по технологии статического ОЗУ и является наиболее
быстродействующей. Объем ее обычно составляет 64-128 Кбайт, причем
дальнейшее увеличение ее объема приводит обычно к снижению быстродействия
из-за усложнения схем управления и дешифрации адреса.
Альтернативой, широко применяемой в настоящее время, является вторая
(внешняя) кэш-память большего объема, расположенная между внутренней кэш-
памятью и ОП. В этой двухуровневой системе кэш-памяти, внутренней памяти
отводится роль первого уровня L1, а внешней - второго L2. емкость L2
обычно на порядок и более выше, чем L1, а быстродействие и стоимость ниже.
Память второго уровня также строится обычно как статическое ОЗУ. Емкость ее
может составлять от 256 Кбайт до 1 Мбайта и технически реализуется как в
виде отдельной микросхемы, однако может размещаться и на одном кристалле с
процессором.
Самые современные процессоры от крупнейших производителей оснащаются
сегодня кэш-памятью емкостью у Intel Pentium 4 на ядре Northwood - 512
Кбайт кэш-памяти L2, а процессоры Prescott будут выпускаться по 0,09-
микронной технологии и получат кэш-память второго уровня удвоенного объема,
который составит 1 Мбайт. Intel продолжает широко рекламировать свой
"экстремальный" игровой процессор Pentium 4 Extreme Edition на основе
модифицированного серверного ядра Gallatin с тактовой частотой 3,40 ГГц и
кэш-памятью третьего уровня объемом 2 Мбайта. Она дополняет стандартный
нортвудовский кэш L2 512 Кбайт и тоже работает на частоте ядра процессора
(правда, с большей раза в два латентностью). Таким образом, в сумме новый
Pentium 4 Extreme Edition имеет кэш-память объемом 2,5 Мбайт.
Дополнительная кэш-память третьего уровня ведет начало от серверных
процессоров Xeon MP на 0,13-микронном ядре Gallatin и не имеет ничего
общего с грядущим 90-нанометровым Prescott, однако этот кристалл (ядро) все
же немного переработали с целью поддержки системной шины 800 МГц,
уменьшения энергопотребления и др. и упаковали в стандартный корпус от
текущих Pentium 4.
В свою очередь AMD Athlon 64 и AMD
Opteron работающие на более высокой частоте 2200 МГц, производятся по 0,13-
микронной технологии (SOI) и содержат 105,9 млн. транзисторов и отличаются
от предшествующих Athlon XP новым ядром с 64-битными возможностями
вычислений (наряду с улучшенными 32-битными на базе прежнего ядра Athlon
XP), кэш-памятью второго уровня объемом 1 Мбайт (причем кэш у Атлонов
инклюзивный, то есть полный объем с учетом 128 Кбайт L1 составляет 1152
Кбайт).
При доступе к памяти, ЦП сначала обращается к кэш-памяти первого уровня.
При промахе производится обращение к кэш-памяти второго уровня. Если
информация отсутствует и в L2, производится обращение к ОП, и
соответствующий блок заносится сначала в L2, а затем и в L1. Благодаря
такой процедуре, часто запрашиваемая информация может быть легко
восстановлена из кэш-памяти второго уровня.
Потенциальная экономия за счет применения L2 зависит от вероятности
попаданий как в L1, так и L2. Однако, опыт Intel и AMD показывает, что
использование кэш-памяти второго уровня существенно улучшает
производительность. Именно поэтому во всех проанонсированых производителями
новейших версиях процессоров применяется двухуровневая и даже трехуровневая
организация кэш-памяти.
Некоторые данные по популярным и новейшим процессорам от Intel и AMD:
Pentium III
Процессор Intel® Pentium® III - процессор архитектуры P6, включает в
себя: динамическое исполнение команд, системную шину с множественными
транзакциями и технологию Intel MMX™ для обработки данных мультимедиа.
Технология изготовления с разрешающей способностью 0.25 микрон позволяет
разместить на кристалле более 9.5 миллионов транзисторов.
Процессор содержит 32 Kб неблокируемой кэш-памяти первого уровня
(16Кб/16Кб) и унифицированную неблокируемую кэш-память второго уровня
емкостью 512 Кб, функционирующую на вдвое меньшей частоте, чем ядро.
Процессор Intel® Pentium® III поддерживает кэширование памяти с объемом
адресного пространства 4 Гб, и позволяет создавать масштабируемые системы с
двумя процессорами и физической памятью объемом до 64 Гб.
Pentium IV
Процессор Pentium 4 устанавливает новый уровень производительности
высокомощных микропроцессоров.
- Системная шина с частотой 800 МГц: 3,06 ГГц, 2,80 ГГц, 2,66 ГГц, 2,53
ГГц, 2,40B ГГц, 2,26 ГГц
- Технология гиперконвейерной обработки
- Механизм ускоренной обработки команд
- Кэш-память первого уровня с отслеживанием исполнения команд
- Кэш-память с улучшенной передачей данных
- Улучшенная система динамического исполнения команд
- Улучшенный блок вычислений с плавающей запятой и обработки мультимедиа
- Набор команд потоковых SIMD-расширений 2.
- У Intel Pentium 4 на ядре Northwood - 512 Кбайт кэш-памяти L2.
AMD-K6®-III
Процессор AMD-K6®-III, кодовое имя Sharptooth, в нем задействована
встроенная быстродействующая кэш-память второго уровня (L2). В процессорный
кристалл интегрированно 256 Кб кэш-памяти второго уровня, работающей на
полной тактовой частоте процессора.
Процессор AMD-K6®-III содержит 21.3 миллиона транзисторов и производится
по 0.25-микронной технологии на тактовые частоты 350, 380, 400 и 450 МГц.
Объем кэш-памяти первого уровня (L1), как у всего семейства K6, равен
64Кб. Процессор AMD-K6®-III можно устанавливать в те же системные платы
Super7™, что и AMD-K6®-2, при этом находящаяся на системной плате внешняя
кэш-память 2 уровня превращается в кэш-память 3 уровня (L3), с которой
процессор может общаться с внешней частотой 100 МГц.
AMD Athlon.
В настоящее время процессор AMD Athlon является самым быстрым процессором
в мире. Процессор имеет следующие особенности:
Микроархитектура: Особенность процессора AMD Atlon™ - это девятипоточная
суперскалярная архитектура оптимизованная для высоких частот. AMD Athlon™
содержит девять исполняемых потоков: три для адресных операций, три для
целочисленных вычислений, и три для выполнения команд x87 .
Архитектура кэш-памяти: AMD Athlon™ имеет наибольший для платформ x86 кэш
L1 (128KB) - в четыре раза превосходящий L1 кэш процессора Pentium III
(32KB). AMD Athlon™ также включает высокоскоростной, 64-битный контроллер
кэш памяти второго уровня (L2), поддерживающий объем кэш-памяти второго
уровня от 512Kб до 8Mб.
Сводная таблица по объемам, принципам организации и тактовым частотам кэш-
памяти у процессоров от Intel и AMD:
[pic]
Сравнение некоторых новинок от Intel и AMD:
По утилитам у Pentium 4 Extreme Edition четко видна кэш-память третьего
уровня объемом 2 Мбайт, хотя на месте и все прежние атрибуты Northwood.
Аналогичная информация показана для Athlon 64. Интересно, что у нового
Pentium 4 меньший степпинг, нежели у последних Northwood, — 5 против 9. По
графику теста латентности памяти для Pentium 4 Extreme Edition можно
заключить, что граница кэш-памяти L3 лежит на 2 Мбайт, L2 — на 512 кбайт.
Итак, для двух новых процессоров Intel и AMD характерна прежде всего
огромная кэш-память, которая в конце концов , и должна поднять
производительность каждого из них.
Сравним процессоры:
- AMD Athlon 64 FX-51 (тактовая частота 2200 МГц).
- AMD Athlon XP 3200+ (частота 2200 МГц, FSB 400 МГц).
- Pentium 4 (Northwood) с частотой 3,2 ГГц (FSB 800 МГц).
- Pentium 4 Extreme Edition c частотой 3,2 ГГц (FSB 800 МГц).
В данном случае абсолютное сравнение частот процессоров лишено смысла,
поскольку их микроархитектуры существенно различаются ( и даже преследуют
разные цели): в Pentium 4 производительность должна обеспечиваться
преимущественно высокой тактовой частотой (для этого и увеличили до
двадцати стадий вычислительный конвейер), а в Athlon упор делается на
другие особенности, порой в ущерб тактовой частоте.
Разные подходы в микроархитектуре не позволяют адекватно сравнивать
процессоры на одинаковой тактовой частоте.
И пример тому — разный предел частот при одинаковых технологических
нормах производства: для технологии 0,13 мкм массовым пределом ядра Pentium
4 является частота 3,2–3,4 ГГц, а в Athlon — 2,2–2,4 ГГц. Поэтому
корректнее сравнивать процессоры по пределу их частоты для той или иной
технологии производства — в данном случае 3,2 и 2,2 ГГц.
По полосе пропускания двухканальной памяти впереди, безусловно, процессор
AMD.
Хотя Пентиумы отстают от него заметно меньше, чем Athlon XP 3200+ (все
они используют двухканальную DDR400). Athlon 64 FX ближе всех подошел к
теоретическому пределом 6,4 Гбайт/с — на 86%, Пентиумы показывают примерно
три четверти в штатных режимах работы (в режимах ускорения чипсета/памяти
эффективность возрастает до более чем 80%), а Athlon XP утилизирует менее
половины (из-за узкой систе
| |  скачать работу |
Кэш-память современных микропроцессоров фирм Intel и AMD |
