Другим новшеством Р6 является архитектура двойной независимой шины.

Процессор имеет две шины данных: одну - для системы (системной платы), другую - для кэш-памяти.

Благодаря этому существенно повысилось быстродействие кэш-памяти.

Для обхода узкого места — внешней шины — в Р6 применена архитектура двойной независимой шины DIB (Dual Independent Bus), реализующая, по сути, две отдельные шины.

Одна из этих шин используется только для связи с кристаллом вторичного кэша, расположенным в том же корпусе микросхемы или картридже, что и процессор. Эта шина является локальной в геометрическом смысле — проводники имеют длину порядка единиц сантиметров, что позволяет использовать ее на высокой частоте тактирования, вплоть до частоты ядра.

 Значительный объем вторичного кэша обеспечивает удовлетворение большинства запросов к памяти сугубо локально, при этом коэффициент загрузки внутренней щины достигает 90 %.

Вторая шина процессорного кристалла выходит на внешние выводы микросхемы (картриджа), и является системной, или «фасадной» шиной FSB (Front-Side Bus) процессорa P6. Эта шина работает на внешней частоте независимо от внутренней шины.

Пo статистике работы с приложениями середины 90-х годов загрузка процессором внешней шины для обычных «настольных» применений составляет порядка 10 % от ее пропускной способности, а для серверных применений может достигать 60 % при четырехпроцессорной конфигурации. Таким образом, ограниченная пропускная способность внешней шины (533 Мбайт/с при 66,67 МГц и 1064 Мбайт/с при 133 МГц в пике пакетной передачи) перестает служить фактором, обесценивающим производительность процессора. Однако для современных процессоров и приложений и этой пропускной способности уже не хватает. Снижение нагрузки на внешнюю шину позволяет эффективно использовать многопроцессорную архитектуру. Системная шина P6 более эффективна для объединения процессоров по симметричной архитектуре, чем шины предыдущих процессоров, оптимизированные для обмена с памятью. Она позволяет без дополнительных схем объединять до четырех процессоров, хотя в обычных процессорах Pentium II/III возможности объединения урезаны до двух.

Процессоры поколения Р5 имели только одиночную шину процессора на системной плате, и все данные, включая передаваемые в кэш и из него, передавались по ней. Основная проблема состояла в том, что быстродействие кэш-памяти было ограничено тактовой частотой шины системной платы, которая равнялась 66 МГц. В процессорах шестого поколения кэш-память может работать на тактовой частоте 500 МГц или выше, а оперативная память (SDRAM) - с тактовой частотой 66 и 100 МГц, в силу этого возникла необходимость поместить кэш второго уровня ближе к процессору. Было принято решение подсоединить к процессору дополнительную шину, называемую специализированной (или выделенной) шиной кэша. Кэш-память второго уровня была соединен с этой шиной и могла работать на любой тактовой частоте. Сначала это было реализовано в Pentium Pro, где кэш-память второго уровня была установлена в корпусе процессора и работала на его тактовой частоте, а не на частоте системной шины. Однако такое решение оказалось слишком дорогостоящим, и поэтому кэш-память второго уровня была перемещен из корпуса процессора на картридж, в который упаковывается Pentium II. В этом случае шина кэша могла работать на любой тактовой частоте, и вначале она работала на частоте, вдвое меньшей тактовой частоты процессора. При наличии кэша на дополнительной шине, непосредственно соединенной с процессором, его быстродействие соизмеримо с быстродействием процессора. Если бы быстродействие кэша ограничивалось тактовой частотой системной платы (например, 66 или 100 МГц), как в случае использования гнезда типа Socket 7 (процессор Р5), тактовая частота кэш-памяти была бы равна 66 МГц, даже если частота процессора равнялась бы 333 МГц; на более новых платах кэш "увяз" бы на тактовой частоте 100 МГц при частоте процессора 500 МГц и выше. По мере роста тактовой частоты процессора с двойной независимой шиной за счет более высоких множителей тактовой частоты системной платы быстродействие кэша увеличивается то же количество раз, что и тактовая частота процессора. Другими словами, быстродействие кэш-памяти на двойной независимой шине увеличивается пропорционально быстродействию процессора!

Архитектура двойной независимой шины необходима для повышения эффективности процессора, работающего на тактовой частоте 300 МГц и выше.

Со старым гнездом типа Socket 7 (для процессоров Р5) таких тактовых частот достичь было невозможно и пришлось бы нести огромные потери в эффективности из-за медленной (привязанной к тактовой частоте системной платы) кэш-памяти второго уровня. Именно поэтому тактовая частота процессоров Pentium класса Р5 не превосходит 266 МГц;

 процессоры Р6 работают на тактовых частотах 1000 МГц и выше.

Кроме того, в архитектуре Р6 были расширены вычислительные возможности суперскаляра процессоров Р5: добавлены новые устройства выполнения команд, а команды разбиты на специальные микрооперации.

 Р5 имел только два модуля выполнения команд, в то время как Р6 имеет не менее шести отдельных специализированных (выделенных) модулей. Такой суперскаляр называется трехконвейерным (множественные модули выполнения команд могут выполнять до трех команд в одном цикле).

 Помимо всего прочего, в архитектуру Р6 встроена поддержка многопроцессорной системы, усовершенствованы средства обнаружения и исправления ошибок, а также оптимизировано выполнение 32-разрядного программного обеспечения.

 

 

Многоядерная архитектура

Количество ядер

Число ядер в процессоре.

Новая технология изготовления процессоров позволяет разместить в одном корпусе более одного ядра. Наличие нескольких ядер значительно увеличивает производительность процессора. Например, в линейке Core 2 Duo используются двухъядерные процессоры, а в модельном ряду Core 2 Quad - четырехъядерные.

Мультиядерность в текущем понимании Intel – это один из трех возможных вариантов:

1. Независимые процессорные ядра, каждое со своей кэш-памятью, расположены на одном кристалле и просто используют общую системную шину. Это - 90-нанометровый Pentium D на ядре Smithfield.

2. Похожий вариант – когда несколько одинаковых ядер расположены на разных кристаллах, но объединены вместе в одном корпусе процессора (многочиповый процессор). Это 65-нанометровое поколение процессоров семейств Pentium и Xeon на ядрах Presler и Dempsey.

3. Ядра могут быть тесно переплетены между собой на одном кристалле и использовать некоторые общие ресурсы кристалла (скажем, шину и кэш-память). Таким является Itanium на ядре Montecito.

 

«Классическая» двухпроцессорная система с двухъядерными процессорами

Организация «системы в целом» у Intel столь же традиционна, сколь и устройство двухъядерного процессора. В ней есть несколько «равноправных» центральных процессоров (как правило, разделяющих общую шину); есть оперативная память и есть разной степени быстродействия периферия.

Весь этот комплект объединяется в единое целое специальным коммуникационным процессором – «северным мостом» (Northbridge) чипсета. Через него проходят все потоки данных, которые только зарождаются в компьютере.

Образно говоря, если «процессоры» - это «головы» компьютера, то северный мост – это его сердце.

 Подобный «централизованный» подход, во-первых, отличается относительной простотой, а во-вторых, удобен тем, что в нём каждый компонент компьютера получается узкоспециализированным, и поддающимся модернизации независимо от других компонентов.

• APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) – одна из важнейших схем любого компьютера. Это схема, занимающаяся сбором и обработкой возникающих в компьютере прерываний.

(Как работает? Нажал пользователь клавишу на клавиатуре – контроллер клавиатуры зафиксировал это событие, занес код нажатой клавиши в свою встроенную память – и сгенерировал прерывание – выдал по специальной линии сигнал-запрос с просьбой прервать выполнение текущей программы и обработать событие «нажата клавиша на клавиатуре»).

Это «классическая» задача Interrupt Controller -ов: они позволяют процессору не терять зря время, регулярно опрашивая каждое из устройств на предмет того, «а не случилось ли там чего-нибудь за последние 10 мс».

Но задачи IC не ограничиваются только этим: помимо аппаратных существуют еще и программные прерывания (exceptions), которые генерирует не периферия, а сам процессор – в случае возникновения какой-либо нештатной ситуации.

Реакция на каждое из прерываний задается вектором прерываний – набором адресов в памяти, описывающих «что делать дальше» процессору в случае возникновения прерывания: какие функции (обработчики прерывания) ему в этом случае необходимо выполнять.

• DMA (Direct Memory Access) – это своеобразный «альтернативный процессор», который занимается в чипсете обработкой «фоновых» задач, связанных с периферией.

• GART (Graphical Address Relocation Table) появился в компьютерах одновременно с шиной AGP: это небольшая схема, которая обеспечивает графическому ускорителю доступ к системной памяти процессора.  

Её задачи – реализация механизма виртуальной памяти для GPU, то есть отображение «линейного» адресного пространства, с которым работает ускоритель, на «реальное», произвольным образом «перетасованное» с «обычными данными».

Позволяет современным 3D-ускорителям использовать не только свою видеопамять, но и «основную» системную память компьютера.

Кэширование

Кэширование — это использование дополнительной быстродействующей памяти для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.

Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней (обозначаются L1, L2 и L3 — от Level 1, Level 2 и Level 3). Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того, кэши первого уровня часто делаются многопортовыми.

 Процессоры AMD K8 умели производить одновременно 64-битные запись и чтение, либо два 64-битных чтения за такт.

AMD K8L может производить два 128-битных чтения или записи в любой комбинации.

 Процессоры Intel Core 2 могут производить 128-битные запись и чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большую латентность доступа, но его можно сделать значительно больше по объему.

Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё-же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

Объем кэша L1 (от 8 до 128 Кб)

Объем кэш-памяти первого уровня.

Кэш-память первого уровня - это блок высокоскоростной памяти, расположенный прямо на ядре процессора. В него копируются данные, извлеченные из оперативной памяти.

Сохранение основных команд позволяет повысить производительность процессора за счет более высокой скорости обработки данных (обработка из кэша быстрее, чем из оперативной памяти). Емкость кэш-памяти первого уровня невелика и исчисляется килобайтами. Обычно "старшие" модели процессоров обладают большим объемом кэша L1.
Для многоядерных моделей указывается объем кэш-памяти первого уровня для одного ядра.

Объем кэша L2 (от 128 до 12288 Кб)
Объем кэш-памяти второго уровня.
Кэш-память второго уровня - это блок высокоскоростной памяти, выполняющий те же функции, что и кэш L1, однако имеющий более низкую скорость и больший объем.

Если вы выбираете процессор для ресурсоемких задач, то модель с большим объемом кэша L2 будет предпочтительнее.
Для многоядерных процессоров указывается суммарный объем кэш-памяти второго уровня.

Объем кэша L3 (от 0 до 16384 Кб)
Объем кэш-памяти третьего уровня.
Интегрированная кэш-память L3 в сочетании с быстрой системной шиной формирует высокоскоростной канал обмена данными с системной памятью.

Как правило, кэш-памятью третьего уровня комплектуются только CPU для серверных решений или специальные редакции "настольных" процессоров. Кэш-памятью третьего уровня обладают, например, такие линейки процессоров, как Intel Pentium 4 Extreme Edition, Xeon DP, Itanium 2, Xeon MP и прочие.

Частота шины
Частота шины данных (Front Side Bus, или FSB). Шина данных - это набор сигнальных линий для передачи информации в процессор и из него.
Частота шины - это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной компьютера.
В современных процессорах Intel Pentium 4, Pentium M, Pentium D, Pentium EE, Xeon, Core и Core 2 используется технология Quad Pumping, которая позволяет передавать четыре блока данных за один такт. При этом эффективная частота шины увеличивается в четыре раза. Для указанных процессоров в поле "Частота шины" приводится эффективная, то есть увеличенная в четыре раза, частота шины.
В процессорах компании AMD Athlon 64 и Opteron использована технология HyperTransport. Она позволяет процессору и оперативной памяти взаимодействовать эффективнее, что положительно сказывается на общей производительности системы.

 

Коэффициент умножения (от 6.0 до 30.0).

Значение коэффициента умножения процессора, на основании которого производится расчет конечной тактовой частоты процессора.
Тактовая частота процессора вычисляется как произведение частоты шины (FSB) на коэффициент умножения. Например, частота шины (FSB) составляет 533 Mhz, коэффициент умножения - 4.5, получаем: 533*4.5= 2398,5 Mгц. Это и будет тактовой частотой работы процессора. Почти у всех современных процессоров данный параметр является заблокированным на уровне ядра и не поддается изменению.
В современных процессорах Intel Pentium 4, Pentium M, Pentium D, Pentium EE, Xeon, Core и Core 2 используется технология Quad Pumping, которая позволяет передавать четыре блока данных за один такт, при этом эффективная частота шины увеличивается в четыре раза.

Для указанных процессоров в поле "Частота шины" приводится эффективная, то есть увеличенная в четыре раза, частота шины. Для получения физической частоты шины нужно эффективную частоту разделить на четыре.

Максимальная рабочая температура (от 54.8 до 105 C)
Допустимая максимальная температура поверхности процессора, при которой возможна нормальная работа.
Температура процессора зависит от его загруженности и от качества теплоотвода. В холостом режиме и при нормальном охлаждении температура процессора находится в пределах 25-40°C, при высокой загруженности она может достигать 60-70 градусов.
Для процессоров с высокой рабочей температурой рекомендуются мощные системы охлаждения.

Напряжение на ядре (от 0.65 до 1.75 В)
Номинальное напряжение питания ядра процессора.
Этот параметр указывает напряжение, которое необходимо процессору для работы (измеряется в вольтах). Он характеризует энергопотребление процессора и особенно важен при выборе CPU для мобильной, нестационарной системы.

Поддержка 3DNow
Поддержка технологии 3DNow!.
3DNow! - это технология, представляющая собой набор из 21 дополнительной команды. Она предназначена для улучшенной обработки мультимедийных приложений. Эта характеристика относится только к процессорам производства компании AMD.

Поддержка AMD64/EM64T
Поддержка технологии AMD64 или EM64T.
Процессоры с 64-битной архитектурой могут одинаково эффективно работать как со старыми 32-битными приложениями, так и с 64-битными, которые становятся в последнее время все более популярными.

Примеры линеек с 64-битной архитектурой: AMD Athlon 64, AMD Opteron, Core 2 Duo, Intel Xeon 64 и прочие.

 Процессоры с поддержкой 64-битной адресации работают с оперативной памятью свыше 4 Гб, что недоступно традиционным 32-битным CPU. Для использования преимуществ 64-битных процессоров необходимо, чтобы ваша операционная система была адаптирована к ним.
Реализация 64-битных расширений в процессорах AMD называется AMD64, в моделях от Intel - EM64T.

Поддержка HT
Поддержка технологии Hyper-Threading (HT).
Технология Hyper-Threading, разработанная компанией Intel, позволяет процессору выполнять параллельно два потока команд (или две части программы).

Это значительно повышает эффективность выполнения специфических приложений, связанных с аудио- и видеоредактированием, 3D-моделированием и т.п., а также работы в многозадачном режиме.

Однако в некоторых приложениях использование этой технологии может приводить к обратному эффекту, поэтому при необходимости ее можно отключить.

Поддержка NX Bit
NX Bit представляет собой технологию, которая может предотвращать исполнение вредоносного кода некоторых видов вирусов. Она поддерживается в операционной системе Windows XP и во всех 64-битных операционных системах.

Поддержка SSE2
Технология SSE2 включает в себя набор команд, разработанных компанией Intel в дополнение к своим предыдущим технологиям SSE и MMX. Эти команды позволяют добиться существенного прироста производительности в приложениях, оптимизированных под SSE2. Данную технологию поддерживают практически все современные модели.

Поддержка SSE3
SSE3 - технология, представляющая собой набор из 13 новых команд, призванных улучшить производительность процессора в ряде операций потоковой обработки данных.

Поддержка SSE4
SSE4 - технология, представляющая собой набор из 54 новых команд. Они призваны увеличить производительность процессора в работе с медиаконтентом, в игровых приложениях, задачах трехмерного моделирования.

Поддержка Virtualization Technology
Virtualization Technology позволяет запускать на одном компьютере несколько операционных систем одновременно. Таким образом, с помощью виртуализации одна компьютерная система может функционировать как несколько виртуальных систем.

Сокет
Тип сокета - разъема для установки процессора на материнской плате. Как правило, тип сокета характеризуется количеством ножек и производителем процессора. Разные  сокеты соответствуют разным типам процессоров.
Современные процессоры Intel используют сокет LGA775 и LGA1366, процессоры AMD - сокеты AM2 и AM2+.

Тепловыделение (от 10 до 165 Вт)
Величина тепловыделения процессора.
Тепловыделение - это мощность, которую должна отводить система охлаждения, чтобы обеспечить нормальную работу процессора. Чем больше значение этого параметра, тем сильнее греется процессор при работе.
Процессор с низким тепловыделением легче охлаждать, и, соответственно, его можно сильнее разогнать.
Однако следует обратить внимание, что производители процессоров по-разному измеряют тепловыделение, поэтому их сравнение корректно только в рамках одного производителя

Техпроцесс
Техпроцесс - это масштаб технологии, которая определяет размеры полупроводниковых элементов, составляющих основу внутренних цепей процессора (эти цепи состоят из соединенных соответствующим образом между собой транзисторов). Совершенствование технологии и пропорциональное уменьшение размеров транзисторов способствуют улучшению характеристик процессоров.

 Для сравнения, у ядра Willamette, выполненного по техпроцессу 0.18 мкм - 42 миллиона транзисторов, а у ядра Prescott, техпроцесс 0.09 мкм - 125 миллионов.

Частота процессора (от 900 до 3800 МГц)
Тактовая частота процессора.
Тактовая частота - это количество тактов (операций) процессора в секунду. Тактовая частота процессора пропорциональна частоте шины (FSB). Как правило, чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность. Но подобное сравнение уместно только для моделей одной линейки, поскольку, помимо частоты, на производительность процессора влияют такие параметры, как размер кэша второго уровня (L2), наличие и частота кэша третьего уровня (L3), наличие специальных инструкций и другие.

Шина EV -6(AMD)

Шина компании Advanced Micro Devices (AMD). Для обмена с системной памятью.

 По словам основателя и исполнительного директора (CEO или Chief Executive Officer) компании Джерри Сандерса (Jerry Sanders), процессор К7, выпушенный в 1999 году в картридже, физически совместим (то есть, имеет такое же количество и расположение контактов) с патентованным разъемом Slot 1 компании Intel. При этом новый разъем компании AMD (рабочее название - Slot A) не будет электрически совместим со Slot 1, то есть AMD не собирается нарушать патенты Intel. В качестве системной шины К7 будет использовать шину ввода/вывода процессора Alpha 21264 (внутреннее название EV-6) компании Digital Equipment.

Техника

Что же представляет собой эта шина?

EV-6 уже работает на частоте 333 MHz,.

По этому показателю EV-6 более чем в три раза превосходит 100-мегагерцовые шины Socket 7 и Р6. Кроме того, хотя спецификация EV-6 не определяет специальной шины для обмена с кэшем L2, разработчики могут добавлять ее при необходимости - так, например, "верхние" модели процессора Digital 21264 имеют 128-разрядную дополнительную шину, что в два раза "шире", чем у Pentium II.

Возникает вопрос: как удалось заставить EV-6 работать на такой частоте, если переход даже с 66 MHz на 100MHz сопряжен с громадными техническими сложностями. Дело в том, что EV-6, в общем-то, не является шиной в привычном понимании этого слова.

 

  EV-6 же представляет собой просто 64-битный канал обмена между процессором и чипсетом. Каждый процессор в многопроцессорной системе должен иметь свою шину EV-6.

 

 

 Обмен с системной памятью, PCI и AGP осуществляется чипсетом, причем каждая шина может работать на своей частоте.

 

Преимущества EV-6 очевидны. Поскольку главным "узким местом" современных процессоров является обмен с системной памятью, повышенная пропускная способность позволит уменьшить время простоя процессора при заполнении линии кэша.