13AMT Procesory III.

1
13AMTProcesory III.

• Lecture 4
• Ing. Martin Molhanec, CSc.

2
80486, 80486SX základní údaje

• Rok vzniku 1989
• Rychlost 25MHz
• 1 200 000 tranzistoru
• 1 µm technologie
• 32 bitová CPU
• 32 bitová adresa
• 4 GB fyzické pameti
• 64 TB virtuální pameti
• 32 bitová data
• 80486 má FPU
• 80486SX nemá FPU
• Pozdeji se 80486 prejmenovala na 80486DX !

3
80486, 80486SX vlastnosti

• Vylepšený vnitrek (2x rychlejší)Dve datové
  sbernice.
• 80486 80386 FPU L1 cache
• 80486SX 80486 FPU
• 80487 80486 (jiné zapojení)
• Pozdeji se 80486 prejmenovala na 80486DX !
• L1 cache 8kB, Write-Through
• Patice PGA ZIF (Zero Input Force)

4
80486 - architektura
5
80486DX2, 80486DX4

• Interní pretaktování CPU beží na vyšší
  frekvenci nežli sbernice !
• 80486DX2 násobitel 2x
• 80486DX4 násobitel 3x ! L1 cache 16kB(8kB
  data8kB kód)

20 25 33 50
DX 20 25 33 50
DX2 50 66
DX4 75 100
6
Socket 1,2,3

• 169 Pinu
• 17 x 17 PGA
• 5v
• SX / SX2, DX/DX2, DX4 OverDrive
• 238 pinu
• 19 x 19 PGA
• 5v
• SX/SX2, DX/DX2, DX4 OverDrive, 486 Pentium
  OverDrive
• 237 pinu
• 19 x 19 PGA
• 5v/3.3v
• SX/SX2, DX/DX2, DX4 OverDrive, 486 Pentium
  OverDrive

Více pinu!
Menší napetí!
7
Pentium základní údaje(1. generace P5,P54C)

• Rok vzniku 1993
• Rychlost 60MHz
• 3 100 000 tranzistoru
• 0.8 µm technologie
• 32 bitová CPU
• 32 bitová adresa
• 4 GB fyzické pameti
• 64 TB virtuální pameti
• 64 bitová data
• Puvodne 80586, ale nakonec se INTEL rozhodl pro
  název Pentium, který bylo možné lépe komercne
  ochránit!

8
Pentium vlastnosti

• První procesor, který obsahuje velice rafinované
  techniky pro zvýšení výkonu vykonávání kódu!
• Pentium 80486 vylepšení
• Významná vylepšení
• Skalární procesor 2 ALU
• Soubežné vykonávání 2 pipeline pro INT INS
• Predpovídání skoku BTB
• SMM (Systém management Mode) power control
• L1 cache 8kB kód 8kB data, Write-Back
• Napájení STD 3.3V
• Patice PGA ZIF (Zero Input Force)

9
Pentium P5, P54C
codename tranzistoru Technologie (µm) Rychlost (MHz)
1993 P5 3 100 000 0,80 60/66
1994 P54 3 200 000 0,50 75/90/100/120
1995 P54 3 300 000 0,35 120/133
1996 P54 3 300 00 0,35 150/166/200
10
Násobitelé, napájení, atp.
50 60 66 75 83
1x 60 66
1.5x 75 90 100
2x 120 133
2.5 150 166
3x 200
Napájení STD 3.3.V VRE 3.53V VRT 2.8 / 3.3
Pentium Overdrive(P24) Pentium do patice
80486.Drahé, neúspech ?
11
Pentium - architektura
12
Pentium - architektura
13
Socket 4

• Pinu 273
• 21 21 PGA
• 5V
• Pentium 60/66Pentium 60/66 OverDrive

14
Socket 5

• Pinu 320
• 37 37 PGA
• 3.3V
• Pentium 75 133Pentium 75 Overdrive

15
Socket 7

• Pinu 321
• 37 37 PGA
• VRM(Voltage regulator module)2.5V až 3.3V
• Pentium 75 300Pentium 75 OverdrivePentium
  MMXPentium MMX ODK5, 6x86, K6, 6x86MX

16
Pentium Pro základní údaje

• Rok vzniku 1995
• Rychlost 150MHz
• 5 500 000 tranzistoru
• 0.5 µm technologie
• 32 bitová CPU
• 36 bitová adresa
• 64 GB fyzické pameti
• 64 TB virtuální pameti
• 64 bitová data
• V jednom pouzdru je na spolecném substrátu chip
  CPU a 2 chipy L2 cache na plné rychlosti jádra,
  spolecne propojené speciální 64 bitovou sbernicí.
• Tento procesor byl urcen speciálne pro servery!

17
Pentium Pro vlastnosti

• Vylepšené Pentium urcené speciálne pro servery.
• Možnost spolupráce až 4 Pentií Pro
  multiprocesing !
• Významná vylepšení
• Skalární procesor 3 ALU
• Soubežné vykonávání, vykonávání mimo poradí
• Predpovídání skoku
• SMM (Systém management Mode) power control
• CISC instrukce si interne prekládá do RISC
  instrukcí
• Cache
• L1 cache 8 kB data 8 kB kód
• L2 cache 256kB, 512kB, 1MB v pouzdre, full
  speed
• Je umístena spolecne s CPU na spolecném substrátu
  v jednom pouzdre
• DIB (Dual Independent Bus) CPU muže soucasne
  pristupovat do pameti, tak i do L2 cache.
• Pentium Pro Pentium L2 cache vylepšení
• Napájení STD 3.1 až 3.3V
• Socket 8 (242 pinu)

18
Pentium Pro
codename tranzistoru Technologie (µm) Rychlost (MHz) L2 cache
1995 P6 5 500 000 0,50 150 256/512 kB
1996 P6 5 500 000 0,35 160/180/200 256/512 kB
1997 P6 5 500 000 0,35 200 1 MB
Pocet tranzistoru L2 cache 256 Kb je 15 500 000 !
19
Pentium MMX základní údaje(2. generace P55C)

• Rok vzniku 1997
• Rychlost 166MHz
• 4 500 000 tranzistoru
• 0.28 µm technologie
• 32 bitová CPU
• 32 bitová adresa
• 4 GB fyzické pameti
• 64 TB virtuální pameti
• 64 bitová data
• Pentia 2. generace mají tzv. MMX (MultiMedia
  eXtensions) urcené pro lepší výkon pri zpracování
  multimediálních dat.

20
Pentium MMX vlastnosti

• První procesor, který obsahuje podporu
  multimediální aplikací!MMX MultiMedia
  eXtensionsMožnost vykonávat jednu operaci nad
  nekolika operandy !Pouze pro celá císla. Až 8
  celých císel 8 bitových.
• Pentium MMX Pentium MMX
• L1 cache 16kB data 16kB kód
• Napájení VRM 2.8 až 3.3 V
• Patice PGA ZIF (Zero Input Force)
• Socket 7

21
Pentium MMX
codename tranzistoru Technologie (µm) Rychlost (MHz)
1997 P55 4 500 000 0,28 166/20/233
1998 P55 4 500 000 0,25 266
22
Pentium II

• Rok vzniku 1997
• Rychlost 233MHz
• 7 500 000 tranzistoru
• 0.28 µm technologie
• 32 bitová CPU
• 36 bitová adresa
• 64 GB fyzické pameti
• 64 TB virtuální pameti
• 64 bitová data
• Pentium II je nástupcem Pentia Pro (6. generace
  x86), s urcením od desktopu po servery. V pouzdre
  typu slot obsahuje L2 cache na spolecné desticce
  s CPU.

23
Pentium II vlastnosti

• V pouzdre je na jedné desticce umísten chip CPU a
  CHIPy L2 cache. Protože nejsou umísteny na
  spolecném substrátu pracuje L2 cache na nižší
  frekvenci nežli jádro procesoru, ale na frekvenci
  vyšší než hlavní pamet.
• Pouzdro pripomíná spíše kartu do PC
• DIB jako u Pentia Pro
• MMX jako u Pentia MMX
• Pentium II Pentium Pro Pentium MMX
  vylepšení
• Cache
• L1 cache 16kB data 16kB kód
• L2 cache 512kB, ½ rychlosti CPU, 64 bitová
  dedikovaná sbernice
• FSB 66, 100 MHZ
• Napájení VRM 2.8
• SECC (Single Edge Contact Cartridge) pouzdro
• SLOT 1 patice

24
SLOT 1 - SECC
GTL bus, podporou 2 procesoru
25
Pentium II
codename tranzistoru Technologie (µm) Rychlost (MHz) FSB (MHz)
1997 Klamath 7 500 000 0,28 233/266/300 66
1998 Deschutes 7 500 000 0,25 333/350/400 66/100
26
Celeron

• Rok vzniku 1998
• Rychlost 266MHz
• 7 500 000 tranzistoru
• 0.25 µm technologie
• 32 bitová CPU
• 32 bitová adresa
• 4 GB fyzické pameti
• 64 TB virtuální pameti
• 64 bitová data
• Celeron vznikl jako levná alternativa Pentia
  II.Má levnejší pouzdro SEPP (Single Edge
  Processor Package)

27
Celeron vlastnosti

• Levná varianta Pentia II.
• Levnejší pouzdro
• Nejdríve bez L2 cache
• Pozdeji menší L2 cache, ale ON DIE, cili ve
  stejném chipu jako CPU na plné rychlosti CPU !
• Nejprve varinty SEPP pro SLOT1, pozdeji pouzdra
  PPGA (Plastic Pin Grid Array) pro Socket 270
• Celeron Pentium II v levnejší a méne výkonné
  variante
• cache
• L1 cache 16kB data 16kB kód
• L2 starší verze není !
• L2 novejší verze, 128kB on die (výkonove se
  rovná témer Pentiu II, proto INTEL omezuje FSB na
  66MHz ?)

28
Celeron - patice
Napájení VRM 2.8
Starší verzeSEPP (Single Edge Processor
Package) SLOT 1
Novejší verzePPGA (Plastic Pin grid Array)
Socket 370
29
Celeron - patice
Napájení VRM 2.8
Starší verzeSEPP (Single Edge Processor
Package) SLOT 1
Novejší verzePPGA (Plastic Pin grid Array)
Socket 370
30
Celeron
codename tranzistoru Technologie (µm) Rychlost (MHz) L2 cache
1998 Covington(Deschutes) 7 500 000 0,25 266/300 Nemá L2 cache
1998 Mendocino 19 00 000 0,25 300A/333 128kB on die
1999 Mendocino 19 00 000 0,25 366 500 128kB on die
2000 Mendocino 19 00 000 0,25 533 128kB on die
První procesor, který se zacal výrazne
pretaktovávat !
31
Pentium Xeon

• Rok vzniku 1998
• Rychlost 400MHz
• 7 500 000 tranzistoru
• 0.25 µm technologie
• 32 bitová CPU
• 32 bitová adresa
• 4 GB fyzické pameti
• 64 TB virtuální pameti
• 64 bitová data
• Pentium Xeon je varianta Pentia II urcená pro
  servery.

32
Pentium Xeon - vlastnosti

• Varianta Pentia pro servery
• L2 cache 512 KB, 1MB, 2MB (1999) na plné
  rychlosti CPU
• Podpora 4 a 8 procesoru (multiprocesong)
• Pentium Xeon Pentium II Pentium Pro
• Pouzdro SECC2
• Patice SLOT 2

33
Pentium III

• Rok vzniku 1999
• Rychlost 450MHz až 1.4GHz
• 9 500 000 tranzistoru
• 0.25 µm technologie
• 32 bitová CPU
• 32 bitová adresa
• 4 GB fyzické pameti
• 64 TB virtuální pameti
• 64 bitová data
• Socket 370, Slot 1
• Pentium III je nástupce Pentia II vylepšeními.

34
Pentium III - vlastnosti

• Jediná podstatná zmena je pridání tzv. SSE
  (Streaming SIMD Extension), jde o další instrukce
  typu MMX, tentokrát umejí již pracovat i s císly
  typu FLOAT !
• Pouzdra a patice
• SECCSLOT1, kvuli upgrade starších systému
• FC-PGA Socket 370, následuje celeron
• FC-PGA2 Socket 370 (Tualatin), nové jádro!
• Cache
• 32kB L1
• L2 se mení dle generace PIII
• FSB
• 100/133 Mhz

35
Pentium III
codename tranzistoru Technologie (µm) Rychlost (MHz) L2 cache
1999 Katmai 9 500 000 0,25 450/500/550 512½ CPU
1999 Coppermine 28 100 000 0,18 533 733 256 on die
2000 Coppermine 28 100 000 0,18 850 1GHz 256 on die
2001 Tualatin 44 000 000 0,13 1.2 1.4GHz 512 on die
Tualatin je sice mechanicky kompatibilní s paticí
Socket 370, ale nikoliv fyzicky (napájení).
36
lowhome
middleoffice
highserver
Pentium ProKlamath2MB, FS Pentium II
XEON2MB, FS Pentium II XEONTanner Pentium III
XEONCascade
Pentium MMX Pentium IIKlamath Pentium
IIDeschutches512kB, 1/2S Pentium
IIIKatmai512kB, 1/2SSSE Pentium
IIICoppermine256kB, ODSSE
Celeron(Covington)nemá L2
cache CeleronMendocino128kB, OD CeleronCopperm
ine-128128kB, OD, SSE
37
highserverPentium 4 Xeon
lowhome celeron
middle - office Pentium III Pentium 4
Fosteraž 2Ghz0.18256L2Socket
603 Prestoniapres 2GHz0.13
Coppermineaž 800MHz0.18, 133FSB256L2FC-PGA
370SECC2 (SLOT1) Tualatinaž 1.4GHz0.13,
133FSB256L2FC-PGA2 370 PIII-SVarianta s vetší
L2512
Willameteaž 2Ghz0.18Socket 423 Northwoodpr
es 2GHz0.13, 400FSB512L2Socket 478
Coppermine-128až 800MHz0.18, 66FSB128L2FC-PGA
370 Coppermine-Taž 1.2GHz0.18,
100FSB128L2FC-PGA 370 Tualatinaž 1.4GHz0.13,
100FSB256L2FC-PGA2 370
38
INTEL
PIII
P4
64bit
standard
Xeon
Celeron
Centrino
mobile
39
Pentium 4
32 bitová CPU 32 bitová adresa 4 GB fyzické
pameti 64 TB virtuální pameti 64 bitová data

• Procesor 7 generace (PIII, PII je generace 6 a
  vychází z architektury Pentia Pro!) s novou
  architekturou!
• NetBurst
• Hyper Pipelined Technology (pipeline na 20
  úrovní)
• Rapid Execution Engine (ALU pracuje na 2x
  rychlosti jádra!)
• Systémová sbernice 400 MHz
• Execution Trace Cache
• SSE3 (dalších 144 instrukcí)
• Hyperthreading
• 2 logické procesory v jednom fyzickém!
• EE (ExtremeEdition)
• Pridána L3 cache 2MB
• LGA 755
• Nový typ patice !Místo nožicek kontaktní plošky!

40
Pentium 4
codename tranzistoru Technologie (µm) Rychlost (GHz) Socket
2000 Willamette 42 000 000 0.18 1.4 - 2 423, 478
2002 Northwood 55 000 000 0,13 1.7 2.8 478
2004 Prescott 125 100 000 0,09 2.8 3.4 478,LGA 755
2005 Tejas ??? 0,09 gt3 LGA 775
Stav v roce 2004
41
LGA755
42
LGA755
43
LGA755
44
P4 XEON
name codename L2 cache L3cache Techno-logie (µm) Multiproc. Socket
XEON Foster 256 kB 0.18 2 603
XEON Prestonia 512 kB 0,13 2 603
XEON MP Gallatin 256kB Až 1MB 0,13 gt4 603
XEON Nocona 0,09 2
XEON MP Potomac 0,09 gt4
Stav v roce 2004
45
(No Transcript)
46
Roadmap
47
Roadmap
48
Soucasný stav P4

• INTEL rozširuje pocet variant všech procesoru
• Zavádí nový zpusob oznacování rad procesoru !

Ztráta prehlednosti !
49
(No Transcript)
50
(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
(No Transcript)
53
(No Transcript)
54
Hyper-Threading Technology
HT Technology is ground-breaking technology that changes the landscape of processor design by going beyond GHz to improve processor performance. It allows software programs to "see" two processors and work more efficiently. This new technology enables the processor to execute two series, or threads, of instructions at the same time, thereby improving performance and system responsiveness. The Pentium 4 processor supporting HT Technology is designed specially to deliver immediate increases in performance and system responsiveness with existing applications in multitasking environments (that is, where two or more functions are running at the same time) and with many stand-alone applications today. Furthermore, the Pentium 4 processor supporting HT Technology provides performance headroom for the future.
55
(No Transcript)
56
Intel Enhanced Memory 64 Technology (Intel EM64T)
Intel EM64T provides an enhancement to Intel's 32-bit architecture by enabling the desktop processor platform to access larger amounts of memory. With appropriate 64-bit supporting hardware and software, platforms based on an Intel processor supporting Intel EM64T can enable use of extended virtual and physical memory. Intel EM64T provides flexibility for 32 bit now and future software that supports 64-bit computing.
57
Windows XP 64-Bit Edition for 64-Bit Extended
Systems Windows Server 2003 for 64-Bit Extended
Systems Future versions of Red Hat Enterprise
Linux SUSE LINUX 9.1 Professional
58
(No Transcript)
59
    64-bit flat virtual address space

    64-bit pointers

    64-bit wide general purpose registers

    64-bit integer support

    Up to 1 terabyte (TB) of platform address space

60
(No Transcript)
61
Legacy PAE Mode Current IA-32 systems that use
more than 4 GB of physical memory do so by using
Physical Addressing Extensions (PAE). This is a
segmented memory model that requires the use of
Address Windowing Extensions (AWE) to manipulate
data above the 4-GB limit. This approach has
associated overhead because the memory beyond 4
GB is swapped in and out of an AWE window,
which exists in the first 4 GB of memory. Such
software memory management schemes are expensive
and are not as straightforward as 64-bit
addressing.
62
(No Transcript)
63
(No Transcript)
64
(No Transcript)
65
(No Transcript)
66
(No Transcript)
67
Celeron HT DualCore ExtremeEdition EMT64
Intel Pentium 4 Processor
Intel Pentium 4 Processor supporting Hyper-Threading Technology ANO (ANO)
Intel Pentium 4 Processor Extreme Edition supporting Hyper-Threading Technology ANO ANO (ANO)
Intel Pentium D Processor ANO ANO
Intel Pentium Processor Extreme Edition ANO ANO ANO ANO
Intel Celeron Processor ANO
Intel Celeron D Processor ANO ANO
68
XEON procesory

• Vetší CACHE
• Podpora více procesoru

69
64 bitové procsory

• ITANIUM
• Jádro Merced, 0.18
• 733 - 800 MHz, FSB 266MHz
• 2001
• PAC418 patice
• IA-64 architektura
• ITANIUM2
• 1.3 1.5 GHz, FSB 400MHz
• 2002
• Jádro McKinney, 0.18
• Cache 3MB na chipu

Nová architektura od 386! Zatím nepríliš výhodné
drahé! Není HW kompatibilní s x86!!!
70
Ale nebudeEM64Tkonkurence?
71

• Here is a comparison of the Intel
  Architecture-based 64-bit platform benefits at a
  glance
• Intel Xeon Processor with Intel EM64T
• Larger address space (40-bits physical / 64-bits
  virtual) larger applications can run in-memory
  increased performance
• More general-purpose and SSE registers (than
  Intel Xeon without Intel EM64T) allow software to
  inter-schedule instructions for multiple
  independent expressions, effectively hiding much
  stall latency increased performance
• Double-precision integer support increased
  numerical processing accuracy
• Stepping stone to the Intel Itanium
  Architecturenot a replacement for it
• Intel Itanium Architecture
• Larger address space (50-bits physical / 64-bit
  virtual addressing)
• Improved branching/procedure call performance
  Decreased cache misses and lower procedure call
  overhead increased performance
• Memory latency hiding Significant performance
  improvements memory intensive applications
  (databases, modeling, etc)
• Increased parallelism via parallel instruction
  streams Superior multimedia and FP support

72
INTEL už dost !