Архитектура AMD K7(Athlon)

Архитектура ПК

Создание в 1999 г. процессорного ядра К7 седьмого поколения стало значительным достижением компании AMD. В процессоре Athlon были реализованы выдающиеся технические решения: три параллельных исполнительных конвейера, системная шина с удвоенной частотой за счет передачи данных по фронту и спаду сигнала, асинхронная шина памяти,блоки декодера и предварительной выборки данных высокой интеллектуальности.
Кэш-память первого уровня включает двухканальные частично-ассоциативные (наборно-ассоциативные) кэш команд и кэш данных емкостью по 64 Кбайт каждый. Кэш данных К7 обеспечивает одновременный доступ к двум 64-разрядным величинам при выполнении команд загрузки регистров и записи в память. Другой важной особенностью К7 является наличие в блоке кэша команд специальной кэш-памяти предварительного декодирования, которая используется декодерами команд.

Кэш-память
Важнейшим компонентом, определяющим производительность микропроцессора, являются характеристики внешнего кэша второго уровня и внешней системной шины процессора. Выделенная шина между К7 и кэшем второго уровня имеет ширину 64 разряда плюс 8 разрядов на поддержку кодов ЕСС. Теоретически максимальная емкость кэша второгоуровня в К7 составляет 8 Мбайт. Использование в реальных процессорах Athlon кэша второго уровня емкостью 512 Кбайт в определенном смысле наиболее эффективно, поскольку интегрированный в К7 контроллер кэша второго уровня содержит полные теги для кэша емкостью 512 Кбайт, а при большей ёмкости кэша контроллер будет содержать только часть тега.

Многопроцессорность
В микроархитектуре К7 инженеры AMD впервые ввели поддержку SMP-архитектур. Протокол, с помощью которого поддерживается когерентность кэша в К7, называется MOESI (от первых букв возможных состояний кэша - Modify, Owner, Exclusive, Shared, Invalid). По утверждению AMD, этот протокол был впервые реализован в х86-совместимых процессорах.
Кэш первого уровня в К7 имеет отдельный порт, через который проходит трафик, обусловленной поддержкой когерентности. Трафик поддержки когерентности кэша также отделен от основного трафика и на системной шине. Естественно, что обособление повышает эффективную пропускную способность шины, и следовательно, эффективность SMP-конфигураций.

Системная шина
У шины AMD K7 есть два замечательных свойства. Во-первых, это не обычная общая шина, а коммутатор. Такое решение обеспечивает гарантированную пропускную способность для соединений «точка-точка», в то время как на общей шине возможны конфликты. Во-вторых, системная шина К7 имеет частоту до 400 МГц. При ширине шины 64 разряда плюс 8 разрядов ЕСС она имеет пропускную способность до 3,2 Гбайт/с. Скоростная шина нужна не только для поддержки быстрой оперативной памяти DDR, но и для обеспечения потоков ввода-вывода от шин PCI и AGP.
Микропроцессор К7 подсоединяется к шине через интерфейс Socket A (Socket 462). Важной особенностью, влияющей на пропускную способность шины К7, является объем передаваемых по шине пакетов. Такая пакетная передача данных способствует конвейеризации.

Инженеры AMD и Intel выбрали различные пути достижения максимальной производительности. В концепции Intel преимущество отдано решениям, облегчающим повышение рабочей частоты процессора. В концепции AMD выражена приверженность к увеличению числа исполняемых за такт инструкций. Понятно, что различия между микропроцессорными архитектурами этих фирм напрямую следуют из концепции,
закладываемой в архитектуру.