Intel x86 architektūros procesoriai

Kompiuterių diagnostika

Turinys

• Paskaitoje bus apžvelgta:

– AK architektūra ir procesoriaus vieta joje

– Procesoriaus sandara

– Procesorių istorija

– Dabartiniai procesoriai

2

AK Architektrūra

3

AK Architektūra

4

AK Architektūra

5

1-a x86 karta

1978 metai

• Intel 8086, vėliau Intel 8088 (8 bitų duomenų magistralė)

• 16 bitų instrukcijos ir registrai

• 8 universalūs registrai: AX, BX, CX, DX, SI, DI, BP, SP

• Real mode: – max 1MB atminties, 20 bitų adresai

– tiesioginis priėjimas prie atminties, prievadų, etc.

6

Intel 8086 sandara

7

2-a x86 karta

1982 metai

• Intel 80186, Intel 80288

• 20 MB adresuojamos atminties

• MMU – Memory Management Unit

• Startuoja real mode, bet leidžia perjungti į...

• Protected mode (protected virtual address mode):– virtualios atminties (virtual memory) palaikymas

– privilege levels (rings): programų privilegijų atskyrimas leido vykdyti kelias real mode programas vienu metu

8

Intel 80286 sandara

9

3-a x86 karta

1985 metai

• Intel 80386, AMD Am386

• 32 bitų registrai ir adresuojama atmintis (max4GB)

• Geresnis MMU

• Virtual mode – leidžia efektyviai vykdyti kelias real mode programas

• 32-bitų "plokščias" atminties modelis (flatmemory model)

10

Intel 80386 sandara

11

4-a x86 karta

1989 metai

• Intel i486, AMD Am486

• Konvejeris (pipeline)

• Integruotas FPU

• 8KiB spartinančioji L1 atmintis (cache)

12

Intel 80486 sandara

13

5-a x86 karta

1993 metai

• Intel Pentium, Intel Pentium MMX

• Superskaliarinė architektūra (superscalar)

• MMX instrukcijos

• Atskiros duomenų ir instrukcijų spartinančiosios L1 atmintys

14

Intel Pentium sandara

15

6-a x86 karta

1995 metai

• Intel Pentium Pro, Intel Pentium II, Intel Pentium III, AMD K5, AMD K6 (-2, -3)

• Mikro-operacijų transliavimas: RISC branduolys

• Integruota L2 spartinančioji atmintis

• 3DNow, SSE instrukcijos16

AMD K5 sandara

17

7-a x86 karta

1999 metai• AMD Athlon, Athlon XP, Intel Pentium 4• AMD ir Intel keliai išsiskyrė• Intel:

– Ilgas konvejeris (20 lygių)– Hyper-threading– Dideli dažniai

• AMD:– Lygiagretus instrukcijų vykdymas (3 instr)– Superscalar FPU– Mažesni dažniai

• SSE2 instrukcijos

18

AMD Athlon sandara

19

8-a x86 karta

• 2003 metai• AMD Athlon 64, AMD Opteron, Intel Pentium 4 Prescott• AMD x86-64 intrukcijos: 64 bitų palaikymas• Intel:

– Labai Ilgas konvejeris (31 lygio)– Hyper-threading– Dar didesni dažniai (iki 3.8Ghz)

• AMD:– Atminties kontroleris luste (on-die memory controller)– Hypertransport

• SSE3 instrukcijos

20

AMD Athlon 64 sandara

21

22

Intel procesorių vystymo modelis TICK-TOCK

• TICK: nauja gamybos technologija. 65nm 45nm 32nm 22nm 14nm 10nm ir t.t.

• TOCK: nauja (patobulinta) x86 procesoriaus architektūra. Core Nahalem SandyBridge Haswell Skylake ?

• http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_Tick-Tock

9-a x86 karta• 2006-2007 metai

– Intel Core 2, AMD Athlon 64 X2 (X3, X4)– Intel grįžta prie “normalaus” 14 lygių konvejerio, taktinis dažnis mažėja iki

1-2 Ghz ribos– SSE4 instrukcijos– Multi-core

• 2008 metai– AMD Phenom: 4 branduoliai viename luste – pirmas tikras quad core CPU– L3 spartinančioji atmintis

• 2008-2009 metai– Pirma Intel Core i karta (Nehalem mikroarchitektūra). Core i7 procesoriai.

Pirmos kartos Core i5 ir Core i3 nebuvo. 16 lygių konvejeris.– Intel QuickPath Interconnect– Intel on-die memory, PCI Express and DMI controller

23

Intel Core i7 sandara

24

10-a x86 karta (2011 m.)

Intel• Antra Intel Core i karta• Nauja Sandy Bridge mikroarchitektūra• Core i3/i5/i7 procesoriai• 14 – 19 lygių konvejeris• 32 nm gamybos technologija

AMD• Fusion APU (Accelerated Processing Unit)• Bobcat mikroarchitektūra, 40 nm gamybos technologija• Grafinis procesorius viename luste su x86 procesoriumi• 10h mikroarchitektūra, 32 nm gamybos technologija

25

10-a x86 karta (2012 m.)Intel• Trečia Intel Core i karta: IvyBridge mikroarchitektūra.• Minimaliai patobulinta CPU architektūra (lyginant su Sandy Bridge)• 25%-65% galingesnis integruotas GPU• 22 nm gamybos technologija: FinFET (Tri-Gate, 3D) tranzistoriai

AMD• Antros kartos APU:

Piledriver achitektūra• 32nm gamybos technologija• Visiškas atsilikimas nuo Intel

CPU našumo ir suvartojamos galios atžvilgiu... 26

10-a x86 karta (2013 m.)Intel• Ketvirta Intel Core i karta • Nauja Haswell mikroarchitektūra, 14 – 19 lygių

konvejeris• 22nm gamybos procesas• Intel koncentruojasi į sistemos energijos

taupymą. Išleisti procesoriai-vienlustėssistemos, vartojančios 10-15W, t.y. tinkamos mobiliems x86 kompiuteriams, pvz.: MicfosoftSurface Pro 3

AMD• Trečia APU karta: Jaguar mikroarchitektūra• 28nm gamybos procesas• AMD rinkos nišų ieško siūlydami didesnį nei

Intel on-die GPU našumą, geresnę kainą, papildomus ARM branduolius x86 APU luste.

• Šie APU naudojami Playstation 4 ir Xbox One27

10-a x86 karta (2014 m.)Intel• Penkta Intel Core i karta • Broadwell architektūra, 14 – 19 lygių

konvejeris• 14 nm gamybos procesas• Vienas iš produktų: Core-M vienlustės

sistemos pasižyminčios 3,5-4,5W TDP suvartojama galia (!)

AMD• Ketvirta APU karta: Steamroller ir Puma

mikroarchitektūros• Vis dar tas pats 28nm gamybos procesas• Pranašumai prieš Intel išlieka integruoti

našesni GPU desktop klasės procesoriuose ir kaina 28

Intel x86 procesorių kartos# Metai Atstovai Pastabos

1 1978 Intel 8086, Intel 8088 16 bits

2 1982 Intel 80186, Intel 80286 20MB, MMU

3 1985 Intel 80386, AMD Am386

32 bits, MMU, protected+virtual mode

4 1989 Intel i486, AMD Am486 L1 Cache, pipeline, FPU

5 1993 Intel Pentium (MMX) Superscalar, MMX, L1 data+instr cache

6 1995 Intel Pentium Pro (II, III), AMD K5, K6

RISC core, out-of-order execution, L2 cache, SSE, 3DNow

7 1999 Intel Pentium 4, AMD Athlon (XP)

Deep pipeline (20st), SSE2, HTWide (3 instr), superscalar FPU

8 2003 Athlon 64, Pentium 4 Prescott

64 bits, memory controller, hypertransportvery deep pipeline (31st), SSE3, 3.8Ghz

9 2006 Intel Core 2, Athlon 64 X2

Multi-core

10 2011-?

Intel Core i, Core M, AMD Fusion APU

On die GPU, FinFET tranzistoriai

29

Intel 8086

• 1978 metai

• 3μm technologija

• 29 000 tranzistorių

• 5-10 Mhz

• 0 KB Cache

• 33 mm2

30

Intel Pentium

• 1993 metai

• 0,8-0,3μm technologija

• 3 100 000 tranzistorių

• 60 Mhz

• 16 KB Cache

• 295 mm2

31

AMD Athlon 64

• 2,0 Ghz• 1 MB Cache• 193 mm2 32

2003 metai 130-65 nm technologija 106 mln. tranzistorių

Via Nano

• 2008 metai

• 65 nm technologija

• 94 mln. tranzistorių

• 1,0-1,6 Ghz

• 1 MB Cache

• 63 mm2

33

Intel Core i7 (Nehalem)

• 2,8-3,2 Ghz• 8 MB Cache• 296mm2

34

• 2008 metai• 45nm technologija• 731 mln. tranzistorių

Intel Core i7 (Sandy Bridge)

• 2012 metai• 1,4 milijardo tranzistorių• 22nm tri-gate technologija• 160 mm2

• 2-4 branduoliai• 3,0-3,9 Ghz• 6-10 MB Cache

35

GPU4 CPU branduoliai

L3 Cache

Intel Core M (Broadwell)

• 2014 metai• 1,3 milijardo tranzistorių• 14nm tobulesnė tri-gate

technologija• 82 mm2

• 2 branduoliai• 0,8-1,2 Ghz• 4 MB Cache• 4.5W TDP

36

Pabaiga

• Šaltiniai:

– anandtech.com

– intel.com

– wikipedia.org

37