Процессоры и чипсеты для ПК
В тестовой лаборатории «КомпьютерПресс» проведено тестирование процессоров AMD Athlon 1200 (с частотой системной шины в 100 (200) и 133 (266) МГц), AMD Athlon 1000 (с частотой системной шины в 100 (200) и 133 (266) МГц), AMD Duron 800, Intel Pentium III 1000EB, Intel Celeron 800 (с частотой системной шины в 100 МГц), Intel Celeron 766, Intel Pentium IV 1400 и VIA Cyrix III (Samuel 2) 600 на материнских платах с чипсетами ALiMAGiK 1 (материнская плата — IWILL KA266-R), AMD 761 (Gigabyte GA-7DX), Intel 815E (ASUS CUSL2), Intel 820 (Gigabyte GA-6CX), Intel 850 (Gigabyte GA-8TX), VIA Apollo KT133A (Soltek SL-75KAV), VIA Apollo Pro133A (Gigabyte GA-6VX7-4X), VIA Apollo Pro133Z (ASUS CUV4X) и VIA Apollo Pro266 (VIA Engineering Sample).
Процессоры VIA Cyrix III на ядре Samuel и Samuel 2
Результаты тестирования процессоров
Сравнение процессора VIA Cyrix III (Samuel 2) с AMD Duron и Intel Celeron
Материнская плата ASUS CUSL2 на чипсете Intel 815E
Материнская плата ASUS CUV4X на чипсете VIA Apollo Pro133Z
Материнская плата Gigabyte GA-6CX на чипсете Intel 820
Материнская плата Gigabyte GA-7DX на чипсете AMD-761
Материнская плата Gigabyte GA-8TX на чипсете Intel 850
Материнская плата IWILL KA266-R на чипсете ALiMAGiK 1
Материнская плата Soltek SL-75KAV на чипсете VIA Apollo KT133A
Материнская плата Gigabyte GA-6VX7-4X на чипсете VIA Apollo Pro133
В течение всего последнего года динамика рынка процессоров определялась практически одним фактором — противостоянием AMD и Intel. И, надо сказать, AMD с честью выдержала это испытание: продав часть своего бизнеса, компания сумела модернизировать и нарастить производственные мощности по изготовлению процессоров, что позволило наладить выпуск сначала 0,18-микронных Athlon’ов с тактовой частотой ядра до 1 ГГц (на сегодняшний день — до 1,2 ГГц), а позднее — давно обещанных процессоров для LowEnd-рынка, названных Duron’ами.
В свою очередь, Intel тоже не теряла времени даром и планомерно наращивала тактовую частоту процессоров Intel Pentium III, добравшись к настоящему времени до отметки в 1,13 ГГц. Что же касается процессоров для систем начального уровня, то ответом Intel на появление AMD Duron стал выпуск Intel Celeron 800, поддерживающего 100-мегагерцевую системную шину.
Кроме того, компания начала поставки нового процессора Intel Pentium 4 с тактовыми частотами в 1,3, 1,4 и 1,5 ГГц. Однако Intel Pentium 4 пока еще не проявил себя в полную силу, поскольку по архитектуре он сильно отличается от других современных x86-процессоров и его преимущества будут раскрываться постепенно — по мере оптимизации программного кода под него и увеличения его тактовой частоты.
Следует также упомянуть процессор VIA Cyrix III на новом ядре Samuel 2, который должен со дня на день появиться на рынке и обещает быть весьма интересным. Достаточно сказать, что это будет первый процессор, произведенный по 0,15-микронному процессу, а энергопотребление у него настолько низкое, что его, по идее, можно использовать не только в настольных, но и в переносных компьютерах.
Вместе с процессорами на рынке появлялись и новые чипсеты под них. Так, например, за последний год было начато производство материнских плат на наборах микросхем ALiMAGiK 1, AMD-760, VIA Apollo KT133A и VIA Apollo KT266 под процессоры AMD Athlon/Duron, Intel 815/815E/815EP, VIA Apollo Pro133A и VIA Apollo Pro266 под процессоры Intel Pentium III/Celeron (последние два чипсета от VIA поддержвают еще и процессор VIA Cyrix III), а также Intel 850 под процессор Intel Pentium 4.
Среди новшеств, появившихся в последних чипсетах, самыми значительными являются поддержка частоты в 133 МГц на системной шине, DDR SDRAM-памяти, а также интерфейса Ultra ATA/100 на IDE-шине..
Процессоры Intel Celeron
Процессоры семейства Intel Celeron рассчитаны на применение в недорогих системах начального уровня.
Первый вариант процессора Intel Celeron — так называемый Covington — появился на рынке в апреле 1998 года. Он был построен на основе ядра Deschutes (поздняя версия ядра процессоров Intel Pentium II), выпускался по 0,25-микронной технологии, имел тактовую частоту в 266/300 МГц (соответственно модели Intel Celeron 266/300), частоту системной шины в 66 МГц, L1-кэш объемом 32 Кбайт (16 Кбайт для данных плюс 16 Кбайт для инструкций) и физический интерфейс Slot 1. Для уменьшения себестоимости Covington выпускался без L2-кэша и защитного картриджа — в так называемом S.E.P.P.-исполнении (Single-Edge Processor Package).
Следующий вариант Intel Celeron, получивший название Mendocino (модели от Intel Celeron 300A до Intel Celeron 533), был выпущен в августе 1998 года и отличался от своего предшественника наличием L2-кэша объемом 128 Кбайт, интегрированного на одном кристалле с ядром процессора и работавшего на тактовой частоте ядра. Первые версии Mendocino выпускались в S.E.P.P.-исполнении, однако позднее Intel стал «упаковывать» его целиком в одну PPGA-микросхему (Plastic Pin Grid Array Package), которая устанавливается в 370-контактный разъем PGA370 (другое название разъема — Socket 370), и в конце концов Celeron’ы в PPGA-исполнении полностью вытеснили с рынка ранние модели Intel Celeron в S.E.P.P.-исполнении под разъем Slot 1.
Тактовая частота в 533 МГц стала очередным «водоразделом» для Celeron’ов — Intel Celeron 533A был первым процессором этого семейства, построенным на базе ядра Coppermine, которое было позаимствовано у процессора Intel Pentium III и изготавливается по 0,18-микронной технологии (причем 533-мегагерцевый Celeron выпускался также и на 0,25-микронном ядре — модель Intel Celeron 533). Наряду с этим у Intel Celeron 533A появилась поддержка набора SSE-инструкций и новая FC-PGA «упаковка» (Flip Chip Pin Grid Array).
FC-PGA «упаковка» отличается от PPGA-исполнения тем, что кристалл, расположенный на керамической подложке микросхемы, не закрывается сверху защитной металлической или керамической крышкой и становится доступным снаружи. Это обеспечивает лучшее охлаждение кристалла во время работы процессора, однако требует большей осторожности при транспортировке микросхемы и установке кулера, поскольку при неаккуратном обращении кристалл процессора очень легко повредить!
Плюс к этому микросхемы процессоров в FC-PGA- и PPGA-исполнении имеют разную разводку контактов (изменено назначение пяти контактных ножек) и, следовательно, электрически несовместимы. Однако современные материнские платы «умеют» разбираться с этим и поддерживают процессоры Intel Celeron с разъемом Socket 370 в обоих исполнениях.
А вот тактовая частота системной шины и объем L2-кэша у Intel Celeron 533A остались без изменений — соответственно 66 МГц и 128 Кбайт (несмотря на использование ядра Coppermine объем L2-кэша у Intel Celeron 533A и более поздних моделей вдвое меньше, чем у Intel Pentium III на том же ядре, поскольку вторая половина L2-кэша у них попросту электрически отключена!).
И наконец, в начале января 2001 года Intel анонсировал Intel Celeron 800 — первый Celeron со 100-мегагерцевой системной шиной, который на сегодняшний день является самым быстрым процессором в этой линейке. Фактически Intel Celeron 800 отличается от последних 66-мегагерцевых моделей (например, Intel Celeron 733 или Intel Celeron 766) только более высокой частотой системной шины — все остальные формальные характеристики у него такие же: ядро — Coppermine, технология производства — 0,18 мкм, объем L1-кэша — 32 Кбайт (16 Кбайт для данных плюс 16 Кбайт для инструкций), объем интегрированного L2-кэша — 128 Кбайт (работает на тактовой частоте ядра процессора), обеспечивается поддержка набора SSE-инструкций, исполнение — FC-PGA.
Процессор Intel Celeron в FC-PGA-исполнении
Интересно отметить, что согласно спецификации Intel процессоры Intel Celeron не поддерживают двухпроцессорную конфигурацию. Однако это ограничение было успешно преодолено японским инженером Tomohiro Kawada из Kikumaru's Technical Laboratory (http://kikumaru.w-w.ne.jp), после чего ряд производителей наладил выпуск адаптеров-переходников Slot 1/Socket 370 (например, Soltek SL-02A++, использовавшийся при подготовке этого обзора), с помощью которых можно легко построить дешевую двухпроцессорную систему на основе двух PPGA-процессоров Intel Celeron и материнской платы с двумя разъемами Slot 1. С этой целью можно также использовать и два процессора Intel Celeron с разъемом Slot 1 в S.E.P.P.-исполнении, однако их придется модернизировать. А вот процессорам Intel Celeron в FC-PGA-исполнении «не повезло» — попытки заставить их работать в двухпроцессорной конфигурации успехом не увенчались.
 |
|
Процессоры Intel Pentium III
В отличие от Intel Celeron процессоры Intel Pentium III предназначены для использования в высокопроизводительных настольных компьютерах, рабочих станциях и серверах.
Процессы первого поколения этого семейства (Intel Pentium III 450 и Intel Pentium III 500) были анонсированы Intel в конце февраля 1999 года и имели следующие характеристики:
- технология производства: 0,25 мкм;
- ядро процессора: Katmai, разработанное на основе Deschutes (поздняя версия ядра процессоров Intel Pentium II) с добавленным SSE-конвейером для обработки 70 новых SSE-инструкций;
- L1-кэш: объем — 32 Кбайт (16 Кбайт для данных плюс 16 Кбайт для инструкций);
- L2-кэш: объем — 512 Кбайт, тактовая частота — половина тактовой частоты ядра, внешний (не интегрирован на одном кристалле с процессором, а выполнен на отдельных микросхемах, которые расположены на той же печатной плате, что и микросхема процессора), поддерживает ECC-механизм обнаружения и коррекции ошибок при обмене данными с ядром процессора; в терминологии Intel такой L2-кэш называют Discrete Cache;
- частота системной шины: 100 МГц, поддерживается ECC;
- напряжение питания ядра процессора: 2,0 В;
- многопроцессорность: поддерживается до двух процессоров на одной системной шине;
- идентификация: каждый процессор имеет уникальный 96-битный серийный номер, «прошитый» в нем во время изготовления, который может быть считан программными средствами; в случае нежелания пользователя «разглашать» серийный номер своего процессора возможность считывания его серийного номера может быть заблокирована на уровне BIOS с помощью программы настройки BIOS материнской платы или же утилиты Processor Serial Number Control Utility, которую можно загрузить с Web-сайта Intel, воспользовавшись следующей ссылкой: http://developer.intel.com/support/processors/PentiumIII/psover.htm;
- физический разъем: Slot 1;
- исполнение: S.E.C.C.- или S.E.C.C.2-картридж.
Фактически первые процессоры семейства Intel Pentium III на ядре Katmai (модели Intel Pentium III 450/500/533B/550/600/600B) мало чем отличались от предшествовавших им процессоров Intel Pentium II. Самое значительное нововведение заключалось в появлении 70 новых SSE-инструкций, наличие которых увеличивает производительность системы при обработке графики, аудио- и видеопотоков, при работе с 3D-приложениями и программами распознавания речи, а также при просмотре содержимого Web-сайтов. Так что запуск в производство моделей Intel Pentium III 450 и Intel Pentium III 500 — в том виде, как это было сделано, — выглядел скорее как маркетинговый прием Intel в борьбе с активно продвигавшимся в то же время AMD K6-III, а не как очередное реальное достижение в индустрии производства процессоров.
«Настоящие» же процессоры Intel Pentium III появились на рынке только 25 октября 1999 года, когда Intel анонсировал сразу девять (!) новых моделей этого семейства на ядре Coppermine с частотами от 500 до 733 МГц: Intel Pentium III 500E, 533EB, 550E, 600E, 600EB, 650, 667, 700 и 733. На настоящий момент к ним добавились еще Intel Pentium III 750, 800, 800EB, 850, 866, 933, 1 ГГц, 1B ГГц и 1,13 ГГц.
Характеристики этих процессоров таковы:
- технология производства: 0,18 мкм;
- ядро процессора: Coppermine с SSE-конвейером;
- L1-кэш: объем — 32 Кбайт (16 Кбайт для данных плюс 16 Кбайт для инструкций);
- L2-кэш: объем — 256 Кбайт, тактовая частота равна тактовой частоте ядра, интегрирован на одном кристалле с процессором, поддерживает ECC-механизм обнаружения и коррекции ошибок при обмене данными с ядром процессора; в терминологии Intel такой L2-кэш называют Advanced Transfer Cache;
- частота системной шины: 100 или 133 МГц, поддерживается ECC;
- напряжение питания ядра процессора: 1,60/1,65/1,70/1,76/1,80 В;
- многопроцессорность: поддерживается до двух процессоров на одной системной шине (некоторые процессоры Intel Pentium III не поддерживают двухпроцессорную конфигурацию, что можно проверить, зная их идентификатор S-Spec);
- идентификация: каждый процессор имеет уникальный 96-битный серийный номер, «прошитый» в нем во время изготовления, возможность чтения которого программными средствами можно контролировать на уровне BIOS с помощью программы настройки BIOS или с помощью утилиты Processor Serial Number Control Utility;
- физический разъем/исполнение: Slot 1/S.E.C.C.2-картридж или Socket 370/FC-PGA (Flip Chip Pin Grid Array)-микросхема.
Как и в случае с Intel Celeron процессоры Intel Pentium III в FC-PGA-исполнении очень уязвимы, поскольку у них кристалл, расположенный на керамической подложке микросхемы, тоже ничем не защищается сверху. Поэтому с ними надо обращаться аккуратно при транспортировке и установке кулера (особенно в последнем случае), иначе кристалл процессора можно легко повредить.
Следует отметить, что появление процессоров Intel Pentium III с ядром Coppermine внесло некоторую путаницу в названия моделей этого семейства, поэтому здесь требуется небольшое пояснение. Так, индексы «E» и «B» предназначены для маркировки процессоров Intel Pentium III с одинаковой частотой ядра, но с разной частотой системной шины и/или реализацией L2-кэша: «B» — частота системной шины равна 133 МГц, «E» — процессор с интегрированным L2-кэшем типа «Advanced Transfer Cache» (CPUID процессора — 068x и выше). Однако если для какой-либо частоты ядра процессоры Intel Pentium III выпускаются только с одной частотой системной шины и с L2-кэшем одного типа, то индексы «E» и «B» для маркировки процессоров не используются (например, процессоры Intel Pentium III 677 и 733 имеют как интегрированный L2-кэш, так и частоту системной шины в 133 МГц, но индексы «E» и «B» в их наименованиях отсутствуют).
Процессор Intel Pentium III в S.E.C.C.2-исполнении
Процессор Intel Pentium III в FC-PGA-исполнении
|
|
Процессоры Intel Pentium 4
20 ноября 2000 года компания Intel анонсировала процессор Intel Pentium 4, который ранее также был известен под кодовым именем Willamette. Позиционируется Intel Pentium 4 как процессор для высокопроизводительных настольных компьютеров и рабочих станций начального уровня, а его основные характеристики таковы:
- тактовая частота: 1,30, 1,40 и 1,50 ГГц;
- технология производства: 0,18 мкм;
- L1-кэш: объем — 20 Кбайт (8 Кбайт для данных плюс 12 Кбайт для инструкций);
- L2-кэш: объем — 256 Кбайт, работает на тактовой частота ядра, интегрирован на одном кристалле с процессором, поддерживает ECC-механизм обнаружения и коррекции ошибок при обмене данными с ядром процессора, обмен данными с ядром процессора идет по 256-битной шине;
- L3-кэш: отсутствует в Intel Pentium 4, согласно планам Intel, должен быть реализован в серверном варианте Intel Pentium 4 (кодовое название процессора — Foster, однако по планам Intel L3-кэш будет не у всех модификаций этого процессора);
- частота системной шины: физическая — 100 МГц, эффективная — 400 МГц;
- напряжение питания ядра процессора: 1,70 В;
- многопроцессорность: многопроцессорные конфигурации не поддерживаются (поддержка многопроцессорности должна появиться у Foster’a);
- SSE: поддерживаются SSE- и SSE2-наборы SIMD-инструкций;
- исполнение: PGA-микросхема с 423 контактными ножками;
- процессорный разъем: Socket 423.
Intel Pentium 4 — это первый процессор в семействе 32-битных процессоров седьмого поколения от Intel. Вслед за ним в этом семействе должны также появиться процессоры с кодовым именами Foster (модифицированный Intel Pentium 4, предназначенный для использования в серверах) и Northwood (модификация Intel Pentium 4, изготавливаемая по 0,13-микронной технологии).
Процессор Intel Pentium 4
Блок-схема процессора Intel Pentium 4
Несмотря на то что Intel Pentium 4 является процессором с архитектурой IA-32, последняя сильно отличается от архитектуры процессоров семейства P6 (в него входят процессоры Intel Pentium Pro, Intel Pentium II, Intel Pentium III, Intel Celeron и Intel Xeon) и даже получила специальное название — NetBurst. В числе основных новшеств, появившихся в NetBurst, — Hyper-Pipelined Technology, Execution Trace Cache, Rapid Execution Engine, 400 MHz System Bus, Advanced Dynamic Execution, Advanced Transfer Cache, Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2).
Hyper-Pipelined Technology. Суть технологии Hyper-Pipelined (гиперконвейер) заключается в том, что Intel Pentium 4 имеет очень длинный конвейер, состоящий из 20 стадий. Для сравнения: конвейер у процессоров семейства P6 состоит всего из 10 стадий. Преимущества от использования такого новшества далеко не очевидны.
С одной стороны, более длинный конвейер позволяет упростить логику работы каждой отдельной стадии, а значит, более просто реализовать ее аппаратно, что приводит к уменьшению времени выполнения каждой отдельно взятой стадии. А это в конечном счете приводит к тому, что тактовая частота процессора может быть значительно увеличена.
С другой стороны, при обнаружении неправильно предсказанного перехода весь конвейер останавливается вместе с одновременным сбросом его содержимого, после чего разгоняется заново — и чем длиннее конвейер, тем больше времени занимает его разгон. Поэтому при увеличении длины конвейера для обеспечения роста производительности нужно повышать эффективность алгоритмов предсказания переходов.
Заметим, что вероятность предсказания переходов у Intel Pentium 4 выше, чем у процессоров семейства P6 (например, у Intel Pentium III она составляет около 90%) и, по идее, это должно компенсировать большее время инициализации конвейера. Однако преимущества Hyper-Pipelined-технологии в полной мере проявятся скорее всего только при значительном увеличении тактовой частоты процессора Intel Pentium 4.
Execution Trace Cache. Execution Trace Cache — это название и одновременно способ реализации L1-кэша инструкций в архитектуре NetBurst. Смысловое содержание этого термина можно перевести как «кэш трассировки выполняемых микроопераций».
В Execution Trace Cache хранятся микрооперации (µops), которые были получены в результате декодирования входного потока инструкций исполняемого кода и готовы для передачи на выполнение конвейеру. Емкость Execution Trace Cache составляет 12 Кбайт.
Execution Trace Cache устроен таким образом, что вместе с кодом каждой микрооперации в нем хранятся результаты выполнения ветвей кода для этой микрооперации — в той же строке кэша (cache line), что и сама микрооперация. Это позволяет легко и своевременно выявлять микрооперации, которые никогда не будут выполнены, и быстро удалять их из L1-кэша инструкций, а также оперативно «вычищать» Execution Trace Cache от «лишних» микроопераций в случае обнаружения ошибочно предсказанного перехода. Последнее обстоятельство особенно важно, так как позволяет сократить общее время реинициализации конвейера после его остановки в результате выполнения перехода, который был «угадан» неправильно.
Rapid Execution Engine. Так, в архитектуре NetBurst назван блок выполнения арифметико-логических операций. Конструктив Rapid Execution Engine довольно оригинален: во-первых, он состоит из двух ALU-модулей, работающих параллельно; во-вторых, рабочая тактовая частота этих ALU-модулей в два раза выше тактовой частоты процессора — это достигается за счет регистрации как переднего, так и заднего фронта задающего тактового сигнала. Таким образом, каждый ALU-модуль способен выполнить до двух целочисленных операций за один рабочий такт процессора, а весь Rapid Execution Engine в целом — до четырех таких операций.
400 MHz System Bus. Физически системная шина у Intel Pentium 4 тактируется частотой в 100 МГц, однако благодаря использованию технологии Quad Pumping по этой шине передается четыре блока данных за один такт (аналогично тому, как это делается при передаче данных в режиме AGP 4X по AGP-шине). Так что эффективная рабочая частота системной шины у Intel Pentium 4 (которую также называют Quad Pumped Bus) составляет 400 МГц, а пропускная способность — 3,2 Гбайт/с.
Advanced Dynamic Execution. Advanced Dynamic Execution — это обобщенное название механизма динамического выполнения команд (dynamic execution), используемого в NetBurst, построенного на трех базовых концепциях: предсказание переходов (branch prediction), динамический анализ потока данных (dynamic data flow analysis) и спекулятивное выполнение инструкций (out-of-order execution). Аналогичный механизм, названный Dynamic Execution, используется в процессорах семейства P6, однако в Intel Pentium 4 он улучшен.
Так, например, емкость пула, в котором хранятся готовые для обработки инструкции (out-of-order instruction window), у Intel Pentium 4 увеличена до 126 инструкций — против 42 у процессоров семейства P6.
Кроме того, в Intel Pentium 4 интегрирован более совершенный механизм предсказания переходов и количество ошибочно предсказанных переходов у него в среднем на 33% меньше, чем у процессоров с архитектурой P6.
Advanced Transfer Cache. Под этим именем в архитектуре NetBurst «скрывается» L2-кэш процессора емкостью в 256 Кбайт. Ширина шины, по которой идет обмен данными между Advanced Transfer Cache и процессором, составляет 256 бит (32 байта), а ее тактовая частота совпадает с тактовой частотой ядра процессора.
Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2). В Intel Pentium 4 также интегрирован набор из 144 новых SIMD-инструкций, получивший название Streaming SIMD Extensions 2 (сокращенно — SSE2), который добавлен к базовому набору SSE-инструкций, реализованному ранее в процессоре Intel Pentium III.
Из этих 144 инструкций 68 — расширяют возможности старых SIMD-инструкций по работе с целыми числами, а 76 — являются совершенно новыми. Среди последних — инструкции, позволяющие оперировать со 128-разрядными числами (как целыми, так и вещественными с двойной точностью).
Новые SSE2-инструкции были добавлены с той же целью, что и появившийся ранее набор SSE-инструкций — для увеличения производительности системы при обработке аудио- и видеоданных.
|
|
