Processadores Intel e AMD

(1)

Processadores Intel e AMD

Prof. Remy Eskinazi

(2)

Agenda

• Introdução

• Conceitos básicos Microprocessadores

• Histórico dos processadores X86 (Intel e AMD)

• Linha evolutiva dos processadores

• Mercado de processadores

• Breve Comparativo Intel x AMD

• Resumo Processador Celeron

• Processadores 64 bits

• Conclusões

• Bibliografia e sites relacionados

(3)

Resumo Evolução Intel X AMD

8088 / 8086 80286

80386

80486

Pentium

Pentium Pro Pentium II Pentium III AMD 386

AMD 486

AMD K5

AMD K6

AMD K6-II

AMD K6-III

Celeron

(4)

Evolução X86

Nome Data Transistores

• 8086 1978 29K

– Processador de 16-bit. Base para o IBM PC & DOS

– Limitado a 1MB de espaço de endereçamento. DOS disponibiliza ao usuário apenas 640K

• 80286 1982 134K

– Modo de endereçamento mais complexo, mas não muito útil – Base para IBM PC-AT e Windows

• 386 1985 275K

– Extensão para 32 bits. Adicionado um novo tipo de endereçamento

– Capaz de rodar Unix (modos Real, Protegido)

(5)

Evolução X86

• Nome Data Transistores

• 486 1989 1.9M

• Pentium 1993 3.1M

• Pentium II/MMX 1997 4.5M

– Adicionada uma coleção especial de instruções para operar em vetores de 64-bit de dados inteiros de 1, 2, ou 4 bytes

• PentiumPro 1995 6.5M

– Adionadas as instruções de mov condicional – Grande mudança na microarquitetura

• Preempção de tarefas (saltos)

(6)

Evolução X86

• Nome Data Transistores

• Pentium III 1999 8.2M

– Adicionadas instruções “streaming SIMD” para operar sobre vetores de 128-bits de dados inteiro ou ponto flutuante de 1, 2 ou 4 bytes

• Pentium 4 2001 42M

– Adicionados formatos de 8-bytes e 144 novas instruções para o modo

streaming SIMD

(7)

Evolução AMD

197 5

197 9

8080A 8086

198 2

286

199 1

Am386

199 3

Am486

199 5

AMD-K5™

199 7

AMD-K6^®

199 9

AMD Athlon™

200 2

Transistores 5k 29k 134k 275k 1.200k 3.500k 9.300k 22.000k 37.000k

AMD Athlon XP™

200 3

0.80um 0.35um 0.25um 0.18um 0.13um 10um

200 4

+

200

5

(8)

Evolução AMD

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

am386 am486

+

(9)

Arquitetura Interna de Microprocessador

(10)

Arquitetura 8086

– arquitetura de 16 bits

• comunicação com a memória em 16 bits (8086)

• capacidade máxima de memória de 1 MByte

• 14 registradores (4 dados, 4 endereços, 4 segmentos, ponteiro do programa, flags)

• endereço físico = segmento 16 + deslocamento*

• 85 instruções básicas

• coprocessador: 8087 (67 instruções básicas)

• sem cache, sem memória virtual

– 8088 - mesma arquitetura, barramento externo de 8 bits

8086 - primeiro

microprocessador de 16 bits da

Intel

(11)

Características da Arquitetura 8086

(12)

Características da Arquitetura 8088

(13)

Características da Arquitetura 8086

(14)

Características da Arquitetura 8086

15 8 7 0

AX AH AL acumulador

BX BH BL base

CX CH CL contador

DX DH DL dado

SP ponteiro para pilha

BP ponteiro base

SI índice fonte

DI índice destino

IP apontador de instruções

FLAGS flags

CS segmento de código

DS segmento de dados

SS segmento de pilha

ES segmento extra

Dados

Endereços

Segmento

(15)

Registradores de Segmento 8086

• São registradores de endereços;

• Armazena endereços de programa e dados;

• Organização de memória:

– Cada byte na memória possui um endereços de 20 bits iniciando em 0 até 2

²⁰

-1 ou seja, 1M de memória endereçável;

– Endereços são representados por 5 dígitos hexadecimais; de 00000 - FFFFF

– Problema: 20 bits de endereços é grande demais para ser colocado em registradores de 16 bits;

– Solução: Segmentação de memória

• Blocos de memória de 64K consecutivos (65.536);

• Um número de segmento é um número de 16 bits;

• Faixa de um endereços de um segmento vai de 0000 a FFFF

• Em um segmento, uma posição de memória em particular é especificado

como sendo um offset (deslocamento);

(16)

Características da Arquitetura 8086

(17)

Segmentação de memória no 8086

lin e ar a d d re ss e s

one segment

(18)

Geração de endereço físico

(19)

Geração de endereço físico

• Registrador de segmento * 16 + offset

Adder

Segment Register (16 bits)

0 0 0 0

Offset Value (16 bits)

(20)

Organização de memória

Bloco Dados

01 Área de memória para o usuário (64 Kb) 02 Área de memória para o usuário (128 Kb) 03 Área de memória para o usuário (192 Kb) 04 Área de memória para o usuário (256 Kb) 05 Área de memória para o usuário (320 Kb) 06 Área de memória para o usuário (384 Kb) 07 Área de memória para o usuário (448 Kb) 08 Área de memória para o usuário (512 Kb) 09 Área de memória para o usuário (576 Kb) 10 Área de memória para o usuário (640 Kb) 11 Memória de Vídeo

12 Memória de Vídeo

13 Área de Extensão da ROM 14 Área de Extensão da ROM 15 ROM-BIOS do sistema

16 ROM-BIOS do sistema e ROM-BASIC

(21)

Microprocessador Intel 80286

– Praticamente a mesma arquitetura do 8086

– Data bus 16 bits (D0 – D15), Address bus 24 bits (16Mb memória) – Modos real (8086) e protegido (memória vitual & 16Mb memória) – 4 Unidades funcionais

• EU – Unidade de execução de Instruções

• BU – Unidade de Acesso e Controle de Barramento

• IU – Unidade de decodificação de instruções

• AU – Unidade de Formação de endereços

– Comunicação com a memória em 16 bits – 14 registradores (os do 8086)

– Endereço físico ou virtual

– 15 instruções extras (92 + 15 = 107 instr. básicas) – Co-processador: 80287

– Sem cache

– Memória virtual segmentada (apenas no modo protegido) – Maior parte dos programas desenvolvidos para modo Real

(22)

Microprocessador Intel 80386

– Modos real (8086), protegido e virtual86 – 6 Unidades funcionais

• EU – Unidade de execução de Instruções

• BU – Unidade de Acesso e Controle de Barramento

• IU – Unidade de decodificação de instruções

• PU – Unidade de pre-fetch com fila de até 16 bytes

• PgU – Unidade de formação de endereços (paging unit)

• SU – Unidade de formação de endereços (segmentation unit)

– Comunicação com a memória

• 16 (SX) ou 32 bits (DX)

• Capacidade máxima de memória de 4 GByte

– 14 registradores

• do 8086, com 32 bits, e mais 2 regs. de segmento

– 44 instruções extras

• 107 + 44 = 153 instruções básicas

– Endereço físico ou virtual (64 TByte)

• Memória virtual segmentada (sempre) e paginada (opcional), ambas

apenas no modo protegido

(23)

Microprocessador Intel 80386

15 8 7 0

EAX AH AL

EBX BH BL

ECX CH CL

EDX DH DL

ESP EBP ESI EDI EIP

EF CS DS SS ES FS GS

16 31 acumulador

base contador dado

ponteiro para pilha ponteiro base

índice fonte índice destino

apontador de instruções flags

segmento de código

segmento de dados

segmento de pilha

segmento extra

(24)

Microprocessador Intel 80386

Conceito do Memória Virtual

processador

memória virtual

mapeador

memória física endereço

virtual

endereço físico

grande espaço de endereçamento

pequeno espaço de endereçamento endereço gerado

pelas instruções sendo executadas

mapeamento por hardware

(25)

Microprocessador Intel 80386

Questões da Memória Virtual:

• quando mover um bloco da memória secundária para a memória primária (real) ?

– por demanda

• quando mover um bloco da memória real para a memória secundária?

– quando faltar espaço na memória real

• qual o tamanho ideal de um bloco?

– constante (paginação) ou variável (segmentação)

• onde colocar um novo bloco transferido para a memória principal?

– onde houver área livre (paginação) ou no “melhor” lugar (segmentação)

(26)

Microprocessador Intel 80386

Dinâmica da Memória Virtual:

• programa gera endereço virtual

– CPU transforma endereço virtual em endereço físico (hardware)

• bloco está na memória principal?

– Sim: calcular o endereço físico (hardware)

– Não: buscar o bloco da memória secundária (software)

• existe espaço para o bloco na memória principal?

– Sim: carregar o bloco e atualizar descritor (software)

– Não: retirar um outro bloco, carregar o bloco e atualizar descritores (software)

(27)

Microprocessador Intel 80386

Memória Virtual Segmentada: (Segmentação => Converte endereços lógicos em endereços lineares)

0 ( g l o b al o u l o c al )s e g 3

15 4 31 0

Seletor de tabela (Global ou Local)

Registrador de segmento Deslocamento

31 0 Tabela de descritores

Descritor de segmento (8 bytes)

Endereço base (32 bits)

(32 bits)

Endereço linear

+

GDTR ou LDTR

endereço lógico ou virtual

endereço linear

(ainda não é o físico)

CS DS SS ES ...

(28)

Memória virtual segmentada

• programa gera endereço virtual

– CPU transforma endereço virtual em endereço físico

• segmento está na memória principal?

– Sim: calcular o endereço físico. Se este endereço estiver fora do segmento, gerar erro

– Não: buscar o segmento da memória secundária

• existe espaço suficiente para o o segmento na memória principal?

– Sim: carregar o segmento na “melhor posição” e atualizar descritor

– Não: retirar um (ou mais) segmentos, carregar novo segmento e atualizar

descritores

(29)

Memória virtual paginada

PDE (32bits)

0 31

Endereço linear

22 21 12 11

Diretório Página Deslocamento

Diretório de Páginas (PD)

PTE (32 bits)

Tabela de Páginas (PT)

CR3

31 12 11 0

Deslocamento Endereço de page frame

...

(Paginação => Converte endereços lineares em endereços físicos)

... (PT)

(30)

Memória virtual paginada

• programa gera endereço virtual

– CPU transforma endereço virtual em endereço físico

• página está na memória principal?

– Sim: calcular o endereço físico. Este endereço sempre está dentro da página.

– Não: buscar a página da memória secundária

• existe espaço suficiente para a página na memória principal?

– Sim: carregar a página em qualquer lugar e atualizar descritor

– Não: retirar uma página (é suficiente), carregar nova página e atualizar

descritores

(31)

Microprocessador Intel 80386

• outras características

– Co-processador: 80387 (67 + 7 -1 = 73 instr. básicas) – Sem cache

– TLB:

• pequena memória associativa que retém os últimos e mais freqüentes endereços de página acessado

• uma pequena cache de endereços físicos

• apareceram vários microprocessadores compatíveis no mercado

– AM386

(32)

Microprocessador Intel 80486

• Idêntico ao 386

– Modos real (8086), protegido e virtual86 – Comunicação com a memória em 32 bits – Capacidade máxima de memória de 4 GByte

– 16 registradores (os do 80386, também em 32 bits) – 6 instruções extras (151 + 6 = 157 instruções básicas) – Endereço físico ou virtual

• Memória virtual segmentada

• e paginada (opcional)

– Co-processador: 80487 (para 80486SX) integrado no 80486DX – Com cache de 8 KByte

FPU

(33)

Microprocessador Intel Pentium

• Reestruturação do 486

– Modos real (8086), protegido e virtual86

– 16 registradores (os do 80386, também em 32 bits) – Memória virtual segmentada e paginada

• Comunicação com a memória em 64 bits

• Capacidade máxima de memória de 4 GByte

• 5 instruções extras (157 + 5 = 162 instr. básicas)

• FPU: coprocessador aritmético integrado

• Cache de 16 KByte (2 x 8 KByte)

(34)

Microprocessador Intel Pentium

• 2 pipelines para inteiros, operando em paralelo

• cada pipeline inteiro consta de 5 estágios:

– busca de instrução (a partir da cache de instruções), – decodificação de instrução,

– geração de endereço, – execução,

– escrita (write back).

• FPU também em pipeline (mas não em paralelo)

• operação super-escalar: mais de uma instrução

pronta em um ciclo de relógio

(35)

Microprocessador Intel Pentium

BIU

Cache Instr.

ALU

FPU

Registradores Buffer de instruções

barramentos de 64 bits externos e internos

caches separadas dados e instr.

8 KB cada bus interface

unit

2 pipelines paralelos de 5 estágios

para inteiros

ALU

BTB

reg.

stack

+

U-pipe ÷

V-pipe

FPU-pipe

com circuitos dedicados para soma, divisão e multiplicação

(36)

Microprocessador Intel Pentium Pro (P6)

• Re-estruturação do Pentium (P5)

– Mesmas características de 80386 (mem. virtual) e do Pentium (largura de dados de 64 bits)

– FPU

– cache de 16 KByte (2 x 8 KByte)

• 5 instruções extras (162 + 5 = 167 instr. básicas)

• Operação super-escalar

• 14 unidades internas

• Execução fora de sequência

• Execução especulativa

(37)

Microprocessador Intel Pentium MMX

• Arquitetura do Pentium (P5)

– Novo tipo de dado: “packed”

– 57 instruções extras (além das 167 instr. básicas) – Com cache de 32 KByte (2 x 16 KByte)

– Operação super-escalar

– Não possui as características do Pentium Pro (execução fora de sequência, exec.especulativa)

– Instruções para processamento de vetores (8 bytes, 4 palavras ou 2 palavras duplas)

– 8 novos registradores lógicos (MMX0 a MMX7)

(38)

Intel Pentium II (P6)

• Pentium Pro com MMX

– Mesmas características do Pentium Pro – Instruções MMX

– Cinco unidades internas

– Execução fora de sequência – Execução especulativa

Pentium

Pro MMX

PentiumII

(39)

Intel Pentium III

– Novo tipo de dado: “floating packed” (Ponto flutuante) – 70 instr. extras (além das 167 básicas e 57 MMX)

– Instruções para processamento de vetores inteiros (MMX) ou de ponto flutuante (SSE)

– 8 novos registradores físicos (XMM0 a XMM7), de 128 bits, para as instruções SSE

– No de série do processador (Inst. CPUID)

(40)

Intel Pentium 4

• Lançado em novembro de 2000

 Pipeline de 20 estágios (“hyper pipeline”)

 Até 128 instruções em execução (3 vezes mais que no Pentium III)

 Algoritmo melhorado para previsão de desvios, com tabela de 4K

 Novo sistema de cache de nível 1

 Cache de execução de 12 K micro-operações (Execution Trace Cache)

 Cache de dados de 8 KBytes

(41)

Intel Pentium 4

• Instruções SSE2 (Streaming SIMD Extensions 2) - 144 novas instruções

– 67 instruções para vetores de pontos flutuante de precisão dupla (64 bits)

– 69 novas instruções MMX, para vetores inteiros de 128 bits (utilizando os registradores XMM)

– 8 instruções para controle de cache

 Barramento do sistema “Net Burst” de 400 MHz

(42)

Intel Pentium 4 - Diagrama Resumido

(43)

Mercado de Processadores

• Low –End

– Destinado à construção de máquina de baixo poder computacional

• Usuário iniciante

– (Celeron D (Intel), Semprom (AMD)

• Mid-Range

– Destinado à construção de máquinas de maior poder computacional

• Ferramentas CAD, design house – Pentium IV (Intel), Athlon (AMD)

• High-End

– Destinado à maquinas de alto poder computacional e compartilhamento

• Servidores de Rede

• Gerenciamento de Clusters

– Pentium HT (Intel), Athlon 64 D (AMD)

(44)

Comparativo entre Processadores Intel e AMD

• Intel foi isoladamente a líder em fabricação de CPUs até início dos anos 90

– Até a fabricação do 80286 Não houve concorrência da AMD – Concorrência começou devido a fabricação do AM386 DX

• Intel Pentium X AMD AM5x86

• Intel Pentium, Pentium PRO X AMD K5

– Equivalente mas lançado 3 anos depois do Pentium

• Intel Pentium MMX, II X AMD K6

– Vantagem AMD: Mais barato

• Intel Celeron X AMDK6

– Celeron:Versão “light” do Pentium II

• Intel Celeron X AMD Sempron

(45)

Estado da Arte em Processadores

• AMD

• Desktop: AMD Athlon 64 FX, AMD Athlon 64

• Server: AMD Opteron

• Intel

• Desktop: Intel Pentium 4 w/

HT, Intel Pentium 4 Extreme Edition

• Server: Intel Itanium 2, Xeon

(46)

Resumo Processadores Celeron

• Os processadores Celeron diferenciam-se dos

processadores Pentium II, III e IV pela limitação das seguintes características:

– Tamanho da Cache L2 – Clock interno

– Clock do barramento externo

(47)

Resumo Processadores Celeron

Modelo Nome- código

Baseado no Cache L1

Cache L2

Tecnolo gia

Barramento Externo

Soquete

Celeron SEPP Convingto n

Pentium II com núcleo Deschutes

32KB - 0.25µm 66MHz Slot 1

Celeron A Mendocino

32KB 128KB 0.25µm 66MHz Slot 1

Celeron PPGA Mendocino

32KB 128KB 0.25µm 66MHz Soquete 370

Celeron Coppermine

Coppermi ne

Pentium III com núcleo Coppermine

32KB 128KB 0.18µm 66MHz / 100MHz

Soquete 370

Celeron Tualatin

Tualatin Pentium III com núcleo Tualatin

Celeron Willamette

Willamette

Pentium 4 com núcleo Willamette

Celeron Northwood

Northwoo d

Pentium 4 com núcleo Northwood

Celeron D Prescott Pentium 4 com

8KB 256KB 0.09µm 533MHz Soquete 478 / Soquete 775

(48)

Resumo Processadores Celeron D

Processador Clock Interno Clock Externo Cache L2 Soquete Hyper-Threading

350 3,2 GHz 533 MHz 256 KB 478 ou 775 Não

345 3,06 GHz 533 MHz 256 KB 478 ou 775 Não

340 2,93 GHz 533 MHz 256 KB 478 ou 775 Não

335 2,80 GHz 533 MHz 256 KB 478 ou 775 Não

330 2,66 GHz 533 MHz 256 KB 478 ou 775 Não

325 2,53 GHz 533 MHz 256 KB 478 ou 775 Não

(49)

Resumo Processadores Sempron

Processador Clock Interno Clock Externo Cache L1 Cache L2 Soquete

Sempron 2200+ 1,50 GHz 333 MHz 128 KB 256 KB 462

Sempron 2300+ 1,58 GHz 333 MHz 128 KB 256 KB 462

Sempron 2400+ 1,67 GHz 333 MHz 128 KB 256 KB 462

Sempron 2500+ 1,70 GHz 333 MHz 128 KB 256 KB 462

Sempron 2600+ 1,83 GHz 333 MHz 128 KB 256 KB 462

Sempron 2800+ 2 GHz 333 MHz 128 KB 256 KB 462

Sempron 3000+ 2 GHz 333 MHz 128 KB 512 KB 462

(50)

Resumo Processadores Celeron

• Exemplo: Celeron D

– 16Kb Cache L1 – 256Kb Cache L2

– Clock ext. 533MHz (Burst 133MHz) – Clock int. 2,13 GHz a 3,2 GHz

– Suporte Hyper – Threading => não disponível

(51)

Intel Extreme Edition

(52)

Intel Extreme Edition

Características:

•Primeiro processador desktop da Intel com tecnologia dual-core.

•Basicamente é evolução do Pentium IV

• Hyper-Threading (HT) : 2 processadores (lógico + Físico)

•Processador dual-core : 4 processadores (2 lógicos + 2 Físicos)

• Hyper-Threading + dual-core: execução de 4 threads

simultaneamente

(53)

Intel Extreme Edition

•Processador “lógico”

•barramentos, caches e unidades de execução são compartilhados

•cada processador lógico tem estado próprio, bem como registradores de propósitos gerais.

•Processador físico

•tem seus próprios conjuntos de registradores e

caches .

(54)

Intel Extreme Edition

• Cache

•2 caches de 16KB (L1).

•2 caches de 1 MB (L2), sendo 1 MB para cada core .

•principal vantagem: redução do tráfego do barramento.

• Trace cache

•cada core tem uma trace cache de até 12KB de micro- operações já decodificadas.

•principais vantagens: remoção da etapa de decodificação em

loops e em execução de desvios.

(55)

Intel Extreme Edition

•Segurança: bit para desabilitar execução:

•recurso aliado ao S.O

•define áreas ativas ou não-ativas de memória.

•Conjunto de instruções

•instruções dedicadas ao processamento de imagens e compressão de dados

•mantém compatibilidade com IA-32.

•Gerenciamento de energia: capacidade de desligamento de

pinos e outras partes do chip.

(56)

Intel Extreme Edition

Perspectivas:

•Aumento da velocidade do barramento PCI e AGP (média de 3.5 vezes).

•Facilidades para os softwares multi-threads do futuro.

• Dual-core : será base para as pesquisas da Intel nas tecnologias

Hyper-Threading e EM64T.

(57)

AMD Athlon 64

(58)

AMD Athlon 64

• Resumo Processadores AMD Atuais

– Desktop

• Semprom (Low End)

• Athlon 64 (Mid Range)

• Athlon 64 FX

• Athlon 64 X2

– Notebooks

• Athlon 64 Mobile

• Turion 64

– Servidores

• Opteron

(59)

AMD Athlon 64

197 5

197 9

8080A 8086

198 2

286

199 1

Am386

199 3

Am486

199 5

AMD-K5™

199 7

AMD-K6^®

199 9

AMD Athlon™

200 2

Transistores 5k 29k 134k 275k 1.200k 3.500k 9.300k 22.000k 37.000k

AMD Athlon XP™

200 3

0.80um 0.35um 0.25um 0.18um 0.13um 10um

200 4

+

200

5

(60)

AMD Athlon 64

UCP _Bridge’ ^‘North

L1/L2 L3

‘South Bridge’

USB

E/ISA

Bus E / ISA Bus PCI

REDE

LAN

Bus SCSI

Adaptador SCSI

Super I/O

Interface Gráfica

ROM BIOS

RAM

PCI I/O

PCMCIA ^Interface

Som CD-ROM

CD-ROM

HD HD

Scaner

Floppy Mouse

RAM

AGP

COM LPT

(61)

AMD Athlon 64

• Novas características incorporadas

– 1MB L2 Cache

– Controlador de Memória DDR incorporado – HyperTransport Channel

– Menor consumo de potencia – Novo Core Processador

– Registradores em dobro

– Pipeline maior (10 12 estágios)

– Maior “Look Aside Buffer” (TLB)

(62)

AMD64 Architecture

Register Differences: AMD64 vs x86

• AMD64

– 64-bit integer registers – 48-bit Virtual Address – 40-bit Physical Address

• REX - Register Extensions

– Sixteen 64-bit integer registers – Sixteen 128-bit SSE registers

• SSE2 Instruction Set

– Double precision scalar and vector operations – 16x8, 8x16 way vector

MMX operations

– SSE1 already added with AMD Athlon MP

RAX

63

G G P P R R

x x 8 8 7 7

0 79

31

EAX AH AL

0 7 In x86 15

S

MMX0

S S S E E

127 0

MMX7

EAX

EIP Added by AMD64

EDI

XMM8

MMX8

MMX15

R8

R15

(63)

32-bit 32-bit

Um Processador AMD64 pode rodar sistemas operacionais de 32 ou 64 bits START

START START START BOOT UP BOOT UP

Using 32 bit BIOS Using 32 bit BIOS

BOOT UP BOOT UP

Using 32 bit BIOS Using 32 bit BIOS

Look Look at OS at OS Look Look at OS at OS Load 32 bit OS

Load 32 bit OS Load 32 bit OS Load 32 bit OS

Run 32 bit Run 32 bit Applications Applications

Load 64 bit OS Load 64 bit OS Load 64 bit OS Load 64 bit OS

64-bit 64-bit

Run 32 & 64 Run 32 & 64

bit apps bit apps Run 32 & 64 Run 32 & 64

bit apps bit apps

OS for x64-based Systems

32-bit and 64-bit on a single platform

(64)

Características da arquitetura AMD64

• Processamento nativo em 32 e 64 bits

• Controlador de memória DDR integrado ao processador

• Tecnologia Hyper Transport

• Cool’n’quiet (PowerNow! para servers e mobile)

• Proteção anti-vírus por hardware

• Benefícios

• Excelente desempenho

• Melhor custo/benefício

• Sistemas mais confiávies

• Preparado para software de 64 bits

(65)

Arquitetura do sistema com AMD64

Sistema típico

CPUCPU CPUCPU

North Bridge North Bridge

South Bridge South Bridge

IDE, FDC, PCI

USB, Etc.

DDR

Sistema AMD64

CPUCPU AMD64 AMD64

PCI Bridge - Túnel HT PCI Bridge -

Túnel HT

IDE, FDC, I/O DDR

PCI-X PCI Express PCI

Bridge PCI Bridge

PCI-X PCI Express

(66)

Processadores AMD64 de dois núcleos

Diferenças na fabricação e compatibilidade de socket e placa

Núcleo • Athlon 64

• Athlon 64 FX

• Sempron

• Opteron

• Turion

Processador “single-core”

Processador “dual-core”

• Athlon 64 X2

• Opteron

(67)

Processadores AMD64 de dois núcleos

Diferenças na fabricação e compatibilidade de socket e placa

(68)

Fluxo de Dados em um AMD64 CPU

1MB

L2 Cache 1MB

L2 Cache

AMD64 CPU

L1 Data CacheL1 Inst. Cache

Memory Controller

DRAM Controller

Crossbar Switch

64-bits wide

Bussing Unit

Processor Core Cache, Load/Store &

Bussing Unit Integrated North Bridge

Load/Store Unit

System RequestQueue (SRQ)

HyperTransport Technology BUS 144-bit wide DRAM interface

FP Unit

Execution Unit Fetch Scan Align

128-bits wide

(69)

Arquitetura Interna

Memory Controller

DRAM Controller

Crossbar Switch

System Request Queue (SRQ)

144-bit wide DRAM interface

1MB

L2 Cache

AMD64 CPU

64-bits wide

Bussing Unit Load/Store Unit

FP Unit Execution Unit Fetch Scan Align

128-bits wide

1MB

L2 Cache

AMD64 CPU

64-bits wide

Bussing Unit Load/Store Unit

FP Unit Execution Unit Fetch Scan Align

128-bits wide

(70)

• Processamento nativo em 32 e 64 bits

• Controlador de memória DDR integrado ao processador

• Barramento de sistema Hyper Transport

• Cool’n’quiet para modelos acima do Sempron 2800+

• Proteção anti-vírus por hardware

• Acesso à memória em 64 bits

• Computação do dia-a-dia

Processadores AMD Sempron

(71)

• Processamento nativo em 32 e 64 bits

• Controlador de memória DDR integrado ao processador

• Barramento de sistema Hyper Transport

• Cool’n’quiet - Gerenciamento avançado de energia

• Proteção anti-vírus por hardware

• Excelente custo/benefício

• AMD Athlon 64 FX:

• Campeão em aplicações single thread

• Jogos

Processadores AMD Athlon 64

(72)

• Dois núcleos AMD64 (Dual Core)

• Processamento nativo em 32 e 64 bits

• Controlador de memória DDR integrado ao processador

• Barramento de sistema Hyper Transport de 2.0GHz

• Cool’n’quiet - Gerenciamento avançado de energia

• Proteção anti-vírus por hardware

• Acesso à memória em 128 bits

• Alto desempenho multi-tarefa

Processadores AMD Athlon 64 X2

(73)

• Para servidores com 1, 2, 4 ou 8 processadores

• Processamento nativo em 32 e 64 bits

• Controlador de memória DDR integrado ao processador

• Barramento de sistema Hyper Transport – Sem gargalos de FSB

• Power Now! - Gerenciamento avançado de energia

• Acesso à paralelo à memória, em 128 bits

• Inclui modelos Dual Core

• Excelente consumo de energia

Processadores AMD Opteron

(74)

Funcionamento de servidor Dual

Alta demanda - controlador de memória no chipset

(75)

Funcionamento de servidor Dual

Alta demanda – arquitetura AMD64

(76)

Típico sistema multiprocessado

South Bridge South

Bridge PCI

IDE, FDC, USB, Etc.

PCI-X PCI-X

Bridge PCI-X Bridge

North Bridge North Bridge

Processor Processor Processor Processor

Processor Processor Processor Processor Processor

Processor Processor Processor

PCI-X PCI-X

Bridge PCI-X Bridge

PCI-X PCI-X

Bridge PCI-X Bridge DDR

DDR

Memory Expander Memory Expander

PCI-X Bridge PCI-X

Bridge PCI-X

I/O Hub I/O

Hub PCI

IDE, FDC, USB, Etc.

AMDAMD Opteron Opteron

AMDAMD Opteron Opteron AMDAMD

Opteron™

AMDAMD Opteron™

Opteron™

AMD AMD Opteron Opteron

PCI-X Bridge PCI-X Bridge PCI-X

Other Bridge Other Bridge Other

I/O DDR

DDR

Sistema AMD Opteron™

Sistema Quad-processado

Solução do problema de gargalo no chipset/FSB

(77)

I/O Hub I/O Hub

USBUSB PCIPCI

PCI-E Bridge PCI-E Bridge PCI-E

Bridge PCI-E Bridge PCI-E

Bridge PCI-E Bridge I/O Hub

I/O HubI/O HubI/O Hub

PCI-E Bridge PCI-E Bridge PCI-E Bridge PCI-E Bridge PCI-E Bridge PCI-E Bridge Memory

Controller Hub Memory Controller

Hub

CPUCPU CPUCPU

Multiprocessamento com CPUs de núcleo duplo

Necessidade da evolução da arquitetura de interconexão

Arquitetura x86 tradicional

• FSB compartilhado por CPUs, Memória e I/O

• Mais CPUs ≠ Maior performance

AMD64 com DirectConnect

• Arquitetura x86 padrão de mercado

• Sem gargalo de FSB

SRQ Crossbar

HT Mem.Ctrlr

SRQ Crossbar

HT Mem.Ctrlr

CPUCPU CPUCPU CPUCPU CPUCPU ^{8 GB/S}

8 GB/S 8 GB/S

8 GB/S

(78)

CPU de 16 núcleos

O futuro do Microprocessador

Mais transistores, mais núcleos, mais threads

• Mais núcleos

• Núcleos especializados

• Mais controladores integrados

• ...

(79)

BenchMark AMD X Intel

(80)

BenchMark AMD X Intel

(81)

Conclusões

• Processadores AMD atuais são mais

indicados para aplicativos (Business), Jogos, Aplicativos 2D com melhor taxa de preço

• Processadores Intel estão mais indicados

para aplicativos 3D e Multitasking

(82)

Bibliografia e Sites Recomendados

Patterson, D. - Organizacao e projeto de computadores - a interface hard/software Torres, G. – Hardware – Curso completo

Weber, R. – Arquitetura de computadores pessoais Intel Home page: http://www.Intel.com

AMD Home Page: http://www.amd.com

(83)

Processadores Intel e AMD