5.5. Hammer šeimos procesoriai

Naujų mikroprocesorių AMD šeima įgijo pavadinimą Hammer. Pagrindinių plokščių gamintojai iš anksto pasiruošė ir jau pradėjo tiekti motinines plokštes su 754 ir 940 procesorių lizdais (jie skirti 64 bitų procesoriams.). Šiuo metu išleisti AMD procesoriai, priklausantys Hammer šeimai ir palaikantys 64 bitų instrukcijas - Athlon 64 3200+ (Clawhammeris – skirtas PC kompiuteriams) ir Athlon FX 51 (Sladgehammeris – skirtas serveriams). Šie procesoriai yra gaminami pagal 0,13 µm technologiją. Abu turi padidintą L2 vidinę atmintį - 1MB, FSB800 magistralę, atitinkamai 2GHz ir 2,2GHz dažnį, pirmasis skirtas 754 lizdui, antrasis - 940.

Clawhammeris skirtas "masėms", tuo tarpu gerokai galingesnis Sladgehammeris labai reikliems vartotojams, ypatingai sudėtingoms 3D instrukcijoms apdoroti (S754 palaiko vieno kanalo atminties pralaidumą, S940 - dviejų, pirmasis turi vieną Hypertransporto sąsają, antrasis - net 3). Mikroprocesorius turės tris jungtis su "HyperTransport" magistrale ir galės perduoti duomenis iki 19,2 Gb/s greičiu (tai beveik 6 kartus didesnis pralaidumas, nei turi dauguma šiuolaikinių serverių procesorių).  Kainos taip pat atitinkamai skirsis - paprastiems vartotojams skirtas Clawhammeris turėtų būti gerokai pigesnis.

Savo technologiją AMD vadina x86-64: kompanija tiesiog pridėjo naujas 64 bitų instrukcijas prie įprastos x86 procesorių architektūros. Atstovo teigimu, 64 bitų "Hammer" architektūra nesuteikia asmeniniams kompiuteriams ypatingų pranašumų, tačiau yra "darbinio našumo pagerinimo mechanizmas". Procesoriai "Athlon 64" ir iš dalies "Opteron" turi greitaeigę sąsają su kompiuterio atmintine - "HyperTransport", kuri kilsteli darbinį našumą naudojant daug atminties reikalaujančias programas, ypač trijų dimensijų žaidimus.

Pagrindiniai x86-64 architektūros privalumai:

Ø  Suderinamumas su x86 instrukcijomis;

Ø  Bendros paskirties 64 bitų  registrų versija;

Ø  8 nauji bendrieji registrai GPRs (General Purpose Registers);

Ø  SSE ir SSE2 palaikymas, pridėti 8 nauji SSE2 registrai;

Ø  Padidinta adresuojamos atmintinės erdvė;

Ø  64 bitų instrukcijų palaikymas.

Architektūrų skirtumai x86 ir x86 – 64 parodyti 5.3. pav.

5.3.pav. Architektūrų x86 ir x86 – 64 skirtumai

AMD64 architektūra praplečia egzistuojančią x86 architektūrą įvedus kelis kodo vykdymo režimus, priklausomai nuo poreikio užduoties vykdymui.

Kodo vykdymo režimai

Režimas “Long mode” realizuoja svarbiausią naujos technologijos privalumą. Jis turi du palaikymus:

64 skilčių režimą ir “suderinamumo rėžimą”. Režimas “Long mode” turi sekančias ypatybes:

Ø 64 skilčių virtuali adresų aplinka ir 52 – skilčių fiziškas adresų laukas (pirmosios AMD Opteron™ procesorių versijos bus leidžiamos su mažesnėmis reikšmėmis);

Ø “puslapinis” atmintinės valdymas;

Ø ribotas segmentacijos palaikymas;

Ø nepalaikomas mechanizmas x86 architektūros uždavinių perjungimui;

Ø pasenęs realus rėžimas ir režimas “Virtual-8086” nepalaikomas, palaikomas tiktai 64, 32 ir 16 bitų rėžimas;

Ø saugaus režimo palaikymas;

64-bitų režimas palaiko visas naujas procesoriaus galimybes:

Ø 64- skilčių virtuali adresacija;

Ø registrų plėtimas  galimas naujojo prefikso (REX) pagalba:

o  8 naujų bendros paskirties registrų (R8 - R15);

o  plėtimas visų bendros paskirties registrų iki 64 bitų;

o  8 naujų 128-bitų registrų SSE (XMM8 - XMM15);

Ø 64-bitų komandų interpretatorius (RIP);

Ø 64 skilčių komandų nuoroda RIP;

Ø “plokščias” adresų laukas, vieningas kodui, duomenims ir stekui.

Suderinamumo rėžimas leidžia 64- skilčių operacijų sistemoms išsaugoti pilną suderinamumą su egzistuojančiomis 16- ir 32- skilčių sistemomis, t.y. galimybę dirbti be perkompiliavimo į 64- skilčių sistemą. Suderinamumo rėžimas turi prieigą prie pirmųjų 4 GB virtualiosios atminties adresų. Suderinamumo rėžimas atrodo kaip saugus rėžimas x86. žiūrint iš operacijų sistemos pusės, adresų transliacija, pertraukymų valdymas o tai pat duomenų struktūros sistemą naudoja rėžimo “Long mode”. Mechanizmą.

Režimas “Legacy mode”. Rėžimo “Long mode” papildyme, architektūra palaiko “Legacy mode”, kuri palaiko pilną dvejetainį suderinamumą su egzistuojančiomis 16 ir 32 skilčių operacijų. sistemomis. Rėžimas“ Legacy mode” pilnai palaikomas su 32 skilčių realizacija x86 architektūroje.

Technologija AMD64 sukuria naujas galimybes programinio kodo optimizavimui programų kūrėjams.

Klasikinė architektūra x86 turi nedaug bendrosios paskirties registrų, kas stabdo sistemos paralelinius skaičiavimus. Dažnas duomenų keitimas tarp registrų stabdo sistemos našumą ir daro sudėtingesniu programinį kodą. AMD64 architektūra papildomai turi 8 naujus registrus ir leidžia panaudoti naujas skaičiavimo perspektyvas.

Pilnas aparatinis palaikymas klasikinės x86 komandų sistemos, leidžia eksploatuoti AMD64 sistemas nelaukiant 64 bit programinio versijos palaikymo. Nebūtina įsigyti naujos programinės įrangos kuria būtinas 64 bit palaikymas, tai sutaupo investicijas.

5.4 pav. Supaprastinta Hammer architektūra

Kurdami nauja architektūrą, AMD kompanijos specialistai stengėsi padidinti mikroprocesoriaus darbo našumą (ne tik didinant taktinį dažnį) . Tuo tikslu mikroprocesorių patobulino:

Ø padidinti konvejerių ilgiai: iki 12 pakopų fiksuoto kablelio skaičiams ir iki 17 pakopų skaičiams su slankiu kableliu;

Ø    įtaisytas atmintinės valdiklis;

Ø    įtaisyta koherentinė sąsaja HyperTransport.

Vienprocesorinė ir daugiaprocesorinė  konfigūracijos yra su antrojo lygmens priešatmintine, taip pat su „HyperTransport“ sąsaja. Vienprocesoriniai konfiguracijai priklauso mikroprocesorius Athlon ClawHammer – DT (DT reiškia DeskTop)..

Daugiaprocesorinei sistemai priklauso mikroprocesorius Opteron Sledge Hammer – MP (MP Multi Processing) su 72 – bitų kanalu DDR SDRAM DDR200/266/333 (PC1600/PC2100/PC2700), 16 – bitų sąsaja HyperTransport su 3,2 GB/s pralaidumu, antrojo lygmens 1MB spartinančiąja atmintine.

5.5 pav. Dviprocesorinio Hammer konfigūracija

Aštunta AMD procesorių karta paremta visiškai nauja AMD64 technologija, kuri praplečia tradicinę x86 architektūrą. Rezultate ne tik gaunamas didesnis sistemos našumas, bet ir išauga  panaudojimo galimybės bei padidėja sistemos lankstumas.

Naujos architektūros galimybėmis pirmiausiai pasinaudos didesnės skaičiavimo spartos reikalaujantys ir naudojantys didelius duomenų masyvus serveriai, duomenų bazių valdymo sistemos, galingi skaičiavimo kompleksai.

Strateginis   AMD  perėjimo prie 64 bitų skaičiavimų sprendimas remiasi pilnu suderinamumu su jau egzistuojančiu 32 skilčių standartu operacinėms sistemoms ir tuo pačiu galimybe naudoti 64 skilčių skaičiavimus ten kur tai reikalinga.

5.5.1. Procesoriaus AMD Opteron™

AMD64 technologija vysto standartinę x86 architektūrą ir leidžia formuoti vieningą infrastruktūrą 64 skilčių technologijoje, kuri pilnai suderinama su tradicine standartine x86 architektūra. AMD64 technologija saugo klientų investicijas: jie toliau gali naudotis savo 32 skilčių programomis ir produktais, kol patys nuspręs diegti naują 64 bitų programinę įrangą.

Procesoriaus AMD Opteron™ mikroarchitektūra leidžia panaudoti unikalų lankstumą taikant naujas 64 skilčių operacijų sistemas ir programas, tuo pačiu palikdama pilną suderinamumą su jau egzistuojančiomis 32 bitų programinėmis priemonėmis.

Nauja architektūra operuoja 64 bitų adresų registrais ir duomenimis, o tai leidžia praplėsti operatyviosios atmintinės adresuojamąjį lauką ir atsikratyti egzistuojančio 4 GB apribojimo, kuris kelia sunkumus projektuojant informacijos apdorojimo sistemas.

Naujas patobulintas procesoriaus branduolys leidžia pakelti greitaveiką ir 64 skilčių ir 32 skilčių sistemoms.

AMD64 ir kitų 64 bitų architektūros procesorių palyginimas pateiktos lentelėje 5.1.

5.1 lentelė . 64-ių skilčių procesorių palyginimas

Architektūra AMD64	Kiti 64-bitų sprendimai
Pilnas suderinamumas su egzistuojančia x86 architektūra.	Instrukcijų rinkinys nesuderinamas su x86 architektūra.
Didelis našumas ir 32 bitų ir 64 bitų rėžime	Žemas našumas 32 bitų režime. Visi tobulinimai orientuoti į 64 bitų režimo greitaveiką.
Įgalina sklandžiai pereiti prie naujos architektūros, jei tai reikalinga.	Reikalauja pereiti prie 64 bitų skaičiavimo, net jeigu tai nebūtina.
Leidžia išsaugoti investicijas egzistuojančioje 32 bitų programinėje įrangoje.	Reikalauja naujų investicijų: 2 instrukcijų rinkiniams, 2 operacinėms sistemoms, 2 rinkiniams taikomojo palaikymo sistemų.
Pilnas  palaikymas 16 , 32  ir 64-skilčių formatų vienu metu.	16  ir 32  skilčių palaikymas tiktai programinės ar aparatinės emuliacijos režimu.
32-bitų kodas dirba be pakitimų. Gali dirbti senais būdais, naudojant 64- skilčių adresaciją.	Reikalauja 32- skilčių kodo keitimo, norint gauti maksimalų našumą.