AMD K5

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 20:07, 17 декабря 2016.
K5
AMD-K5.jpg
Производство: C March 27, 1996 (SSA/5)
October 7, 1996 (5k86)
Частота CPU: 75 MHz — 133 MHz
Частота FSB: 50 MHz — 66 MHz
ISA: IA-32/x86
Микроархитектура K5
Число ядер: 1
L1-кэш 8 KB + 16 KB
(Data + Instructions)
Модель SSA/5 Series
Разъемы:
Предшественник Am5x86
Преемник K6

AMD K5 - первый процессор из пятого поколения AMD, выпущенный в 1995 году как конкурент Intel Pentium, а так же первый процессор, полностью основанный на их собственных разработках. Проект K5 был одной из попыток компании AMD перехватить техническое лидерство у Intel. Но, хотя при разработке использовались верные дизайнерские концепции, инженерное их воплощение было слабым, что отрицательно сказалось на репутации компании. Буква K в названии означает Kryptonite («криптонит», вещество, лишающее Супермена силы — под Суперменом подразумевалась компания Intel). Таким образом, AMD, вслед за Intel, решила дать процессору словесное, а не числовое название. Несмотря на то, что по своей производительности и тактовой частоте процессор относится к пятому поколению (об этом свидетельствует цифра 5 в названии), по многим параметрам он сравним с процессорами шестого поколения (в частности, благодаря поддержке динамического исполнения команд).

Процессор K5 был представлен более, чем на год, позже Pentium-а, к тому же AMD не удавалось в достаточном количестве производить K5, работающие на первоначально запланированной частоте. Процессор содержал 4,3 миллиона транзисторов и обладал хорошей x86 совместимостью.

По сравнению с предшественником (AMD Am5x86), новый процессор включал следующие особенности: 24 килобайт кэш-памяти первого уровня (16 для команд, 8 для данных); встроенный декодер команд x86 во внутренний микрокод RISC86; 5-ступенчатый конвейер; динамическое исполнение команд; суперскалярность (5 целочисленных исполнительных блоков); возможность переименования регистров.

Процессор изготавливался по 0,35-микронной технологии, содержал порядка 4,3 млн. транзисторов и устанавливался в разъем Socket 7, использовавшийся также для Pentium. Существовало две версии процессоров, выпускавшихся под маркировкой K5. Первые (внутреннее название SSA/5) выпускались на частотах 75, 90 и 100 МГц при частоте системной шины 50, 60 и 66 МГц соответственно и обозначавшиеся в соответствии с реальной частотой. Вторые (внутреннее название 5k86) были выпущены осенью 1996 с частотами от 90 до 133 МГц и обозначались они, как и Am5x86, Pentium-рейтингом производительности — от PR-120 до PR-200. Следующим процессором от AMD стал K6, выпущенный в апреле 1997.

История создания

Процессор К5 основан на разработанном компанией NextGen новом мощном процессоре, превосходящем по характеристикам Intel Pentium. Приобретя NextGen AMD попыталась доработать их процессор и наладить производство используя свои мощности. Однако, несмотря на большую производительность, AMD по каким-то причинам упростила этот процессор, что привело к отставанию его характеристик от конкурента. К5 постепенно улучшался и последние его модели обогнали Pentium, однако исправить испорченную репутацию это не помогло.

Первая версия, AMD K5 на ядре SSA5 имела архитектуру x86-to-RISC86, принципиально отличную от применяемой в Intel Pentium, но устанавливался в Socket 7. Он имел исполнение 296-pin SPGA и напряжение ядра 3.3/3.525. Первые процессоры SSA5 были недоработанными и сослужили плохую службу реальному K5, вышедшему позже. Помимо всего прочего, архитектура K5 имела один недостаток: она была чересчур "умна" и игнорировала т.н. "пустые циклы" в программах, процессоры Intel же их исполняли, тратя на это процессорное время. Это приводило к тому, что программа, замеряющая время работы пустого цикла на процессоре K5, получала время равное нулю, и при попытке деления константы на полученное время возникала ошибка Divide overflow (переполнение деления или деление на 0). Так же недостатком был слабый блок FPU, намного уступающий Pentium.

Рис.1 AMD K5 SSA5

Характеристики AMD K5 SSA5 (Model 0):

  • Ядро SSA5
  • Год выпуска 1996
  • Технология производства 0,50 мкм (позднее — 0,35 мкм)
  • Количество транзисторов 4,3 млн.
  • Разрядность 32 бит, шина данных 64 бит
  • Адресуемая память 4 Гбайт
  • Набор команд x86
  • Кэш-память первого уровня 24 Кбайт: 8К данные, 16К инструкции
  • Кэш-память второго уровня до 1 Мбайт на материнской плате
  • Тактовая частота 75–100 МГц
  • Частота шины 50–66 МГц
  • Разъём Socket 5, Socket 7
  • Напряжение 3,5 В
  • Выделяемая мощность 15 Вт
  • Предельная температура 60 °C

Следующая модель, AMD K5 на базе ядра 5k86, была выпущена осенью 1996. Этот процессор показывал отличную производительность в офисных приложениях, но имел слабый FPU, впрочем, как и предыдущий. Но из-за опоздания AMD с выпуском процессора, конкурентом K5 PR133 выступал PII-233, превосходящий его по производительности.

Рис.2 AMD K5 5k86

Характеристики AMD K5 5k86 (Model 1, 3, 5):

  • Ядро 5k86
  • Год выпуска 1996
  • Технология производства 0,35 мкм
  • Количество транзисторов 4,3 млн.
  • Разрядность 32 бит, шина данных 64 бит
  • Адресуемая память 4 Гбайт
  • Набор команд x86
  • Кэш-память первого уровня 24 Кбайт: 8К данные, 16К инструкции
  • Кэш-память второго уровня до 1 Мбайт на материнской плате
  • Тактовая частота 90–133 МГц
  • Частота шины 60–66 МГц
  • Разъём Socket 7
  • Напряжение 3,5 В
  • Выделяемая мощность 16 Вт
  • Предельная температура 65 °C

Особенности

Низкая тактовая частота процессора объясняется трудностями с производственными мощностями, испытываемыми компанией в то время, а так же слабой инженерной базой. Например, даже вчетверо больший чем у Pentium буфер предсказания переходов не показывал лучшую производительность, а модуль вычислений с плавающей точкой был менее производительный, чем у Pentium. Кроме того, ранние версии процессора были плохо совместимы с рядом программ под DOS. Из-за опоздания с выходом на рынок и недостаточной производительности K5 так и не завоевал признания у производителей компьютеров.

Но, несмотря на все свои недостатки, процессор K5 оказался на удивление хорош, особенно если учитывать что это первая собственная разработка фирмы. Его главной особенностью было то, что K5 стал первым процессором "пользовательского" класса, в котором было применено решение, впервые реализованное в Intel Pentium Pro: скоростное RISC- подобное ядро с транслятором, преобразовывавшим сложные команды x86-кода в простой и быстро выполняющийся микрокод. Эффективность такого подхода оказалась весьма высокой, и по чистой арифметической производительности K5 с легкостью опережал работающие на равной частоте Pentium, компенсируя свое отставание при работе с числами с плавающей точкой.

Основной кэш имел 4-way ассоциативность, тогда как у Pentium — только 2-way.

Так же в К5 впервые был использован Perfomanse Rating (PR), принцип маркировки процессоров не по частоте, а по эффективности относительно конкурирующих процессоров. То есть, например, процессор K5 PR166 маркетинг AMD, безусловно, относил к прямым конкурентам процессоров Pentium с частотой 166 мегагерц. Хотя на самом деле процессор тактовался на 116 мегагерцах. Логика у этого действа была, так как по эффективности целочисленных операций K5 действительно был лучше, но в среднем, по оценке эффективности, рейтинг был завышен, и порой весьма значительно. Так было со всей линейкой процессоров K5. Так же для процессора K5 существовала возможность отключения предсказания переходов, что приводило к снижению производительности процессора, но обеспечивало корректную работу без сбоев. В процессор AMD K5 были добавлены несколько новых по сравнению с Pentium инструкций, которые могли использоваться отладчиками для более эффективной работы.

Отличительные особенности процессора К5

  • Первый процессор AMD, основанный на их собственных разработках.
  • Первый процессор AMD, получивший словестное название.
  • Первый процессор, у которого на упаковке было написано, что требуется установка радиатора и вентилятора. Такая система охлаждения в то время встречалась крайне редко.
  • Более высокая производительность при целочисленных вычислениях, чем у процессора Pentium. Отставание заметно только лишь в вычислениях с плавающей запятой.
  • По уровню общей производительности процессор К5 с частотой 100 МГц равен процессору Pentium 133 МГц.
  • Жесткая ценовая политика компании AMD удерживала цену на собственные процессоры на порядок ниже, чем Intel, что привлекало покупателей на сторону АМD.
  • Возможность использования вместо процессора Pentium без дополнительных доработок материнской платы.
  • Наличие пяти модулей для целочисленных вычислений, поддерживающих out-of-order выполнение, а так же одного модуля для операций с плавающей точкой, сравнимого по производительности с двумя такими модулями в Pentium.
  • Основной кэш, имеющий 4-way ассоциативность (у Intel Pentium — 2-way).
  • Введение отложенной записи данных. Наличие временного хранилища данных позволяет накапливать записываемые данные и затем, дождавшись освобождения системой шины, выгружать их в оперативную память "одним махом". Это ликвидирует никому не нужные задержки и значительно увеличивает производительность подсистемы памяти (подробнее об этом см. "Политики записи и поддержка когерентности"). В x86 процессорах механизм отложенной записи реализован начиная с Pentium и AMD K5.
  • K5, как и все последующие процессоры компании AMD, помещает в кэш все данные, к которым хотя бы однократно происходит обращение.

Выпускавшиеся модели

Модель Частота FSB Множитель Напряжение ядра Кэш-память Ток, мощность, температура Характеристики
K5 PR75 (ABR) SSA5 75 МГц 50 МГц 1,50x 3,52 В L1 24 Кбайт 3,3 A
11,6 Вт
70,0 °C
4,3 млн. транзисторов
500-нм
271 кв.мм.
K5 PR75 (ABR) SSA5 75 МГц 50 МГц 1,50x 3,52 В L1 24 Кбайт 3,3 A
11,6 Вт
70,0 °C

4,3 млн. транзисторов
500-нм
271 кв.мм.

K5 PR120 (ABR) Godot 90 МГц 60 МГц 1,50x 3,52 В L1 24 Кбайт 3,51 A
12,3 Вт
70,0 °C

4,3 млн. транзисторов
350-нм
181 кв.мм.

K5 PR90 (ABQ) SSA5 90 МГц 60 МГц 1,50x 3,52 В L1 24 Кбайт 3,96 A
13,9 Вт
60,0 °C
4,3 млн. транзисторов
350-нм
161кв.мм.
K5 PR100 (ABQ) SSA5 100 МГц 66 МГц 1,50x 3,52 В L1 24 Кбайт 4,4 A
15,4 Вт
60,0 °C
4,3 млн. транзисторов
350-нм
161кв.мм.
K5 PR133 (ABQ) Godot 100 МГц 66 МГц 1,50x 3,52 В L1 24 Кбайт 3,9 A
13,7 Вт
60,0 °C
4,3 млн. транзисторов
350-нм
181кв.мм.
K5 PR133 (ABR) Godot 100 МГц 66 МГц 1,50x 3,52 В L1 24 Кбайт 3,9 A
13,7 Вт
60,0 °C
4,3 млн. транзисторов
350-нм
181кв.мм.
K5 PR150 (ABX) Godot 105 МГц 60 МГц 1,75x 3,52 В L1 24 Кбайт 4 A
13,7 Вт
65,0 °C
4,3 млн. транзисторов
350-нм
181кв.мм.
K5 PR166 (ABX) Godot 116 МГц 66 МГц 1,75x 3,52 В L1 24 Кбайт 4,52 A
16,0 Вт
65,0 °C
4,3 млн. транзисторов
350-нм
181кв.мм.

Ссылки

Источники

  1. Megabook [Электронный ресурс]: AMD K5 / Дата обращения: 27.11.2016. — Режим доступа: http://megabook.ru/article/AMD%20K5
  2. Wikipedia [Электронный ресурс]: K5 / Дата обращения: 27.11.2016. — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/K5
  3. MorePC [Электронный ресурс]: Процессоры AMD / Дата обращения: 27.11.2016. — Режим доступа: http://www.morepc.ru/processor/show.html?list=2
  4. словари Академик [Электронный ресурс]: AMD K5 / Дата обращения: 27.11.2016. — Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/139578