Technisches zum Athlon 64 FX Prozessor (Fortsetzung...)
Spezialitäten des K8-Kern
Neben der Verbreiterung der Adress- und Datenregister auf 64-Bit wurden gegenüber dem Athlon XP hauptsächlich Fortschritte
im direkten Umfeld der Recheneinheiten erzielt. Der Athlon 64 FX darf
gegenüber dem Athlon XP auf einen doppelt
so großen Level 2 Cache zurückgreifen. Satte 1 MB stehen dem Kern als Pufferspeicher zum langsamen Arbeitsspeicher
zur Verfügung, im folgenden Bild rechts zu sehen (die große uniforme Fläche).
Nicht zu vergessen die weiteren IPC-verbessernden Maßnahmen, wie die
Erweiterung des L1 Translation-Lookaside-Buffers (TLB) von 24 auf 40 Einträge, des L2-TLB von 256 auf 512 Einträge
und des Branch-Prediction History Counters von 4K auf 16K. Damit sollte der Opteron der x86-Prozessor mit dem deutlich
besten IPC-Wert (Instructions-per-Cycle: Arbeitsschritte pro Takt) auf dem Markt sein.
64-Bit Computing
Auch wenn wir heute auf das 64-Bit Computing des Athlon 64 FX nicht eingehen wollen (hier verweisen wir auf unsere
Opteron-Artikel), der Vollständigkeit halber trotzdem
ein paar Worte dazu: Ein K8-Prozessor kann Daten in 64-Bit
Häppchen verarbeiten anstelle von 32-Bit. Ferner
besitzt der Prozessor 64-Bit Adressregister, was effektiv einen Speicherbereich von 264 Speicherzellen
(16.777.216 Terabyte) abdeckt. AMDs K8-Architektur nutzt allerdings nur 40 Bit für die Speicheradressierung, was 1 Terabyte
Arbeitsspeicher entspricht - im Vergleich zu den 232 (4 Gigabyte) adressierbaren Speicherzellen einer
32-Bit Architektur ein enormer
Fortschritt. Denn auch wenn Heim-Computer heute noch lange nicht an der 32-Bit Grenze angekommen sind, Server sind es sehr wohl und
freuen sich über jedes zusätzliche adressierbare Megabyte an Arbeitsspeicher. Ferner bleibt zu erwähnen, dass
unter einem 32-Bit Betriebssystem eine 32-Bit Anwendung nur 2 GB adressieren kann (genau genommen sind es sogar nur
1,5 GB, weil ab da der PCI-Adressraum beginnt), die gleiche Anwendung aber unter einem 64-Bit OS
schon die vollen 4 GB adressieren kann, da dann PCI-Adressen etc. über die 4 GB Grenze gemappt werden können.
Der Prozessor kennt generell drei Betriebsmodi: Den reinen 32-Bit Modus, in dem die CPU sich verhält wie ein 32-Bit Athlon XP, von
AMD Legacy Mode getauft. Die CPU läuft automatisch im 32-Bit Legacy
Mode wenn ein 32-Bit Betriebssystem installiert ist, also beispielsweise Windows XP oder Linux i386. Der Legacy-Mode
unterstützt sowohl den Real- als auch den Protected-Mode wie jede bisherige 32-Bit CPU auch.
Weiterhin gibt es den 64-Bit Modus, von AMD Long Mode getauft. Für diesen Betriebsmodus ist ein 64-Bit
Betriebssystem (oder genau genommen ein 64-Bit Kernel) nötig. Es stehen dann acht zusätzliche GPR zur Verfügung
(GPR = General Purpose Register, die Register auf denen Prozessoren operieren), 64-Bit in allen GPR
sowie die zusätzlichen XMM-Register (auch SSE-Register genannt).
Der Long Mode unterteilt sich nochmals in den 64-Bit
Mode sowie den Compatibility Mode. In letzterem kann der Prozessor auch im Long Mode ganz normale
32-Bit Anwendungen ausführen, wobei hier jedoch ausschließlich der Protected-Mode zur Verfügung steht. So ist es also
möglich, 32-Bit Anwendungen auszuführen, obwohl ein 64-Bit Betriebssystem (Kernel) installiert ist. Diese Anwendungen
können logischerweise dann von der 64-Bit Erweiterung, den acht zusätzlichen GPR sowie den 16 statt 8 XMM Registern nicht
profitieren.
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