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1 Comparación de la arquitectura de microprocesadores Intel y AMD Scarlett Itzel Oropeza Cruz Departamento de Sistemas y Computación, Instituto Tecnológico de Tijuana Tijuana, Baja California, México [email protected] Abstract— A continuación se presenta una breve investigación La tendencia...

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Comparación de la arquitectura de microprocesadores Intel y AMD Scarlett Itzel Oropeza Cruz Departamento de Sistemas y Computación, Instituto Tecnológico de Tijuana Tijuana, Baja California, México [email protected]

Abstract— A continuación se presenta una breve investigación para realizar una comparación entre microprocesadores, desarrollados por compañías distintas, Intel y AMD. Específicamente los modelos Core i3, Core i5 y Core i7 de la compañía Intel, familia de microprocesadores Phenom II X3, Phenom II X6 y AMD FX la compañía AMD. Esta comparación se basara en su arquitectura, como lo es el bus de direcciones, el bus de datos y la capacidad de direccionamiento de la memoria RAM; entre otras características que los hacen distintivos de los otros.

I. INTRODUCCIÓN

U

N microprocesador no es más que conjuntos de circuitos complejos, integrados e interconectados todos sobre un substrato semiconductor, de forma que este pueda realizar una secuencia de operaciones aritméticas y lógicas controladas, sin embargo, el microprocesador no es capaz de realizar operaciones por sí solo, por lo menos debe tener una memoria de la que se extraerán las instrucciones y unidades de entrada salida I/O para comunicarse; al conjunto de esto se le llama Sistema microprocesador. A lo largo del tiempo las empresas desarrolladoras de microprocesadores han obtenido muy buenos resultados y cada pieza nueva es mejor que la anterior, como es el caso de Intel y AMD dos compañías que constantemente se encuentran a la par del desarrollo. Ver [9] II. BUS El bus o canal es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre varias computadoras. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como resistores y condensadores además de circuitos integrados. Ver [1] En los primeros computadores electrónicos, todos los buses eran de tipo paralelo, de manera que la comunicación entre las partes del computador se hacía por medio de cintas o muchas pistas en el circuito impreso, en los cuales cada conductor tiene una función fija y la conexión es sencilla requiriendo únicamente puertos de entrada y de salida para cada dispositivo.

La tendencia en los últimos años hacia el uso de buses seriales como el USB, Firewire para comunicaciones con periféricos, reemplazando los buses paralelos, incluyendo el caso del microprocesador con el chipset en la placa base, a pesar de que el bus serial posee una lógica compleja (requiriendo mayor poder de cómputo que el bus paralelo) se produce a cambio de velocidades y eficacias mayores. La función del bus es la de permitir la conexión lógica entre distintos subsistemas de un sistema digital, enviando datos entre dispositivos de distintos órdenes: desde dentro de los mismos circuitos integrados, hasta equipos digitales completos que forman parte de supercomputadoras. [1]

Fig. 1 Buses de comunicación

III. BUS DE DIRECCIONES El bus de direcciones está conformado por el conjunto de señales o líneas que sirven para identificar la posición de memoria con la cual la CPU quiere realizar una determinada operación de lectura o de escritura. Está formado por N líneas unidireccionales de salida (respecto a la CPU) que permiten direccionar unívocamente un conjunto de 2^N posiciones diferentes de memoria. Ente número se conoce como espacio de direccionamiento de la CPU. Normalmente la primera dirección es la 0 y la ultima la 2^N – 1. Partiendo del microprocesador, envía en todo momento la dirección de la posición de memoria o periférico donde se encuentra la instrucción o el dato que se debe procesar, por lo tanto el bus de direcciones es unidireccional.

2 La capacidad de la memoria que se puede direccionar depende de la cantidad de bits que conforman el bus de direcciones, siendo 2N el tamaño máximo en bits del banco de memoria que se podrá direccionar con N líneas. Ejemplo, para direccionar una memoria de 256 bits, son necesarias al menos 8 líneas, pues 28 = 256. Adicionalmente pueden ser necesarias líneas de control para señalar cuando la dirección está disponible en el bus. Esto depende del diseño del propio bus. Las direcciones son números naturales (en hexadecimal) que indican la posición de los datos dentro de la memoria principal o del espacio de direcciones de la unidad de entrada/salida. Ver [1] IV. BUS DE DATOS Un bus es un conjunto de líneas de circuito impreso cuyo objetivo es unir los diferentes elementos de la placa base de forma simultánea, este comunica dos o más dispositivos, por cada línea se transmite un bit (0 o 1) en cada ciclo del reloj. El bus de datos está conformado por el conjunto de líneas bidireccionales que transportan la información que se ha de leer o escribir en la posición indicada por el bus de direcciones. El número de líneas de este bus indica el tamaño máximo de información que se puede transferir de forma simultánea. En otras palabras en el circulan los datos que llegan o salen del procesador por la unidad de entradas-salidas, o los resultados parciales que la CPU lee o escribe en memoria por esta razón es bidireccional. Algunos diseños utilizan líneas eléctricas multiplexadas para el bus de direcciones y el bus de datos. Esto significa que un mismo conjunto de líneas eléctricas se comportan unas veces como bus de direcciones y otras veces como bus de datos, pero nunca al mismo tiempo. Una línea de control permite discernir cual de las dos funciones está activa. Ver [1]

Dicha dirección es un número que indica la ubicación en los chips de memoria, éstas comienzan con cero y continúan en forma ascendente hasta uno menos que el número de bytes de memoria en la computadora. VI. CHIPSET El chipset es el conjunto de chips que se encarga de controlar algunas funciones concretas del ordenador, como la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria o la caché, o el control de los puertos y slots ISA, PCI, AGP, USB, etc. Suele ser el intermediario entre el procesador componentes. Estos datos viajan a través FSB(Front-side bus) primero y luego llegan al controla. De ahí que su velocidad sea de importancia.

y el resto de del llamado chip que los considerable

El chipset tiene que controlar los accesos a memoria, a los buses, las conexiones de entrada/salida, sería la DMA y todo lo que pueda estar en la placa. El chipset es el que da la señal eléctrica cuando presionas el botón de encendido, traslada los datos de la BIOS y sede el control al sistema operativo. Es el sistema central nervioso del ordenador y para muchos es la pieza más importante del ordenador. Ver [2]. La aparición de Intel en el mercado de los chipsets ocurrió con sus procesadores 386 y 486. La primera placa base fabricada íntegramente por Intel para los procesadores 386 y 486 soportaba el bus EISA. En ese momento no era demasiado conocido y había otros fabricantes, por esto no tuvo mucho éxito. Sin embargo, Intel enseguida se liberó de dicho bus y los chipsets para el controlador 486 tuvieron mejores resultados. La serie 420 de chipsets (los que eran para el 486) fueron los primeros en introducir la arquitectura North/South Bridge. Esta arquitectura consiste en dividir la implementación del chipset en tres chips: el chip norte, el chip sur y el chip de entrada/salida. Ver [3]. VII. MICROPROCESADORES INTEL

Fig. 2 Diagrama de buses

V. DIRECCIONAMIENTO DE MEMORIA RAM RAM. Comúnmente llamada memoria de acceso aleatorio (random accesss memory). El objetivo de esta memoria es conservar datos y programas mientras están en uso. La RAM optimiza el funcionamiento de la computadora debido a que no busca en toda la memoria cada vez que necesita encontrar datos, ya que la CPU almacena y recupera cada pieza de datos usando una dirección de memoria.

Intel, la primera compañía de microprocesadores del mundo. Fue fundada en 1968 por Gordon E. Moore y Robert Noyce, quienes inicialmente quisieron llamar a la empresa Moore Noyce, pero sonaba mal, por lo que eligieron como nombre las siglas de Integrated Electronic, en español Electrónica Integrada. Nada más nacer tuvo problemas de marca ya que la marca pertenecía a una cadena hotelera, asunto que fue arreglado con la compra de la misma. La compañía comenzó fabricando memorias antes de dar el salto a los microprocesadores. Hasta los años 70 fueron lideres gracias al competitivo mercado de las memorias DRAM, SRAM y ROM.

3 El 15 de Noviembre de 1971 lanzaron su primer microprocesador: el Intel 4004 para facilitar el diseño de una calculadora. En lugar de tener que diseñar varios circuitos integrados para cada parte de la calculadora, diseñaron uno que según un programa almacenado en memoria podía hacer unas acciones u otras, es decir, un microprocesador. Ver [4] A. Intel i3 El 7 de enero de 2010, Intel lanzó el primer procesador Core i3, son procesadores de doble núcleo con procesador gráfico integrado, la GPU, denominada Intel HD que funciona a 733 MHz Poseen 4 MB de caché de nivel 2, y controlador de memoria para DDR3 hasta 1333 MHz. La función Turbo Boost no está habilitada, pero la tecnología Hyper-Threading se encuentra activada. Integra una experiencia informática rápida y flexible, tiene un ancho de bus de direcciones de 16 exabytes y el ancho de bus de datos del microprocesador Intel Core i3 es de 64 bits. Ver [5]. Equipado con el acelerador Intel para medios gráficos de alta definición, un motor de video de avanzada que ofrece una fluida reproducción de video, así como capacidades 3D de avanzada, lo que implica una solución ideal para gráficos en su uso cotidiano. Ver [6]. Características de Core i3: • Caché de nivel 3 en algunos modelos son 4 MB y 3 MB. • El ancho de bus de datos del microprocesador Intel Core i3 es de 64 bits Potencia de diseño térmico comprendida entre 35 W y 73 W • Mejorado el rendimiento con operaciones de función eminente. • Soporte de hasta 32 GB de RAM • Frecuencia de soporte 3,8 GHz • Tecnología Gráficos HD Intel • Controlador de memoria para DDR3 hasta 1333 MHz Intel i5

B. Intel i5 El modelo i5 es de dos núcleos, a diferencia de la versión Quad-Core. La serie i5, que están orientados a la sección de escritorio y se ubican en la gama media de la empresa. Tiene cuatro núcleos y funciona a una velocidad de 2.66GHz, que se combina con la tecnología Turbo Boost y le permite alcanzar mayor potencia sin necesidad de overclocking. Core i5 tiene soporte para memorias DDR3 en dual-channel, y un cache L3 de 8MB que se combina con la tecnología de Smart Cache para su distribución entre los núcleos. Esta nueva generación de procesadores permite, entre otras cosas, reducir el consumo de energía cuando no se precisa para luego poder ofrecer el máximo desempeño cuando sí se requiera. Core i5 también asigna automáticamente la capacidad de proceso donde más se necesita, permitiendo al usuario crear videos HD, componer música digital, editar fotos o jugar videojuegos. Ver [7]. Características de Core i5: • Procesador de 2,66 GHz Lynnfield cuádruple núcleo Tecnología HyperThreading. • El ancho de bus de datos del microprocesador Intel Core i5 es de 64 bits • La memoria RAM máxima que puede tener un procesador de la familia Intel Core i5 es de 64 GB de memoria RAM • Core i5 Lynnfield tienen una caché L3 de 8 MB, un bus DMI funcionando a 2,5 GT/S • Soporte para memoria en doble canal DDR3 800/1066/1333 • La tecnología Gráficos HD Intel, un adaptador gráfico que brinda la posibilidad de mirar videos y correr juegos en 3D sin la necesidad de una tarjeta de video adicional.

Fig. 4 Microprocesador Intel Core i5 Fig. 3 Microprocesador Intel Core i3

4 C. Intel i7 Intel Core i7 es una familia de procesadores de cuatro núcleos de la arquitectura Intel x8664. Están fabricados en 32nm y pertenecen a micro arquitectura Sandy Bridge de Intel y es el sucesor de la familia Lynnfield. Ver [8]. Características de Core i7: • La superficie del encapsulado de los procesadores de cuádruple núcleo son aproximadamente de 216 mm2 con 995 millones de transistores. • El ancho de bus de datos del microprocesador Intel Core i7 es de 64 bits. • La memoria RAM máxima que puede tener un procesador de la familia Intel Core i7 es de 64 GB de memoria RAM • Soportan las tecnologías HyperThreading y Turbo Boost 2.0. • Frecuencias de reloj de serie desde 2,2 GHz hasta 3,4 GHz (Sin Turbo Boost). • La GPU integrada cuenta con frecuencias desde 650 MHz hasta 850 MHz, y si se activa Turbo Boost hasta 1,35 GHz • Cierta cantidad de caché de nivel 3 está desactivada en algunos modelos para diferenciar entre segmentos de mercado. • 64 KB de caché de nivel 1 por núcleo (32 KB L1 Datos + 32 KB L1 instrucciones) y 256 KB caché nivel 2 por núcleo. • Hasta 8 MB de caché de nivel 3 compartida con un bus en anillo para poder compartirse con el núcleo gráfico. Ancho de banda del bus en anillo de 256 bits por ciclo. Frecuencia de soporte 3,8 GHz • Cuentan con un ancho de línea con caché de 64 bytes. • Controlador de memoria mejorado con un ancho de banda máximo de 25,6 GB/s y soporte para DDR3 a 1600 MHz en doble canal con dos operaciones de carga/almacenamiento por ciclo. • Potencia de diseño térmico comprendida entre 35 W y 95 W para procesadores destinados a sobremesa; y entre 18 W y 55 W los destinados al segmento portátil. • Mejorado el rendimiento con operaciones de función trascendente, cifrado AES y SHA1. • Soporte de hasta 32 GB de RAM.

Fig.5 Microprocesador Intel Core i3

D. Otros El microprocesador 8086 tiene un ancho de bus de datos de 16 bits y 20 bits para las direcciones. La arquitectura adoptada permite mantener cierta compatibilidad con microprocesadores anteriores. Este microprocesador dispone de un bloque de ocho registros de propósito general de 16 bits, dividido en dos grupos de cuatro registros cada uno. Este también es el origen de toda una familia de microprocesadores, que gracias a la popularidad alcanzada, dispone de un gran amplio conjunto de miembros. Ver [12] TABLA I EVOLUCIÓN DE MICROPROCESADORES INTEL

Modelo

Características

80186

Como un 8086 mas controlado de reloj, DMA, controlador de interrupciones, etc. Actualmente se ofrece como microcontrolador

80286

Bus de dirección de 24 bits Reloj de 16 Mhz

80386

Bus de 32 biys para datos y direcciones Reloj de 33 Mhz

80486

Cache de 8 Kbytes Coprocesador matemático Reloj de 66 Mhz

Pentium

Bus de datos de 64 bits Caches separadas de datos e instrucciones de 8 Kbytes cada una Arquitectura superscalar Reloj hasta 1Ghz

5 VIII. MICROPROCEDADORES AMD La década de los 90 trajo a AMD (Advance Micro Devices – Micro Dispositivos Avanzados), una compañía norteamericana afincada en California. AMD tenía la ventaja frente a los demás desarrolladores de disponer de su propia planta de fabricación de chips, lo que concedía cierta autonomía. En 1975 AMD hizo una copia de microprocesador Intel 8080 mediante técnicas de ingeniería inversa, al cual nombró como AMD 9080. Ver [11]. A. AMD Phenom II – X3 Características generales de la familia Phenom II X3. Ver [19].  Micro arquitectura K10 

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0.045 micron Triple core Hasta 3.2 GHz 1.5 MB L2 cache

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6 MB L3 cache

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SSE2, SSE3, SSE4a

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64-bit Virtualización Soporta DDR3 Socket AM2+ Socket AM3

software. Según AMD, el 1090T puede alcanzar los 3.6 GHz. a través de Turbo CORE. Además del reloj también nos encontraremos con seis cachés L2 de 512 KB, más una L3 de 6 MB para coordinar todos los seis núcleos del chip. Por supuesto, todos los AMD Phenom II X6 utilizarán el socket AM3, aunque también se podrán instalar en los AM2+ pero perdiendo determinadas funcionalidades, con lo que en absoluto es algo recomendable. En el caso del modelo 1090T, su TDP es de 125 vatios, de los más altos que podemos encontrar. Ver [20]. Características generales de la familia:       

Micro arquitectura K10 0.045 micron Seis-core Up to 3.3 GHz 3 MB L2 cache 6 MB L3 cache 64-bit



SSE2, SSE3, SSE4a



Turbo Core





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Virtualizacion Soporta DDR3 Socket AM3

C. AMD FX Se conoce como el nuevo procesador de 8 núcleos AMD FX. Se puede experimentar una ejecución inigualable de múltiples tareas y un rendimiento máximo de núcleo con el primer procesador de escritorio de 8 núcleos de la industria. Ver[18][21].

Fig.6 Microprocesador Phenom X3. Ver[18]

B. AMD Phenom II – X6 Los AMD Phenom II X6, microprocesadores de seis núcleos, de gama media-alta aportan un plus de rendimiento a la familia de productos de AMD, para hacer frente así a los modelos más potentes de micros Intel Core i7. Ver[18]. AMD Phenom II X6 1090T cuenta con un reloj a 3.2 GHz. y trae implementado lo que denominan Turbo CORE. Ésta es una tecnología similar al Turbo Boost de Intel, y permite configurarse automáticamente para aportar un mayor o menor rendimiento según las exigencias puntuales del equipo y el

Los procesadores AMD FX™ basados en la arquitectura “Bulldozer” vienen equipados con la tecnología AMD Turbo Core. La tecnología AMD Turbo Core es una tecnología de impulso de rendimiento que ayuda a aumentar el rendimiento en las aplicaciones que más lo necesitan. Algunas características:  Memoria caché L3 compartida (hasta 8 MB)  Programación y capacidades de captura previa mejoradas  64 Conexiones (16 conexiones/subcaché)  Mayor tamaño de cola de datos  Coherencia para 8 núcleos  AMD Wide Floating Point Accelerator  Enlace de 16 bits de hasta 5600 MT/s  Ancho de banda de E/S HyperTransport™ de hasta 8 GB/s; hasta 16 GB/s en el modo HyperTransport Generation 3.0  Ancho de banda de procesador a sistema con una entrega total de hasta 37 GB/s (bus HyperTransport + bus de memoria)

6 

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

Beneficio: tiempos de acceso rápidos a E/S del sistema para aumentar el rendimiento. Controladora de DRAM integrada con tecnología AMD Memory Optimizer 64-bit

BIBLIOGRAFÍA

Instrucciones AES, AVX, FMA3 Turbo Core 2.0



Socket AM3+



Socket FM2+



Finalmente el microprocesador de la familia Intel Core i7 a pesar de a ver salido al mercado años antes que estos, es el que cuenta con mayor tecnología, superando a Core i5, Core i3 y las familias de AMD con gran ventaja.

[1]

Socket FM2 [2] IX. COMPARACION

A continuación se presenta una tabla comparativa de todos los microprocesadores mencionados anteriormente, se tomara en cuenta en año en el que fueron lanzados al mercado para de esta manera ver cuáles han sido los avances dentro de esta tecnología. Ver [11].

[3]

[4]

TABLA III COMPARACION DE INTEL CON MOTOROLA

[5] Modelo

Año

Memoria RAM

Core i3

2010

32 GB

32 y 64 bits

16 EB

Core i5

2009

64 GB

32 y 64 bits

16 EB

Core i7

2008

64 GB

32 y 64 bits

16 EB

Phenom X3

2008

16 GB

64 bits

16 EB

Bus de datos

Bus de dirección

[6]

[7]

[8]

Phenom X3

2009

16 GB

64 bits

16 EB

AMD Fx

2010

32 GB

64 bits

16 EB

[9]

[10]

XI. CONCLUSIÓN Debido a la comparación de la arquitectura de los diversos microprocesadores de las familias Intel Core y AMD así como la historia previa a cada empresa, se puedo concluir que ambas empresas han estado compitiendo a lo ...