Знакомство с Socket 7 – AMD против Intel, что дает MMX и почему появились 3D-ускорители

Решив написать эту заметку, я долго не мог придумать название, был даже вариант «Потрясающий новогодний косплей на тему ретроклокинга с зажигательным потанцевалом», но подумал, что многочисленные фанаты косплея яростно закидают меня помидорами, разочаровавшись в отсутствии подборки фотошопа с силиконовыми женщинами. Ну да ладно, начнем по теме, а то я что-то отвлекся…

Порой мне доводилось спасать от утилизации в мусорный контейнер разнообразные компьютерные комплектующие, именно так ко мне попали в свое время и участники данного сравнения. И вот, пока все отходили от новогодних праздников, я решил что-нибудь по-быстрому протестировать. Выбор пал на платформу Socket 7, ведь для нее у меня есть целых 4 процессора, сравнивать производительность которых мне до этого не приходилось.

Сразу оговорюсь, что материал не претендует на какую-либо новизну, анализ архитектур, теоретические обоснования или освещение исторических событий. Основное внимание я уделю сборке и настройке системы, а также непосредственно самому тестированию.

Но для начала все же небольшая историческая справка. Процессор Intel Pentium первого поколения был анонсирован 23 марта 1993 года. Модели с частотой 60 и 66 МГц выпускались по техпроцессу 800 нм, предназначались для установки в материнские платы с разъемом Socket 4 и имели кодовое имя P5. Позднее, в 1993-1994 годах были выпущены процессоры Pentium второго поколения c частотами 75, 90 и 100 МГц, техпроцесс был уменьшен до 600 нм, а Socket 4 был заменен на Socket 5. Наконец, в июне 1995 года появился процессорный разъем Socket 7, который поддерживал как процессоры P54C, так и более новые P54CS, произведенные с использованием техпроцесса 350 нм. Ну а 8 января 1997 года были анонсированы процессоры Pentium MMX, имевшие частоты 166 и 200 МГц.

А что же AMD? Позволю себе процитировать Википедию:

«Процессор K5 был разработан компанией AMD как конкурент процессору Intel Pentium. Он был представлен в 1995, более чем на год, позже Pentium-а, к тому же AMD не удавалось в достаточном количестве производить K5, работающие на первоначально запланированной частоте. Под маркой K5 выпускалось два варианта процессоров SSA/5 и 5k86. SSA/5 работал на частотах от 75 до 100 МГц (5K86 от P75 до P100, позже K5 от PR-75 до PR100); 5k86 работал на частотах от 90 до 133 МГц. AMD использовала так называемый P-рейтинг (рейтинг производительности) для маркировки процессоров. По мнению компании AMD, этот рейтинг показывал, какому процессору Pentium эквивалентен данный K5 по производительности. Например, 116 МГц процессор 5k86 был маркирован K5 PR166, поскольку AMD считала его производительность эквивалентной Pentium-166. Это не оправдывалось результатами реальной работы и также способствовало ухудшению репутации, поэтому для следующего процессора K6 практика рейтингов была прекращена.»

Как мы знаем, к рейтингам AMD потом возвращалась, ну да ладно, это другая история.

Помимо Intel и AMD, процессоры, совместимые с Socket 7, выпускались еще Cyrix, но такого процессора у меня нет, поэтому не будем о нем. Кстати, если кто-то еще не уловил:  Socket 7 позволял устанавливать процессоры разных производителей в одну и ту же материнскую плату! Сейчас такое трудно представить.

Более подробную информацию о делах минувших лет можно найти в Интернете, в том числе и на этом сайте, ну а я перейду к представлению участников тестирования.

Конфигурация тестового стенда

Intel Pentium 100    
Маркировка – SX963    
Кодовое имя – P54C    
Анонс – 03/1994    
Шина и множитель – 50 МГц x2 или 66 МГц x1.5    
Кэш-память – L1 8 KB + 8 KB    
TDP – 10.1W    
Напряжение питания – 3.3V    
Частота при тестировании: 100 МГц (50x2)

Intel Pentium 150    
Маркировка – SY015    
Кодовое имя – P54CS    
Анонс – 01/1996    
Шина и множитель – 60 МГц x2.5    
Кэш-память – L1 8 KB + 8 KB    
TDP – 11.6W    
Напряжение питания – 3.3V    
Частота при тестировании: 166 МГц (66x2.5)

Intel Pentium 166 MMX    
Маркировка – SL239    
Кодовое имя – P55C    
Анонс – 01/1997    
Шина и множитель – 66 МГц x2.5    
Кэш-память – L1 16 KB + 16 KB    
TDP – 13.1W    
Напряжение питания – 2.8V    
Частоты при тестировании: 166 МГц (66x2.5), 200 МГц (66x3)

AMD K5-PR75-ABR    
Маркировка – 25600    
Кодовое имя – 5x86    
Анонс – 03/1996    
Шина и множитель – 50 МГц x1.5    
Кэш-память – L1 16 KB + 8 KB    
TDP – 11.8W    
Напряжение питания – 3.5V    
Частота при тестировании: 100 МГц (50x2)

Данные образцы процессоростроения - не чета современным. Керамика, простота форм и позолоченные контакты (а в случае AMD K5 - и часть обратной стороны) придают изделиям солидность, такие вещи приятно держать в руках.

Среди прочего, мне досталась материнская плата Lucky Star 5IX-VX1 на чипсете Intel i430VX. К сожалению, мануал именно для данной модели материнской платы мне найти не удалось, поэтому выяснять влияние джамперов на шину и множитель мне пришлось опытным путем, для чего отлично подошла ДОСовская утилита Speedsys – по скорости чтения памяти можно было оценить частоту системной шины, что в дополнение к результирующей частоте процессора позволяло определить и множитель.

За множитель и системную шину отвечают джамперы JP2-JP7, которые расположены около 20-pin ATX разъема питания. Расшифровку привожу в таблицах ниже.

Да, материнская плата позволяла менять множитель даже в случае процессора Pentium 166 MMX, хотя многие писали о том, что их системы делать этого не позволяют. Разумеется, я пробовал разогнать данный процессор и больше чем до 200 МГц. При частоте процессора 250 МГц (83x3) система стартовала, но попытки загрузить операционную систему не увенчались успехом. Снижение частоты до 225 МГц (75x3) позволяло операционной системе нормально функционировать, но тест Super Pi 1M завершался с ошибкой. Время на проверку варианта 75x2.5 я решил не тратить, т.к. каких-то впечатляющих результатов это все равно не сулило, а для сравнения с остальными участниками и режима 66x3 должно быть за глаза. Кому интересно, на что способен Pentium 166 MMX, рекомендую статью Max1024.

Кстати, кто-нибудь заметил, что я ничего не сказал про джампер JP5? Выяснить, на что он влияет, мне не удалось. Посмотрев мануалы других материнских плат Lucky Star для Socket7 я предположил, что данный джампер может отвечать за напряжение питания CPU, но в случае с тем же Pentium 166 MMX это не подтвердилось – измерив напряжение непосредственно на ногах с обратной стороны сокета, я получал неизменно 3.367V для VCC2 и 3.315V для VCC3, хотя по спецификации напряжение данного процессора должно быть вообще 2.8V! Возможно, данный процессор оказался не до конца знаком материнской плате, либо за напряжение питания отвечали какие-то другие перемычки – история умалчивает. Материнская плата имеет еще 14 двухпиновых джамперов типа ON/OFF, разбираться с которыми у меня не было ни времени ни желания.

Update.

Время спустя я все же нашел, что за напряжения питания отвечает JP1. Причем по довольно странной схеме: для Pentium 100 и Pentium MMX 166-200 можно выбрать напряжения питания ядра VCC2 2,76-3,60В, тогда как для Pentium 133-150 лишь 3,40-3,60В, как и для AMD K5-75. Землю брал с молекса, имеем некоторую погрешность.

Замечу, что непосредственно около сокета располагается группа джамперов JP9-JP13, однако, если посмотреть на дорожки с обратной стороны платы, то находим, что дорожки от джамперов JP10-JP12 уходят попросту в никуда - соответствующий мосфет с лицевой стороны платы не распаян.

Осталось выяснить назначение джамперов JP14, JP15-JP17. На напряжение процессора они не влияют.

Продолжение оригинального материала...

Среди понятных вещей, материнская плата содержит разъем для установки кэш-памяти второго уровня, куда установлена память объемом 512 KB, 4 слота PCI, 4 слота ISA, 4 слота EDO RAM и два слота памяти DIMM. Максимальный поддерживаемый объем памяти по найденной мной информации составляет 128 MB. Что в те времена было довольно приличным количеством – достаточно будет сказать, что мне эта плата досталась с установленными 24 мегабайтами памяти типа EDO RAM. Для проведения тестирования я установил модули DIMM объемом 256 и 128 МБ, но из-за ограничений чипсета доступны мне были лишь 96 мегабайт оперативки. BIOS позволял менять некоторые тайминги памяти, поэтому я установил наиболее быстрый режим, в котором основные тайминги составили 2-2-3-4.

Предполагая возможные проблемы с поддержкой винчестеров большого объема, для установки ОС я использовал жесткий диск Seagate U10 ST310212A объемом 10.2 ГБ, меньше у меня просто не было. Некоторые трудности при его установке все же возникли – во-первых, из-за того, что изначально он был отформатирован в NTFS, а во-вторых, суммарный объем логических дисков пришлось ограничить 8000 МБ при помощи утилиты FDISK, т.к. в противном случае ни Windows 98 SE ни Windows XP SP3 установить не получалось.

Для установки ОС я воспользовался давно лежавшим без дела приводом ASUS CD-S520/A4. Лишняя подробность скажете вы? Возможно, но, например, установка более нового CD-RW Toshiba вообще не позволяла системе отобразить POST. И так порой бывает во многих мелочах при сборке столь старых систем – то несовместимость, то конфликты. Сама установка ОС с процессором Pentium MMX на частоте 200 МГц заняла около часа в случае Windows 98 SE и около двух часов, когда очередь дошла до Windows XP SP3, точное время я не засекал.

При одном из самых первых запусков системы произошел довольно неприятный инцидент – приказал долго жить блок питания Thermaltake W026RE 480 Вт стандарта ATX 1.3. Что-то сгорело, и вместо положенных 12 / 5 / 3.3 Вольт он стал выдавать лишь 10.51 / 4.38 / 2.44 Вольт. Вскрыв его, я обнаружил пару умерших конденсаторов и заменил их, но эффекта это не принесло. А ведь до этого с ним я без каких-либо проблем запускал систему на Socket 939. Поэтому в качестве блока питания был использован FSP550-80GLN.

У меня было всего две PCI видеокарты – S3 Trio V64 и Matrox Mystique, и поскольку только вторая поддерживала хотя бы режим 1024x768 High Color 16 bit, выбор был очевиден. Сюда просится Riva TNT или Voodoo 2 SLI, но что есть, то есть.

Перейдем к софтовой части повествования.

Программное обеспечение

Windows 98 SE:    
Утилита Speedsys, тесты CPU и Memory    
Quake 1.06 Demo1 – 320x240 и 640x480    
DOOM – max details

Наиболее правильным было бы использовать для запуска перечисленных тестов DOS, но понял я это не сразу, а тестировать все заново не хотелось. Поэтому я добавил результаты тестирования в DOS только для наиболее быстрого процессора, чтобы оценить возможную потерю производительности при переходе в Windows.

Windows XP Professional SP3:    
AIDA32 3.94 – Memory Read & Write    
AIDA64 5.70 – Memory Latency, CPU Queen    
Super Pi Mod 1.5XS – 1M    
WinRAR 3.93 – время сжатия папки CINEBENCH2003 (30 МБ, 757 файлов, настройки по умолчанию)

Использовать две разные версии AIDA пришлось из-за того, что более новая версия не позволяла определить скорость чтения и записи памяти для данной системы.

Из-за плохой сходимости, вызванной предположительно недостаточно стабильной скоростью дисковой подсистемы, тесты Super Pi и WinRAR запускались несколько раз, выбирался лучший результат.

В случае Windows XP абсолютно все службы, не являющиеся обязательными для загрузки ОС, были отключены. В результате система после старта занимала лишь около 30 МБ оперативной памяти.

Перед тем, как перейти к результатам тестирования, предлагаю взглянуть на информацию AIDA64 CPUID участников тестирования:

Не будем тянуть, перейдем к результатам.

Результаты тестирования

Результаты Speedsys довольно интересные - при прочих равных AMD K5 демонстрирует заметно более высокую скорость в бенчмарке CPU, чем Pentium, но катастрофически проигрывает в скорости работы с памятью.

Синтетика AIDA32 и AIDA64 подтверждает результаты Speedsys - в бенчмарке процессора AMD K5 набирает заметно больше попугаев, но в тестах чтения и записи памяти существенно отстает от процессоров Intel.

В менее требовательной игре DOOM процессор AMD K5 несколько превосходит оппонента, но уже в Quake ситуация в корне меняется, и Pentium оказывается на треть быстрее. Кстати как вам 16 FPS в Quake (дата выхода - июнь 1996 года) на процессоре Pentium 200 MMX c MSRP $550 (анонсирован в январе 1997 года)? Впечатляет? Во второй половине или даже ближе к концу 90-х постепенно ситуация складывалась таким образом, что даже в случае мощных процессоров желательно было иметь 3D-ускоритель, иначе приемлемый фреймрейт в новых играх будет доступен только в сверхнизких разрешениях и/или с примитивной графикой.

В задаче по архивированию AMD K5 приятно удивил. Видимо не зря синтетические тесты считали, что определенной вычислительной мощностью он все-таки обладает - преимущество над процессором Pentium составляет 18%, и это не ошибка - я запускал архиватор с одной и той же задачей несколько раз для каждого процессора.

На сладкое я оставил результаты популярного среди оверклокеров процессорного теста. В вычислении числа Пифагора процессор AMD K5 не блещет - отставание от Pentium достигает 25%. Замечу, что я пробовал запускать Super Pi в Windows 98 SE. Версия 1.5XS практически сразу рапортовала о невозможности расчета, тогда как версия 1.4 без каких-либо предупреждений просто завершала работу. Версия же 1.1 работала хорошо, но времени для расчета требовалось значительно больше, чем в Windows XP SP3 - в случае самого быстрого из рассматриваемых процессоров - на целых две минуты.

А что же дает MMX, спросите вы? В Quake и WinRAR Pentium MMX быстрее своего аналога на 4-5%, в Super Pi - почти на 13%, в синтетике AIDA64 CPU Queen и вовсе на 19%, но стоит учесть, что у процессора с технологией MMX в 2 раза больше кэша.

На этом мое поверхностное знакомство с Socket 7 подошло к концу, и чтобы как-то красиво и без лишних слов закончить эту заметку, поделюсь заверенными принтскрином скриншотами прохождения Super Pi 1M.

На этом все, благодарю за внимание.

mishgane