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Part: AMD-K5-PR90
Category:
Microprocessors
-> RISC
-> X86/i960(tm) Family
Description: 5th Generation Risc86 Processor
Company: Advanced Micro Systems, Inc.
Datasheet: Download AMD-K5-PR90 datasheet File size : 689 kB
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AMD-K5
Processor
TM
Data Sheet
Publication # 18522 Issue Date: January 1997
Rev: F
Amendment/0
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PRELIMINARY INFORMATION 18522F/0 -- Jan1997
AMD-K5 Processor Data Sheet
Contents
1 AMD-K5TM Processor Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 1.2 1.3 Redefining the Next Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 High-Performance Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 3 4
Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Ordering Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Architectural Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 Superscalar RISC Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Out-of-Order Execution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Register Renaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 64-Bit Data Bus Interface Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Innovative x86 Instruction Predecoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Cache Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Branch Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Unique x86 Instruction Conversion and Decoding . . . . . . . . . . 9 Reorder Buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Register File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 The Right Combination--Compatibility and Performance . . 11
5 6 7
CPU Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Logic Symbol Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Signal Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
A31A5/A4A3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 A20M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 ADS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 ADSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 AHOLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 AP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 APCHK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 BE7 B E 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 BF (Model 0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 BF1 BF0 (Model 1 and Model 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 BOFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 BRDY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 BRDYC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 BREQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 BUSCHK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 CACHE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 CLK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 D/C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 D63D0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
iii
PRELIMINARY INFORMATION
AMD-K5 Processor Data Sheet
18522F/0 -- Jan1997
DP7DP0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 EADS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 EWBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 FERR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 FLUSH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 FRCM C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 HI T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 HI TM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 HLDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 HOLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 IER R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 IGNNE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 INIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 INTR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 INV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 KEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 LOCK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 M/IO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 NA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 NMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 PCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 PCHK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 PEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 PRDY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 PWT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 RESET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 R/S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 SCYC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 SMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 SMIACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 STPCLK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 TCK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 TDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 TDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 TMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 TRST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 W/ R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 WB/WT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
8
Processor Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
8.1 8.2 Power-On Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Clock State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Normal Execution State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Halt/Auto-Power- Down State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Stop Grant State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Stop Clock Snoop State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Stop Clock State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Cache Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
8.3
iv
PRELIMINARY INFORMATION 18522F/0 -- Jan1997
AMD-K5 Processor Data Sheet
8.4
8.5 8.6
8.7
8.8 8.9
Internal Cache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Cacheability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Copy-Back Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Data Cache Coherency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Cache Invalidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Read Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Write Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Write Allocate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 External Inquire Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Instruction Cache Coherency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Self-Modifying Code and the Cache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 External Bus Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Memory Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Bus Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Single Transfer Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Burst Read Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Burst Write Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 BOFF or AHOLD/HOLD/HLDA During Burst Transfers . . . . . 40 Use of BOFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Locked Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 LOCK during HOLD and BOFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 LOCK Operations during Inquire Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Locked Operation to Cached Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Bus Hold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Bus Error Support using PCHK and APCHK . . . . . . . . . . . . . . 44 Special Bus Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Flush Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Interrupt Acknowledge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Inquire Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Pipelining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Pipelining Timing Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 System Management Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Processing System Management Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . 51 System Management Interrupt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Initial State Upon Entering SMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 I/O Instruction Restart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Halt Auto Restart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Am486® and AMD-K5 Processor Bus Differences . . . . . . . . . . 54 P54C and AMD-K5 Processor Bus Differences . . . . . . . . . . . . . 55 Power and Grounding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Power Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Connection Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Operating Ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Commercial (C) Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
9
Electrical Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
9.1
9.2 9.3
v
Others parts begin by am
AM-1 AM-2 AM-3 AM-4 AM-5 AM-6 AM-7 AM-8 AM-9 AM-10 AM-11 AM-12 AM-13 AM-14 AM-15 AM-16 AM-17 AM-18 AM-19 AM-20 AM-21 AM-22 AM-23 AM-24 AM-25 AM-26 AM-27 AM-28 AM-29 AM-30 AM-31 AM-32 AM-33 AM-34 AM-35 AM-36 AM-37 AM-38 AM-39 AM-40 AM-41 AM-42 AM-43 AM-44 AM-45 AM-46 AM-47 AM-48 AM-49 AM-50 AM-51 AM-52 AM-53 AM-54 AM-55 AM-56 AM-57 AM-58 AM-59 AM-60 AM-61 AM-62 AM-63 AM-64 AM-65 AM-66 AM-67 AM-68 AM-69 AM-70 AM-71 AM-72 AM-73 AM-74 AM-75 AM-76 AM-77 AM-78 AM-79 AM-80 AM-81 AM-82 AM-83 AM-84 AM-85 AM-86 AM-87 AM-88 AM-89 AM-90 AM-91 AM-92 AM-93 AM-94 AM-95 AM-96 AM-97 AM-98 AM-99 AM-100 AM-101 AM-102 AM-103 AM-104 AM-105
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