link560 link561 link562 link563 link564 link565 link566 link567 link568 link569 link570 link571 link572 link573 link574 link575 link576 link577 link578 link579 link580 link581 link582 link583 link584 link585 link586 link587 link588 link589 link590 link591 link592 link593 link594 link595 link596 link597 link598 link599 link600 link601 link602 link603 link604 link605 link606 link607 link608 link609 link610 link611 link612 link613 link614 link615 link616 link617 link618 link619 link620 link621 link622 link623 link624 link625 link626 link627 link628 link629 link630 link631 link632 link633 link634 link635 link636 link637 link638 link639 link640 link641 link642 link643 link644 link645 link646 link647 link648 link649 link650 link651 link652 link653 link654 link655 link656 link657 link658 link659 link660 link661 link662 link663 link664 link665 link666 link667 link668 link669 link670 link671 link672 link673 link674 link675 link676 link677 link678 link679 link680 link681 link682 link683 link684 link685 link686 link687 link688 link689 link690 link691 link692 link693 link694 link695 link696 link697 link698 link699

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Процессоры

От Pentium до Pentium II

Процессор Pentium

Родоначальником обширного семейства под общим названием Pentium (Pentium, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III, Pentium 4) стал процессор с индексом Р5, оснащенный интерфейсом Socket 4, чье производство началось в 1993 г. В том же году произошел переход на ядро Р54С с интерфейсом Socket 5, позднее — Socket 7. Линейка процессоров собственно Pentium включала модели с рабочими частотами 75-200 МГц. Процессоры производились с использованием различных технологических норм. Модели с частотами 75-120 МГц выполнены по 0,5-микронной технологии, а процессоры с частотами 120-200 МГц — по 0,35-микронной. Ядро Р54С содержит 3,3 миллиона транзисторов, 16 Кбайт кэш-памяти первого уровня. Кэш-память второго уровня объемом до 1024 Кбайт размещалась на системной плате. Процессоры семейства Pentium имеют следующие основные особенности:

• суперскалярная (два конвейера) архитектура;

• динамическое предсказание ветвлений;

• модуль конвейерной обработки операций с плавающей запятой; меньшее время исполнения инструкций;

• раздельная кэш-память для данных и для инструкций (по 8 Кбайт);

• протокол обратной записи в кэш данных;

• 64-битная шина данных;

• конвейер циклов на шине;

• контроль четности адресов;

• внутренняя проверка четности;

• контроль функциональной избыточности;

• контроль исполнения;

• мониторинг производительности;

• режим управления системой (System Management Mode);

• расширение виртуальных режимов;

• интеллектуальное управление потреблением энергии (SL);

• встроенный API (прикладной программный интерфейс).

Процессор Pentium MMX

Процессоры Pentium (ядро Р55С) с технологией MMX (Multi Media extension) стали существенным шагом вперед в семействе Pentium. В основе технологии ММХ лежит метод SIMD (Single Instruction — Multiple Data), который позволяет увеличить производительность широкого набора мультимедийных приложений. Pentium MMX поддерживал 57 новых инструкций и четыре новых 64-разрядных типа данных. Производство Pentium MMX по технормам 280 нм развернулось в 1997 г.

Кэш данных и кэш команд в Pentium MMX имеют объем по 16 Кбайт каждый. Разделение кэша увеличивает производительность, сокращая среднее время доступа к памяти и обеспечивая быстрый доступ к часто используемым инструкциям и данным. Кэш данных поддерживает два обращения одновременно, метод обратной записи (Write—back) или построчной сквозной записи (Writethrough). Динамическое предсказание ветвления использует буфер адреса перехода Branch Target Buffer (BTB), который предсказывает наиболее вероятный набор инструкций для исполнения. Для повышения производительности была добавлена дополнительная стадия конвейерной обработки. Запись в память происходит через область, состоящую из четырех буферов, которые используются совместно двумя конвейерами. Основные характеристики процессора:

• 4,5 миллиона транзисторов;

• кэш-память L2 объемом до 1024 Кбайт на системной плате;

• 64-разрядная шина данных;

• контроль целостности данных;

• встроенный контроллер прерываний микропроцессора;

• контроль производительности и отслеживание исполнения;

• улучшение страничного обмена;

• управление мощностью с помощью SL-технологии;

• суперскалярная архитектура с возможностью параллельного исполнения двух целочисленных инструкций за один такт.

Конвейерный блок вычислений с плавающей запятой (FPU) поддерживает 32- и 64-битные форматы. Это дает возможность исполнения в одном такте двух инструкций с плавающей запятой. Многие инструкции, требовавшие микрокода в процессорах х86, теперь аппаратно встроены в процессор для обеспечения высокой производительности. Контрольные сигналы шины управляют согласованием кэш-памяти в мультипроцессорных системах.

Встроенный контроллер прерываний микропроцессора обеспечивает симметричную многопроцессорную обработку с минимальными затратами. Впервые встроена аппаратная поддержка виртуальных прерываний. Проводится идентификация ядра процессора для получения информации о семействе, модели и характеристиках процессора с помощью команды CPUID. Определение ошибок внутренних устройств и интерфейса шины обеспечивает система защиты контроля четности и Machine Check Exception (MCE). Также обеспечивается аппаратная поддержка для проверки завершения цикла шины.

Процессор Pentium II

Процессор Pentium II на ядре Klamath начали выпускать в 1997 г. по технологическим нормам 350 нм. Ядро размещалось в новом конструктиве — картридже с односторонним контактом (Single Edge Contact — SEC), насчитывающим 242 контакта. Высокая интеграция данных и надежность обеспечивались шиной памяти и системной шиной с поддержкой ЕСС, механизмом анализа отказов, функцией восстановления и проверкой функциональной избыточности. Кэш-память второго уровня объемом 512 Кбайт располагалась на плате процессора и работала на половинной частоте.

В 1998 г. начался выпуск Pentium II на ядре Deschutes по технормам 250 нм. Семейство процессоров Intel Pentium II включало модели с тактовыми частотами 233-450 МГц. Существенное увеличение производительности процессоров Pentium II по сравнению с предыдущими процессорами архитектуры Intel основано на сочетании технологии Pentium Pro с поддержкой новых инструкций ММХ. Укажем некоторые особенности архитектуры Pentium II:

• число транзисторов 7,5 миллионов;

• множественное предсказание ветвлений, предугадываются несколько направлений ветвлений программы;

• анализ потока данных. В результате анализа зависимости инструкций друг от друга процессор разрабатывает оптимизированный график их выполнения;

• спекулятивное исполнение. Процессор исполняет инструкции в соответствии с оптимизированным графиком загрузки блоков АЛУ;

• полная поддержка технологии ММХ.

Архитектура двойной независимой шины (системная шина и шина кэша) обеспечивает повышение пропускной способности и производительности, а также масштабируемость при использовании более одного процессора. Системная шина поддерживает множественные транзакции, что повышает пропускную способность. Производительность повышается и за счет использования выделенной 64-разрядной шины кэш-памяти. Процессор имеет раздельный кэш первого уровня (16 + 16 Кбайт). Конвейерный блок вычислений с плавающей запятой (FPU) поддерживает 32- и 64-разрядные форматы данных, а также формат 80 бит. Контроль четности сигналов адресации запроса и ответа системной шиныс возможностью повторения обеспечивает высокую надежность и интеграцию данных.

Технология ЕСС (Error Correction Code) позволяет корректировать однобитные и выявлять двухбитные ошибки системной шины. Встроенный Self Test (BIST) обеспечивает те же функции, что и в Pentium ММХ. Встроенные счетчики производительности обеспечивают управление производительностью и подсчет событий.

В результате целенаправленной политики Intel по разделению секторов рынка персональных компьютеров в 1998 г. появились процессоры Celeron, основанные на архитектуре Pentium II. Первые модификации (с ядром Covington) не имели кэш-памяти второго уровня, поэтому отставали в производительности от Pentium II, но отличались прекрасной разгоняемостью. Процессоры Celeron с ядром Mendocino получили кэшпамять второго уровня объемом 128 Кбайт. В 1999 г. на смену процессору Pentium II (Deschutes) пришел Pentium III на новом ядре Katmai, которое получило блок SSE (Streaming SIMD Extensions), расширенный набор команд ММХ и усовершенствованный механизм потокового доступа к памяти. Процессор насчитывал 9,5 миллионов транзисторов и выпускался по технормам 250 нм с интерфейсом Slot 1. Кэш второго уровня, размещенный в ядре, имел объем 512 Кбайт.