Микропроцессоры Pentium ММХ и Pentium II

Микропроцессоры Pentium Pro

В сентябре 1995 года прошли презентацию и выпущены МП шестого поколения 80686 (Р6), торговая марка Pentium Pro. Микропроцессор состоит из двух кри­сталлов: собственно МП и кэш-памяти. Но он не полностью совместим с просто Pentium и, в частности, требует специальную системную плату. Pentium Pro пре­красно работает с 32-битовыми приложениями, а в 16-битовых иногда даже не­сколько проигрывает просто Pentium. Новые схемотехнические решения обеспе­чивают для ПК более высокую производительность. Часть этих новшеств может быть объединена понятием «динамическое исполнение» (сгулаппс execution), что, в первую очередь, означает наличие многоступенчатой суперконвейерной структуры (superpipelining), предсказания ветвлений программы при условных передачах управления (multiple branch prediction) и исполнение команд по пред­полагаемому пути ветвления (speculative execution).

В программах решения многих задач, особенно экономических, содержится боль­шое число условных передач управления. Если процессор может заранее пред­сказывать направление перехода (ветвления), то производительность его работы значительно повысится за счет оптимизации загрузки вычислительных конвейе­ров. Тем не менее следует сказать, что если путь ветвления предсказан неверно, процессор должен сбросить полученные результаты, очистить конвейеры и за­грузить нужные команды заново, что требует достаточно большого числа тактов. В процессоре Pentium Pro вероятность правильного предсказания 90%, про­тив 80% у МП Pentium.

Кэш-память емкостью 256-512 Кбайт — обязательный атрибут высокопроизво­дительных систем на процессорах Pentium. Однако у них встроенная кэш-память имеет небольшую емкость (16 Кбайт), а основная ее часть находится вне процессо­ра на материнской плате. Поэтому обмен данными с ней происходит не на внут­ренней частоте МП, а на частоте тактового генератора, которая обычно в 2-5 раз ниже, что снижает общее быстродействие компьютера. В МП Pentium Pro есть и кэш память 1-го уровня (по 8 Кбайт для команд и данных) и кристалл кэш­памяти 2-го уровня емкостью 256 или 512 Кбайт, расположенный тоже на плате самого микропроцессора и работающий на внутренней частоте МП.

В январе и в июне 1997 года прошли презентацию модернизированные для рабо­ты в мультимедийной технологии микропроцессоры Pentium и Pentium Pro, по­лучившие торговые марки соответственно Pentium ММХ (ММХ — MultiMedia eXtention) и Pentium П. МП Pentium ММХ содержит дополнительные 51 команд, ориентированные на обработку аудио- и видеоинформации, увеличенную вдвое (до 32 Кбайт) кэш-память, дополнительные восемь 64-битовых регистров, новый блок предсказания ветвлений, заимствованный у МП Pentium Pro, и т. д. Вследст­вие этого у него на 1 000 000 транзисторных элементов больше, чем у МП Pentium.

Глава 5. Микропроцессоры и системные платы

Для эффективного использования этих микропроцессоров во все старые про­граммы (в том числе и в операционные системы Windows 95, Windows NT) необходимо включить согласующие программные фрагменты; правда, и без них МП Pentium ММХ несколько производительнее просто МП Pentium. При выпол­нении обычных приложений Pentium ММХ на 10-15% быстрее Pentium, а при работе мультимедийных приложений с использованием новых 57 команд он уже эффективнее на 30% (для сравнения: МП Pentium Pro опережает МП Pentium при выполнении обычных приложений примерно на 20%). Программы, написан­ные с учетом специфики Pentium ММХ, не будут работать на ПК с обычным МП Pentium. Для МП Pentium ММХ требуется системная плата с разъемом Socket 7, с новой BIOS, поддерживающей ММХ, и с двумя напряжениями пита­ния (3,5 и 2,8 В).

МП Pentium II имеет иную конструкцию, нежели все остальные МП, в частности, он выполнен в виде небольшой платы-картриджа (корпус SECC), на которой размещены сам процессор (содержащий 7,5 млн транзисторов против 5,5 млн в МП Pentium Pro) и четыре микросхемы кэш-памяти 2-го уровня, общим объемом 512 Кбайт. Кэш-память 1-го уровня, находящаяся в микросхеме самого процес­сора, имеет емкость 32 Кбайта против 16 Кбайт, имевшихся в МП Pentium Pro, но кэш-память 2-го уровня работает не на внутренней частоте МП, а на вдвое меньшей частоте.

Важным отличием Pentium II является архитектура двойной независимой шины (первые варианты введения такой шины были уже у МП Pentium Pro). Про­цессор обменивается данными с кэшем L2 по специализированной высокоскоро­стной шине (иногда называемой backside — задней), отделенной от системной шины (frontside — передней). Системная шина работает на частоте материнской платы, и это существенно снижает эффективное быстродействие компьютера. На­личие же backside-шины ускоряет обмен с кэш-памятью.

МП Pentium II поддерживает двухпроцессорную конфигурацию ПК. В МП Pentium Pro и Pentium II появилась качественно новая перспектива: начали вне­дряться так называемые инструкции SIMD (Single Instruction Multiply Data — сравните со структурами многопроцессорных систем), в которых одно и то же действие совершается над многими данными (эта технология получит развитие в следующих моделях МП). МП производится на основе технологии 0,35 мкм и использует напряжение питания 2,8 В. Для него, естественно, требуется иная системная плата, чем для всех других Pentium. Микропроцессоры Pentium II име­ют много модификаций: Klamath, Deschutes, Katmai, Tanga; МП средней группы Celeron — Covington, Mendocino, Dixon.

Для более дешевых компьютеров предложили облегченный вариант процессора, названный Celeron. Первые процессоры Celeron имели частоты 266 и 300 МГц. Вторичный кэш исключили, что заметно отразилось на производительности ПК (системные платы с разъемом Slot 1 вторичного кэша не имеют), и ПК на их осно­ве оказались малоэффективными. Тогда были выпущены процессоры Celeron A, которые имеют небольшой (128 Кбайт) вторичный кэш, установленный на плате

Микропроцессоры

МП и работающий уже на полной частоте МП. Эти процессоры, известные также под названием Mendocino, стали очень популярными.

Кроме широко известных особенностей вторичного кэша (либо его нет, либо 128 Кбайт) процессор Celeron имеет следующие отличия от Pentium II:

□ разрядность шины адреса сокращена с 36 до 32 битов (адресуемая память — 4 Гбайт);

□ несколько ослаблены процедуры контроля достоверности преобразования информации;

□ Celeron предназначен только для однопроцессорных конфигураций.

Процессоры Celeron А являются самыми популярными из недорогих компьюте­ров и в настоящее время. Большинство МП Pentium II, в том числе и Celeron A, поддерживают частоту шины системной платы 100, 133 и более МГц (предыду­щие модели — только 66 МГц).