Микропроцессоры Pentium 4

Микропроцессоры Pentium III

Новинка 1999 года — процессоры Pentium III (Coppermine) — являются даль­нейшим развитием Pentium II. Их главным отличием является основанное на новом блоке 128-разрядных регистров расширение набора SIMD-инструкций, ориентированных на форматы данных с плавающей запятой — SSE (Streaming SIMD Extensions). По возможностям мультипроцессорных конфигураций эти процессоры аналогичны своим предшественникам Pentium II.

Кэш 2-го уровня у МП Pentium III имеет размер 256 Кбайт, работает на полной частоте МП и обслуживается быстродействующей backside-шиной, что во много раз ускоряет как работу с кэшем, так и производительность ПК в целом. МП Pentium III предназначены для работы с материнскими платами, имеющими чипсеты (набор микросхем, связывающих процессор с остальной системой) Intel: 440ВХ, 440ZX, 440GX, 810, 815, 820, 840 и более новые; поддерживают частоту шины материнской платы 100, 133, 150 МГц и выше. «Простые» Pentium III устанавливаются в Slot 1, Pentium III Xeon — в Slot 2. Процессоры Pentium III Xeon (и последующие модели Tanner, Cascades) являются продолжением ли­нии МП Pentium Pro и отличаются увеличенным кэшем 2-го уровня (512, 1024 и 2048 Кбайт), работающим на полной частоте МП.

Последняя на 2001 год модификация МП Pentium — Pentium 4. Она предназна­чена для высокопроизводительных компьютеров, в первую очередь серверов, ра­бочих станций класса high-end и мультимедийных игровых ПК. Рассмотрим ос­новные особенности Pentium 4.

Добавлены 144 новые потоковые инструкции, расширяющие набор SIMD-инст­рукций, ориентированных на форматы данных с плавающей запятой — SSE (Streaming SIMD Extensions). Модуль вычислений с плавающей запятой и по­токовый модуль оптимизированы для работы с видео- и аудиопотоками, ЗЭ-тех-нологиями.

Глава 5. Микропроцессоры и системные платы

Имеется кэш 2-го уровня размером 256 Кбайт; он работает на полной частоте МП, использует встроенную программу коррекции ошибок и обслуживается быстродействующей с разрядностью 256 битов (32 байта) шиной, работающей на частоте МП. Это для Pentium 4 с частотой 1500 МГц, например, обеспечивает скорость обмена с кэшем 48 Гбайт/с.

Есть возможность работы с системной шиной с эквивалентной частотой 400 МГц (Quard-Pumped Bus no 100 МГц), что обеспечивает скорость обмена 3,2 Гбайт/с.

Вновь улучшена система «динамического исполнения» (dynamic execution), что, в первую очередь, связано с наличием 20-ступенной (у МП Pentium III конвейер имел 10 ступеней) суперконвейерной структуры (superpipelining), лучшего пред­сказания ветвлений программы при условных передачах управления (branch prediction) и параллельного «по предположению» (опережающего, спекуля­тивного) исполнения команд по нескольким предполагаемым путям ветвления (speculative execution). Поясним это. Динамическое исполнение позволяет про­цессору предсказывать порядок выполнения инструкций при помощи техноло­гии множественного предсказания ветвлений, которая прогнозирует прохожде­ние программы по нескольким ветвям. Это оказывается возможным, поскольку в процессе исполнения инструкции процессор просматривает программу на не­сколько шагов вперед. Технология анализа потока данных позволяет проанали­зировать программу и составить ожидаемую последовательность исполнения инструкций независимо от порядка их следования в тексте программы. И, на­конец, опережающее выполнение повышает скорость работы программы за счет выполнения нескольких инструкций одновременно, по мере их поступления в ожи­даемой последовательности — то есть по предположению (интеллектуально). Поскольку выполнение инструкций происходит на основе предсказания ветвле­ний, результаты сохраняются как «интеллектуальные» с последующим удалени­ем тех, которые вызваны промахами в предсказании. На конечном этапе порядок инструкций и результатов их выполнения восстанавливается до первоначального.

Используется новая микроархитектура, базирующаяся на двух параллельных 32-битовых конвейерах и поддерживающая технологию поточной обработки Hyper Pipelined. Это позволило сделать эффективным длинный конвейер. Суть в том, что при длинном конвейере в задачах с частыми условными переходами его эф­фективность снижается. Два параллельных конвейера снижение эффективности уменьшают. Теперь реальна ситуация, когда в каждый момент времени одна инст­рукция загружается, другая декодируется, для третьей (или нескольких) форми­руется пакет данных, четвертая инструкция (или несколько) исполняется, для пятой записывается результат. И если при строго последовательном исполнении инструкций даже самые короткие операции исполнялись за 5 тактов, то при такой поточной обработке многие инструкции могут быть выполнены за такт.

Новая технология ускоренных вычислений (Rapid Execution Engine) использует два быстрых, работающих на удвоенной частоте процессора АЛУ, выполняющие короткие арифметические и логические операции за 0,5 такта, и третье медлен­ное АЛУ, исполняющее длинные операции (умножение, деление и т. д.).

Микропроцессоры

Процессор имеет площадь кристалла 217 мм², потребляет 52 Вт при частоте 1500 МГц, содержит 42 миллиона транзисторов. На базе Pentium 4 можно соз­дать высокоэффективную ММХ-систему, но для этого необходимо наличие:

□ программного обеспечения, ориентированного на использование дополнитель­
ных команд этого процессора;

□ системной платы с чипсетами, поддерживающими данные микропроцессоры.
В 2002-2003 годах корпорация Intel представила:

□ семейство МП Pentium HI Tualatin на основе технологии 0,13 мкм с улуч­шенными по сравнению с Coppermine характеристиками (тактовые частоты до 1266 МГц, кэш-память L2 емкостью до 512 Кбайт, работающая на частоте микропроцессора, с поддержкой частоты системной шины (FSB) до 133 МГц). Выпускаются МП 3-х видов: для портативных и настольных компьютеров и для серверов;

□ МП Celeron с тактовыми частотами 2,3 и 2,4 ГГц, изготовленные по техноло­гии 0,13 мкм и поддерживающие FSB = 400 МГц;

□ новое поколение МП Pentium 4, поддерживающее FSB = 800 МГц с собст­венными тактовыми частотами 3,0 и 4,3 ГГц и системный чипсет i875 для этих МП;

□ технологию Intel Centrino для портативных компьютеров с компонентами: МП Pentium M, системный чипсет i855 и средства беспроводного доступа по протоколу IEEE 802.11b - Intel PRO/Wireless.

Intel обещала выпустить также другие МП: в 2003 году по технологии 0,09 мкм, а в 2005 году — по технологии 0,065 мкм и довести тактовую частоту МП до 20 ГГц.