Первый Intel Pentium


Оглавление (нажмите, чтобы открыть):

Первый Intel Pentium

Эта статья прислана на конкурс.

Max1024 (автор играет на конкурсе под псевдонимом)

Данная статья рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся ретро процессорами, материнскими платами и другими комплектующими. Все технические подробности сведены к простому изложению для лучшей доступности материала. Данная статья задумывалась еще в начале 2014 года, но трудности реализации задуманного позволили изложить весь материал только сейчас.

Меня всегда привлекали процессоры семейства Intel Pentium Pro, хотя бы из-за их размеров и веса, а золотая массивная крышка так и вовсе наделяла процессор некими «магическими» свойствами, которые не присущи современным CPU. Еще одной отличительной особенностью Pentium Pro является наличие бОльшего объема кэш-памяти второго уровня (L2), доходящего у старшей модели до 1024 КБ. Напомню, что обыкновенные Pentium, включая MMX, лишены L2 кэша. Такой интерес побудил меня к приобретению пары Pentium Pro 200 МГц L2=512 КБ и пары Pentium Pro 200 МГц L2=1024 КБ, заодно была найдена серверная материнская плата с двумя Socket8 – Intel PR440FX, и односокетная Intel VS440FX. Тесное знакомство и практика с работой Pentium Pro устремляли меня вперед. Так была найдены еще пара Pentium II OverDrive 333 МГц, которые физически устанавливаются в Socket8, но относятся к поколению Pentium-II. Pentium Pro был лишен поддержки инструкции MMX, Pentium II OverDrive, наоборот, поддерживал MMX и имел полноскоростной (как и Pentium Pro) кэш L2=512 КБ. Казалось бы, всё опробовано, протестировано, все секреты Pentium Pro разгаданы, но я наткнулся на обзор Pentium II OverDrive на anandtech.com, и меня повергли в шок слишком низкие результаты в проведенных тестах. Ниже можно увидеть оригинальные графики тестирования с anandtech.com

На графиках видно, что Pentium II OverDrive находится на одном уровне с Intel Celeron, а Pentium Pro и вовсе оказался в аутсайдерах, несмотря на наличие полноскоростной кэш памяти, и я усомнился в результатах.
Затем на глаза попалась статья с уважаемого мною ресурса iXTB — «Pentium Pro: Производительность в играх». Все бы хорошо, но последний абзац, который гласил:

привлек внимание и заинтриговал. Поиски данной статьи не увенчались успехом, но заставили задуматься.
Анализируя результаты Pentium II OverDrive на anandtech.com, я пришел к выводу, что виною всему низкая производительность чипсета Intel 440FX, который довольствуется поддержкой памяти стандарта EDO RAM и не поддерживает скоростную память типа SDRAM, в отличие от Intel 440LX. Дальнейшие поиски информации привели меня к адаптерам или переходникам Socket8 to SLOT1. Но об этом ниже. А пока немного технической информации.

Архитектура Pentium и Pentium Pro

Самый первый Pentium увидел свет 22 марта 1993 года. Pentium является процессором Intel пятого поколения (P5) и пришёл на смену Intel 80486. За время развития архитектуры Р5 сменилось три сокета, частоты увеличились практически в 4 раза, усовершенствовался тех. процесс изготовления CPU. C начала 1997 года Pentium (P55C) стал поддерживать MMX инструкции. Основные характеристики процессоров поколения P5 представлены ниже в таблице.

Pentium Pro — процессор Intel шестого поколения (P6). Был представлен в конце 1995 года, однако стал доступен для заказов несколько позднее. Если Pentium был сугубо десктопным решением, то позиционирование P6 было несколько иным, данный процессор предназначался для серверов и рабочих станций. Заявлена поддержка многопроцессорных конфигураций (официально до 4-х процессоров), однако существовали и 6-ти и даже 8-ми процессорные конфигурации, вспомнить хотя бы знаменитый ALR Revolution 6×6. Отличительной чертой Pentium Pro было наличие кэш-памяти второго уровня от 256 КБ до внушительных 1024 КБ. Кэш память функционировала на частоте ядра процессора. Для процессоров P5 кэш второго уровня либо распаивался на плате, либо устанавливался в специальный разъем Cache on a stick (COASt) объем которого мог быть 256 КБ или 512 КБ.

Апогеем эволюции Socket8 стал Pentium II OverDrive, который так же, как и Pentium Pro, относится к процессорам Intel шестого поколения (P6). Процессор был анонсирован 10 августа 1998 года для модернизации компьютеров на базе Pentium Pro. Физически процессор устанавливается в Socket8, однако фактически перед нами Pentium II на ядре Deschutes, дополненный полноскоростным 512-килобайтным кэшем второго уровня. Напомню, у слотовых Pentium II кэш-память второго уровня работет на половине частоты ядра процессора. Встроенный в корпус процессора Pentium II OverDrive VRM понижает подаваемое напряжение с материнской платы до требуемых 2 Вольт.

Pentium II OverDrive принес долгожданную поддержку MMX в платформу Socket 8. По официальной информации, число процессоров для многопроцессорных конфигурациях SMP ограничено двумя CPU, однако в сети мне встречались конфигурации компьютерных энтузиастов с гораздо большим количеством одновременно работающих Pentium II OverDrive. Основные характеристики процессоров поколения P6 представлены ниже в таблице.

SLOT1 чипсеты Intel

Говоря о чипсетах производства Intel, я буду рассматривать не все чипсеты Intel, а только те, которые имеют официальную поддержу Pentium II.
Первым «слотовым» чипсетом для самых первых Pentium II на ядре Klamath можно считать чипсет — Intel 440FX «Natoma». Данный чипсет ранее использовался для процессоров Pentium Pro, он поддерживает двухпроцессорную конфигурацию, ECC, и до 1 Гбайт памяти FPM или EDO. Поддержки AGP и SDRAM данный чипсет был лишен, так как их время еще не пришло. Intel 440FX применительно к Pentium II был скорее «заглушкой» до выхода полноценного чипсета, разработанного специально для процессоров Pentium II, чем самостоятельным решением, поэтому он продержался не долго, всего несколько месяцев, с момента выхода Pentium II до августа 1997.
На смену Intel 440FX пришел полноценный чипсет, способный раскрыть весь потенциал Pentium II, заложенный в Intel. И этим чипсетом стал Intel 440LX. Главными технологическими особенностями стала поддержка новой графической шины AGP, скоростной памяти SDRAM стандарта PC66 (EDO память также поддерживается) и нового стандарта передачи данных Ultra DMA-33. Intel 440LX продержался на целых 7 месяцев дольше предшественника и успел снискать себе популярность. Но прогресс не стоит на месте.
Выход следующего чипсета Intel 440BX можно смело назвать маленькой «революцией» развития чипсетов и CPU. Главной особенностью Intel 440BX стала поддержка 100 МГц системной шины, которая все предшествующие годы держалась на отметке 66 МГц. Появился следующий стандарт SDRAM памяти — PC100. Многие производители материнских плат дают возможность выбирать частоты системной шины 112, 125 и 133 МГц, официально не документированные Intel. Intel 440BX можно назвать «слотовым» долгожителем, чипсет получился сбалансированным, быстрым и удачным во всех отношениях.
Я специально не упоминал чипсеты Intel 440EX и Intel 440ZX, так как они являются скорее производными от своих старших братьев Intel 440LX и Intel 440BX и никаких ключевых характеристик в себе не несут.
Хотя данный раздел статьи носит название «SLOT1 чипсеты Intel», хочу упомянуть об одном интересном, на мой взгляд, чипсете производства VIA Technology — VIA Apollo Pro. Данный чипсет был анонсирован спустя месяц после появления Intel 440BX в мае 1998г. На данный период приходится конец лицензионной монополии Intel на Slot1, объявлена амнистия, и знакомые игроки рынка Socket7 устремились покорять The Single Edge Contact Cartridge Intel’a. VIA Technology была первой, кто выпустила конкурирующий чипсет для Slot1. Итак, основные характеристики VIA Apollo Pro: поддержка процессоров Intel Pentium Pro и Pentium II, поддержка частоты системной шины 66 и 100 МГц, AGP спецификации 1.0, памяти типа FPM, EDO и SDRAM объемом до 1 Гбайт, UltraDMA-66. Практически перед нами аналог чипсета Intel 440BX, если не более.
Ниже в таблице приведены основные характеристики выше указанных чипсетов.

Если взглянуть на таблицу, то видно, что все чипсеты поддерживают 66 Мгц шину и EDO RAM, но поддержка Pentium Pro заявлена официально только у Intel 440LX.
Все имеющиеся в моем распоряжении (а также известные мне) слотовые платы имеют VRM, обеспечивающий диапазон напряжений до 3.5V для питания CPU. То есть, по своим характеристикам чипсеты очень близки, однако систем на Socket8 со всеми вышеперечисленными чипсетами не существует, хотя, казалось бы, ничто не мешает таковым иметь место.

Переходный период. Адаптеры Socket8 to SLOT1

На стыке развития технологий всегда имеет место переходный период. В такие моменты возникают интересные вещи с характеристиками, присущими одновременно прошлому и будущему. Применительно к данной статье это адаптеры или «переходники» Socket8 to SLOT1, которые дают возможность процессорам уходящего прошлого Pentium Pro дать возможность поработать какое-то время в новой реальности. Я не буду упоминать причины их появления, очевидно, что главная из них — это возможность модернизации рабочих станций и серверов начального уровня на базе Pentium Pro, либо сокращение средств на их приобретение за счет использования устаревших CPU и новой слотовой платформы.
Ярким примером переходного периода можно считать материнскую плату на базе чипсета Intel 440 FX Supermicro — SUPER P6SKE / P6SKS, на которой имеется сразу два разъема для установки CPU: Socket8 и SLOT1. То есть, конечный пользователь сам решал, какой CPU ему лучше использовать: привычный Pentium Pro или новый Pentium II.

Некоторые производители пошли дальше, и на свет появились адаптеры Socket8 to SLOT1, которые позволяли на материнских платах, основанных на Intel 440FX, устанавливать в единственный SLOT1 процессоры с разъемом Socket8. Примером такого симбиоза может послужить связка материнской платы Asus KN97-X и адаптера Asus C-P6S1.

Помимо Socket8 to SLOT1 адаптера Asus C-P6S1, существуют и другие модели таких адаптеров, такие как Tyan M2020, Asus C-P6S1, Tekram P6SL1, Abit KP6, Intergraph Socket8 to Slot adapter, ALR Pentium Pro Module.

Данный раздел целиком посвящен технической стороне эксперимента. Это не подробный мануал или FAQ, данная часть расскажет о ключевых моментах, связанных с запуском процессора Pentium Pro на материнских платах на всех чипсетах, упомянутых мною выше, в том числе в «дуальном» SMP режиме, а также о ключевых моментах и секретах возможности запустить Pentium Pro на чипсетах, отличных от Intel 440FX.
Если опустить трудности поиска самих Socket8 to SLOT1 адаптеров, процессоров и материнских плат, то с чисто технической стороны встает ряд трудностей. Все они преодолевались на протяжении 5 месяцев вместе с Эмилем из г.Баку, который оказал мне неоценимую помощь в подготовке данного материала и благодаря которому данный эксперимент завершился успешно.
Список тестируемого оборудования, задействованного в данном эксперименте.
Процессоры:

  • 2 x Pentium Pro 200 МГц 512 КБ;
  • 2 x Pentium Pro 200 МГц 1024 КБ;
  • 2 x Pentium II OverDrive 333 МГц;
  • 2 x Pentium II 266 МГц (Klamath);
  • 1 x Celeron 266 МГц (Covington);
  • 1 x Celeron 333 МГц (Mendocino);
  • 1 x Pentium II 333 МГц (Deschutes);
  • 1 x Pentium MMX 233 МГц.

Материнские платы:

  • Intel PR440FX (Intel 440FX) Dual Socket8;
  • Asus P2L97 (Intel 440LX);
  • Asus P2L97-S (Intel 440LX);
  • Asus P2L97-DS (Intel 440LX) Dual Slot1;
  • Asus P3B-F (Intel 440BX);
  • Asus P2B-D (Intel 440BX) Dual 440BX;
  • ABIT BE6-II (Intel 440BX);
  • Asus P2V (VIA Apollo Pro-Plus);
  • Asus P5A (Ali Aladdin 5).

Адаптеры Socket8 to SLOT1:

  • 2 х Tekram P6SL1;
  • 1 х Asus C-P6S1.

Как известно, все современные BIOS имеют модульную структуру (начиная с Pentium и некоторых 486). Причем все модули упакованы, кроме загрузочного (boot-block), который осуществляет начальную инициализацию и распаковку модулей в оперативную память. Для работы с модулями и небольших модификаций BIOS существуют специальные утилиты (свои для каждого типа BIOS). Для Award это modbin — для небольших модификаций главного (main) модуля BIOS (ранее всегда назывался original.tmp, сейчас по разному) и cbrom — для извлечения и вставки всех остальных модулей.
Предварительные эксперименты с помощью диагностической POST карты и анализа кода BIOS показали, что останов Pentium Pro происходит при исполнении кода главного модуля BIOS. В поисках причин нестарта CPU был дизассемблирован этот модуль BIOS — original.tmp. Весь процесс происходил в DOS, интерактивная версия дизассемблера IDA Pro была выбрана 3.64. Для внесения изменений после редактирования (замена модуля original.tmp на модифицированный) использовался modbin. Работа с остальными модулями BIOS велась с помощью cbrom 2.07. Все работы проводились в среде DR-DOS 7.03 со встроенным переключателем задач. Поиск ошибки проводился следующим образом: на POST card смотрелся код останова, затем в таблице переходов POST искались команды, выполняемые после выдачи POST кода останова, и проводился анализ того, что могло бы вызывать останов работы Pentium Pro.
Длительное время пути решения проблемы не находились, в BIOS не удавалось найти ничего такого, что могло бы вызвать останов POST’a. Никаких проверок, останавливающих POST при неизвестном CPU, в BIOS обнаружено не было. Однако затем в Datasheet от Intel было обнаружено, что Pentium Pro не имеет некоторых MSR регистров, связанных с настройкой кэша, в частности — 0x11E. Эти регистры появились только в Pentium II.

Попытка чтения/записи несуществующих регистров в реальном однозадачном режиме вызывала этот останов! После этого в коде последнего BETA BIOS платы P2L97-S были найдены 3 точки, где регистр 0x11E читается без должной проверки типа CPU. План был такой:
1. Определение области кэширования L2 cache.
2. Проверка на то, что L2 cache отключен аппаратно – т.е., например, установлен старый Celeron на ядре Covington.
3. Проверка имеет ли L2 cache ECC контроль или нет.
В других местах чтение/запись регистра 0x11E в BIOS обходится (conditional jump), если установленный CPU старше, чем Pentium II Klamath.

Первоначально проблемные участки кода были просто вырезаны обходом (unconditional jump), и Pentium Pro запустился, что подтвердило правильность общей концепции. Затем было сделано более рационально:
1. Был ассемблирован новый код — почти такой же как проблемный, но перед исполнением вставлен код обхода, если cpuid меньше чем 0x630 (то есть если CPU старше, чем Pentium II Klamath).
2. Далее находилось неиспользуемое место в BIOS (в нашем случае в районе

0xEF100 и далее) и средствами дизассемблера IDA Pro (команда «Load Additional File») интегрировался новый код.
3. Первая инструкция старого кода была заменена на безусловный переход (unconditional jump) к новому коду.
4. По окончании нового кода, unconditional jump cтавим к первой инструкции, следующей за старым проблемным участком кода.

Главный момент здесь — не напутать со смещениями jump, т.к их приходится вручную рассчитывать (все внутрисегментные переходы и вызовы подпрограмм в x86 относительные), очень помог в этом деле встроенный в IDA калькулятор.
Также возможно оформить новый код в виде подпрограммы, тогда первую инструкцию старого кода заменяем на вызов подпрограммы (call), а после инструкции вызова подпрограммы ставим unconditional jump к первой инструкции, следующей за старым проблемным участком кода.
Все вышеперечисленное было проделано для плат Asus P2L97-S и Asus P2L97-DS, и на последней два Pentium Pro успешно заработали в дуальном режиме. Валидация для 2-х Pentium Pro L2=512 КБ и для 2-х Pentium Pro L2=1024 КБ. Также был доработан код определения типа CPU, и теперь вместо Pentium II-S выводится Pentium Pro. Также были добавлены микрокоды для Pentium Pro с помощью cbrom 2.07.
В ходе данного проекта был замечен баг с ASUS Hardware Monitor, который вызывал ошибку при установке Pentium Pro или Pentium II OverDrive, хотя напряжение питания ядра (Vcore) отображалось корректно (в разделе Hardware Monitor можно просто поставить ignore). Причина HWM ошибки была выявлена на плате P2L97-S. Оказалось, нижний и верхний пределы допустимого Vcore кода BIOS определяют по коду CPUID установленного процессора. В случае неизвестного процессора, пределы допустимого Vcore берутся как для Pentium II Klamath (номинал 2.8V): нижний — 2.592V, верхний — 2.992V.
Соответственно, в случае установки Pentium II OverDrive (номинал 2.5V) напряжение ядра оказывается ниже нижнего предела, а в случае с Pentium Pro (номинал 3.3V) — наоборот, выше верхнего. Итого в обоих случаях имеем ошибку Hardware Monitor.
Решение проблемы было следующим: был добавлен код, устанавливающий пределы допустимых напряжений для Pentium II OverDrive и Pentium Pro. Нижний и верхний пределы напряжения для Pentium II OverDrive теперь были указаны 2.32V и 2.67V и для Pentium Pro 3.07V и 3.52V.
Далее были испытаны платы на других чипсетах, в первую очередь ASUS P2V (VT82C693 + VT82C596A). Валидация. Переделка ее BIOS ничем не отличалась от P2L97-S/P2L97-DS, все заработало. Проблемы с не-выключением питания обнаружено не было — плата правильно отключала питание как в режиме APM, так и ACPI. Все проверки проводились под OS FreeBSD 8.4.

Следующий этап i440BX — был переделан BIOS платы P3B-F. Ее BIOS существенно сложнее, однако ошибки те же, и многие места кода BIOS похожи на BIOS плат серии P2B/P2V. Известные ошибки были исправлены, плата запустилась, но остановилась в самом конце POST — 0x63. На этом коде нет ничего процессорозависимого, и данный останов заставил призадуматься над его проблемой. В результате проб и ошибок было решено расставлять в коде BIOS контрольные точки с выдачей в port 0x80 (это порт куда выводятся POST коды) различных чисел (т.е., на индикатор POST карты). В конце концов было выяснено, что останов происходит при записи значения 0xA4 в port 0xB2. Для решения данной проблемы был сделан обход этой операции, и плата благополучно запустилась! Валидация.
В данный момент имеется один пока не решенный баг с Pentium Pro: платы не выключают питание автоматически. Согласно Intel Datasheet на PIIX4 (южный мост чипсетов i440LX/BX) это — APMC port, через который передаются команды управления питанием (APM) между OS и обработчиком SMI.
“This register passes data (APM Commands) between the OS and the SMI handler. In addition, writes can generate an SMI. PIIX4 operation is not affected by the data in this register.”
Также здесь была найдена информация о том, что port 0xB2 используется для входа в SMI программно, что вполне соответствует тому, что написано в Intel Datasheet.
Почему запись 0xA4 в port 0xB2 оказалась фатальной для Pentium Pro — пока не выяснено, но предположительно связано с расширенными возможностями энергосбережения, добавленными в Pentium II. Скорее всего, здесь кроется причина не-выключения питания автоматически. Мост VIA VT82C596A не имеет APMC порта и соответственно, проблемы с выключением питания также нет.
Далее был модифицирован BIOS платы P2B-D (dual Intel 440BX). Также была проблема с остановом на коде 0x63, но разрешилась она так же, как и с Asus P3B-F. Однако, к сожалению, выявилась аппаратная проблема: плата не работала, если поставить адаптер Socket8 to Slot1 с CPU (Pentium Pro или Pentium II OverDrive) во второй слот материнской платы. Обыкновенный слотовый Pentium II без проблем работает во втором слоте. Соответственно, запустить пару Pentium Pro или Pentium II OverDrive пока не удалось.
Было проведено сравнение слотового процессора и адаптера Socket8 to Slot1. На адаптере сигналы BSEL# (выбор FSB: 0 — 66 МГц, 1 — 100 МГц) и SLOTOCC# (сигнал присутствия CPU, если 0) отсутствуют (никуда не подключены). То есть для Intel 440BX платы это означает, что процессор «заказывает» FSB 100 МГц и CPU отсутствует.
Вывод из всего выше написанного следует один — при любой переделке платы на Intel 440BX (а также других с поддержкой FSB 100) необходимо убедиться, что материнская плата имеет возможность выставлять частоту FSB, равную 66 МГц, принудительно. Была так же проверена еще одна плата на Intel 440BX — ABIT BE6-II. При включенном soft-menu плата пытается установить FSB=100 МГц, что также ставит крест на эксперименте с Pentium Pro. ASUS P3B-F, напротив, при установке нового CPU, а также после любого сбоя в процессе прохождения POST, при последующем старте сбрасывает стартовую частоту FSB на 66 Mhz.

Тестирование производительности проводилось с помощью следующего ПО:
— AIDA64 v.5.00.3333 Beta;
— Super Pi mod. 1.5XS (задача 1M);
— 3Dmark2001SE Pro (v. 330);
— 3Dmark2000 Pro (v. 1.1);
— PCPBENCH;
— 3DBENCH.
Для всех тестовых систем использовалась Windows XP SP3, настроенная на максимальную производительность.
Большинство процессоров было решено использовать на частоте 233 МГц, чтобы максимально близко привести всех участников к одному общему знаменателю. В качестве графической карты для всех тестовых сиcтем была выбрана PCI версия GeForce2 MX400 64 МБ и драйвер версии Forceware 93.71, который был также настроен на максимальную производительность, вертикальная синхронизация отключена.

AIDA64 [Чтение из памяти]

Из графика видно, что скорость чтения у Pentium Pro на Intel 440LX при использовании SDRAM памяти дает прирост производительности более 70% по сравнению с Pentium Pro на Intel 440FX совместно с EDO RAM.

AIDA64 [Запись в память]

В этом тесте чуть более скромный прирост: 53% при записи данных в оперативную память у Pentium Pro на Intel 440LX по сравнению с Intel 440FX. Но это все равно огромная цифра, вот чего так не хватало Pentium Pro – быстрой SDRAM памяти.

AIDA64 [CPU Queen]

AIDA64 [FPU Julia]

В целочисленных операциях CPU Queen и операциях одинарной точности с плавающей запятой (32-битная точность) влияние подсистемы памяти на работу CPU минимально, но оно все же имеется, хотя и на уровне погрешности измерений.

Тестирование производительности GPGPU

Тест GPGPU, предлагает набор тестов производительности OpenCL GPGPU.

Super Pi mod. 1.5XS (задача 1M)

Данный бенчмарк вычисляет значение числа Пи. Для теста был выбран вариант подсчета 1 миллиона знаков после запятой (задача 1M). Меньшее время выполнения теста означает лучший результат.

Как видно из графика, Pentium II OverDrive 333 МГц с полноскоростным кэшем вместе с быстрой SDRAM не оставляют шансов конкурентам. А Pentium Pro на Intel 440LX оказывается даже быстрее Pentium II на одинаковой частоте.

3Dmark2001SE Pro (v. 330)

3Dmark2001SE очень чувствителен к любому изменению характеристик ситемы, будь то объем кэша L2, частота процессора или таймингов памяти и т.д. Все замеры было решено провести с настройками по умолчанию за исключением разрешения экрана, оно было установлено в режиме 800 х 600 пикселей. Видеокарта и драйвер для всех процессоров и платформ были идентичны: PCI версия GeForce2 MX400 64 МБ, драйвер Forceware 93.71.

В данном тесте отчетливо видно преимущество Pentium II OverDrive 333 МГц над P-II 333 МГц (Deschutes) и Celeron 333 МГц (Mendocino). Преимущество полноскоростного кэша L2 Pentium II OverDrive дает о себе знать, а также видно влияние используемого чипсета и поддерживаемого им типа памяти. Использование скоростной SDRAM положительным образом сказывается на общей производительности.

3Dmark2000 Pro (v. 1.1)

Данная версия 3D бенчмарка не поддерживает процессоры без наличия MMX инструкций, поэтому Pentium Pro отсутствует в качестве оппонента. В данном тестовом пакете использовался тест “CPU Speed”, все настройки по умолчанию.

Хотя данный бенчмарк не такой гибкий, как 3Dmark2001SE, но разница в результатах тестирования Pentium II OverDrive 333 МГц на чипсете Intel 440LX и 440FX присутствует и работа процессора с Intel 440LX сказывается на производительности самым положительным образом.

Настройки по умолчанию (320 х 200, 8bpp).

Возвращаясь в начало статьи к результатам обзора anandtech.com, где Pentium II OverDrive находится на одном уровне с Intel Celeron, а Pentium Pro показывает крайне низкие результаты, можно сказать, что их потенциал не был раскрыт. Использование Pentium Pro с Socket8 to Slot1 адаптером на Intel 440LX дает хороший прирост производительности и ставит Pentium Pro практически на один уровень с Pentium II на ядре Klamath.
До данного момента пока еще никому не удавалось запустить Pentium Pro на Intel 440LX (за исключением запуска на Asus P2L97-S на самом раннем BIOS, который содержит много ошибок) и тем более на Intel 440BX. Но нам это удалось, и очередной миф развенчан, и вы тому свидетели.
Но точку в данном эксперименте мне ставить не хочется, еще есть много нерешенных проблем, о которых я не упоминал в данной статье. Например, на графиках отсутствуют результаты пары Pentium II OverDrive, имеющиеся у меня два блока питания FSP модель FSP500-GLN (30А по 5V) и Corsair Pro Gold AX650 (25A по 5V) не смогли обеспечить достаточное питание для 2-х овердрайвов. Также было обнаружено, что «китайский» переходник питания БП 20pin to 24pin резко занижает напряжение, вплоть до 0.3V, что негативно сказывается на стабильности системы.
Недавно я также получил в свое распоряжение интересную материнскую плату Asus KN97-X, которая имеет разъем SLOT1 и чипсет Intel 440FX. Данная плата поможет понять разницу между Pentium Pro и Pentium II на ядре Klamath, а также Deschutes с использованием EDO и FPM памяти, так что «COMING SOON !!» планируется.
И в завершение хочется выразить благодарность порталу «Железные призраки прошлого» и конкурсу статей, который подвиг меня на данный эксперимент и дал возможность рассказать о нем всем читателям данного ресурса.

Ретро хардваре во всей красе.

Обсудить статью в специально созданной ветке форума. Эта статья прислана на конкурс.


Процессор Intel Pentium 4: характеристики, тестирование, отзывы

На момент начала продаж процессорные решения серии Intel Pentium 4 позволяли создавать наиболее производительные настольные вычислительные системы. Спустя 8 лет это семейство чипов устарело и было снято с производства. Именно об этом легендарном модельном ряде ЦПУ и пойдет в этом материале речь.

Позиционирование процессора

На самом старте продаж данные процессоры принадлежали к наиболее быстродействующим решениям. На подобную их принадлежность указывали передовая на тот момент архитектура полупроводникового кристалла NetBurst, существенно возросшие тактовые частоты и прочие значительно улучшенные технические характеристики. Как результат, владельцы персональных компьютеров на их базе могли решать любые по уровню сложности задачи. Единственная сфера, в которой эти чипы не применялись — это серверы. В таких высокопроизводительных вычислительных машинах использовались процессорные решения серии XEON. Также не совсем оправданно применение в составе офисных ПК Intel Pentium 4. Ядра такого чипа в этом случае не до конца нагружались и с экономической точки зрения такой подход был целиком и полностью не оправдан. Для ниши “Интел” выпускала менее производительные и более доступные ЦПУ серии Celeron.

Комплектация

В двух типичных вариантах поставки можно было встретить процессор Intel Pentium 4. Один из них был нацелен на небольшие компании, которые специализировались на сборке системных блоков. Также такой вариант поставки подходил для домашних сборщиков персональных компьютеров. В прайс-листах он обозначался ВОХ, а в него производитель включал следующее:

Чип в защитной упаковке из прозрачного пластика.

Фирменную систему теплоотвода, которая состояла из специальной термопасты и кулера.

Краткое руководство по назначению и использованию процессорного решения.

Наклейка с логотипом модели чипа для передней панели системного блока.

Второй вариант поставки в каталогах компьютерных комплектующих обозначался TRAIL. В этом случае из списка поставки исключалась система охлаждения и ее необходимо было дополнительно приобретать. Подобный вид комплектации наиболее оптимально подходил для крупных сборщиков персональных компьютеров. За счет большого объема продаваемой продукции они могли позволить покупать системы охлаждения по более низким оптовым ценам и такой подход был оправдан с экономической точки зрения. Также такой вариант поставки пользовался повышенным спросом среди компьютерных энтузиастов, которые приобретали улучшенные модификации кулеров и это позволяло еще лучше разогнать такой процессор.

Процессорные разъемы

Процессор Intel Pentium 4 мог устанавливаться в один из 3-х видов процессорных разъемов:

Первый разъем появился в 2000 году и был актуальным до конца 2001 года. Затем ему на смену пришел PGA478, который вплоть до 2004 года занимал ведущие позиции в перечне продукции компании “Интел”. Последний сокет LGA775 появился на прилавках магазинов в 2004 году. В 2008 году его сменил LGA1156, который был нацелен на применение чипов с более передовой архитектурой.

Сокет 423. Семейства поддерживаемых чипов

Производители процессоров в лице компаний “Интел” и АМД в конце 1999 года — начале 2000 года постоянно расширяли перечень предлагаемых чипов. Только у второй компании была вычислительная платформа с запасом, которая базировалась на сокете PGA462. А вот “Интел” все возможное на тот момент из процессорного разъема PGA370 “выжала” и ее нужно было предлагать рынку компьютерных технологий что-то новое. Этим новым и стал рассматриваемый чип с обновленным процессорным разъемом в 2000 году. Intel Pentium 4 дебютировал одновременно с анонсом платформы PGA423. Стартовая частота процессоров в этом случае была установлена на отметке 1,3 ГГц, а наибольшее ее значение достигало 2,0 ГГц. Все ЦПУ в этом случае принадлежали к семейству Willamette, изготавливались по технологии 190 нм. Частота системной шины была равна реальным 100 МГц, а ее эффективное значение составляло 400 МГц.

Процессорный разъем PGA478. Модели ЦПУ

Через год в 2001 году вышли обновленные процессоры Intel Pentium 4. Socket 478 — это разъем для их установки. Как было уже отмечено ранее, этот сокет был актуальным вплоть до 2004 года. Первым семейством процессоров, которые в него могли быть установлены, стал Willamette. Наивысшее значение частоты для них было установлено на 2,0 ГГц, а начальное — 1,3 ГГц. Техпроцесс у них соответствовал 190 нм. Затем появилось в продаже семейство ЦПУ Northwood. Эффективное значение частоты в некоторых моделях в этом случае было увеличено с 400 МГц до 533 МГц. Частота чипов могла находиться в пределах от 2,6 ГГц до 3,4 ГГц. Ключевое же нововведение чипов этого модельного ряда — это появление поддержки технологии виртуальной многозадачности HyperTraiding. Именно с ее помощью на одном физическом ядре обрабатывалось сразу два потока программного кода. По результатам тестов получался 15-процентный прирост быстродействия. Следующее поколение чипов “Пентиум 4” получило кодовое название Prescott. Ключевые от предшественников в этом случае заключались в улучшенном технологическом процессе, увеличении кеш-памяти второго уровня и повышение тактовой частоты до 800 МГц. При этом сохранилась поддержка HyperTraiding и не увеличилось максимальное значение тактовой частоты — 3,4 ГГц. Напоследок необходимо отметить то, что платформа PGA478 была последней вычислительной платформой, которая не поддерживала 64-битные решения и могла выполнять лишь только 32-разрядный программный код. Причем это касается и системных плат, и процессорных решений Intel Pentium 4. Характеристики компьютеров на базе таких комплектующих являются целиком и полностью устаревшими.

Завершающий этап платформы Pentium 4. Сокет для установки чипов LGA775

В 2006 году производители процессоров начали активно переходить на 64-разрядные вычисления. Именно по этой причине Intel Pentium 4 перешел на новую платформу на основе разъема LGA775. Первым поколением процессорных устройств для нее называлось точно также, как и для PGA478 — Prescott. Технические спецификации у них были идентичны предыдущим моделям чипов. Ключевое отличие — это повышение максимальной тактовой частоты, которая в этом случае могла уже достигать 3,8 ГГц. Завершающим же поколением ЦПУ стало Cedar Mill. В этом случае максимальная частота понизилась до 3,6 ГГц, но при этом техпроцесс улучшился и энергоэффективность улучшилась. В отличие от предшествующих платформ, в рамках LGA775 “Пентиум 4” плавно перешел из сегмента решений среднего и премиального уровня в нишу процессорных устройств бюджетного класса. На его место пришли чипы серии Pentium 2, которые уже могли похвастаться двумя физическими ядрами.

Тесты. Сравнение с конкурентами

В некоторых случаях достаточно неплохие результаты может показать Intel Pentium 4. Processor этот отлично подходит для выполнения программного кода, который оптимизирован под один поток. В этом случае результаты будут сопоставимы даже с нынешними ЦПУ среднего уровня. Конечно, сейчас таких программ не так уж и много, но они все еще встречаются. Также этот процессор способен составить конкуренцию нынешним флагманам в офисных приложениях. В остальных случаях этот чип не может показать приемлемый уровень производительности. Результаты тестов будут приведены для одного из последних представителей данного семейства “Пентиум 4 631”. Конкурентами для него будут процессоры Pentium D 805, Celeron Е1400, Е3200 и G460 от “Интел”. Продукция же АМД будет представлена Е-350. Количество ОЗУ стандарта DDR3 равно 8 Гб. Также данная вычислительная система доукомплектована адаптером GeForce GTX 570 с 1 Гб видеопамяти. В трехмерных пакетах Maya, Creo Elements и Solid Works в актуальных версиях 2011 года рассматриваемая модель “Пентиум 4” показывает достаточно неплохие результаты. По результатам тестов в этих 3-х программных пакетах была выведена средняя оценка по сто балльной шкале и силы распределились следующим образом:

“Пентиум 4 631” проигрывает процессорам с более продвинутой архитектурой и более высокими тактовыми частотами G460 и Е3200, у которых 2 физических ядра. Но при этом обходит полноценную двухъядерную модель D 805 на аналогичной архитектуре. Результаты же Е-350 и Е1400 были предсказуемые. Первый чип ориентирован на сборку ПК, в которых на первый план выходит энергопотребление, а удел второго — это офисные системы. Совершенно по-другому распределяются силы при кодировании медиафайлов в программах Lame, Apple Lossless, Nero AAC и Ogg Vorbis. В этом случае на первый план уже выходит количество ядер. Чем их больше, тем лучше выполняется задача. Опять-таки, по усредненной сто балльной шкале силы распределились следующим образом:

Даже Е-350 с приоритетом на энергоэффективность обходит “Пентиум 4” модели 631. Продвинутая архитектура полупроводникового кристалла и наличие 2-х ядер все-таки дают о себе знать. Изменяется картина при тестировании процессоров в архиваторах WinRAR и 7-Zip. Результаты чипов по той же самой шкале распределились так:

В этом тесте множество факторов оказывает влияние на конечный результат. Это и архитектура, это и размер кеша, это и тактовая частота, это и количеств ядер. Как результат, типичным середнячком получился тестируемый “Пентиум 4” в исполнении 631. Эталонная же система, производительность которой соответствовала 100 баллам, базировалась на ЦПУ Athlon II Х4 модели 620 от АМД.

Разгон

Внушительным увеличением уровня производительности мог похвастаться Intel Pentium 4. Разгон этих процессорных устройств позволял достичь значений тактовой частоты в 3,9-4,0 ГГц при улучшенной воздушной системе охлаждения. Если же заменить воздушное охлаждение на жидкостное на базе азота, то вполне можно рассчитывать на покорение значения в 4,1-4,2 ГГц. Перед разгоном компьютерная система должна быть укомплектована следующим образом:

Мощность блока питания должна быть минимум 600 Вт.

В компьютере должна быть установлена продвинутая модель системной платы, на которой можно осуществлять плавное регулирование различных параметров.

Кроме основного кулера, на процессоре в системном блоке должны находиться дополнительные 2-3 вентилятора для осуществления улучшенного теплоотвода.

Мультипликатор частоты в этих чипах был заблокирован. Поэтому простым поднятием его значения разогнать ПК невозможно. Поэтому единственный способ увеличения производительности — это увеличение реального значения тактовой частоты системной шины. Порядок же разгона в этом случае следующий:

Уменьшаются значения частот всех компонентов ПК. В этот список лишь только не попадает лишь только системной шины.

На следующем этапе увеличиваем рабочее значение частоты последней.

После каждого такого шага необходимо проверить стабильность работы компьютера с помощью прикладного специализированного софта.

Когда простого повышения частоты уже недостаточно начинаем повышать напряжение на ЦПУ. Его максимальное значение равно 1,35-1,38 В.

После достижения наибольшего значения напряжения частоту чипа повышать нельзя. Это и есть режим максимального быстродействия компьютерной системы.

В качестве примера можно привести модель 630 процессора “Пентиум 4”. Ее стартовая частота равна 3 ГГц. Номинальная же тактовая частота системной шины составляет в этом случае 200 МГц. Значение последней можно на воздушном охлаждении повысить вплоть до 280-290 МГц. В результате ЦПУ будет работать уже на 4,0 ГГц. То есть прирост производительности составляет 25 процентов.

Актуальность на сегодняшний день

На сегодняшний день целиком и полностью устарели все процессоры Intel Pentium 4. Температура их функционирования, энергопотребление, технологический процесс, тактовые частоты, размер кеш-памяти и ее организация, количество адресуемой ОЗУ — это далеко не полный перечень тех характеристик, которые указывают на то, что это полупроводниковое решение устарело. Возможностей такого чипа лишь достаточно для решения наиболее простых задач. Поэтому владельцам таких компьютерных систем необходимо их обновлять в срочном порядке.

Стоимость

Несмотря на то что в 2008 году выпуск рассматриваемых ЦПУ был прекращен, их все еще можно купить в новом состоянии со складских запасов. При этом необходимо отметить то, что в исполнении LGA775 и с поддержкой технологии НТ можно приобрести чипы Intel Pentium 4. Цена на них находится в пределах 1300-1500 рублей. Для офисных систем это вполне адекватный уровень стоимости. Процессорные решения, которые находились в использовании, можно найти на различных торговых площадках в интернете. Цена в этом случае начинается с отметки в 150-200 рублей. Полностью же собранный персональный компьютер бывший в употреблении можно купить по цене от 1500 рублей.

Отзывы

Для своего времени отличным процессорным решением являлся Intel Pentium 4. Отзывы, которые о нем оставляли на тот момент владельцы ПК на его основе, указывают на отменный уровень производительности и приемлемое энергопотребление такого чипа. В самом начале продаж это ЦПУ позиционировалось “Интел”, как премиальное решение. В дальнейшем же им на смену пришли многоядерные процессоры, а этот флагман опустился в нишу бюджетных решений. На текущий момент чип данной модели отлично подходит для создания офисного рабочего места. Именно на этом и акцентируют внимание специалисты компьютерной индустрии на сегодняшний день. На что-то большее процессорное решение 10-летней давности просто не способно. Тем более что данные процессоры в обязательном порядке включали всего лишь одно вычислительное ядро, которое могло обрабатывать код программы в 2 логических потока.

Итоги

В период с 2000 по 2006 год Intel Pentium 4 был топовым процессорным решением и мог решать любые задачи. Затем в рамках платформы LGA775 он занял сразу средний ценовой сегмент. А вот в 2008 году он стал уже бюджетным процессорным решением, которое могло лишь выполнять наиболее простые задачи. Многие технологии, которые в нем были успешно реализованы, по сей день можно встретить в современных процессорах. В качестве примера можно привести HyperTrayding, которая позволяет одному физическому блоку обработки кода обрабатывать 2 потока кода.

Процессоры Intel — история развития от А до Я

У меня на сайте есть рубрика, посвященная процессорам. Я расположил там обзоры и сравнения на некоторые процессоры, поговорил об их достоинствах и недостатках. Кому интересно, заходите в соответствующую рубрику.

Когда писал обзоры на процессоры, мне очень стало интересно с чего все начиналось. В связи с этим я решил написать об истории развития процессоров компании Intel.

На заметку! В сегодняшней статье я не буду писать подробно о каждом процессоре, а лишь упомяну самое интересное.

Это самый первый процессор компании Intel. Он был сделан 15 ноября 1971 года. Процессор имел тактовую частоту 108 кГц и был 4-х разрядным. Процессор Intel 4004 предназначался для простого калькулятора Busicom.

Был сделан в 1972 году и от своего предшественника отличается только — битной разрядностью.

Процессор был сделан 1 апреля 1972 года и имел 2300 транзисторов. Разрядность осталась та же, 8-битная, а вот частота увеличилась до 200 кГц. На основе этого процессора Дон Ланкастер создал первый прототип персонального компьютера. А пока процессор использовался в продвинутых калькуляторах.

Усовершенствованная версия процессора Intel 8008 который был в 10 раз производительнее. Выпущен был в 1974 году.


Это был самый последний «первобытный» процессор который был выпущен в 1976 году.

6. Intel 8086
Это первый процессор который имеет 16 — битный микропроцессор с частотой до 10 МГц. С этого процессора начали выпускать первые IBM PC. Всеми нам известная архитектура х86 берет свое начало от этого процессора.

От предыдущего процессора отличается только шиной данных и разрядностью (она 8 — битная). Процессор был более производителен, но не нашел широкого применения. Был сделан в 1979 году.

Процессор был сделан в 1982 году и он должен был стать усовершенствованной версией процессора Intel 8086. Но. к сожалению, процессор сильно «глючил»м и его очень быстро забыли.

9. Intel 80188
В этом процессоре производители решили избавиться от вышеупомянутых недостатков, но процессор все же был быстро забыт.

Процессор был выпушен в 1982 году, был в 3,6 раза быстрее процессора Intel 8086. Хотя он как и последний работал на той же частоте и имел 16 — битный микропроцессор. Это первый процессор с архитектурой х86 и который был способен работать с памятью до 16 Мбайт.

11. Intel 386 DX

Процессор был сделан 1985 году. Он был первым процессором с архитектурой х86 у которого была 32 — битная архитектура. На этом процессоре может работать windows 95.

12. Intel 386 SX
Процессор появился в 1988 году. Шина данных была 16 — разрядной, а адресная шина 24 — разрядной.

13. Intel 486 DX

Я думаю, этот процессор знаком многим, т. к. многие знакомились с ПК именно на базе этого процессора. Он был сделан 1989 году и имел встроенный кэш 2 уровня и FPU.

14. Intel 386 SL
Процессор появился 1990 году, это мобильная версия 386 процессора. Тактовая частота составляла 25 МГц.

15. Intel 486 SX
Процессор 1991 года, версия Low-End процессора Intel 486 DX без FPU с кодовым именем P23.

16. Intel 486 SL
Процессор был представлен в 1992 году и имел расширенные возможности. К расширенным возможностям DRAM — контроллер, контроллер шины ISA и контроллер локальной шины.

17. Intel 486 DX2 (процессор 1992 года)
32-разрядный процессор под кодовым названием P24. Этот процессор имеет 1,25 млн. транзисторов.

18. Intel 486 SX2 (1992 год)
От своего предшественника отличается частотой 50 МГц и названием P23.

19. Intel Pentium (P5) (1993 год)

Это очень знаменитый процессор, о котором, я думаю, слышал каждый (его еще называли «пенек»). Он имеет двухконвеерную структуру и выпускался под Socket 4.

20. Intel Pentium (P54C) (1993 год)
Чтобы увеличить тактовую частоту, пришлось перейти на более тонкий технологический процесс (0,5 мкм).

21. Intel 486 DX4 (1994 год)
Это один из последних процессоров, у которого кэш 16 Кб 2 уровня и 1,6 мнл. транзисторов.

Мастер Йода рекомендует:  Отладка CGI-скриптов на Perl

22. Intel Pentium Pro (1995 год)

Это процессор шестого поколения у которого кэш-память работала на частоте ядра процессора. Процессоры на тот момент были очень дорогими и в основном использовались в серверах.

23. Intel Pentium MMX (P55C) (1997 год)

24. Intel Pentium MMX (Tillamook) (1997 год)
Вариант процессора для ноутбуков. Из-за этого у процессора было пониженное напряжение ядра и мощность.

25. Intel Pentium II (Klamath) (1997 год)

Этот процессор вобрал в себя все самое лучшее от процессоров Intel Pentium Pro и Intel Pentium MMX.

26. Intel Pentium II (Deschutes) (1998 год)
От предыдущего процессора этот отличается более тонким технологическим процессором в 0,2 мкм и более высокой частотой.

27. Intel Pentium II (OverDrive) (1998 год)
Это так называемый апгрейд процессора Intel Pentium II Pro.

28. Intel Pentium II (Tonga) (1998 год)
Процессор был сделан на основе Deschutes и предназначался для ноутбуков.

29. Intel Celeron (Covington) (1998 год)
Это первый процессор линейки Celeron, который был сделан из ядра Deschutes. Чтобы процессор не был дорогим, производителю пришлось убрать кэш-память 2 уровня и защитный картридж. Благодаря такой модернизации процессор потерял свою производительность, но зато увеличил свой разгонный потенциал.

30. Intel Pentium II Xeon (1998 год)
Процессор также сделан из ядра Deschutes, серверный вариант.

31.Intel Celeron (Mendocino) (1998 год)
Это следующее развитие процессора семейства Celeron, у которого объем кэш-памяти равен 128 Кб и работает на частоте ядра.

32.Intel Celeron (Mendocino) (1999 год)

От предыдущего процессора отличается тем, что форм-факором Slot 1 был изменен на дешевый Socket 370. Тактовая частота равна 533 МГц.

33. Intel Pentium II PE (Dixon) (1999 год) Процессор предназначался для портативных компьютеров.

34. Intel Pentium III (Katmai) (1999 год)

Этот процессор пришел на замену Intel Pentium II. К нему добавлен блок SSE и расширенный набор команд MMX.

35. Intel Pentium III Xeon (Tanner) (1999 год)
Усовершенствованная версия процессора Intel Pentium III.

36. Intel Pentium III (Coppermine) (1999 год)
Этот процессор имел тактовую частоту процессора до 1,2 ГГц и 0,18 мкм. Данный процессор хотели усовершенствовать до частоты 1113 МГц, но с такой частотой процессор работал нестабильно.

37. Intel Celeron (Coppermine) (1999 год)
После неудавшейся модернизации предыдущего процессора получился данный вариант. У него новый набор инструкций SSE, а при работе на частоте 800МГц процессор начинает работать по 100 МГц шине.

38. Intel Pentium III Xeon (Cascades) (1999 год)
Процессор быстро был забыт, потому что при работе на частоте 900 МГц он начинал сильно перегреваться.

39. Intel Pentium 4 (2000 год)

Очередной прорыв компании Intel. Этот процессор имеет hyperpipelining из 20 ступеней. Тут уже частота была увеличена до 2 ГГц и 400 МГц шина имела пропускную способность в 3,2 Гб/с. Технология производства процессора 0,18 мкм.

40. Intel Xeon (Foster) (2000 год)

Как и вся линейка Xeon этот процессор был серверным.

41. Intel Pentium III-S (Tualatin) (2001 год)
Чтобы увеличить тактовую частоту, пришлось сделать процессор по 0,13 мкм технологии. А вот кэш 2 уровня вернули первоначальному объему 512 кб.

42. Intel Pentium III-M (Tualatin) (2001 год)
Мобильная версия процессора с тактовой частотой от 700 МГц до 1,26 ГГц.

43. Intel Pentium 4 (Willamette, Socket 478) (2001 год)
Этот процессор был сделан для Socket 478, потому что компания Intel собиралась их поддерживать.

44. Intel Celeron (Tualatin) (2001 год)
Новый процессор семейства Celeron, который имеет кэш 2 уровня 256 Кб, работающий по 100 МГц шине. Этот процессор значительно превосходит первые процессоры Intel Pentium III.

45. Intel Pentium 4 (Northwood) (2001 год)
Было увеличен кэш 2 уровня до 512 Кб, а тактовая частота стала достигать 3,06 ГГц. И это все благодаря ядру Northwood.

46. Intel Xeon (Prestonia) (2001 год)
Процессор отличался от своего предшественника только ядром Prestonia и кэшем 2 уровня в 512 Кб.

47. Intel Celeron (Willamette-128) (2002 год)
Процессор сделан на ядре Willamette, по 0,18 мкм процессу.

48. Intel Celeron (Northwood-128) (2002 год)
Главное отличие от процессора Willamette-128 состоит в том, что он выполнен по 0,13 мкм технологии.


49. Intel Core 2 Duo (2006 год)

50. Intel Core i (2009 год)

Этот тип процессора используется до сегодняшнего дня. Только они разделились на i3, i5, i7.

Подведение итогов
Как видите, у компании богатая история и в одной статье сложно охватить каждого из представителей семейства Intel. Поэтому, если Вас заинтересовал какой-либо процессор, пишите мне в комментариях и в ближайшее время я напишу более подробный обзор.

История процессоров Intel, часть 1

Intel 8086 – первый процессор для ПК

Intel 8086 был первым процессоров в линейке x86, до этого были выпущены чипы Intel 4004, 8008 и 8080. Этот процессор был 16-битным и позволял работать с 1 Мб памяти, используя 20-битную адресную шину. Тактовая частота составляла всего 4,77 МГц, в последствии была увеличена до 10 МГц.

Интересно, что этот процессор использовался в системах управления американских шаттлов. И в 2002 году, когда NASA понадобился еще один чип, они заказывали его через eBay, потому что компания Intel уже сняла их с производства.

Кодовое название Н/Д
Дата выпуска 1979
Архитектура 16 битов
Шина данных 16 битов
Шина адреса 20 битов
Макс. объём памяти 1 Мбайт
Кэш L1 Нет
Кэш L2 Нет
Тактовая частота 4,77-10 МГц
FSB Равная частота CPU
FPU 8087
SIMD Нет
Техпроцесс 3 000 нм
Число транзисторов 29 000
Энергопотребление Н/Д
Напряжение 5 В
Площадь кристалла 16 мм²
Сокет 40-контактный

Процессор Intel 80286

Intel 80286 был выпущен в далеком 1982 году. Благодаря новым технологиям, он был в 3,6 раза мощнее 8086, хоть и работал на такой же тактовой частоте. Новый процессор был тоже 16-битным, но мог работать уже с 16 Мб памяти.

Также процессор не имел блока FPU, который работает с плавающей запятой, но оснащался блоком MMU, что позволяло обращаться к виртуальной памяти. Максимальная тактовая частота этого процессора составляла всего 12,5 МГц, хотя у конкурентов она достигала 25 МГц.

Кодовое название Н/Д
Дата выпуска 1982
Архитектура 16 битов
Шина данных 16 битов
Шина адреса 24 бита
Макс. объём памяти 16 Мбайт
Кэш L1 Нет
Кэш L2 Нет
Тактовая частота 6-12 МГц
FSB Равная частоте CPU
FPU 80287
SIMD Нет
Техпроцесс 1500 нм
Число транзисторов 134 000
Энергопотребление Н/Д
Напряжение 5 В
Площадь кристалла 49 мм²
Сокет 68-контактный

Intel 386 – первый 32-битный процессор

Intel 80836 был первым чипом, построенным на 32-битной архитектуре. Существовали различные версии этого процессора. Самые известные были: 386SX и 386DX, использовавшие 16 и 32-битную шины, соответственно.

Также выделялись еще 2 версии: 386SL — первый процессор линейки x86, который поддерживал кэш, и 386EX, который нашел своё применение в различных космических программах.

Процессор Intel 386EX использовался в телескопе “Хаббл”

Кодовое название P3
Дата выпуска 1985
Архитектура 32 бита
Шина данных 32 бита
Шина адреса 32 бита
Макс. объём памяти 4096 Мбайт
Кэш L1 0 кбайт (иногда присутствует контроллер)
Кэш L2 Нет
Тактовая частота 16-33 МГц
FSB Равная частоте CPU
FPU 80387
SIMD Нет
Техпроцесс 1500-1000 нм
Число транзисторов 275 000
Энергопотребление 2 Вт @ 33 МГц
Напряжение 5 В
Площадь кристалла 42 мм² @ 1 мкм
Сокет 132 контакта

Intel 486: технологии FPU и FSB

Intel 486 был популярным, потому что именно с него начиналось знакомство обширного числа потребителей с компьютерами. И вообще, в “народе” процессор 486 DX2/66 считали наилучшим решением для геймеров.

Данный процессор был выпущен в 1989 году и получил множество незаменимых функций. Например, был встроен блок FPU, кэш первого уровня размером в 8 Кб, а также возможность установить кэш второго уровня на материнскую плату. Также Intel 486 получил множитель и на линейку 486DX ставили сопроцессор x87.

Следующее поколение получило множитель CPU. 486DX2 имел множитель 2х, а 486DX4 множитель 3х. Самым мощным в этой линейке был Intel 486DX4, который получил 16 Кб кэша, 1,6 млн транзисторов и изготавливался по 600-нм техпроцессу.

Кодовое название P4, P24, P24C
Дата выпуска 1989
Архитектура 32 бита
Шина данных 32 бита
Шина адреса 32 бита
Макс. объём памяти 4096 Мбайт
Кэш L1 8 кбайт
Кэш L2 На материнской плате (на частоте FSB)
Тактовая частота 16-100 МГц
FSB 16-50 МГц
FPU На кристалле
SIMD Нет
Техпроцесс 1000-800 нм
Число транзисторов 1 185 000
Энергопотребление Н/Д
Напряжение 5 В — 3,3 В
Площадь кристалла 81 — 67 мм²
Сокет 168 контактов

Intel Pentium: роковая ошибка

Intel Pentium впервые был представлен в 1993 году и стал интересным экземпляром линейки. Во-первых, Intel наконец-то решили отказаться от серийных номеров и придумали звучное название для своего чипа. Во-вторых, этот процессор нанес большой ущерб всей компании из-за досадной ошибки процессора. Первые версии Intel Pentium выдавали неправильный результат при выполнении операции деления. Конечно, Intel исправили ошибку и заменили все дефектные процессоры бесплатно, но репутация уже была испорчена.

Существовали три линейки этого процессора. Первая не имела множитель CPU, вторая — с множителем и третья — Pentium MMX, которая получила набор инструкций SIMD.В последнем поколении чипа был увеличен размер кэша первого уровня. Впервые процессор Intel смог выполнять параллельно две инструкции, но по-прежнему кэш второго уровня был на материнской плате.

Кодовое название P5, P54 P55 (Pentium MMX)
Дата выпуска 1993 1997
Архитектура 32 бита 32 бита
Шина данных 64 бита 64 бита
Шина адреса 32 бита 32 бита
Макс. объём памяти 4096 Мбайт 4096 Мбайт
Кэш L1 8 + 8 кбайт 16 + 16 кбайт
Кэш L2 Материнская плата (на частоте FSB) Материнская плата (на частоте FSB)
Тактовая частота 60-200 МГц 133-300 МГц
FSB 50-66 МГц 60-66 МГц
FPU На кристалле На кристалле
SIMD Нет MMX
Техпроцесс 800-600-350 нм 350 нм
Число транзисторов 3,1-3,3 млн. 4,5 млн.
Энергопотребление 8-16 Вт 4-17 Вт
Напряжение 5 — 3,3 В 2,8 В
Площадь кристалла 294-163-90 мм² 141 мм²
Сокет Socket 4, 5 or 7 Socket 7

2 комментариев для “История процессоров Intel, часть 1”

Это еще в далеком 1969 первый интелловский проц, еще на перфоленты, а уж спустя 6 лет первый АМДэшный.

Первый Intel Pentium

Редакция сайта iXBT.com обращается к вам с просьбой отключить блокировку рекламы на нашем сайте.

Дело в том, что деньги, которые мы получаем от показа рекламных баннеров, позволяют нам писать статьи и новости, проводить тестирования, разрабатывать методики, закупать специализированное оборудование и поддерживать в рабочем состоянии серверы, чтобы форум и другие проекты работали быстро и без сбоев.

Мы никогда не размещали навязчивую рекламу и не просили вас кликать по баннерам. Вашей посильной помощью сайту может быть отсутствие блокировки рекламы.

Спасибо вам за поддержку!

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

Intel Pentium

Pentium (произносится Пентиум) — торговая марка нескольких поколений микропроцессоров семейства x86, выпускаемых корпорацией Intel с 22 марта 1993 года. Pentium является процессором Intel пятого поколения и пришёл на смену Intel 80486 (который часто называют просто 486).

Отличия от i3(4)86:

  • адресная память в стравнении с предыдущей моделью не изменилась;
  • шана данных 64 бита (если Pentium 32 бита);
  • впервые 2 конвейера самостоятельно считывает и обрабатывает потоки;
  • впервые появилось спекулятивное исполнение команд;
  • впервые используется такая технология, как автоматическое переупорядочивание команд:

ADD AX,BX ADD CX,AX — пропуск, чтение следующей DX, 5h

Измененный порядок ни на что не влияет. НО проблема — условный переход.

ADD AX,BX ADD CX,AX YZ M1 MOV DX, 5h

Решение: предпологается, что переход выполнился, следовательно, произошло считывание команды в конвейер; если выясняется, что все правильно — продолжается выполнение, иначе — происходит сброс конвейера и перезагрузка с места перехода.

Основания для предположения:

  • статистика переходов (если много, кратный цикл);
  • блок предстказаний использует статистику: если переход условный, указывает назад, то с большой вероятностью выполнится. (Пример: repeat until). А если вперед, то большая вероятность, что не будет выполняться.

Впервые аппаратная поддержка мультипроцессорности (соединение с помощью специальной шины/спец интерфейса)

Тактовая частота Pentium: 60-150 МГц Тактовая частота MMX: 200 МГц

Существуют дополнительные регистры, отвечающие за прошедшее с начала кода число тактов.

Существует команда CPUID — идентификатор CPU.

Содержание

Архитектурная особенность


(до этого CISC) Существует внутренний перекодировщик преобразования CISC команд во внутренний код RISC в оболочке CISC.

Прерывание: ранее PIC (программный контроллер прерывания).

В Pentium технология APIC (advanced)

Ранее источник прерывающий сигнал на ножке процессора, и адрес перехода.

APIC: источник — сообщение, приходящее по специальной шине.

Процессор Intel Pentium P6200

Intel Pentium P6200 — процессор начального уровня, предназначенный для ноутбуков. Он работает на частоте 2.13 ГГц, но, к сожалению, не поддерживает технологию TurboBoost для автоматического разгона. Кроме того, отсутствует функция шифрования AES и поддержка многопоточности. CPU поддерживает технологию Enhanced Speedstep, которая позволяет снизить энергопотребление во время низкой нагрузки на процессор, но другие энергосберегающие технологии в данном процессоре отключены (также как и в серии Penryn Pentium).

P6200 основан на микроархитектуре Arrandale, следовательно, имеет встроенный контроллер памяти и графическую карту Intel HD Graphics (оба произведены по 45 нм технологическому процессу, а CPU по 32 нм). Встроенная видеокарта GMA HD работает на частоте 500 МГц и способна разгоняться до 667 МГц благодаря технологии Turbo Boost.

Производительность данного процессора немного ограничена из-за низкой тактовой частоты и отсутствия Turbo Boost и Hyperthreading. Если судить по показателю частоты в ГГц, то процессор Pentium P6200 должен быть чуть лучше, чем Core 2 Duo с аналогичной тактовой частотой, из-за встроенного контроллера памяти и небольших улучшений в ядре.

Серия: Intel Pentium
Код: Arrandale
Тактовая частота: 2133 * МГц
Системная шина (FSB): 2500* МГц
Кэш 1-го уровня: 128 Кб
Кэш 2-го уровня: 512 Кб
Кэш 3-го уровня: 3072 Кб
Число ядер/потоков: 2 / 2
Максимально энергопотребление (TDP) 35 Вт
Число транзисторов: 382+177 Млн
Техпроцесс: 32 нм
Максимальная температура: 90 °C
Сокет: PGA988
Дополнительно: Intel 64, Enhanced Speedstep, Thermal Monitoring, Execute Disable Bit
64 Bit: поддержка 64 Bit
Дата выхода: 26.09.2010

*Указанные тактовые частоты могут быть изменены производителем

История появления Pentium процессора

Одним обычным тихим воскресным утром 10 мая 1992 года,четыре инженера фирмы INTEL прибыли в аэропорт San Jose International. Установив видеоаппаратуру, Анджела Чанг, Эрик Деваннайн, Автар Саини и Сухель Заатри нервозно прохаживались по залу, ожидая с минуты на минуту самолета из Орегона.

Когда Марк Хопман, спустя несколько минут после приземления самолета, вышел из коридора, держа в руках маленький голубой чемодан, вся встречающая группа направилась к нему. Все внимание было приковано к чемодану, в котором находился продукт разработчиков 5 Орегонской фабрики. Трудно было поверить, что в этом чемодане находился результат трехлетнего труда многих людей, воплощенный в маленький чип. Так началась жизнь Pentium процессора, который формально был представлен 22 марта 1993 года.

В то время, когда Винод Дэм делал первые наброски, начав в июне 1989 года разработку Pentium процессора, он и не подозревал, что именно этот продукт будет одним из главных достижений фирмы INTEL. С появлением Pentium процессора рынок компьютеров сразу изменился и начался новый этап конкуренции. San Microsistems, MIPS и другие продавцы RISC процессоров, разрабатывающие супербыстрые чипы, безоговорочно признали, что новый процессор фирмы INTEL станет стандартом для новых настольных PC.

Процесс рождения Pentium процессора был нелегким

По теории, создавая процессор, команда разработчиков создает концепцию проекта, в котором определяются его основные свойства и нововведения. Далее инженеры проектируют логику,которая затем воплощается в конкретные схемы. Как только заканчивается схемотехническое проектирование, проектировщики топологии прорисовывают каждый транзистор. В результате их труда создается конечный шаблон.Реально же все было иначе. Традиционный процесс проектирования был кардинально переработан, поскольку требовались ускоренные темпы реализации проекта.

Как только команда разработчиков выполняла локальную задачу, мененджеры перераспределяли ресурсы. Каждый инженер решал персональную задачу. Командный дух постоянно подвергался таким испытаниям, как задержки и трудности, однако временной план выполнения проекта от этого не зависел. Для выполнения всех задач использовались самые последние достижения автоматизированного проектирования. Очень пригодился опыт, накопленный при проектировании и решении аналогичных проблем в 286, Intel386 и Intel486 процессорах.

Как только выполнялся очередной этап проекта, сразу начинался процесс всеобъемлющего тестирования. Было желание не повторить проблемы, возникшие в свое время с Intel486, задержавшие его запуск в производство. Каждая ошибка трассировалась в обратном порядке и устранялись ее причины. Остальные инженеры выполняли сотни тестирований для проверки логики, архитектуры и общей конструкции. Они выполнили более, чем 5000 уточняющих тестирований, прежде, чем Pentium процессор обрел свою архитектуру. Для тестирования была разработана специальная технология, позволившая имитировать функционирование Pentium процессора с использованием программируемых устройств, объединенных на 14 платах с помощью кабелей. Только когда были обнаружены все ошибки, процессор смог работать в реальной системе. В дополнение ко всему, в процессе разработки и тестирования Pentium процессора принимали активное участие все основные разработчики персональных компьютеров и программного обеспечения, что немало способствовало общему успеху проекта.

В конце 1991 года, когда была завершен макет процессора, инженеры смогли запустить на нем программное обеспечение. Проекировщики начали изучать под микроскопом разводку и прохождение сигналов по подложке с целью оптимизации топологии и повышения эффективности работы. Проектирование в основном было завершено в феврале 1992 года. Началось всеобъемлющее тестирование опытной партии процессоров, в течение которого испытаниям подвергались все блоки и узлы. В апреле 1992 года было принято решение, что пора начинать промышленное освоение Pentium процессора. В качестве основной промышленной базы была выбрана 5 Орегонская фабрика.

Более 3 миллионов транзисторов были окончательно перенесены на шаблоны. Началось промышленное освоение производства и доводка технических характеристик, завершившиеся через 10 месяцев, 22 марта 1993 года широкой презентацией Pentium процессора.

Современная микропроцессорная технология фирмы INTEL

Достижения фирмы INTEL в искусстве проектирования и производства полупроводников делают возможным производить мощные микропроцессоры в все более малых корпусах. Разработчики микропроцессоров в настоящее время работают с комплементарным технологическим процесом металоксид полупроводник (CMOS) с разрешением менее, чем микрон.

Использование субмикронной технологии позволяет разработчикам фирмы INTEL располагать больше транзисторов на каждой подложке. Это сделало возможным увеличение количества транзисторов для семейства X86 от 29,000 в 8086 процессоре до 1,2 миллионов в процессоре Intel486 DX2, с наивысшим достижением в Pentium процессоре. Выполненный по 0.8 микронной BiCMOS технологии, он содержит 3.1 миллиона транзисторов. Технология BiCMOS объединяет преимущества двух технологий: биполярной (скорость) и CMOS ( малое энергопотребление ). С помощью более, чем в два раза большего количества транзисторов Pentium процессора по сравнению с Intel486, разработчики поместили на подложке компоненты, ранее располагавшимися снаружи процессора. Наличие компонентов внутри уменьшает время доступа, что существенно увеличивает производительность. 0.8 микронная технология фирмы INTEL использует трехслойный метал и имеет уровень, более высокий по сравнению с оригинальной 1.0 микронной технологией двухслойного металла, используемой в процессоре Intel486.

Фирма INTEL использовала самые последние достижения технологии проектирования микропроцессоров для достижения преимуществ, сравнимых с альтернативными архитектурами, используемыми в научных и инженерных рабочих станциях, обеспечив при этом совместимость с програмным обеспечение стоимостью $50 миллиардов, наработанного для семейства микропроцессоров серии X86.

Да и само программное обеспечение для Pentium процессора разрабатывалось по новой технологии. Еше на этапе проектирования аппаратных средств процессора к проекту стали привлекаться эксперты из всех основных компаний, разрабатывающих операционные системы и компиляторы — Microsoft, IBM, NeXT, Borland, Watcom, MetaWare и др. Это позволило на аппаратном уровне поддержать новые технологии программирования с учетом фирменного стиля поставщиков стандартного программного обеспечения. С другой стороны, еще до рождения нового процессора использовались методы классической и специльной оптимизации, раскрывающие специфические достоинства архитектуры X86, например, использование команд загрузки-записи, мощных режимов адрессации, удаление инвариантных участков кода из циклов и т.д. Теперь, только за счет перекомпиляции традиционных приложений удается повысить их производительность на новом процессоре еще вдвое. Такого в настоящее время не может предложить не один из конкурентов фирмы INTEL.

Новое поколение процессоров фирмы INTEL

Объединяя более, чем 3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой подложке, 32-разрядный Pentium процессор характеризуется высокой производительностью с тактовой частотой 60 и 66 МГц. Его суперскалярная архитектура использует усовершенствованные способы проектирования, которые позволяют выполнять более, чем одну команду за один период тактовой частоты, в результате чего Pentium в состоянии выполнять огромное количество PC-совместимого программного обеспечения быстрее, чем любой другой микропроцессор. Кроме существуюших наработок программного обеспечения, высокопроизводительный арифметический блок с плавающей запятой Pentium проессора обеспечивает увеличение вычислительной мощности до необходимой для использования недоступных ранее технических и научных приложений, первоначально предназначенных для платформ рабочих станций. Также, как локальные и глобальные сети продолжают вытеснять устаревшие иерархические сети, управляемые большими ЭВМ, преимущества мультипроцессорности и гибкость операционной системы Pentium процессора — идеал для Хост-компьютера для современных приложений клиент-серверов, применяемых в промышленности.

Поскольку Pentium процессор способен достигать уровня производительности равного или более высокого, чем современные рабочие станции высокого уровня, он обладает преимуществми, которых лишены обычные рабочие станции: полная совместимость с более, чем 50 000 программных приложений со стоимостью миллиарды долларов, которые были написаны под ахитектуру фирмы INTEL. В дополнение, Pentium процессор позволяет использовать все основные операционные системы, которые доступны современным настольным персональным компьютерам, рабочим станциям и серверам, включая UNIX, Windows-NT, OS/2, Solaris и NEXTstep.

Pentium процессор. Технические нововведения

Многочисленные нововведения — характерная особенность Pentium процессора в виде уникального сочетания высокой производительности, совместимости, интеграции данных и наращиваемости. Это включает:

  • Суперскалярную архитектуру;
  • Раздельное кэширование программного кода и данных;
  • Блок предсказания правильного адреса перехода;
  • Высокопроизводительный блок вычислений с плавающей запятой;
  • Расширенную 64-битовую шину данных;
  • Поддержку многопроцессорного режима работы;
  • Средства задания размера страницы памяти;
  • Средства обнаружения ошибок и функциональной избыточности;
  • Управление производительностью;
  • Наращиваемость с помощью Intel OverDrive процессора.

Архитектура Pentium процессора

1 — 64-битовый шинный интерфейс;
2 — Средства кэширования программного кода;
3 — Буферы выборки с упреждением;
4 — 32-битовый целочисленный блок АЛУ;
5 — 32-битовый целочисленный блок АЛУ;
6 — Набор регистров;
7 — Средства кэширования данных;
8 — Блок предсказания правильного адреса перехода;
9 — Блок конвеерных вычислений с плавающей запятой.

Суперскалярная архитектура

Суперскалярная архитектура Pentium процессора представляет собой совместимую только с INTEL двухконвеерную индустриальную архитектуру, позволяющую процессору достигать новых уровней производительности посредством выполнения более, чем одной команды за один период тактовой частоты. Термин «суперскалярная» обозначает микропроцессорную архитектуру, которая содержит более одного вычислительного блока. Эти вычислительные блоки, или конвееры, являются узлами, где происходят все основные процессы обработки данных и команд.

Появление суперскалярной архитектуры Pentium процессора представляет собой естественное развитие предыдущего семейства процессоров с 32-битовой архитектурой фирмы INTEL. Например, процессор Intel486 способен выполнять несколько своих команд за один период тактовой частоты, однако предыдущие семейства процессоров фирмы INTEL требовали множество циклов тактовой частоты для выполнения одной команды.

Возможность выполнять множество команд за один период тактовой частоты существует благодаря тому, что Pentium процессор имеет два конвеера, которые могут выполнять две инструкции одновременно. Так же, как и Intel486 с одним конвеером, двойной конвеер Pentium процессора выполняет простую команду за пять этапов: предварительная подготовка, первое декодирование ( декодирование команды ), второе декодирование ( генерация адреса ), выполнение и обратная выгрузка. Это позволяет нескольким командам находиться в различных стадиях выполнения, увеличивая тем самым вычислительную производительность.

Каждый конвеер имеет свое арифметическо-логическое устройство (ALU), совокупность устройств генерации адреса и интерфейс кэширования данных. Так же как и процессор Intel486, Pentium процессор использует аппаратное выполнение команд, заменяющее множество микрокоманд, используемых в предыдуших семействах микропроцессоров. Эти инструкции включают загрузки, запоминания и простые операции АЛУ, которые могут выполняться аппаратными средствами процессора, без использования микрокода. Это повышает производительность без затрагивания совместимости. В случае выполнения более сложных команд, для дополнительного ускорения производительности выполнения расширенного микрокода Pentium процессора для выполнения команд используются оба конвеера суперскалярной архитектуры.

В результате этих архитектурных нововведений, по сравнению с предыдущими микропроцессорами, значительно большее количество команд может быть выполнено за одно и то же время.

Раздельное кэширование программного кода и данных

Другое важнейшее революционное усовершенствование, реализованное в Pentium процессоре, это введение раздельного кэширования. Кэширование увеличивает производительность посредством активизации места временного хранения для часто используемого программного кода и данных, получаемых из быстрой памяти, заменяя по возможности обращение ко внешней системной памяти для некоторых команд. Процессор Intel486, например, содержит один 8-KB блок встроенной кэш-памяти, используемой одновременно для кэширования программного кода и данных.

Проектировщики фирмы INTEL обошли это ограничение использованием дополнительного контура, выполненного на 3.1 миллионах транзисторов Pentium процессора ( для сравнения, Intel486 содержит 1.2 миллиона транзисторов ) создающих раздельное внутреннее кэширование программного кода и данных. Это улучшает производительность посредством исключения конфликтов на шине и делает двойное кэширование доступным чаще, чем это было возможно ранее. Например, во время фазы предварительной подготовки, используется код команды, полученный из кэша команд. В случае наличия одного блока кэш-памяти, возможен конфликт между процессом предварительной подготовки команды и доступом к данным. Выполнение раздельного кэширования для команд и данных исключает такие конфликты, давая возможность обеим командам выполняться одновременно. Кэш-память программного кода и данных Pentium процессора содержит по 8 KB информации каждая, и каждая организована как набор двухканального ассоциативного кэша — предназначенная для записи только предварительно просмотренного специфицированного 32-байтного сегмента, причем быстрее, чем внешний кэш. Все эти особенности расширения производительности потребовали использования 64-битовой внутренней шины данных, которая обеспечивает возможность двойного кэширования и суперскалярной конвеерной обработки одновременно с загрузкой следующих данных. Кэш данных имеет два интерфейса, по одному для каждого из конвееров, что позволяет ему обеспечивать данными две отдельные инструкции в течение одного машинного цикла. После того, как данные достаются из кэша, они записываются в главную память в режиме обратной записи. Такая техника кэширования дает лучшую производительность, чем простое кэширование с непосредственной записью, при котором процессор записывает данные одновременно в кэш и основную память. Тем не менне, Pentium процессор способен динамически конфигурироваться для поддержки кэширования с непосредственной записью.

Таким образом, кэширование данных использует два различных великолепных решения: кэш с обратной записью и алгоритм, названный MESI ( модификация, исключение, распределение, освобождение) протокол. Кэш с обратной записью позволяет записывать в кэш без обращения к основной памяти в отличие от используемого до этого непосредственного простого кэширования.

Эти решения увеличивают производитльность посредством использования преобразованной шины и предупредительного исключения самого узкого места в системе. В свою очередь MESI-протокол позволяет данным в кэш-памяти и внешней памяти совпадать — великолепное решение в усовершенствованных мультипроцессорных системах, где различные процессоры могут использовать для работы одни и те же данные.

Рекомендуемый объем общей кэш-памяти для настольных систем, основанных на Pentium процессоре, равен 128-256 K, а для серверов — 256 K и выше.

Высокопроизводительный блок вычислений с плавающей запятой

Нарастающая волна 32-разрядных программных приложений включает много интенсивно вычисляющих, графически ориентиро-программ, которые занимают много процессорных ресурсов на выполнение операций с плавающей запятой, обеспечивающих математические вычисления. Поскольку требования к персональным компьютерам со стороны программного обеспечения по вычислениям с плавающей запятой постоянно возрастают, удовлетворить эти потребности могут усовершенствования в микропроцессорной технологии. Процессор Intel486 DX, например, был первым микропроцессором, интегрированным на одной подложке с математическим сопроцессором. Предыдущие семейства процессоров фирмы INTEL, при необходимости использования вычислений с плавающей запятой, использовали внешний математический сопроцессор.

Pentium процессор позволяет выполнять математические вычисления на более высоком уровне благодаря использованию усовершенствованного встроенного блока вычислений с плавающей запятой, который включает восьмитактовый конвеер и аппаратно реализованные основные математические функции. Четырехтактовые конвеерные команды вычислений с плавающей запятой дополняют четырехтактовую целочисленную конвееризацмю. Большая часть команд вычислений с плавающей запятой могут выполняться в одном целочисленном конвеере, после чего подаются в конвеер вычислений с плавающей запятой. Обычные функции вычислений с плавающей запятой, такие как сложение, умножение и деление, реализованы аппаратно с целью ускорения вычислений.

В результате этих инноваций, Pentium процессор выполняет команды вычислений с плавающей запятой в пять раз быстрее, чем 33-МГц Intel486 DX, оптимизируя их для высокоскоростных численных вычислений, являющихся неотъемлемой частью таких усовершенствованных видеоприложений, как CAD и 3D-графика.

Pentium процессор на тактовой частоте 66 МГц работает как «числодробилка» с рейтингом 64.5 по тесту SPECint92, практически не уступая RISC-процессору Alpha компании Digital, но с тактовой частотой вдвое более высокой.

Общая производительность Pentium процессора превосходит в 6 раз 25 МГц Intel486 SX и в 2.6 раз — 66 МГц Intel486 DX2. Индекс по рейтингу iCOMP для 66 МГц Pentium процессора, который выполняет 112 миллионов операций в секунду, составляет 567. Индекс по iCOMP ( Intel COmparative Microprocessor Peformance ) выполняет относительное сравнение производительности 32-битовых процессоров фирмы INTEL.

Расширенная 64-битовая шина данных


Pentium процессор снаружи представляет собой 32-битовое устройство. Внешняя шина данных к памяти является 64-битовой, удваивая количество данных, передаваемых в течение одного шинного цикла. Pentium процессор поддерживает несколько типов шинных циклов, включая пакетный режим, в течение которого происходит порция данных из 256 бит в кэш данных и в течение одного шинного цикла.

Шина данных является главной магистралью, которая передает информацию между процессором и подсистемой памяти. Благодаря этой 64-битовой шине данных, Pentium процессор существенно повышает скорость передачи по сравнению с процессором Intel486 DX — 528 MB/сек для 66 МГц, по сравнению со 160 MB/сек для 50 МГц процессора Intel486 DX. Эта расширенная шина данных способствует высокоскоростным вычислениям благодаря поддержке одновременной подпитки командами и данными процессорного блока суперскалярных вычислений, благодаря чему достигается еще большая общая производительность Pentium процессора по сравнению с процессором Intel486 DX.

В общем, имея более широкую шину данных, Pentium процессор обеспечивает конвееризацию шинных циклов, что способствует увеличению пропускной способности шины. Конвееризация шинных циклов позволяет второму циклу стартовать ранше завершения выполнения первого цикла. Это дает подсистеме памяти больше времени для декодирования адреса, что позволяет использовать более медленные и менее дорогостоящие компоненты памяти, уменьшая в результате общую стоимость системы. Ускорение процессов чтения и записи, параллелилизм адреса и данных, а также декодирование в течение одного цикла — все вместе позволяет улучшить пропускную способность и повышает возможности системы.

Мультипроцессорность

Pentium процессор — это идеал для наростающей волны мультипроцессорных систем, а также высочайший уровень производительности и вычислительной мощности в области современных вычислительных средств. Мультипроцессорные приложения, которые соединяют два или более Pentium процессоров — хорошо обслуживаются посредством усовершенствованной архитектуры кристаллов, раздельным встроенным кэшированием программного кода и данных, а также наборами микросхем для управления внешней кэш-памятью и утонченными средствами контроля целостности данных.

Как обсуждалось ранее, Pentium процессор поддерживает упорядоченный кэш с его MESI протоколом. Когда один процессор получает доступ к данным, которые кэшируются в другом процессоре, он имеет возможность приема правильных данных. И если данные модифицировались, все процессоры получают возможность доступа к приему данных в модифицированном виде. Новейший Pentium процессор фирмы INTEL также определяет, какие команды распознаются системой в соответствии с ипользуемым способом программирования. Это строго определенно подсказывает, каким образом программному обеспечению, разработанному для однопроцессорной системы, корректно работать в многопроцессорном окружении.

Средства разделения памяти на страницы

Pentium процессор предлагает опции поддержки любой из традиционных размеров страниц памяти — 4 KB или более широкие, 4 MB страницы. Эта опция позволяет производить вычисление частоты свопинга страниц в комплексных графических приложениях, буферах фреймов, а также ядер операционных систем, где увеличенный размер страницы сейчас позволяет пользователям перепланировать шире первоначально громоздкие объекты. Увеличение страниц дает результат в виде повышения производительности, причем все это отражается на прикладном программном обеспечении.

Определение ошибок и функциональная избыточность

Хорошая защита данных и обеспечение их целостности посредством внутренних средств становится крайне важным в приложениях, критичным к потерям данных благодаря распространению современного окружения клиент-серверов. Pentium процессор содержит два усовершенствования, традиционно присущих проектированию класса больших ЭВМ — внутреннее определение ошибок и контроль за счет функциональной избыточности ( FCR ) — это помогает обеспечить целостность данных развивающихся сегодня систем, базирующихся на настольных компьютерах.

Внутреннее определение ошибок дополняет битом четности внутренний код и кэширование данных, сдвиговую ассоциативную таблицу страниц, микрокод, а также целевой буфер перехода, помогая определять ошибки таким образом, что это остается незаметным и для пользователя, и для системы. В то же время контроль с помощью функциональной избыточности оптимизирован для приложений, критических к потерям данных, где Pentium процессор может работать в конфигурации основной/контролирующий. Если между двумя процессорами обнаруживаются разногласия, система извещается об ошибке. В результате происходит обнаружение более, чем 99% ошибок.

Кроме того, на подложке процессора расположено устройство встроенного тестирования. Самотестирование охватывает более 70% узлов Pentium процессора, не требует выполнения сброса кристалла и представляет собой процедуру, обычно используемую при диагностике систем. Другими встроенными решениями является реализация стандарта IEEE 1149.1, позволяющая тестировать внешние соединения проессора и отладочный режим, дающий возможность программному обеспечению просматривать регистры и состояние процессора.

Управление производительностью

Управление производительностью — особенность Pentium процессора, что позволяет разработчикам систем и прикладных расширений оптимизировать свои аппаратные и программные средства посредством определения потенциально узкого места для программного кода. а работчики могут наблюдать и считать такты для внутренних событий процессора, таких, как производительность чтения и записи данных, кэширование совпадений и выпадений, прерываний и использования шины. Это позволяет им измерять эффективность, которую имеет код в двойной архитектуре Pentium процессора и в своих продуктах и выполнять тонкую настройку своих приложений или систем для достижения оптимальной производительности. Выгода для конечных пользователей — это более высокие достоинства и высшая производительность, и все это благодаря хорошему взаимодействию с Pentium процессором, пользовательской системой и прикладным программным обеспечением.

Давая возможность разработчикам проектировать системы с управлением энергопотреблением, защитой и другими свойствами, Pentium процессор поддерживаем режим управления системой (SMM), подобный режиму архитектуры Intel SL.

Наращиваемость

Вместе со всем, что сделано нового для 32-битовой микропроцессорной архитектуры фирмы INTEL, Pentium процессор сконструирован для легкой наращиваемости с использованием архитектуры наращивания фирмы INTEL. Эти нововведения защищают инвестиции пользователей посредством наращивания производительности, которая помагает поддерживать уровень продуктивности систем, основанных на архитектуре процессоров фирмы INTEL, больше, чем продолжительность жизни отдельных компонентов. Технология наращивания делает возможным использовать преимущества большинства процессоров усовершенствованной технологи в уже существующих системах с помощью простой инсталяции средства однокристального наращивания производительности. Например, первое средство наращивания — это OverDrive процессор, разработанный для процессоров Intel486 SX и Intel486 DX, использующий технологию простого удвоения тактовой частоты, использованную при разработке микропроцессоров Intel486 DX2.

Посредством наращивания одного из этих дополнительных процессоров в сокет, расположенный возле центрального микропроцессора на большинстве материнских платах Intel486, пользователи могут увеличить общую производительность системы более, чем на 70% практически для всех программных приложений.

Технология наращивания с помощью OverDrive процессоров возможна и для систем, основанных на семействе Pentium процессора, посредством простой установки в будущем процессора, выполненного по усовершенствованной технологии. В свою очередь, технология Pentium процессора является основой дополнительного процессора, разрабатываемого для систем, базируемых на Intel486 DX2.

Процессоры Pentium фирмы Intel представляют пятое поколение процессоров семейства х86. По базовой регистровой архитектуре и системе команд они совместимы с вышеописанными 32-битными процессорами, но имеют 64-битную шину данных, благодаря чему их иногда ошибочно называют 64-разрядными. По сравнению с предыдущими поколениями процессоры Pentium имеют следующие качественные отличия:

  • Суперскалярная архитектура: процессор имеет два параллельно работающих конвейера обработки (U-конвейер с полным набором инструкций и V-конвейер с несколько ограниченным набором), благодаря чему он способен одновременно выполнять две инструкции. Однако преимущества этой архитектуры полностью реализуются только при специальном режиме компиляции ПО.
  • Применение технологии динамического предсказания ветвлений совместно с выделенным внутренним кэшем команд объемом 8 Кбайт, обеспечивает максимальную загрузку конвейеров.
  • Внутренний (Level 1) кэш данных объемом к Кбайт в отличие от 486-го работает с отложенной (до освобождения внешней шины) записью и настраивается на режим сквозной или обратной записи, поддерживая протокол
  • Внешняя шина данных ради повышения производительности имеет разрядность 64 бит, что требует соответствующей организации памяти.
  • Встроенный сопроцессор за счет архитектурных улучшений (конвейеризации) в 2-10 раз превосходит FPU-486 по производительности.
  • Введено несколько новых инструкций, в том числе распознавание семейства и модели CPU.
  • Применено выявление ошибок внутренних устройств (внутренний контроль паритета) и внешнего интерфейса шины, контролируется паритет шины адреса.
  • Введена возможность построения функционально-избыточной двухпроцессорной системы.
  • Реализован интерфейс построения двухпроцессорных систем с симметричной архитектурой (начиная со второго поколения Pentium).
  • Введены средства управления энергопотреблением.
  • Применена конвейерная адресация шинных циклов.
  • Сокращено время (число тактов) выполнения инструкций.
  • Введена трассировка инструкций и мониторинг производительности.
  • Расширены возможности виртуального режима — введена виртуализация флага прерываний.
  • Введена возможность оперирования страницами размером 4 Мб в режиме страничной переадресации (Paging).

Все Pentium-процессоры имеют средства SMM, возможности которых расширялись по мере появления новых моделей. Средства тестирования включают возможность выполнения встроенного теста BIST (Built-In Self Test), обеспечивающего выявление ошибок микрокодов, программируемых логических матриц, тестирование командной кэш-памяти, кэш-памяти хранения данных, буфера быстрой переадресации и ROM. Все процессоры имеют стандартный тестовый порт IEEE 1149.1, позволяющий тестировать процессор с помощью интерфейса JTAG.

В процессорах реализованы новые дополнительные средства отладки:

  • зондовый режим (Probe Mode), обеспечивающий доступ к внутренним регистрам и пространствам ввода-вывода системной памяти процессора Pentium. Этот режим позволяет проверять и изменять состояние CPU, обеспечивая средства для отладки программ с возможностями, подобными внутрисхемным эмуляторам;
  • расширения отладки DE (Debug Extensions), позволяющие ставить контрольные точки по адресам ввода-вывода;
  • внутренние счетчики, используемые для текущего контроля производительности и учета числа событий;
  • пошаговое исполнение с помощью команды CPUID.

Процессоры Pentium первого поколения (Р5) с тактовой частотой 60 и 66 МГц имели напряжение питания 5 В, что приводило к большому тепловыделению (на частоте 66 МГц — 16 Вт). Они выпускались в корпусах PGA-273 (матрица 21×21), для установки этих процессоров предназначен сокет 4.

Первые модели процессоров имели ошибку в FPU (floating point flaw), выражавшуюся в потере точности при выполнении деления с некоторыми сочетаниями операндов. Ошибка могла появляться от 4-го до 19-го разряда после десятичной точки. С начала 1995 года процессоры выпускались уже без ошибок. Статистические исследования показывают, что ошибка может проявляться раз в несколько лет. Тем не менее фирма Intel до сих пор обеспечивает бесплатную замену уже проданных процессоров с ошибкой на исправленные версии, но без «апгрейда» на более современные модели. Процессоры с ошибкой могут быть выявлены с помощью утилиты CPUIDF.EXE, которую можно получить на Web-сервере компании.

Pentium Overdrive 120 и 133 МГц (Overdrive for Pentium) — вариант процессора Pentium второго поколения (с пониженным энергопотреблением и удвоением частоты), предназначенный для замены процессоров Pentium 1-го поколения. Он имеет корпус PGA-273, устанавливаемый в сокет 4. Эти процессоры дороже обычных Pentium 120 или 133, их применение имеет смысл только тогда, когда по каким-либо причинам нет возможности заменить старую системную плату, а производительности Pentium 60 или 66 Мгц недостаточно. Но более мощный процессор в такую плату все равно уже не поставить.

Процессоры Pentium второго поколения (Р54) имеют напряжение питания 3,3 В и менее, что существенно снижает рассеиваемую мощность. При этом их входные и выходные сигналы остаются совместимыми с ТТЛ, однако для входов допустимый уровень сигнала ограничен на уровне 3,3 В (кроме тактовых входов CLC и PICCLC, допускающих уровень до 5 В). Более совершенные модели второго поколения используют технологию снижения напряжения питания VRT (Voltage Reduction Technology). При этом напряжение питания VCC для интерфейсных схем остается равным 3,3 В, а для питания ядра, потребляющего около 90% мощности, VCC снижено до 2,9 В, что уменьшает рассеиваемую мощность.

Процессоры изготавливаются в корпусах SPGA-296 с шахматным расположением выводов, для их установки предназначены сокеты 5 и 7. Сокет 7 имеет две шины питания: VCC2 для питания ядра процессора и VCC3 для питания интерфейсных схем — и допускает установку процессоров с VRT-технологией.

В процессорах второго поколения применяется внутреннее умножение частоты, при этом интерфейсные схемы внешней системной шины работают на частотах 50, 60 или 66,66 МГц, а ядро процессора работает на более высокой частоте (75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 180 и 200 МГц). Разделение частот позволяет реализовать достижения технологии изготовления процессоров, существенно опережающие возможности повышения производительности памяти и других традиционных компонентов компьютера. Коэффициент умножения (1,5, 2, 2,5 или 3) задается комбинацией уровней сигналов на входах BF0, BF1 в пределах, разрешенных спецификацией тактовой частоты процессора. Независимость установки внешней частоты и коэффициента умножения позволяет одну и ту же внутреннюю частоту задавать разными способами. Например, 100 МГц можно получить и как 50×2, и как 66,66×1,5. Последний вариант в общем случае предпочтительнее, поскольку при этом шина PCI будет работать на частоте 33 МГц, а не 25 МГц. Однако бывают и исключения: если установленная память при частоте 66 МГц потребует больше тактов ожидания, чем при 50 МГц, то предпочтительнее скорее всего будет частота 50 МГц.

Процессоры с различающимися значениями тактовых частот, указанных в маркировке на корпусе, выполняются по одним и тем же шаблонам (схемам) в пределах одной группы степпинга (см. ниже). Маркировка частоты наносится после жестких отбраковочных испытаний в зависимости от частоты, на которой он полностью прошел выходной контроль. Это открывает возможности для «разгона» процессоров, включая и пиратскую перемаркировку, когда на процессор наносится новое обозначение завышенной тактовой частоты. Против перемаркировки в некоторых моделях процессоров устанавливали специальные схемы, не допускающие разгона.

Pentium OverDrive 125, 150 и 166 МГц — вариант процессоров 2-го поколения для замены Pentium 75, 90 и 100 МГц. От обычных в основном отличаются фиксированным (установленным внутри корпуса) коэффициентом умножения частоты. Предназначены для установки в сокет 5 или 7.

Процессоры Pentium MMX (Р55С) — новое поколение процессоров, основанное на MMX-технологии, ориентированной на мультимедийное, 2D- и 3D- графическое и коммуникационное применение. В архитектуру Pentium введены восемь 64-битных регистров (точнее, появилась возможность иного использования регистров FPU), 4 новых типа данных и 57 дополнительных мнемоник инструкций для одновременной обработки нескольких единиц данных (SIMD — Single Instruction Multiple Data). Одновременно обрабатываемое 64-битное слово может содержать как одну единицу обработки, так и восемь однобайтных, четыре двухбайтных, или два четырехбайтных операнда. В остальных командах обеспечивается совместимость с Pentium.

Кроме MMX-расширения, в архитектуре Pentium MMX имеется ряд усовершенствований, повышающих его производительность и на обычных операциях. Более эффективный способ предсказания ветвлений позаимствован у Pentium Pro, удвоено число буферов записи (их стало четыре) и удвоен объем обеих частей кэша L1 (теперь 16+16 Кб), увеличено число ступеней конвейеров, улучшена возможность параллельных вычислений (процессор способен выполнять две SIMD-инструкции с 16-битными данными за 1 такт).

В двухпроцессорных системах Pentium MMX поддерживает только симметричную архитектуру, возможность функционально-избыточного контроля (FRC) изъята.

Применено раздельное питание ядра (напряжение 2,7-2,9 В, номинал 2,8 В) и интерфейсных схем (3,135 — 3,6 В, номинал 3,3 В). Процессор совместим по выводам с Pentium второго поколения с технологией VRT и устанавливается в сокет 7 (установка в сокет 5 механически возможна, но электрически недопустима).

Мастер Йода рекомендует:  Помнить все делимся лучшей шпаргалкой по Python

Процессоры Pentium для мобильных применений имеют пониженное энергопотребление, обеспеченное снижением напряжения питания ядра процессора. Кроме того, из этих процессоров изъяты средства поддержки двухпроцессорных систем, APIC и соответствующие им внешние выводы. Процессоры этого класса исполняются в корпусах SPGA, а также в корпусах TCP, имеющих выводы, расположенные по периметру корпуса.

Интерфейс шины процессоров Pentium

По интерфейсу шина процессора Pentium напоминает шину i486, но имеет заметные отличия. Новые особенности направлены на поддержку политики обратной записи кэша, повышение производительности и обеспечение дополнительных функциональных возможностей. Если шина i486 была ориентирована на максимальную гибкость и простоту подключения устройств с различной разрядностью, то шина Pentium ориентирована на достижение максимальной производительности. Шина данных стала 64-битной для повышения производительности обмена с памятью. Возможность динамического управления разрядностью шины (сигналы BS16# и BS8#) изъята, согласование по разрядности с интерфейсными шинами возложено на микросхемы чипсета.

При разрешенном контроле паритета данных (сигналом PEN) ошибка вызывает не только срабатывание сигнала РСНК#, но и фиксацию сбойного адреса и данных в регистре машинного контроля. А если установлен бит MCE регистра CR4, по этой ошибке генерируется исключение 18.

В дополнение к контролю паритета шины данных введен контроль паритета шины адреса. Обнаруженная ошибка паритета бит А[31:5] шины адреса только вызывает сигнал ошибки АРСНК#, который может быть обработан системной логикой. Пакетные циклы выполняются только при обращениях к памяти, причем как при чтении (как это было у 486-го), так и при записи. Пакетные циклы связаны только с кэшируемой памятью, при этом кэшируемость памяти подразумевает и ее поддержку пакетного режима. Во время пакетного цикла сигналы разрешения байт и младшие биты адреса А[4:3] не меняются (пакеты всегда выровнены по границам строк кэша). Порядок чередования адресов (табл. 1), как и у процессора 486, оптимизирован для двухбанковой организации памяти. Снова появилась конвейерная адресация на шине (как у 286-го и 386-го), что позволяет одновременно на шине присутствовать двум обслуживаемым запросам. На рис.1 и 2 приведены временные диаграммы одиночных и конвейеризованных пакетных циклов. Признаком пакетного цикла (и его окончания) является сигнал CACHE#. Внешняя система не может прервать пакетный цикл, начатый процессором (в 486-м она могла заставить процессор любой пакетный цикл преобразовать в обычные сигналом RDY#). Конвейеризация запрашивается сигналом NA#, в ответ на который процессор через такт выдаст адрес следующего цикла. Без конвейеризации следующий адрес (и тип цикла) был бы выставлен только после завершения передачи данных текущего цикла.

Как и у предыдущих процессоров, тип шинного цикла задается управляющими сигналами М/Ю#, D/C# и W/R#, действующими одновременно со стробом ADS#. Кроме циклов обращения к памяти, вводу-выводу и подтверждения прерывания, процессор имеет специальные шинные циклы, идентифицируемые по комбинации сигналов ВЕ[0:7]# (табл.2). Эти циклы, так же как и остальные, требуют подтверждения сигналом BRDY#.

Таблица 1. Последовательность адресов в пакетном цикле Pentium

Первый адрес Второй адрес Третий адрес Четвертый адрес
8 10h 18h
8 18h 10h
10h 18h 8
18h 10h 8
Таблица 2. Идентификация шинных циклов Pentium

ВЕ[7:0]#:
76543210
Специальный цикл:

M/IO# = 0, D/C# = 0 и W/R# = 1

11111110 Shutdown
11111101 Flush (инструкции INVD, WBINVD)
11111011 Halt
11110111 Writeback (инструкция WBINVD)
11101111 Flush Acknowledge (сигнал FLUSH#)
11011111 Branch Trace Message

Процессор имеет вход EWBE#, с помощью которого он отслеживает состояние внешних буферов отложенной записи для обеспечения корректной последовательности шинных циклов записи. Для поддержания согласованности данных кэша и основной памяти процессор отрабатывает циклы слежения (Snoop Cycle или Inquire Cycle), инициированные внешней (для него) системой. Эти циклы, как и в 486-м, используют сигналы AHOLD#, EADS# и ответные сигналы процессора HIT# и HITM#. Сигнал FLUSH# вызывает выгрузку всех модифицированных строк первичного кэша (обратную запись). Циклы слежения инициируется системой для определения присутствия затребованной области памяти в строке какой-либо кэш памяти и определения ее состояния. Процессоры, начиная с Pentium, поддерживают протокол MESI, названный по определяемым им состояниям М (Modified), Е (Exclusive), S (Shared) и I (Invalid). Состояния определяются следующим образом:

M-state — строка присутствует только в одном кэше и модифицирована, то есть отличается от содержимого основной памяти. Доступ к этой строке возможен без генерации внешнего (по отношению к локальной шине) цикла обращения;
E-state — строка присутствует только в одном кэше, но не модифицирована. Доступ к этой строке возможен без генерации внешнего цикла обращения, при записи в нее она перейдет в состояние «М»;
S-state — строка потенциально может присутствовать в нескольких кэшах. Ее чтение возможно без генерации внешнего цикла, а запись в нее должна сопровождаться сквозной записью в основную память, что повлечет аннулирование соответствующих строк в других кэшах;
I-state — строка отсутствует в кэше, ее чтение может привести к генерации цикла заполнения строки. Запись в нее будет сквозной и выйдет на внешнюю шину.

Инициализация процессора выполняется по сигналу RESET, как и для предыдущих процессоров. В дополнение ко входу сброса RESET введен сигнал INIT, по которому процессор переходит в то же состояние, что и по сигналу RESET, но сохраняя содержимое кэша и регистров FPU. Этот сигнал может быть использован для переключения из защищенного режима в реальный.

Во время действия сигнала RESET должны установиться значение на входах управления коэффициентом умножения BF[1:0] и частота на входе CLC. Колебания входной частоты не могут быстро отрабатываться схемой умножителя, построенной на основе петли фазовой автоподстройки частоты PLL (Phase Lock Loop). При нестабильности генератора входной частоты работоспособность процессора не гарантируется.


Для процессоров первого поколения умножение частоты не применялось (KF=1). Для процессоров с частотой 75-133 МГц коэффициент умножения (1,5 или 2) официально определялся сигналом BF, но фактически многие процессоры воспринимали два сигнала: BF0 (называемый просто BF) и BF1. Значение коэффициентов умножения для различных моделей Pentium приведены в табл.3. Пока что они отличаются только трактовкой коэффициента по умолчанию (когда оба вывода BF0 и BF1 свободны), но для грядущего процессора 266 МГц, вероятно, комбинация 10 будет означать коэффициент 4 (а не 2, как указано в справочном листке на процессоры ММХ).

Таблица 3. Коэффициент умножения частоты процессоров

Pentium 75-133 МГц Pentium ММХ 166-233 МГц
BF[1:0] KF FCORE* KF FCORE*
00 2.5 150, 166 2.5х 166
01 3.0 180, 200 3.0x 200
10 2.0 100, 120, 133 2.0x Нет
11 1.5 75, 90, 100 3.5x 233**

* Частота ядра указана для внешней частоты 66,66 МГц.
** Допустимый диапазон внешней частоты 33,33-66,66 МГц.

В момент окончания действия сигнала RESET процессор кроме нормального рабочего режима может быть переведен в один из следующих режимов:

  • BIST (Built-In Self Test) — встроенный тест, выполняемый приблизительно за 219 тактов ядра и охватывающий около 70% внутренних блоков процессора. Во время выполнения теста процессор не генерирует внешних циклов. После выполнения теста процессор переходит в рабочий режим, о результате завершения можно судить по содержимому регистра ЕАХ. Нулевое значение указывает на исправность, любое другое — на отказ какого-либо блока. Если во время выполнения BIST процессор обнаружит внутреннюю ошибку паритета, он выставит сигнал IERR# и попытается выполнить ShutDown. BIST запускается при высоком уровне сигнала INIT во время спада сигнала RESET;
  • Tristate Test Mode — режим, при котором все (кроме TDO) выходные и двунаправленные сигналы переходят в третье состояние, включается по низкому уровню сигнала FLUSH# во время спада сигнала RESET;
  • FRC — режим, при котором процессор работает в качестве проверяющего в функционально-избыточной двухпроцессорной системе. Включается при низком уровне на входе FRCMC# во время спада сигнала RESET.

Для процессоров Pentium источниками аппаратно вызываемых прерываний являются следующие входные сигналы, расположенные в порядке убывания приоритета:

  • BUSCHK# — контроль шины, вызывающий исключение MCE;
  • R/S# — переключение в зондовый режим;
  • FLUSH# — очистка кэш-памяти (может вызвать поток операций записи);
  • SMI# — прерывание входа в режим SMM;
  • INIT — «мягкий» сброс процессора;
  • NMI — немаскируемое прерывание;
  • INTR— запрос маскируемых прерываний;
  • STOPCLK# — останов синхронизации.

Здесь понятие прерывания трактуется несколько шире и относится ко всем событиям, заставляющим процессор генерировать внешние циклы вне очереди, определяемой прерываемой последовательностью инструкций (таким образом можно определить действие сигнала FLUSH#). Если в процессоре разрешена работа контроллера APIC, то прерывания, поступающие по его шине, заменяют в данном списке сигналы NMI и INTR.

Процессоры второго поколения имеют возможность изменять порядок приоритета прерываний с помощью бита ITR (бит 9 регистра TR12). В табл.4 приведены два возможных варианта приоритетов прерываний.

Зондовый режим отладки (Probe Mode) использует тестовый порт ТАР (Test Acess Port) подключения интерфейса JTAG. Этот интерфейс может использоваться не только для тестирования (Boundary Scan), но и для отладочных целей. Для этого в состав порта ТАР введен сигнал R/S#, по его отрицательному перепаду процессор завершает выполнение текущей инструкции и останавливается, сообщив об этом сигналом PRDY. В этом состоянии по интерфейсу JTAG внешнее отладочное устройство может «пообщаться» со всеми внутренними регистрами процессора, после чего, возвратив сигнал в неактивное состояние (высокий уровень), «отпустить» процессор для продолжения выполнения прерванного потока инструкций. По предоставляемым возможностям отладки зондовый режим эквивалентен внутрисхемному эмулятору — мечте любого разработчика самого аппаратно-зависимого программного обеспечения. Для подключения порта ТАР фирма Intel предлагает на системной плате устанавливать специальный 20- или 30-штырьковый разъем, к которому подключается шлейф внешнего отладчика. На этот разъем выводятся сигналы процессора R/S#, PRDY, TDI, TDO, TMS, ТСК и TRST# — все, что нужно для внутрисхемной отладки. Но даже если этого разъема нет на системной плате, подключиться к выводам ТАР можно через специальную переходную колодку, к которой подключен шлейф ТАР. Колодка вставляется в сокет, а в нее — процессор. Есть и сдвоенные колодки для отладки двухпроцессорных систем.

Таблица 4. Приоритеты прерываний процессоров Pentium

Прерывание ITR = 0 (по умолчанию) ITR = 1
1 Точка останова (INT 3) Точка останова (INT 3)
2 BUSCHK# BUSCHK#
3 Ловушки отладки (INT 1) FLUSH#
4 R/S# SMI#
5 FLUSH# Ловушки отладки (INT 1)
6 SMI# R/S#
7 INIT INIT
8 NMI NMI
9 INTR INTR
10 Ошибка FPU Ошибка FPU
11 STPCLK# STPCLK#
12 Отказ на следующей инструкции Отказ на следующей инструкции

Режим SMM реализован аналогично предыдущим процессорам 386SL и 486SL, но начиная со второго поколения имеется возможность рестарта инструкций (см. табл. 3.9) и входа в SMM по сообщению, принятому с шины APIC.

Процессоры Pentium 2-го поколения имеют возможность снижения энергопотребления в нерабочем режиме (табл. 5). По сигналу STOPCLK# процессор выгружает буфера записи и входит в режим Stop Grant, в котором прекращается тактирование большинства узлов процессора, что вызывает снижение энергопотребления примерно в 10 раз. В этом состоянии он прекращает исполнение инструкций и не обслуживает прерывания, однако продолжает слежение за шиной данных, отслеживая кэш-попадания. Из этого состояния процессор выходит по снятию сигнала STOPCLK#. Управление сигналом STOPCLK# совместно с использованием режима SMM реализует механизм расширенного управления питания АРМ (Advanced Power Management). При отсутствии активности внешняя схема (чипсет) по команде, исполненной в режиме SMM, устанавливает данный сигнал. По пробуждающему событию внешняя схема (без участия процессора, который «спит») снимает сигнал, и процессор продолжает работу. Кроме того, с помощью сигнала STOPCLK# возможно и замедление процессора (с пропорциональным снижением потребляемой мощности), если на этот вход подавать периодический импульсный сигнал. Скважность импульсов будет определять коэффициент простоя процессора и, следовательно, его производительность (как бы снижая условную тактовую частоту).

В состояние пониженного потребления Auto HALT PowerDown процессор переходит при исполнении инструкции HALT. В этом состоянии процессор реагирует на все прерывания и также продолжает слежение за шиной. В режиме остановки внешней синхронизации процессор потребляет минимальную мощность, но в этом режиме он не выполняет никаких функций, а последующая подача синхронизации должна сопровождаться сигналом аппаратного сброса RESET.

Таблица 5. Энергопотребление процессоров Pentium MMX

Частота, МГц 233 200 166
Ток ICC2, А 6,5 5,7 4,75
Ток ICC3, А 0,75 0,65 0,54
Мощность максимальная, Вт 17,0 15,7 13,1
Мощность типовая, Вт 7,9 7,3 6,1
Мощность, потребляемая в режимах Stop Grant и Auto Halt Powerdown, Вт* 2,61 2,41 2,0

*В режиме остановки синхронизации процессор потребляет менее 0,3 Вт.

В Pentium первого поколения имеются выходные сигналы трассировки, отражающие работу конвейеров (IU, IV), факты ветвлений (IBT) и трассу ветвлений ВТЗ-ВТО. Однако в процессорах второго поколения этих выводов нет — видимо, их наблюдать стало уже не интересно. Назначение сигналов приведено в табл.6.

Таблица 6. Назначение сигналов процессора Pentium

Сигнал I/O Назначение
А[31:3] I/O Address — сигналы шины адреса. Линии А[31:5] являются входными в циклах слежения
А20М I А20 Mask — маскирование бита А20 физического адреса для эмуляции адресного пространства 8086. При конфигурировании на двухпроцессорное применение сигнал игнорируется
ADS# O Address Status — сигнал идентификации адресного цикла, во время которого действительны сигналы W/R#, D/C#, M/IO#, ВЕ[0:7] и А[31:3]
ADSC#* O Address Status Copy — функционально идентичен ADS#, используется для разгрузки линии ADS#
AHOLD I Address Hold — запрос доступа к внутренней шине адреса процессора от другого контроллера шины для организации циклов слежения
АР I/O Address Parity — контрольный бит паритета шины адреса
APCHK# O Address Parity Check — сигнал ошибки паритета шины адреса
APICEN/ PICD1 * I Advanced Programmable Interrupt Controller Enable — сигнал разрешения работы APIC высоким уровнем во время спада сигнала RESET. Если APIC разрешен, в рабочем режиме вывод используется для линии данных APIC (Programmable Interrupt Controller Data 1)
BE[7:5]#
BE[4:0]#
O
I/O
Byte Enable — сигналы, указывающие на используемые байты шины данных в данном цикле шины. Сигналы ВЕ[0:3]# используются для задания идентификатора APIC во время действия сигнала RESET. BE4# используется как вход во время цикла FLUSH в двухпроцессорных системах
BF[1:0] I Bus Frequency — управление коэффициентом умножения частоты (см. табл.3). У Pentium 60 и 66 МГц отсутствуют
BOFF# I Backoff — сигнал, принудительно переводящий все выходы в высокоимпедансное состояние. Если он вводится во время шинного цикла, после снятия сигнала шинный цикл возобновится
BP[3:2]# O Breakpoint — сигналы, указывающие на попадание в точку останова по отладочным регистрам DR3 и DR2
PM/BP[1:0]# O Perfomance Monitor/Breakpoint — сигналы, указывающие на попадание в точку останова по отладочным регистрам DR1 и DR0 или срабатывание счетчиков, используемых для мониторинга производительности процессора
BRDY# I Burst Ready — вход готовности, по которому завершается текущий цикл передачи данных. В отличие от i486 сигнал используется для завершения всех циклов (сигнал RDY# исключен, пакетные циклы процессор применяет только к кэшируемой памяти, подразумевая их безусловную поддержку системой)
BRDYC#* Burst Ready Copy — логический эквивалент сигнала BRDY#
BREQ O Bus Requred — сигнал внутреннего запроса процессором доступа к шине. Действует и в то время, когда процессор не управляет шиной
BUSCHK# I Bus Check — сигнал, которым система может сообщить о неудачном завершении шинного цикла. При этом адрес и управляющие сигналы фиксируются в регистрах MCR, и при установленном бите MCE в регистре CR4 вырабатывается исключение «machine check exception». Не действует при активном сигнале STPCLK#
CACHE# O Для циклов, инициированных процессором, указывает на внутреннюю кэшированность цикла (при чтении) и на пакетный цикл в случае записи. Если сигнал во время чтения неактивен, процессор не будет кэшировать принятые данные, независимо от сигнала KEN#. Сигнал используется и для определения длины цикла (числа передач)
CLK I Clock — внешний сигнал синхронизации процессора
CPUTYP* I CPU Туре — определение типа процессора. У первичного (в двухпроцессорной системе) или единственного процессора вывод должен быть заземлен, у вторичного — соединен с шинои VCC. Для процессоров OverDrive применяется для определения необходимости использования протокола квитирования (в системах с двумя сокетами)
D/P#* O Dual/Primary — индикатор процессора. Первичный процессор, управляя шиной, устанавливает низкий уровень сигнала
D/C# O Data / Code# — сигнал, определяющий тип шинного цикла (высокий уровень при передаче данных памяти или ввода-вывода, низкий — при выборке кода, в цикле подтверждения прерывания или при останове)
D[63:0] I/O Data — сигналы шины данных
DP[7:0] I/O Data Parity — биты паритета байт [7:0] шины данных
[DPEN#] PICDO * I/O Dual Processing Enable — разрешение двухпроцессорного режима. Для вторичного процессора — выход, позволяющий первичному процессору (у которого этот сигнал является входным) определить присутствие вторичного по низкому уровню во время действия сигнала RESET#. Используется для индикации наличия процессора в сокете. В рабочем режиме используется как линия данных APIC
EADS# I External Address — индикатор присутствия действительного адреса на выводах шины адреса процессора. Используется для выполнения цикла слежения внутреннего кэша
EWBE# I External Write Buffer Empty — индикатор пустоты внешних буферов записи. Если во время генерации цикла записи процессор обнаруживает неактивное состояние этого сигнала, операция будет задержана для предоставления возможности внешним буферам выгрузить свои операции на шину
FERR# O Floating Point Error — сигнал ошибки мат. сопроцессора. Используется как запрос прерывания по ошибке
FLUSH# I Cache Flush — сигнал для полной очистки внутреннего кэша. По этому сигналу производятся все обратные записи, после чего специальным циклом подтверждения сообщит о завершении очистки. Если этот сигнал устанавливается перед окончанием действия сигнала RESET, процессор переходит в тестовый режим с высокоимпедансным состоянием выходных и двунаправленных линий
FRCMC#* I Functional Redundancy Checking Master/Checker — вход, определяющий роль процессора в функционально-избыточной паре: основной или проверочный. Воспринимается только во время сигнала RESET#
HIT#, HITM# O Сигналы результатов операции слежения за транзакцией. HIT# (Snoop Hit) указывает на кэш-попадание. HITM# (Hit Modified) указывает на попадание в модифицированную строку, запрещая другим контроллерам шины обращаться к этим данным до выполнения обратной записи (WB). Сигналы появляются через два такта после сигнала EADS# соответствующего цикла слежения
HLDA O Hold Acknowledge — подтверждение предоставления управления локальной шиной другому контроллеру
HOLD I Hold Request — запрос управления локальной шиной от другого контроллера
IERR# O Internal Error — сигнал обнаружения внутренней ошибки паритета или несравнения в режиме FRC
IGNNE# I Ignore Numeric Error — игнорирование ошибки сопроцессора — запрет вырабатывания исключения. Используется для совместимости с АТ, где вместо исключения вырабатывается аппаратное прерывание
INIT I Initialization — 4мягкая» инициализация процессора. Сигнал приводит к сбросу общих регистров и переходу по вектору, заданному при конфигурировании по включению. Содержимое кэш-памяти, буферов записи и регистров FPU не затрагивается. Если сигнал активен во время окончания действия сигнала RESET#, процессор выполняет BIST
LINT[1:0] (NMI, INTR) I Local APIC Interrupt — входы прерываний локальных контроллеров APIC. Если работа API С запрещена, LINT0 становится сигналом INTR, LINT1 — сигналом NMI. По сигналу RESET# работа API С разрешается и входы работают в режиме APIC, который может быть отменен программно. Во время действия сигнала RESET# используются для конфигурирования умножителя частоты
INV I Invalidation — вход аннулирования строки в случае попадания в цикле опроса (во время действия сигнала EADS#)
KEN# I Cache Enable — разрешение кэширования памяти, к которой происходит обращение в текущем цикле
LOCK# O Bus Lock — сигнал монополизации управления шиной, вырабатывается на время выполнения инструкции по префиксу LOCK и автоматически при выполнении инструкций XCHG с памятью, подтверждения прерывания и доступа к таблицам дескрипторов
M/IO# O Memory/ IO# Select — высокий уровень указывает на обращение к памяти (или останов), низкий — на обращение к портам ввода-вывода или подтверждение прерывания
NA# I Next Address — вход, сигнализирующий о готовности внешнего ОЗУ принять следующий адрес обращения до завершения текущей передачи данных. Следующий адрес (вместе со стробом EADS#) появится через два такта после NA#. Процессор может держать на внешней шине до двух незавершенных циклов
PBGNT#* I/O Private bus grant — линия, используемая в двухпроцессорных системах для передачи управления локальной шиной
PBREQ#* I/O Private bus request — линия запроса локальной шины в двухпроцессорных системах
PCD O Page Cache Disable — запрет кэширования страницы (вывод состояния бита PCD регистра CR3, каталога или таблицы страниц). PCD может принудительно устанавливаться битом общего запрета кэширования CD регистра CR0
PWT O Page Write Through — кэширование страницы с алгоритмом WT (вывод состояния бита PWT регистра CR3, каталога или таблицы страниц)
PCHK# O Patrity Check — сигнал ошибки паритета любого из разрешенных байт
PEN# I Parity Enable — вход, определяющий вместе с битом MCE регистра CR4 генерацию исключения в случае возникновения ошибки паритета в текущем цикле чтения
PHIT#* I/O Private hit — сигнал кэш-попадания, используемый для обеспечения когерентности первичной кэш-памяти в двухпроцессорных системах
PHITM#* I/O Private modified hit — сигнал кэш-попадания в модифицированную строку, используемый для обеспечения когерентности первичной кэш-памяти в двух-процессорных системах
PICCLK* I APIC Clock — синхронизация шины APIC
PRDY O Probe Ready — сигнал готовности зонда, используемый аппаратными средст-вами отладки. Указывает на остановку нормального исполнения в ответ на сигнал R/S# (вход в зондовый режим)
R/S# I Run/Stop# — вход, останавливающий нормальное исполнение инструкций и переводящий в зондовый режим по отрицательному перепаду
RESET I Сброс процессора — конфигурирование процессора, инициализация регистров, очистка кэша (без выполнения обратной записи) и переход к вектору сброса (по умолчанию OFFFFFFFOh). Если по окончании действия сигнала активен сигнал INIT#, процессор выполняет BIST
SCYC O Split Cycle — индикатор сблокированного невыровненного цикла (требующего дополнительных передач)
SMI# I System Management Interrupt — сигнал прерывания для входа в режим SMM
SMIACT# O Сигнал индикации режима SMM
STPCLK# I Stop Clock — асинхронный сигнал, переводящий процессор в состояние Stop Grant с малым потреблением
WB/WT# I Write Back/Write Through — вход, позволяющий с точностью до каждой строки определить политику записи при кэшировании
TRST# I Test Reset — сигнал сброса логики ТАР
TCK I Test Clock — синхронизация при тестировании по интерфейсу JTAG
TDI I Test Data Input — входные данные при тестировании по интерфейсу JTAG
TDO O Test Data Output — выходные данные при тестировании по интерфейсу JTAG
TMS I Test Mode State — выбор режима тестирования JTAG
VCC2 I Питание ядра (2,9 В)
NC I No Connected — выводы, которые должны оставаться неподключенными
VCC2DET# O Сигнал управления регулятором напряжения VCC2 (используется для авто-матического включения второго источника в процессорах с VRT)
VCC3 I Питание интерфейса (3,3 В)
VSS I Общий провод питания (GND)
W/R# O Write/Read — сигнал, определяющий тип шинного цикла (запись/чтение)

*Выводы ADSC#, BRDYC#, CPUTYP, D/P#, FRCMC#, PBGNT#, PBREQ#, PHIT#, PHITM#, PICCLK, PICDO[DPEN#] и PICD1[APICEN] у процессоров для мобильных применений отсутствуют.

Расширения архитектуры

Относительно базовой архитектуры 32-разрядных процессоров и ее развития в процессорах четвертого поколения процессоры Pentium (и старше) имеют ряд расширений, появляющихся по мере совершенствования моделей. Для возможности получения сведений о них в систему команд включена инструкция CPUID, позволяющая программно в любой момент времени (а не только сразу после сигнала RESET) получить сведения о классе, модели и архитектурных особенностях конкретного процессора. Подробно применение этой инструкции описано в п. 7.2.

В дополнение к базовой архитектуре 32-разрядных процессоров Pentium имеет набор регистров, специфических для модели — MSR (Model Specific Registers). В их число входит группа тестовых регистров (TR1-TR12), средства мониторинга производительности, регистры-фиксаторы адреса и данных цикла, вызвавшего срабатывание контроля машинной ошибки. Название этой группы регистров указывает на их возможную несовместимость для разных классов (Pentium и Pentium Pro) и даже моделей процессоров. Программа, их использующая, должна опираться на сведения о процессоре, полученные по инструкции CPUID.

Средства для мониторинга производительности включают таймер реального времени и счетчики событий. Таймер TSC (Time Stamp Counter) представляет собой 64-битный счетчик, инкрементируемый с каждым тактом ядра процессора. ДЛЯ чтения его содержимого предназначена инструкция RDTSC.

Счетчики событий CTRO, CTR1 разрядностью по 40 бит программируются на подсчет событий различных классов, связанных с шинными операциями, исполнением инструкций, событиями во внутренних узлах, связанных с работой конвейеров, кэша, контролем точек останова и т. п. Шестибитные поля типов событий позволяют каждому из счетчиков независимо назначить подсчет событий из обширного списка. Состояние счетчиков может быть предустановлено и считано программно. Кроме того, имеются внешние сигналы РМ[1:0], которые программируются на указание фактов срабатывания или переполнения соответствующих счетчиков. Поскольку эти сигналы могут менять свое значение с частотой, не превышающей частоту системной шины, из-за внутреннего умножения частоты каждое появление этих сигналов может отражать и несколько (до значения коэффициента умножения) фактов срабатывания счетчиков.

Тестовые регистры позволяют управлять большинством функциональных узлов процессора, обеспечивая возможность весьма подробного тестирования их работоспособности. С помощью бит регистра TR12 можно запретить новые архитектурные свойства (предсказание и трассировку ветвлений, параллельное выполнение инструкций) а также работу первичного кэша:

  • бит 0 — NBP (No Branch Prediction) — запрещает заполнение буфера ВРВ. При этом прежние вхождения продолжают действовать, для полного отключения предсказания необходимо загрузить регистр CR3 (это вызовет сброс таблицы ветвлений);
  • бит 1 — TR — разрешает формирование специального цикла сообщения о ветвлении;
  • бит 2 — SE (Single Pipe Execution) — запрещает работу второго конвейера (отменяет парное исполнение инструкций);
  • бит 3 — Cl (Cache Inhibit) — запрещает заполнение строк первичного кэша. В отличие от бита CD регистра CR0, этот бит не влияет на сигнал PCD, тем самым обеспечивается возможность работы внешнего вторичного кэша при запрещенном первичном (в тестовых целях);
  • бит 9 — ITR (Ю Trap Restart) — разрешает поддержку рестарта инструкций ввода-вывода при прерываниях SMI.

В технической информации на процессоры Pentium есть упоминание о свойстве «Programmable Buffer Size». Первое, что приходит в голову при переводе, будет звучать «как программируемый размер буферов» и наводит на мысль о буферах записи. На самом деле к свойствам программной или логической архитектуры это не имеет никакого отношения, а является способностью управлять чисто электрическими свойствами буферных схем интерфейса.

Двухпроцессорные системы

Процессоры Pentium начиная со второго поколения имеют специальные интерфейсные средства для построения двухпроцессорных систем. Интерфейс позволяет на одной локальной системной шине устанавливать два процессора, при этом почти все их одноименные выводы просто непосредственно объединяются. Целью объединения является либо использование симметричной мультипроцессорной обработки SMP (Symmetric Multi-Processing), либо построение функционально-избыточных систем FRC (Functional Redundancy Checking).

В системе с SMP каждый процессор выполняет свою задачу, порученную ему операционной системой. Поддержку SMP имеют такие ОС, как Novell NetWare, Windows NT, Unix. Оба процессора разделяют общие ресурсы компьютера, включая память и внешние устройства. В каждый момент времени шиной может управлять только один процессор из двух, по определенным правилам они меняются ролями.

Поскольку каждый из процессоров имеет свой внутренний первичный кэш, в круг задач интерфейса входит поддержание согласованности данных во всех иерархических ступенях оперативной памяти (два первичных, один вторичный кэш и основная память). Эта задача решается с помощью локальных циклов слежения, воспринимаемых процессором, не управляющим шиной в данный момент по сигналу ADS#, генерируемому другим процессором. Ответами на локальные циклы слежения являются сигналы PHIT# и PHITM#, а роль сигналов HIT# и HITM# остается прежней — они используются во внешних (по отношению к обоим процессорам) циклах слежения, инициируемых сигналами EADS#.

Для обработки аппаратных прерываний в многопроцессорных системах традиционные аппаратные средства становятся непригодными, поскольку прежняя схема подачи запроса INTR и передачи вектора в цикле INTA# явно ориентирована на единственность процессора. Для решения этой задачи в структуру процессоров Pentium начиная со второго поколения введен расширенный программируемый контроллер прерывания APIC (Advanced Programmable Interruption Controller). Этот контроллер имеет внешние сигналы локальных прерываний LINT[1:0] и трехпроводную интерфейсную шину (PICD[1:0] и PICCLK), по которым оба процессора связываются с контроллером APIC системной платы. Запросы локальных прерываний обслуживаются только тем процессором, на выводы которого (LINTO, LINT1) поступают их сигналы. Общие (разделяемые) прерывания (в том числе и SMI) приходят к процессорам в виде сообщений по интерфейсу APIC. При этом контроллеры предварительно программируются, определяя функции каждого из процессоров в случае возникновения того или иного аппаратного прерывания. Контроллеры APIC каждого из процессоров и контроллер системной платы, связанные интерфейсом APIC, выполняют маршрутизацию прерываний (Interrupt Routing), причем как статическую, так и динамическую. Внешне программный интерфейс обработки прерываний остается совместимым с управлением контроллера 8259А, что обеспечивает прозрачность присутствия APIC для прикладного программного обеспечения. Режим обработки прерываний посредством APIC разрешается сигналом APICEN по аппаратному сбросу, впоследствии он может быть запрещен программно.

Арбитраж процессоров выполняется с помощью «приватных» сигналов запроса (PBREQ#) и подтверждения передачи (PBGNT#) управления локальной шиной. Процессор — текущий владелец шины — отдаст управление шиной другому процессору по его запросу только по завершении операции. Сблокированные циклы не могут прерываться другим процессором, кроме случая, когда обращение к памяти попадает в область, модифицированный образ которой находится в кэше другого процессора. В этом случае, индицируемом сигналом PHITM#, ему отдадут управление для выполнения обратной записи из кэша. Сигналы обычного системного арбитража (HOLD, HLDA, BOFF#) в двухпро-цессорной системе действуют обычным образом, но воспринимаются и управляются поочередно текущим владельцем локальной шины.

В конфигурации FRC два процессора выступают как один логический: функционально-избыточная пара master/checker. Основной процессор (Master) работает в обычном однопроцессорном режиме. Проверочный процессор выполняет все те же операции «про себя», не управляя шиной, и сравнивает выходные сигналы основного (проверяемого) процессора с теми сигналами, которые он генерирует сам, выполняя те же операции без выхода на шину. В случае обнаружения расхождения вырабатывается сигнал ошибки IERR, который может обрабатываться как прерывание.

Двухпроцессорные системы в принципе могут использовать процессоры различного степпинга, но частоты ядра у них должны совпадать (шина, естественно, синхронизируется общим сигналом).

Маркировка и идентификация процессоров Pentium

Процессоры Pentium имеют довольно сложную систему маркировки. На верхней плоскости корпуса указывается семейство, к которому принадлежит процессор, код продукта и тактовая частота Например, обозначение А80502-90 относится ко второй модели Pentium с частотой 90 МГц. Надписи © ’92 ’93 или © ’92 ’95 в нижней строке к году выпуска отношения не имеют.

Трехзначное число, следующее за символами SX, SK, SU, SY или SZ называется S-спецификацией, определяющей номер версии (степпинг) продукта и его параметры. Степпинг производителя (Mfg. Stepping) кодируется последовательностью букв и цифр. По мере исправления ошибок и незначительных изменений увеличивается цифра (то есть после А1 последует А2). Значительные изменения сопровождаются изменением буквы и сбросом цифры (например, после АЗ последует ВО). В пределах одного степпинга производителя имеется группа изделий с различными S-спецификациями.

Существуют следующие модификации некоторых параметров процессоров:
STD (стандартное) — питание VCC = 3,135-3,6 В для процессоров типа С2 и последующих
VR (Volt Reduced) — пониженное питание VCC = 3,300-3,465 В;
VRE — для С2 и последующих VCC = 3,40-3,60 В; для B-step 3,45-3,60 В;
MD означает пониженные требования к временным характеристикам.

Напряжение питания указывается в маркировке явно (например, 2.9 В) после трехзначной S-спецификации или кодируется в символах, следующих за слэшем. В обозначении вида SK113 / ABC поля А, В и С несут следующую информацию:
поле А задает диапазон напряжения питания: S = STD, V=VRE;
поле В задает спецификации временных параметров: S — стандартная, М — пониженные требования (MD);
поле С задает возможность работы в двухпроцессорной системе: S — стандартная, U — процессор может работать только в однопроцессорной системе, в двухпроцессорном режиме не тестировался.

Информацию о процессоре содержит регистр EDX после аппаратного сброса, ее же можно получить и из регистра ЕАХ после выполнения инструкции CPUID ( запустив, например, утилиту CPUID.EXE). Заметим, что информация о допустимой тактовой частоте в процессоре не хранится, а появляется только в маркировке после отбраковочных испытаний. В табл.7 приведены параметры выпускаемых процессоров (по состоянию на май 1997 года). В первых четырех графах указаны биты регистров EDX или ЕАХ, в которых хранятся данные коды. Тип 0 сообщает первичный процессор (или единственный в однопроцессорной системе), тип 2 — вторичный процессор двухпроцессорной системы. Семейство 5 указывает на принадлежность процессора к классу Pentium. Модель указывает на поколение (Pentium 60/66 представляли модель 1). Степпинг производителя (Mfg. Stepping) символьно отражает модель, числовой степпинг и тип корпуса. Данной таблицей можно воспользоваться для разрешения сомнений о корректности применения конкретного процессора в определенных условиях. Для однопроцессорных систем наибольший интерес представляет уровень напряжения питания.

Процессоры для мобильных применений отличаются пониженным энергопотреблением и более высокой допустимой температурой, что позволяет их использовать в довольно тесных корпусах с плохими условиями вентиляции.

Типы сокетов для процессоров Pentium

Для установки процессоров Pentium разработаны три типа сокетов — 4, 5 и 7 (табл. 8 и 9).

Сокет 4 (рис.3) предназначен для процессоров первого поколения (60 и 66 МГц). Он имеет матрицу выводов 21×21 и напряжение питания 5 В.

Сокет 5 предназначен для процессоров Pentium второго поколения с частотой до 100 МГц, у которых коэффициент умножения фиксирован и составляет 1,5 и применяется одно напряжение питания около 3,3 В. Выводы его матрицы размером 37×37 расположены в шахматном порядке (рис.4).

Какой он был Pentium (6 фото)

Проектирование в основном было завершено в феврале 1992 года. Началось всеобъемлющее тестирование опытной партии процессоров, в течение которого испытаниям подвергались все блоки и узлы. В апреле 1992 года было принято решение, что пора начинать промышленное освоение Pentium процессора. В качестве основной промышленной базы была выбрана 5 Орегонская фабрика. Более 3 миллионов транзисторов были окончательно перенесены на шаблоны. Началось промышленное освоение производства и доводка технических характеристик, завершившиеся через 10 месяцев, 22 марта 1993 года широкой презентацией Pentium процессора.
Объединяя более, чем 3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой подложке, 32-разрядный Pentium процессор характеризуется высокой производительностью с тактовой частотой 60 и 66 МГц. Его суперскалярная архитектура использует усовершенствованные способы проектирования, которые позволяют выполнять более, чем одну команду за один период тактовой частоты, в результате чего Pentium в состоянии выполнять огромное количество PC-совместимого программного обеспечения быстрее, чем любой другой микропроцессор. Кроме существующих наработок программного обеспечения, высокопроизводительный арифметический блок с плавающей запятой Pentium процессора обеспечивает увеличение вычислительной мощности до необходимой для использования недоступных ранее технических и научных приложений, первоначально предназначенных для платформ рабочих станций.
Многочисленные нововведения — характернаяособенность
Pentium процессора в виде уникального сочетания высокой производительности, совместимости, интеграции данных и наращиваемости. Это включает:- Суперскалярную архитектуру;
— Раздельное кэширование программного кода и данных;
— Блок предсказания правильного адреса перехода;
— Высокопроизводительный блок вычислений с плавающей запятой;
— Расширенную 64-битовую шину данных;
— Поддержку многопроцессорного режима работы;
— Средства задания размера страницы памяти;
— Средства обнаружения ошибок и функциональной избыточности;
— Управление производительностью;
— Наращиваемость с помощью Intel OverDrive процессора. Cуперскалярная архитектура Pentium процессора представляет
собой совместимую только с Intel двухконвейерную индустриальную архитектуру, позволяющую процессору достигать новых уровней производительности посредством выполнения более, чем одной команды за один период тактовой частоты. Термин «суперскалярная» обозначает микропроцессорную архитектуру, которая содержит более одного вычислительного блока. Эти вычислительные блоки, или конвейеры, являются узлами, где происходят все основные процессы обработки данных и команд.
Появление суперскалярной архитектуры Pentium процессора представляет собой естественное развитие предыдущего семейства процессоров с 32-битовой архитектурой фирмы Intel. Например, процессор Intel486 способен выполнять несколько своих команд за один период тактовой частоты, однако предыдущие семейства процессоров фирмы Intel требовали множество циклов тактовой частоты для выполнения одной команды.
Возможность выполнять множество команд за один период тактовой частоты существует благодаря тому, что Pentium процессор имеет два конвейера, которые могут выполнять две инструкции одновременно. Так же, как и Intel486 с одним конвейером, двойной конвейер Pentium процессора выполняет простую команду за пять этапов: предварительная подготовка, первое декодирование ( декодирование команды ), второе декодирование ( генерация адреса ), выполнение и обратная выгрузка.
В результате этих архитектурных нововведений, по сравнению с предыдущими микропроцессорами, значительно большее количество команд может быть выполнено за одно и то же время.
Другое важнейшее революционное усовершенствование, реализованное в Pentium процессоре, это введение раздельного кэширования. Кэширование увеличивает производительность посредством активизации места временного хранения для часто используемого программного кода и данных, получаемых из быстрой памяти, заменяя по возможности обращение ко внешней системной памяти для некоторых команд. Процессор Intel486, например, содержит один 8-KB блок встроенной кэш-памяти, используемой одновременно для кэширования программного кода и данных.
Проектировщики фирмы Intel обошли это ограничение использованием дополнительного контура, выполненного на 3.1 миллионах транзисторов Pentium процессора (для сравнения, Intel486 содержит 1.2 миллиона транзисторов) создающих раздельное внутреннее кэширование программного кода и данных. Это улучшает производительность посредством исключения конфликтов на шине и делает двойное кэширование доступным чаще, чем это было возможно ранее. Например, во время фазы предварительной подготовки, используется код команды, полученный из КЭШа команд. В случае наличия одного блока кэш-памяти, возможен конфликт между процессом предварительной подготовки команды и доступом к данным. Выполнение раздельного кэширования для команд и данных исключает такие конфликты, давая возможность обеим командам выполняться одновременно. Кэш-память программного кода и данных Pentium процессора содержит по 8 KB информации каждая, и каждая организована как набор двухканального ассоциативного КЭШа — предназначенная для записи только предварительно просмотренного специфицированного 32-байтного сегмента, причем быстрее, чем внешний кэш. Все эти особенности расширения производительности потребовали использования 64-битовой внутренней шины данных, которая обеспечивает возможность двойного кэширования и суперскалярной конвейерной обработки одновременно с загрузкой следующих данных. Кэш данных имеет два интерфейса, по одному для каждого из конвейеров, что позволяет ему обеспечивать данными две отдельные инструкции в течение одного машинного цикла. После того, как данные достаются из КЭШа, они записываются в главную память в режиме обратной записи. Такая техника кэширования дает лучшую производительность, чем простое кэширование с непосредственной записью, при котором процессор записывает данные одновременно в кэш и основную память. Тем не менее, Pentium процессор способен динамически конфигурироваться для поддержки кэширования с непосредственной записью.
Таким образом, кэширование данных использует два различных великолепных решения: кэш с обратной записью и алгоритм, названный MESI (модификация, исключение, распределение, освобождение) протокол. Кэш с обратной записью позволяет записывать в кэш без обращения к основной памяти в отличие от используемого до этого непосредственного простого кэширования. Эти решения увеличивают производительность посредством использования преобразованной шины и предупредительного исключения самого узкого места в системе. В свою очередь MESI-протокол позволяет данным в кэш-памяти и внешней памяти совпадать — великолепное решение в усовершенствованных мультипроцессорных системах, где различные процессоры могут использовать для работы одни и те же данные.
Блок предсказания правильного адреса перехода — это следующее великолепное решение для вычислений, увеличивающее производительность посредством полного заполнения конвейеров командами, основанное на предварительном определении правильного набора команд, которые должны быть выполнены.
Pentium процессор позволяет выполнять математические вычисления на более высоком уровне благодаря использованию усовершенствованного встроенного блока вычислений с плавающей запятой, который включает восьмитактовый конвейер и аппаратно реализованные основные математические функции. Четырехтактовые конвейерные команды вычислений с плавающей запятой дополняют четырехтактовую целочисленную конвейеризацию. Большая часть команд вычислений с плавающей запятой могут выполняться в одном целочисленном конвейере, после чего подаются в конвейер вычислений с плавающей запятой. Обычные функции вычислений с плавающей запятой, такие как сложение, умножение и деление, реализованы аппаратно с целью ускорения вычислений.
В результате этих инноваций, Pentium процессор выполняет команды вычислений с плавающей запятой в пять раз быстрее, чем 33-МГц Intel486 DX, оптимизируя их для высокоскоростных численных вычислений, являющихся неотъемлемой частью таких усовершенствованных видеоприложений, как CAD и 3D-графика.
Pentium процессор снаружи представляет собой 32-битовое устройство. Внешняя шина данных к памяти является 64-битовой, удваивая количество данных, передаваемых в течение одного шинного цикла. Pentium процессор поддерживает несколько типов шинных циклов, включая пакетный режим, в течение которого происходит порция данных из 256 бит в кэш данных и в течение одного шинного цикла.
Шина данных является главной магистралью, которая передает информацию между процессором и подсистемой памяти. Благодаря этой 64-битовой шине данных, Pentium процессор существенно повышает скорость передачи по сравнению с процессором Intel486 DX — 528 MB/сек для 66 МГц, по сравнению со 160 MB/сек для 50 МГц процессора Intel486 DX. Эта расширенная шина данных способствует высокоскоростным вычислениям благодаря поддержке одновременной подпитки командами и данными процессорного блока суперскалярных вычислений, благодаря чему достигается еще большая общая производительность Pentium процессора по сравнению с процессором Intel486 DX.
Давая возможность разработчикам проектировать системы с управлением энергопотреблением, защитой и другими свойствами, Pentium процессор поддерживаем режим управления системой (SMM), подобный режиму архитектуры Intel SL.
Вместе со всем, что сделано нового для 32-битовой микропроцессорной архитектуры фирмы Intel, Pentium процессор сконструирован для легкой наращиваемости с использованием архитектуры наращивания фирмы Intel. Эти нововведения защищают инвестиции пользователей посредством наращивания производительности, которая помогает поддерживать уровень продуктивности систем, основанных на архитектуре процессоров фирмы Intel, больше, чем продолжительность жизни отдельных компонентов. Технология наращивания делает возможным использовать преимущества большинства процессоров усовершенствованной технологи в уже существующих системах с помощью простой инсталляции средства однокристального наращивания производительности. Например, первое средство наращивания — это OverDrive процессор, разработанный для процессоров Intel486 SX и Intel486 DX, использующий технологию простого удвоения тактовой частоты, использованную при разработке микропроцессоров Intel486 DX2.
Первые модели процессора Pentium работали на частоте 60 и 66 МГц и общались со своей внешней кэш-памятью второго уровня по 64-битовой шине данных, работающей на полной скорости процессорного ядра. Hо если скорость процессора Pentium растет, то системному разработчику все труднее и дороже обходится его согласование с материнской платой. Поэтому быстрые процессоры Pentium используют делитель частоты для синхронизации внешней шины с помощью меньшей частоты. Hапример, у 100 МГц процессора Pentium внешняя шина работает на 66 МГц, а у 90 МГц — на 60 МГц. Процессор Pentium использует одну и ту же шину для доступа к основной памяти и к периферийным подсистемам, таким как схемы PCI.

Intel Pentium II (произносится: Интел Пентиум два) — процессор архитектуры x86, анонсированный 7 мая 1997 года. Ядро Pentium II представляет собой модифицированное ядро P6 (впервые использованное в процессорах Pentium Pro). Основными отличиями от предшественника являются увеличенный с 16 до 32 Кб кэш первого уровня и наличие блока SIMD-инструкций MMX (появившихся немногим ранее в Pentium MMX), повышена производительность при работе с 16-разрядными приложениями. В системах, построенных на базе процессора Pentium II, повсеместное применение нашли память SDRAM и шина AGP.

Процессор Pentium II представляет собой картридж SECC или SECC2 (отличающийся более простой конструкцией), содержащий процессорную плату («субстрат») с установленными на ней ядром процессора, микросхемами кэш-памяти BSRAM и tag-RAM. Кэш-память второго уровня работает на половине частоты ядра. Процессор предназначен для установки в 242-контактный щелевой разъём Slot 1.
Существует также вариант Pentium II OverDrive в корпусе PGA (устанавливается в гнездовой разъём Socket 8) с полноскоростным кэшем второго уровня, предназначенный для замены Pentium Pro.Первые процессоры Pentium II (Klamath) были предназначены для рынка настольных персональных компьютеров и производились по 350 нм техпроцессу. Дальнейшим развитием семейства десктопных Pentium II стало 250 нм ядро Deschutes. Через некоторое время вышли процессоры Mobile Pentium II, предназначенный для установки в ноутбуки, и Xeon, ориентированный на высокопроизводительные системы и серверы. На базе ядра Deschutes выпускались также процессоры Celeron (Covington), предназначенные для использования в недорогих компьютерах. Они представляли собой Pentium II, лишённый картриджа и кэша второго уровня.

Технология MMX
Аббревиатура MMX происходит от выражения MultiMedia eXtension — расширение для мультимедиа, которое реализовано фирмой Intel в своей новой серии процессоров MMX с тактовой частотой 166 и более МГц. Исторически сложилось так, что почти любое новое решение в области персональных компьютеров широко рекламируется и преподносится как эпохальное, сулящее невиданный доселе расцвет компьютерным технологиям, однако все мы помним, сколько раз подобная шумиха оборачивалась весьма скромным реальным эффектом. Процессоры MMX сейчас в моде, и хотя их цена довольно быстро падает — она все же существенно превышает цену обычного Pentium с той же тактовой частотой. Надеюсь, что после прочтения этой статьи Вы более уверенно сможете ответить на собственный вопрос: Pentium или Pentium MMX?

В чем отличия от Pentium?

Процессор Pentium MMX отличается от «обычного» Pentium по шести основным пунктам:


добавлено 57 новых команд обработки данных;
увеличен в два раза объем внутреннего кэша (16 кб для команд и столько же — для данных);
увеличен объем буфера адресов перехода (Branch Target Buffer — BTB), используемого в системе предсказания переходов (Branch Prediction);
оптимизирована работа конвейера (Pipeline);
увеличено количество буферов записи (Write Buffers);
введено так называемое двойное электропитание процессора.
Набор из 57 новых команд и является основным отличием; остальные два — не более, чем «сопутствующие изменения». Хотя увеличенный объем кэша и внутренних буферов и оптимизированный конвейер несколько ускоряют работу любых приложений, однако основное увеличение производительности — до 60% — возможно только при использовании программ, правильно применяющих технологию MMX в обработке данных.

Фактически вся история развития компьютеров представляет собой непрерывную гонку между быстродействием центрального процессора и прочих систем — памяти и внешних устройств. Особенно это заметно в системах мультимедиа, где идет обработка звука и изображения, цифровое представление которых занимает большие объемы памяти. Для эффективной обработки звука и видео при относительно низкой пропускной способности системной магистрали (шины) все большее количество функций переносится в аппаратуру — модемы, видео- и звуковые адаптеры. Это вызывает их заметное удорожание в сравнении с общей стоимостью компьютера, что особенно неприятно в обстановке быстрого морального старения всей компьютерной аппаратуры.

На самом деле, неспособность современного компьютера с процессором Pentium эффективно обрабатывать в реальном времени звук и видео без специальных карт происходит уже не столько от общего быстродействия процессора или шины, которые в большинстве случаев вполне достаточны, а от характера его набора команд обработки данных, известного под названием CISC (Common Instruction Set Computer — компьютер с общим набором команд). Этот набор, состоящий из относительно сложных арифметико-логических команд, ориентирован на типовые задачи обработки данных, без специальной «заточки» под особые приложения. Эта выгодная для большинства приложений, архитектура оказывается совершенно неэффективной при скоростной и специфической обработке больших массивов данных, поскольку сложная система команд используется на считанные проценты, а накладные расходы составляют десятки и сотни процентов.

Технология MMX представляет собой компромиссное решение, объединяющее пути, используемые в компьютерах SPARC и Silicon Graphics (технология RISC — Reduced Instruction Set Computer, компьютер с упрощенным набором команд), а также в компьютерах с параллельной архитектурой (технология SIMD: Single Instruction, Multiple Data — одна команда, много данных): классический процессор Pentium (CISC) с добавлением ряда простых (RISC) команд параллельной обработки данных (SIMD).

Обработка данных в MMX

Как уже говорилось, в Pentium MMX добавлено 57 новых команд обработки данных и, соответственно — четыре новых типа данных. За одну операцию команда MMX обрабатывает 64-разрядное двоичное слово (так называемое квадраслово, или QWord). Новые типы данных образуются от упаковки в квадраслово обычных типов — байтов (по 8), слов (по 4) или двойных слов (по 2). Четвертый тип представляет собой само квадраслово.

Таким образом, одна элементарная MMX-операция имеет дело либо с одним квадрасловом, что похоже на обычную операцию большой разрядности, либо с двумя двойными словами, четырьмя словами или восемью байтами, причем выполнение происходит одновременно и каждый элемент данных обрабатывается независимо от других. Подобные групповые операции преобладают во время обработки изображения (группы точек) и звука (группы значений амплитуды).

Набор MMX-команд состоит из команд пересылки данных, упаковки/распаковки, сложения/вычитания, умножения, сдвига, сравнения и поразрядных логических. Команды упаковки и сложения/вычитания могут работать в двух режимах: обычном, когда переполнение разрядной сетки вызывает «заворачивание» (wraparound) значения результата, и специальном, когда оно приводит к ограничению (clipping) результата до минимально или максимально допустимого значения. Режим ограничения в терминологии Intel называется Saturation (смешивание) — в нем особенно удобно выполнять смешивание цветов изображение или амплитуд звуковых сигналов, поскольку при обычном переполнении результат не имеет никакого смысла.

Команда умножения представлена тремя видами: первые два выполняют попарное умножение четырех слов с выбором либо старшей, либо младшей части результата, а третий выполняет операцию вида ab + cd для каждой пары из четырех слов операндов, что очень удобно при вычислении математических рядов.

Команды сдвига реализуют логический и арифметический сдвиги своих операндов (арифметический сдвиг отличается от логического тем, что при сдвиге вправо освободившиеся разряды заполняются копией знакового разряда, а не нулями, отчего он пригоден для умножения/деления знаковых операндов на степени двойки). Логические поразрядные команды выполняют операции И (AND), ИЛИ (OR), Исключающее ИЛИ (XOR), а также комбинированную команду И с инверсией одного из операндов (AND NOT), удобную для реализации «обратного выбора» по битовой маске.

Команды сравнения работают несколько необычно по сравнению с общепринятой логикой: вместо установки признаков для последующих команд перехода они генерируют единичные битовые маски для тех операндов, которые удовлетворяют условию, и нулевые — для остальных операндов. Последующие логические поразрядные операции могут выделить, погасить или как-то иначе обработать отмеченные таким образом операнды, которые в этом случае могут представлять собой точки изображения или отсчеты звукового сигнала.

Процессоры Pentium III с тактовыми частотами 766, 800, 850, 866 и 1 ГГц (1000 MГц) и выше, являлись самыми совершенными и наиболее мощными процессорами корпорации Intel (до выпуска процессоров Intel Pentium 4) для настольных ПК и обладали производительностью Internet-приложений следующего поколения, а также качеством, надежностью и совместимостью.
Процессор Pentium III идеально соответствует требованиям активных пользователей ПК, любителей компьютерных игр и Internet. Этот процессор полностью реализует мультимедийные возможности ПК, прежде всего, в области работы полноэкранного видео и высококачественной графики и восприятия Internet. В процессоре Pentium III воплощено все лучшее от процессоров Intel® и реализованы новейшие технологии. Среди них, в частности, 70 новых команд, обеспечивающих широкие возможности при работе с новым программным обеспечением и путешествиях по Internet.
Поставляемые версии процессоров имеют тактовую частоту системной шины либо 133 МГц, либо 100 МГц и поддерживают работу с чипсетами Intel R 840, 820, 815, 810e, 440GX и 440BX и их аналогами.
Процессоры Pentium III доступны в двух различных типах корпусов: Картридж с одним рядом контактов типа 2 (Single Edge Contact Cartridge 2 — S.E.C.C .2) и Корпус с перевернутым кристаллом и с матрицей штырьковых выводов (Flip-Chip Pin Grid Array — FC-PGA). Корпус FC-PGA разработан для нового поколения персональных компьютеров с низким профилем корпуса.
Pentium III процессор имеет два отдельных 16 КБ-х кэша первого уровня (L1), один для команд и один для данных. Кэш L1 обеспечивает быстрый доступ к недавно использованным данным, увеличивая общие эксплуатационные показатели системы. 256 КБ-й кэш второго уровня (L2) с улучшенной передачей данных (Advanced Transfer Cache-ATC). Кэш ATC содержит ряд микро архитектурных усовершенствований, для обеспечения более скоростного интерфейса между кэшем L2 и ядром процессора, и работает с частотой ядра процессора. Особенностью ATC является:
Не блокирующий, полно скоростной кэш второго уровня
Ассоциативность набора с 8 путями
256-разрядная шина данных
Интерфейс с уменьшенным временем ожидания по сравнению с дискретными кэшами

Pentium 4 (произносится: Пентиум четыре) — x86-совместимый процессор, разработанный Intel. Микроархитектура процессора была полностью изменена, по сравнению с предыдущими поколениями процессоров. Новая микроархитектура получила новое название — NetBurst. Оригинальный Pentium 4 носил кодовое имя «Willamette», работал на частотах 1,4 и 1,5 ГГц и был анонсирован 20 ноября 2000 года (изначально анонс был запланирован на октябрь, однако дата анонса была перенесена) и предназначался для установки в разъём Socket 423. Первые процессоры, основанные на новой архитектуре, вызвали множество нареканий. Во-первых — это производительность, производительность Pentium 4 была ниже чем у Pentium III, работающего на частоте в 1,5 раза меньшей. Во-вторых, для работы нового процессора требовалась материнская плата, основанная на чипсете i850, которая стоили весьма недёшево. В-третьих, все материнские платы предназначались для работы с дорогой памятью Rambus (RDRAM). В-четвертых, для работы материнской платы требовалась замена блока питания, а иногда и корпуса.
За более чем 5 лет было выпущено множество ядер и моделей Pentium 4, основанных на них. Причем с выходом новой модели к названию процессора добавлялись либо новая буква, либо еще какие-нибудь цифры, а иногда и то, и другое; всё это существенно запутывает идентификацию конкретной модели.
Процессор Pentium 4 построен на совершенной новой архитектуре — NetBurst. Ниже приведены некоторые отличительные особенности оригинальной архитектуры NetBurst (некоторые из них в последующем были изменены).
Конвейер. Длина конвейера была увеличена до 20 шагов, то есть для завершения одной команды процессору требовалось 20 циклов. Данный шаг позволял значительно легче наращивать тактовую частоту, кроме того, в перспективе это позволяло значительно повысить быстродействие, но производительность в расчете на 1 МГц была меньше, чем у предыдущих процессоров. Отчасти этим объясняется низкая производительность Pentium 4, работающего на низких частотах. Так же в результате такого нововведения увеличилось и время ожидания.
Модуль предсказания переходов (ветвлений). Чтобы компенсировать недостатки применения длинного конвейера инженеры Intel улучшили схему предсказания ветвлений, в результате правильность перехода предсказывалась с вероятностью до 95 %.
Системная шина. В Pentium 4 используется совершенно новая 128-битная системная шина с двумя 64-битными линиями. Частота новой шины(FSB) составляет 100 МГц (у последних, тогда, моделей Pentium III она составляла 133 МГц), однако за счет передачи за 1 такт одновременно 4 пакетов (QPB — Quad Pumped Bus), эффективная частота шины составляла 400 МГц, а пропускная способность шины составляла 3200 Мб/с.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ или ALU). В АЛУ обрабатываются целочисленные команды. В новом процессоре АЛУ работает на удвоенной частоте ядра (у Pentium 4 1,5ГГц АЛУ работает на частоте 3 ГГц за счет использования обоих фронтов сигнала). Таким образом, некоторые инструкции выполняются за половину такта. В Pentium 4 используются два АЛУ.
Кэш-память первого уровня (L1). Как и прежде кэш L1 разделен на две части: для команд и для данных. В кэше теперь хранятся декодированные команды и располагаются в порядке их выполнения (технология Trace Cache), что увеличивает производительность.
Математический Сопроцессор (FPU). Математический сопроцессор содержит два модуля для операций с плавающей запятой. Но реальную вычислительную работу выполняет лишь один модуль — это операции сложения (FADD) и умножения (FMUL), второй модуль выполняет операции обмена между регистрами и памятью (FSTORE). Для процессора Pentium 4 1,4 ГГц сопроцессор обеспечивает производительность в 1,4 GFLOPS. К примеру, в процессорах Athlon используется сопроцессор, состоящий из трех модулей (один для операций типа FSTORE, два других для операций типа FADD и FMUL) и обеспечивающий производительность в 2 GFLOPS (для процессора Athlon 1 ГГц).
SIMD-расширения. В процессор Pentium 4 был добавлен новый набор SIMD-расширений (SSE2), который добавил 144 новые инструкции (68 целочисленных инструкций и 76 инструкций для вычислений с плавающей запятой).

История развития процессоров: конец 80-х — начало 2000-х

Продолжая тему первой статьи — история эволюции процессоров с конца XX века по начала XXI века.

Во многих процессорах 80-х годов использовалась архитектура CISC (Complex instruction set computing). Чипы были довольно сложными и дорогими, а также не достаточно производительными. Возникла необходимость в модернизации производства и увеличения количества транзисторов.

В 1980 году стартовал проект Berkeley RISC, которым руководили американские инженеры Дэвид Паттерсон и Карло Секвин. RISC (restricted instruction set computer) — архитектура процессора с увеличенным быстродействием благодаря упрощенным инструкциям.

Руководители проекта Berkeley RISC — Дэвид Паттерсон и Карло Секвин

После нескольких лет плодотворной работы, на рынке появилось несколько образцов процессоров с сокращенным набором команд. Каждая инструкция платформы RISC была простой и выполнялась за один такт. Также присутствовало намного больше регистров общего назначения. Кроме того использовалась конвейеризация с упрощенными командами, что позволяло эффективно наращивать тактовую частоту.

RISC I вышел в 1982 году и содержал более чем 44 420 транзисторов. Он имел всего 32 инструкции и работал на частоте 4 МГц. Следующий за ним RISC II насчитывал 40 760 транзисторов, использовал 39 инструкций и был более быстрым.

Процессор RISC II

Процессоры MIPS: R2000, R3000, R4000 и R4400

Архитектура процессоров MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) предусматривала наличие вспомогательных блоков в составе кристалла. В MIPS использовался удлиненный конвейер.

В 1984 году группа исследователей во главе с американским ученым Джоном Хеннесси основала компанию, проектирующую микроэлектронные устройства. MIPS лицензировала микропроцессорную архитектуру и IP-ядра для устройств умного дома, сетевых и мобильных применений. В 1985 году вышел первый продукт компании — 32-битный R2000, который в 1988 году был доработан в R3000. У обновленной модели имелась поддержка многопроцессорности, кэш-памяти инструкций и данных. Процессор нашел применение в SG-сериях рабочих станций разных компаний. Также R3000 стал основой игровой консоли Sony PlayStation.

В 1991 году вышла линейка нового поколения R4000. Данный процессор обладал 64-битной архитектурой, встроенным сопроцессором и работал на тактовой частоте 100 МГц. Внутренняя кэш-память составляла 16 Кб (8 Кб кэш-команд и 8 Кб кэш-данных).

Через год вышла доработанная версия процессора — R4400. В этой модели увеличился кэш до 32 Кб (16 Кб кэш-команд и 16 Кб кэш-данных). Процессор мог работать на частоте 100 МГц — 250 МГц.

Процессоры MIPS: R8000 и R10000

В 1994 году появился первый процессор с суперскалярной реализацией архитектуры MIPS — R8000. Емкость кэш-памяти данных составляла 16 Кб. У этого CPU была высокая пропускная способность доступа к данным (до 1.2 Гб/с) в сочетании с высокой скоростью выполнения операций. Частота достигала 75 МГц — 90 МГц. Использовалось 6 схем: устройство для целочисленных команд, для команд с плавающей запятой, три вторичных дескриптора кэш-памяти ОЗУ и кэш-контроллер ASIC.

В 1996 году вышла доработанная версия — R10000. Процессор включал в себя 32 Кб первичной кэш-памяти данных и команд. Работал CPU на частоте 150 МГц — 250 МГц.

В конце 90-х компания MIPS занялась продажей лицензий на 32-битную и 64-битную архитектуры MIPS32 и MIPS64.

Ряды процессоров пополнили продукты компании Sun Microsystems, которая разработала масштабируемую архитектуру SPARC (Scalable Processor ARChitecture). Первый одноименный процессор вышел в конце 80-х и получил название SPARC V7. Его частота достигала 14.28 МГц — 40 МГц.

В 1992 году появилась следующая 32-битная версия под названием SPARC V8, на базе которой был создан процессор microSPARC. Тактовая частота составляла 40 МГц — 50 МГц.

Над созданием следующего поколения архитектуры SPARC V9 с компанией Sun Microsystems совместно работали Texas Instruments, Fujitsu, Philips и другие. Платформа расширилась до 64 бит и являлась суперскалярной с 9-стадийным конвейером. SPARC V9 предусматривала использование кэш-памяти первого уровня, разделенного на инструкции и данные (каждая объемом по 16 Кб), а также второго уровня емкостью 512 Кб — 1024 Кб.

Процессор UltraSPARC III

В 1995 году стартовал проект по разработке семейства микропроцессоров StrongARM, реализовавших набор инструкций ARM V4. Эти CPU представляли собой классическую скалярную архитектуру с 5-стадийным конвейером, включая блоки управления памятью и поддерживая кэш-память инструкций и данных объемом по 16 Кб каждая.

И уже в 1996 году был выпущен первый процессор на базе StrongARM — SA-110. Он работал на тактовых частотах 100 МГц, 160 МГц или 200 МГц.

Также на рынок вышли модели SA-1100, SA-1110 и SA-1500.

Процессор SA-110 в Apple MessagePad 2000

Процессоры POWER, POWER2 и PowerPC

В 1985 году компания IBM начала разработку RISC-архитектуры следующего поколения в рамках проекта America Project. Разработка процессора POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC) и набора инструкций для него длилась 5 лет. Он был весьма производительный, но состоял из 11 различных микросхем. И поэтому в 1992 году вышел другой вариант процессора, что умещался в одном чипе.

В 1991 году совместными усилиями альянса компаний IBM, Apple и Motorola была разработана архитектура PowerPC (сокращенно PPC). Она состояла из базового набора функций платформы POWER, а также поддерживала работу в двух режимах и была обратно совместима с 32-битным режимом работы для 64-разрядной версии. Основным назначением являлись персональные компьютеры.

Процессор PowerPC 601 использовался в Macintosh.

В 1993 году был представлен POWER2 с расширенным набором команд. Тактовая частота процессора варьировалась от 55 МГц до 71.5 МГц, а кэш-память данных и инструкций была 128-256 Кб и 32 Кб. Микросхемы процессора (их было 8) содержали 23 миллиона транзисторов, а изготавливался он по 0.72-микрометровой CMOS-технологии.

В 1998 году IBM выпустила третью серию процессоров POWER3 на 64 бита, полностью совместимых со стандартом PowerPC.

В период с 2001 по 2010 вышли модели POWER4 (до восьми параллельно выполняющихся команд), двухядерные POWER5 и POWER6, четырех-восьми ядерный POWER7.

Процессоры Alpha 21064A

В 1992 году компания Digital Equipment Corporation (DEC) выпустила процессор Alpha 21064 (EV4). Это был 64-разрядный суперскалярный кристалл с конвейерной архитектурой и тактовой частотой 100 МГц — 200 МГц. Изготовлен по 0,75-мкм техпроцессу, со внешней 128-разрядной шиной процессора. Присутствовало 16 Кб кэш-памяти (8 Кб данных и 8 Кб инструкций).

Следующей моделью в серии стал процессор 21164 (EV5), который вышел в 1995 году. Он обладал двумя целочисленными блоками и насчитывал уже три уровня кэш-памяти (два в процессоре, третий — внешний). Кэш-память первого уровня разделялась на кэш данных и кэш инструкций объемом по 8 Кб каждый. Объем кэш-памяти второго уровня составлял 96 Кб. Тактовая частота процессора варьировалась от 266 МГц до 500 МГц.

DEC Alpha AXP 21064

В 1996 году вышли процессоры Alpha 21264 (EV6) с 15,2 миллионами транзисторов, изготовленные по 15,2-мкм техпроцессу. Их тактовая частота составляла от 450 МГц до 600 МГц. Целочисленные блоки и блоки загрузки/сохранения были объединены в единый модуль Ebox, а блоки вычислений с плавающей запятой — в модуль Fbox. Кэш первого уровня сохранил разделение на память для инструкций и для данных. Объем каждой части составлял 64 Кб. Объем кэш-памяти второго уровня был от 2 Мб до 8 Мб.

В 1999 году DEC купила компания Compaq. В результате чего большая часть производства продукции, использовавшей Alpha, была передана компании API NetWorks, Inc.

Процессоры Intel P5 и P54C

По макету Винода Дхама был разработан процессор пятого поколения под кодовым названием P5. В 1993 году CPU вышли в производство под названием Pentium.


Процессоры на ядре P5 производились с использованием 800-нанометрового техпроцесса по биполярной BiCMOS-технологии. Они содержали 3,1 миллиона транзисторов. У Pentium была 64-битная шина данных, суперскалярная архитектура. Имелось раздельное кэширование программного кода и данных. Использовалась кэш-память первого уровня объемом 16 Кб, разделенная на 2 сегмента (8 Кб для данных и 8 Кб для инструкций). Первые модели были с частотами 60 МГц — 66 МГц.

Процессор Intel Pentium

В том же году Intel запустила в продажу процессоры P54C. Производство новых процессоров было переведено на 0,6-мкм техпроцесс. Скорость работы процессоров составляла 75 МГц, а с 1994 года — 90 МГц и 100 МГц. Через год архитектура P54C (P54CS) была переведена на 350-нм техпроцесс и тактовая частота увеличилась до 200 МГц.

В 1997 году P5 получила последнее обновление — P55C (Pentium MMX). Появилась поддержка набора команд MMX (MultiMedia eXtension). Процессор состоял из 4,5 миллиона транзисторов и производится по усовершенствованной 280-нанометровой CMOS-технологии. Объем кэш-памяти первого уровня увеличился до 32 Кб (16 Кб для данных и 16 Кб для инструкций). Частота процессора достигла 233 МГц.

Процессоры AMD K5 и K6

В 1995 году компания AMD выпустила процессор K5. Архитектура представляла собой RISC-ядро, но работала со сложными CISC-инструкциями. Процессоры изготавливались с использованием 350- или 500-нанометрового техпроцесса, с 4,3 миллионами транзисторов. Все K5 имели пять целочисленных блоков и один блок вычислений с плавающей запятой. Объем кэш-памяти инструкций составлял 16 Кб, а данных — 8 Кб. Тактовая частота процессоров варьировалась от 75 МГц до 133 МГц.

Процессор AMD K5

Под маркой K5 выпускалось два варианта процессоров SSA/5 и 5k86. Первый работал на частотах от 75 МГц до 100 МГц. Процессор 5k86 работал на частотах от 90 МГц до 133 МГц.

В 1997 году компания представила процессор K6, архитектура которого существенно отличалась от K5. Процессоры изготавливались по 350-нанометровому техпроцессу, включали в себя 8,8 миллионов транзисторов, поддерживали изменение порядка выполнения инструкций, набор команд MMX и блок вычислений с плавающей запятой. Площадь кристалла составляла 162 мм². Объем кэш-памяти первого уровня насчитывал 64 Кб (32 Кб данные и 32 Кб инструкции). Работал процессор на частоте 166 МГц, 200 МГц и 233 МГц. Частота системной шины была 66 МГц.

В 1998 году AMD выпустила чипы с улучшенной архитектурой K6-2, с 9,3 миллионами транзисторов изготавливаемого по 250-нанометровому техпроцессу. Максимальная частота чипа составляла 550 МГц.

Процессор AMD K6

В 1999 году вышла третья генерация — архитектура K6-III. Кристалл сохранил все особенности K6-2, но при этом появилась встроенная кэш-память второго уровня объемом 256 Кб. Объем кэша первого уровня составлял 64 Кб.

Процессоры AMD K7

В том же 1999 году на смену К6 пришли процессоры К7. Они выпускались по 250-нм технологии с 22 миллионами транзисторов. У CPU присутствовал новый блок целочисленных вычислений (ALU). Системная шина EV6 обеспечивала передачу данных по обоим фронтам тактового сигнала, что давало возможность при физической частоте 100 МГц получить эффективную частоту 200 МГц. Объем кэш-памяти первого уровня составлял 128 Кб (64 Кб инструкций и 64 Кб данных). Кэш второго уровня достигал 512 Кб.

Процессор AMD K7

Несколько позже появились кристаллы, базировавшиеся на ядре Orion. Они производилось по 180-нм техпроцессу.

Выход ядра Thunderbird внес необычные изменения в процессоры. Кэш-память 2-го уровня была перенесена непосредственно в процессорное ядро и работала на одинаковой с ним частоте. Кэш был с эффективным объемом 384 Кб (128 Кб кэша первого уровня и 256 Кб кэша второго уровня). Увеличилась тактовая частота системной шины — теперь она функционировала с частотой 133 МГц.

Процессоры Intel P6

Архитектура P6 пришла на смену P5 в 1995 году. Процессор являлся суперскалярным и поддерживал изменения порядка выполнения операций. Процессоры использовали двойную независимую шину, которая значительно увеличила пропускную способность памяти.

В том же 1995 году были представлены процессоры следующего поколения Pentium Pro. Кристаллы работали на частоте 150 МГц — 200 МГц, имели 16 Кб кэш-памяти первого уровня и до 1 Мб кэша второго уровня.

Процессор Intel Pentium Pro

В 1999 году были представлены первые процессоры Pentium III. Они базировались на новой генерации ядра P6 под названием Katmai, которые являлись модифицированными версиями Deschutes. В ядро была добавлена поддержка инструкций SSE, а также улучшился механизм работы с памятью. Тактовая частота процессоров Katmai достигала 600 МГц.

В 2000 году вышли первые процессоры Pentium 4 с ядром Willamette. Эффективная частота системной шины составляла 400 МГц (физическая частота — 100 МГц). Кэш-данных первого уровня достигал объема 8 Кб, а кэш-память второго уровня — 256 Кб.

Следующим ядром линейки стало Northwood (2002 год). Процессоры содержали 55 миллионов транзисторов и производились по новой 130-нм КМОП-технологии с медными соединениями. Частота системной шины составляла 400 МГц, 533 МГц или 800 МГц.

Intel Pentium 4

В 2004 году производство процессоров вновь перевели на более тонкие технологические нормы — 90 нм. Вышли Pentium 4 на ядре Prescott. Кэш данных первого уровня увеличился до 16 Кб, а кэш второго уровня достиг 1 Мб. Тактовая частота составляла 2,4 ГГц — 3,8 ГГц, частота системной шины — 533 МГц или 800 МГц.

Последним ядром, которое использовалось в процессорах Pentium 4 стало одноядерное Cedar Mill. Выпускалось по новому техпроцессу — 65 нм. Существовало четыре модели: 631 (3 ГГц), 641 (3,2 ГГц), 651 (3,4 ГГц), 661 (3,6 ГГц).

Процессоры Athlon 64 и Athlon 64 X2

В конце 2003 года AMD выпустила новую 64-битную архитектуру K8, построенную по 130-нанометровому техпроцессу. В процессоре был встроенный контроллер памяти и шина HyperTransport. Она работала на частоте 200 МГц. Новые продукты AMD получили название Athlon 64. Процессоры поддерживали множество наборов команд, таких как MMX, 3DNow!, SSE, SSE2 и SSE3.

Процессор Athlon 64

В 2005 году на рынок вышли процессоры компании AMD под названием Athlon 64 X2. Это были первые двухъядерные процессоры для настольных компьютеров. В основе модели лежали два ядра, выполненных на одном кристалле. Они имели общий контроллер памяти, шину HyperTransport и очередь команд.

Процессор Athlon 64 X2

В течение 2005 и 2006 годов AMD выпустила четыре поколения двухъядерных чипов: три 90-нм ядра Manchester, Toledo и Windsor, а также 65-нм ядро Brisbane. Процессоры отличались объемом кэш-памяти второго уровня и энергопотреблением.

Процессоры Intel Core

Процессоры Pentium M обеспечивали большую производительность, чем настольные процессоры на базе микроархитектуры NetBurst. И поэтому их архитектурные решения стали основой для микроархитектуры Core, которая вышла в 2006 году. Первым настольным четырехядерным процессором стал Intel Core 2 Extreme QX6700 с тактовой частотой 2.67 ГГц и 8 Мб кэш-памяти второго уровня.

Кодовое имя первого поколения мобильных процессоров компании Intel было Yonah. Они производились с использованием техпроцесса 65 нм, основанного на архитектуре Banias/Dothan Pentium M, с добавленной технологией защиты LaGrande. Процессор мог обрабатывать до четырех инструкций за такт. В Core был переработан алгоритм обработки 128-битных инструкций SSE, SSE2 и SSE3. Если раньше каждая команда обрабатывалась за два такта, то теперь для операции требовался лишь один такт.

Intel Core 2 Extreme QX6700

В 2007 году вышла 45-нм микроархитектура Penryn с использованием металлических затворов Hi-k без содержания свинца. Технология использовалась в семействе процессоров Intel Core 2 Duo. В архитектуру добавилась поддержка инструкций SSE4, а максимальный объем кэш-памяти 2-го уровня у двухъядерных процессоров увеличился с 4 Мб до 6 Мб.

Процессор AMD Phenom II X6

В 2008 году вышла архитектура следующего поколения — Nehalem. Процессоры обзавелись встроенным контроллером памяти, поддерживающим 2 или 3 канала DDR3 SDRAM или 4 канала FB-DIMM. На смену шине FSB, пришла новая шина QPI. Объем кэш-памяти 2-го уровня уменьшился до 256 Кб на каждое ядро.

Вскоре Intel перевела архитектуру Nehalem на новый 32-нм техпроцесс. Эта линейка процессоров получила название Westmere.
Первой моделью новой микроархитектуры стал Clarkdale, обладающий двумя ядрами и интегрированным графическим ядром, производимым по 45-нм техпроцессу.

Процессоры AMD K10

Компания AMD старалась не отставать от Intel. В 2007 году она выпустила поколение архитектуры микропроцессоров x86 — K10. Четыре ядра процессора были объединены на одном кристалле. В дополнение к кэшу 1-го и 2-го уровней модели K10 наконец получили L3 объемом 2 Мб. Объем кэша данных и инструкций 1-го уровня составлял 64 Кб каждый, а кэш-памяти 2-го уровня — 512 Кб. Также появилась перспективная поддержка контроллером памяти DDR3. В K10 использовалось два 64-битных контроллера. Каждое процессорное ядро имело 128-битный модуль вычислений с плавающей запятой. Вдобавок ко всему, новые процессоры работали через интерфейс HyperTransport 3.0.

В 2007 году с архитектурой K10 вышли многоядерные центральные процессоры Phenom фирмы AMD, предназначенные для использования в стационарных персональных компьютерах. Решения на базе K10 производились по 65- и 45-нм техпроцессу. В новой версии архитектуры (К10,5) контроллер памяти работал с памятью DDR2 и DDR3.

Процессор AMD Phenom

В 2011 году вышла новая архитектура Bulldozer. Каждый модуль содержал два ядра со своим блоком целочисленных вычислений и кэш-памятью 1-го уровня. Поддерживалась кэш-память 3-го уровня объемом 8 Мб, шины HyperTransport 3.1, технологии увеличения частоты ядер Turbo Core второго поколения и наборов инструкций AVX, SSE 4.1, SSE 4.2, AES. Также процессоры Bulldozer были наделены двухканальным контроллером памяти DDR3 с эффективной частотой 1866 МГц.

Процессор AMD Bulldozer

В 2013 году компания представила следующее поколение процессоров — Piledriver. Данная модель являлась улучшенной архитектурой Bulldozer. Были доработаны блоки предсказания ветвлений, возросла производительность модуля операций с плавающей запятой и целочисленных вычислений, а также тактовая частота.

Просматривая историю, можно проследить этапы развития процессоров, изменения в их архитектуре, усовершенствования технологий разработки и многое другое. Современные CPU отличаются от тех, которые выходили раньше, но при этом имеют и общие черты.

О советских микропроцессорах или кто изобрел Pentium?

А знаете ли вы, что в середине 80-х СССР значительно опережал страны Запада в разработке новейших микропроцессоров ?

В 1986г. в Институте точной механики и вычислительной техники

(ИТМиВТ) началась разработка компьютеров на базе принципиально новой процессорной архитектуры — «Эльбрус-3».


В новом компьютере был реализован так называемый «постсуперскалярный» подход.

Именно такой архитектурой в будущем обладали процессоры Intel Itanium и чипы компании Transmeta. Но компании Intel, HP, Transmeta приступили к реализации работ в этом направлении лишь в 1995г.

Работы по созданию 32-разрядного процессора Эль-90 для «Эльбруса-3» возглавил Владимир Пентковский, принимавший участие в создании суперкомпьютеров «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2».

Он же является разработчиком языка программирования Эль-76 для этих компьютеров.

К 1987г. работы над созданием архитектуры нового микропроцессора были завершены. В 1990г. выпущены первые его прототипы.

В 1991г. были начаты работы над процессором Эль-91С. Но работы были остановлены решением руководства страны.

С 1993г. Пентковский начинает работать в компании Intel, где разработал процессоры Pentium. Презентация процессоров Pentium состоялась 22 марта 1993г., в том же году появились первые компьютеры, построенные на их основе.

«Эльбрус-3» так никогда и не был запущен в серийное производство. Его единственный экземпляр был построен к 1994г. В это же время был разработан процессор «Эльбрус-2000» , известный так же как Е2К. Российский процессор был готов к серийному производству раньше, чем Intel Itanium. Но т.к. конкурент западным процессорам был никому не нужен. Все планы остались на бумаге.

В 1995г. Intel представила процессор Pentium Pro, который по своим характеристикам был аналогичен советскому процессору 1987 года — Эль-90. Главный архитектор данного процессора явился Пентковский.

Процессор Intel Pentium 4: характеристики, тестирование, отзывы

На момент начала продаж процессорные решения серии Intel Pentium 4 позволяли создавать наиболее производительные настольные вычислительные системы. Спустя 8 лет это семейство чипов устарело и было снято с производства. Именно об этом легендарном модельном ряде ЦПУ и пойдет в этом материале речь.

Позиционирование процессора

На самом старте продаж данные процессоры принадлежали к наиболее быстродействующим решениям. На подобную их принадлежность указывали передовая на тот момент архитектура полупроводникового кристалла NetBurst, существенно возросшие тактовые частоты и прочие значительно улучшенные технические характеристики. Как результат, владельцы персональных компьютеров на их базе могли решать любые по уровню сложности задачи. Единственная сфера, в которой эти чипы не применялись — это серверы. В таких высокопроизводительных вычислительных машинах использовались процессорные решения серии XEON. Также не совсем оправданно применение в составе офисных ПК Intel Pentium 4. Ядра такого чипа в этом случае не до конца нагружались и с экономической точки зрения такой подход был целиком и полностью не оправдан. Для ниши “Интел” выпускала менее производительные и более доступные ЦПУ серии Celeron.

Комплектация

В двух типичных вариантах поставки можно было встретить процессор Intel Pentium 4. Один из них был нацелен на небольшие компании, которые специализировались на сборке системных блоков. Также такой вариант поставки подходил для домашних сборщиков персональных компьютеров. В прайс-листах он обозначался ВОХ, а в него производитель включал следующее:

Чип в защитной упаковке из прозрачного пластика.

Фирменную систему теплоотвода, которая состояла из специальной термопасты и кулера.

Краткое руководство по назначению и использованию процессорного решения.

Наклейка с логотипом модели чипа для передней панели системного блока.

Второй вариант поставки в каталогах компьютерных комплектующих обозначался TRAIL. В этом случае из списка поставки исключалась система охлаждения и ее необходимо было дополнительно приобретать. Подобный вид комплектации наиболее оптимально подходил для крупных сборщиков персональных компьютеров. За счет большого объема продаваемой продукции они могли позволить покупать системы охлаждения по более низким оптовым ценам и такой подход был оправдан с экономической точки зрения. Также такой вариант поставки пользовался повышенным спросом среди компьютерных энтузиастов, которые приобретали улучшенные модификации кулеров и это позволяло еще лучше разогнать такой процессор.

Процессорные разъемы

Процессор Intel Pentium 4 мог устанавливаться в один из 3-х видов процессорных разъемов:

Первый разъем появился в 2000 году и был актуальным до конца 2001 года. Затем ему на смену пришел PGA478, который вплоть до 2004 года занимал ведущие позиции в перечне продукции компании “Интел”. Последний сокет LGA775 появился на прилавках магазинов в 2004 году. В 2008 году его сменил LGA1156, который был нацелен на применение чипов с более передовой архитектурой.

Сокет 423. Семейства поддерживаемых чипов

Производители процессоров в лице компаний “Интел” и АМД в конце 1999 года — начале 2000 года постоянно расширяли перечень предлагаемых чипов. Только у второй компании была вычислительная платформа с запасом, которая базировалась на сокете PGA462. А вот “Интел” все возможное на тот момент из процессорного разъема PGA370 “выжала” и ее нужно было предлагать рынку компьютерных технологий что-то новое. Этим новым и стал рассматриваемый чип с обновленным процессорным разъемом в 2000 году. Intel Pentium 4 дебютировал одновременно с анонсом платформы PGA423. Стартовая частота процессоров в этом случае была установлена на отметке 1,3 ГГц, а наибольшее ее значение достигало 2,0 ГГц. Все ЦПУ в этом случае принадлежали к семейству Willamette, изготавливались по технологии 190 нм. Частота системной шины была равна реальным 100 МГц, а ее эффективное значение составляло 400 МГц.

Процессорный разъем PGA478. Модели ЦПУ

Через год в 2001 году вышли обновленные процессоры Intel Pentium 4. Socket 478 — это разъем для их установки. Как было уже отмечено ранее, этот сокет был актуальным вплоть до 2004 года. Первым семейством процессоров, которые в него могли быть установлены, стал Willamette. Наивысшее значение частоты для них было установлено на 2,0 ГГц, а начальное — 1,3 ГГц. Техпроцесс у них соответствовал 190 нм. Затем появилось в продаже семейство ЦПУ Northwood. Эффективное значение частоты в некоторых моделях в этом случае было увеличено с 400 МГц до 533 МГц. Частота чипов могла находиться в пределах от 2,6 ГГц до 3,4 ГГц. Ключевое же нововведение чипов этого модельного ряда — это появление поддержки технологии виртуальной многозадачности HyperTraiding. Именно с ее помощью на одном физическом ядре обрабатывалось сразу два потока программного кода. По результатам тестов получался 15-процентный прирост быстродействия. Следующее поколение чипов “Пентиум 4” получило кодовое название Prescott. Ключевые от предшественников в этом случае заключались в улучшенном технологическом процессе, увеличении кеш-памяти второго уровня и повышение тактовой частоты до 800 МГц. При этом сохранилась поддержка HyperTraiding и не увеличилось максимальное значение тактовой частоты — 3,4 ГГц. Напоследок необходимо отметить то, что платформа PGA478 была последней вычислительной платформой, которая не поддерживала 64-битные решения и могла выполнять лишь только 32-разрядный программный код. Причем это касается и системных плат, и процессорных решений Intel Pentium 4. Характеристики компьютеров на базе таких комплектующих являются целиком и полностью устаревшими.

Завершающий этап платформы Pentium 4. Сокет для установки чипов LGA775

В 2006 году производители процессоров начали активно переходить на 64-разрядные вычисления. Именно по этой причине Intel Pentium 4 перешел на новую платформу на основе разъема LGA775. Первым поколением процессорных устройств для нее называлось точно также, как и для PGA478 — Prescott. Технические спецификации у них были идентичны предыдущим моделям чипов. Ключевое отличие — это повышение максимальной тактовой частоты, которая в этом случае могла уже достигать 3,8 ГГц. Завершающим же поколением ЦПУ стало Cedar Mill. В этом случае максимальная частота понизилась до 3,6 ГГц, но при этом техпроцесс улучшился и энергоэффективность улучшилась. В отличие от предшествующих платформ, в рамках LGA775 “Пентиум 4” плавно перешел из сегмента решений среднего и премиального уровня в нишу процессорных устройств бюджетного класса. На его место пришли чипы серии Pentium 2, которые уже могли похвастаться двумя физическими ядрами.

Тесты. Сравнение с конкурентами

В некоторых случаях достаточно неплохие результаты может показать Intel Pentium 4. Processor этот отлично подходит для выполнения программного кода, который оптимизирован под один поток. В этом случае результаты будут сопоставимы даже с нынешними ЦПУ среднего уровня. Конечно, сейчас таких программ не так уж и много, но они все еще встречаются. Также этот процессор способен составить конкуренцию нынешним флагманам в офисных приложениях. В остальных случаях этот чип не может показать приемлемый уровень производительности. Результаты тестов будут приведены для одного из последних представителей данного семейства “Пентиум 4 631”. Конкурентами для него будут процессоры Pentium D 805, Celeron Е1400, Е3200 и G460 от “Интел”. Продукция же АМД будет представлена Е-350. Количество ОЗУ стандарта DDR3 равно 8 Гб. Также данная вычислительная система доукомплектована адаптером GeForce GTX 570 с 1 Гб видеопамяти. В трехмерных пакетах Maya, Creo Elements и Solid Works в актуальных версиях 2011 года рассматриваемая модель “Пентиум 4” показывает достаточно неплохие результаты. По результатам тестов в этих 3-х программных пакетах была выведена средняя оценка по сто балльной шкале и силы распределились следующим образом:

“Пентиум 4 631” проигрывает процессорам с более продвинутой архитектурой и более высокими тактовыми частотами G460 и Е3200, у которых 2 физических ядра. Но при этом обходит полноценную двухъядерную модель D 805 на аналогичной архитектуре. Результаты же Е-350 и Е1400 были предсказуемые. Первый чип ориентирован на сборку ПК, в которых на первый план выходит энергопотребление, а удел второго — это офисные системы. Совершенно по-другому распределяются силы при кодировании медиафайлов в программах Lame, Apple Lossless, Nero AAC и Ogg Vorbis. В этом случае на первый план уже выходит количество ядер. Чем их больше, тем лучше выполняется задача. Опять-таки, по усредненной сто балльной шкале силы распределились следующим образом:

Даже Е-350 с приоритетом на энергоэффективность обходит “Пентиум 4” модели 631. Продвинутая архитектура полупроводникового кристалла и наличие 2-х ядер все-таки дают о себе знать. Изменяется картина при тестировании процессоров в архиваторах WinRAR и 7-Zip. Результаты чипов по той же самой шкале распределились так:

В этом тесте множество факторов оказывает влияние на конечный результат. Это и архитектура, это и размер кеша, это и тактовая частота, это и количеств ядер. Как результат, типичным середнячком получился тестируемый “Пентиум 4” в исполнении 631. Эталонная же система, производительность которой соответствовала 100 баллам, базировалась на ЦПУ Athlon II Х4 модели 620 от АМД.

Разгон

Внушительным увеличением уровня производительности мог похвастаться Intel Pentium 4. Разгон этих процессорных устройств позволял достичь значений тактовой частоты в 3,9-4,0 ГГц при улучшенной воздушной системе охлаждения. Если же заменить воздушное охлаждение на жидкостное на базе азота, то вполне можно рассчитывать на покорение значения в 4,1-4,2 ГГц. Перед разгоном компьютерная система должна быть укомплектована следующим образом:

Мощность блока питания должна быть минимум 600 Вт.

В компьютере должна быть установлена продвинутая модель системной платы, на которой можно осуществлять плавное регулирование различных параметров.

Кроме основного кулера, на процессоре в системном блоке должны находиться дополнительные 2-3 вентилятора для осуществления улучшенного теплоотвода.

Мультипликатор частоты в этих чипах был заблокирован. Поэтому простым поднятием его значения разогнать ПК невозможно. Поэтому единственный способ увеличения производительности — это увеличение реального значения тактовой частоты системной шины. Порядок же разгона в этом случае следующий:

Уменьшаются значения частот всех компонентов ПК. В этот список лишь только не попадает лишь только системной шины.

На следующем этапе увеличиваем рабочее значение частоты последней.

После каждого такого шага необходимо проверить стабильность работы компьютера с помощью прикладного специализированного софта.

Когда простого повышения частоты уже недостаточно начинаем повышать напряжение на ЦПУ. Его максимальное значение равно 1,35-1,38 В.

После достижения наибольшего значения напряжения частоту чипа повышать нельзя. Это и есть режим максимального быстродействия компьютерной системы.

В качестве примера можно привести модель 630 процессора “Пентиум 4”. Ее стартовая частота равна 3 ГГц. Номинальная же тактовая частота системной шины составляет в этом случае 200 МГц. Значение последней можно на воздушном охлаждении повысить вплоть до 280-290 МГц. В результате ЦПУ будет работать уже на 4,0 ГГц. То есть прирост производительности составляет 25 процентов.

Актуальность на сегодняшний день

На сегодняшний день целиком и полностью устарели все процессоры Intel Pentium 4. Температура их функционирования, энергопотребление, технологический процесс, тактовые частоты, размер кеш-памяти и ее организация, количество адресуемой ОЗУ — это далеко не полный перечень тех характеристик, которые указывают на то, что это полупроводниковое решение устарело. Возможностей такого чипа лишь достаточно для решения наиболее простых задач. Поэтому владельцам таких компьютерных систем необходимо их обновлять в срочном порядке.

Стоимость

Несмотря на то что в 2008 году выпуск рассматриваемых ЦПУ был прекращен, их все еще можно купить в новом состоянии со складских запасов. При этом необходимо отметить то, что в исполнении LGA775 и с поддержкой технологии НТ можно приобрести чипы Intel Pentium 4. Цена на них находится в пределах 1300-1500 рублей. Для офисных систем это вполне адекватный уровень стоимости. Процессорные решения, которые находились в использовании, можно найти на различных торговых площадках в интернете. Цена в этом случае начинается с отметки в 150-200 рублей. Полностью же собранный персональный компьютер бывший в употреблении можно купить по цене от 1500 рублей.

Отзывы

Для своего времени отличным процессорным решением являлся Intel Pentium 4. Отзывы, которые о нем оставляли на тот момент владельцы ПК на его основе, указывают на отменный уровень производительности и приемлемое энергопотребление такого чипа. В самом начале продаж это ЦПУ позиционировалось “Интел”, как премиальное решение. В дальнейшем же им на смену пришли многоядерные процессоры, а этот флагман опустился в нишу бюджетных решений. На текущий момент чип данной модели отлично подходит для создания офисного рабочего места. Именно на этом и акцентируют внимание специалисты компьютерной индустрии на сегодняшний день. На что-то большее процессорное решение 10-летней давности просто не способно. Тем более что данные процессоры в обязательном порядке включали всего лишь одно вычислительное ядро, которое могло обрабатывать код программы в 2 логических потока.

Итоги

В период с 2000 по 2006 год Intel Pentium 4 был топовым процессорным решением и мог решать любые задачи. Затем в рамках платформы LGA775 он занял сразу средний ценовой сегмент. А вот в 2008 году он стал уже бюджетным процессорным решением, которое могло лишь выполнять наиболее простые задачи. Многие технологии, которые в нем были успешно реализованы, по сей день можно встретить в современных процессорах. В качестве примера можно привести HyperTrayding, которая позволяет одному физическому блоку обработки кода обрабатывать 2 потока кода.

Добавить комментарий