PENTIUM Processor. Технический обзор


	Загрузить архив:
	Файл: ref-16808.zip (28kb [zip], Скачиваний: 77) скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АНГАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Реферат

Тема: PENTIUM Processor

Технический обзор

Кафедра: ПЭ

Факультет: ВМК

Группа: ВМКу-01-4

Выполнил: Печенин А.В.________________

Проверил(а): ________________

г. Ангарск 2003 г.

Содержание:

Аннотация
Краткий исторический обзор
Особенности технологии Pentium процессора
Основные нововведения
Особенности архитектуры Pentium процессора
Сравнительные характеристики

P E N T I U M

processor

История появления Pentium процессора.

Одним обычным тихим воскресным утром 10мая1992 года, четыре инженерафирмыINTELприбылив аэропортSan JoseInternational. Установив видеоаппаратуру,Анжела Чанг,Эрик Деваннайн, АвтарСаини 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 голубойчемодан,вся встречающая группа направилась к нему.Все внимание было приковано к чемодану,в котором находилсяпродукт разработчиков 5 Орегонской фабрики. Трудно было поверить, что в этом чемодане находился результат трехлетнего труда многихлюдей,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 этапконкуренции. SanMicrosistems, 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 концепциюпроекта, вкотором определяются его основные свойства и нововведения.Далее инженерыпроектируютлогику, которая затемвоплощается в конкретные схемы.Как только заканчивается схемотехническоепроектирование, проектировщики топологии прорисовываюткаждый транзистор.Врезультате их труда создается конечный шаблон.

Реально же все было иначе.Традиционный процесс проектирования былкардинальнопереработан, посколькутребовались ускоренные темпы реализации проекта.

Как только команда разработчиков выполняла локальнуюзадачу, менеджеры перераспределяли ресурсы.Каждый инженер решал персональную задачу.Командный дух постоянноподвергался таким испытаниям,как задержки и трудности,однако временной план выполнения проекта от этого не зависел.Длявыполнения всех задач использовались самые последние достижения автоматизированного проектирования. Очень пригодился опыт, накопленный припроектированиии решениианалогичныхпроблем в286, Intel386 и Intel486 процессорах.

Как только выполнялся очередной этап проекта, сразу начинался процесс всеобъемлющеготестирования.Было желаниене 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. Длятестированиябыла разработанаспециальная технология, позволившая имитировать функционированиеPentiumпроцессора 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 разработкии тестирования Pentiumпроцессора принималиактивноеучастие 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. Проектировщики начали изучать под микроскопом разводку и прохождение сигналов по подложке с целью оптимизации топологии и повышения эффективности работы.

Проектирование восновномбыло 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 освоениеPentium процессора.В качестве основной промышленной базы была выбрана 5 Орегонскаяфабрика. 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 фирмыINTEL в искусстве проектирования и производства полупроводников делают возможным производитьмощные микропроцессоры во все более малых корпусах. Разработчики микропроцессоров в настоящеевремяработают с комплементарным технологическим процессом металл-оксидполупроводник (CMOS)с разрешением менее чем микрон.

Использование субмикронной технологии позволяет разработчикам фирмы INTEL располагать большетранзисторов накаждой подложке. Этосделало возможнымувеличение количества транзисторов для семейства X86 от 29,000 в 8086 процессоре до1,2 миллионов в процессоре Intel486 DX2, с наивысшим достижением в Pentium процессоре. Выполненный по 0.8 микронной BiCMOS технологии,онсодержит 3.1миллионатранзисторов. Технология BiCMOSобъединяет преимуществадвух технологий:биполярной (скорость) и CMOS (малое энергопотребление).С помощью болеечемв два раза большего количества транзисторов Pentiumпроцессора по сравнению с Intel486,разработчики поместили на подложке компоненты,ранее располагавшимися снаружи процессора.Наличие компонентов внутри уменьшает времядоступа,что существенно увеличивает производительность. 0.8 микронная технология фирмы INTEL использует трехслойный метал и имеетуровень,более высокий по сравнению с оригинальной 1.0 микронной технологией двухслойного металла, используемойвпроцессоре Intel486.

Фирма INTELиспользовала 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 программным обеспечение стоимостью $50 миллиардов, наработанного для семейства микропроцессоров серии X86.

Да исамо программное обеспечение для Pentium процессора разрабатывалось по новой технологии. Еще на этапе проектирования аппаратных средств процессора к проекту стали привлекаться эксперты из всех основных компаний, разрабатывающих операционные системыи компиляторы - Microsoft,IBM,NeXT, Borland, Watcom, MetaWare и др. Это позволило на аппаратном уровне поддержать новые технологии программирования с учетом фирменного стиля поставщиковстандартного программногообеспечения.С другой стороны,еще до рождения нового процессора использовались методы классической и специальной оптимизации, раскрывающие специфические достоинства архитектурыX86,например, использование команд загрузки-записи,мощных режимов адресации, удаление инвариантных участков кода из циклов и т.д.Теперь, только за счетперекомпиляциитрадиционных приложений удается повысить их производительность на новом процессоре еще вдвое. Такого в настоящее время не может предложить не один из конкурентов фирмы INTEL.

PENTIUMProcessor

Технический обзор

Новый процессор"Pentium" фирмы INTEL объединяет преимущества, традиционно присущие миникомпьютерам и рабочим станциям, сгибкостью исовместимостью,которыми характеризуются платформы персональных компьютеров.

Спроектированный длянужд объединения все усложняющегося современного и будущего прикладного программного обеспечения, Pentium процессоррасширяет диапазон микропроцессорной архитектуры фирмы INTEL до новых высот, затеняемой ранее отличиями между мощными вычислительными платформами и созданными для совершенно новой области применений настольнымикомпьютерамии серверами.

Новое поколение процессоров фирмы INTEL

Объединяя болеечем3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой подложке, 32-разрядный Pentium процессор характеризуется высокой производительностью с тактовой частотой 60 и 66МГц. Его суперскалярная архитектура используетусовершенствованные способы проектирования, которые позволяют выполнять более чем одну команду за один период тактовой частоты,врезультате 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 запятойPentium процессораобеспечивает увеличение вычислительной мощности до необходимой дляиспользования недоступных ранее технических и научных приложений, первоначально предназначенных для платформ рабочихстанций.Также, как локальные иглобальныесети продолжают вытеснять устаревшие иерархические сети,управляемые большимиЭВМ,преимущества мультипроцессорностии гибкость операционной системы Pentiumпроцессора - идеал для Хост-компьютера для современныхприложений клиент-серверов, применяемых в промышленности.

Поскольку Pentiumпроцессор способендостигатьуровня производительности равного или более высокого, чем современные рабочие станции высокогоуровня,он обладает преимуществами, которых лишены обычные рабочие станции: полная совместимость с более, чем 50 000 программных приложений со стоимостьюмиллиарды долларов,которые былинаписаныподархитектуру фирмы INTEL.В дополнение, Pentium процессор позволяет использовать все основные операционные системы, которые доступны современным настольным персональным компьютерам,рабочим станциями 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 обнаруженияошибок и функциональной избыточности;

- Управление производительностью;

- Наращиваемость с помощью IntelOverDrive процессора.

Архитектура Pentium процессора

┌────────────────────────────────────────────────────────────┐

│ Intel Pentium Processor │

├────────────────────────────────────────────────────────────┤

│ 2────────────┐ 8────────────┐│

│ 64-bits │ Code │ │ Branch ││

│ ┌─────┤ Cache ├──────┤ Prediction ││

│ │ └────┬───────┘ └──────┬─────┘│

│ │256-bits│ ┌────────────────┘ │

│ │ 3────┴────┴──┐ 9────────────┐│

│ │ │Prefetch │ │││

│ │ │Buffers │ │││

│ │ └──┬──────┬──┘ │││

│ 1────────────┐ │ 4──────┴──┐5──┴──────┐│ Pipelined│ │

│ │ 64-bit │ │ │ Integer ││ Integer │ │ Floating- ││

│─┤ Bus ├───┤ │ ALU ││ ALU │ │ Point Unit │ │

│ │Interface │ │ └──────┬──┘└──┬──────┘│││

│ └────────────┘ │ 6──┴──────┴──┐ ┌──┤││

│ └─────┤Register │ ││││

│ 64-bits │ Set │ │ ├────────────┤│

│ └───┬─────┬──┘ │ │Multiply│ │

│ 32-bits├─────┼──────┘ ├────────────┤│

│ 7───┴─────┴──┐64-bit│ Add ││

│ │ Data │ ├────────────┤│

│ │ Cache │ │ Divide ││

│ └────────────┘ └────────────┘│

└────────────────────────────────────────────────────────────┘

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 конвейерных вычислений с плавающей запятой.

┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐

│ ┌────────┐ ┌────────┐│ │

│ ┌─┤ ├──────┤ ││ │

│ │ └───┬────┘ └────┬───┘│ │

│ │ │ ┌─────────────┘ │ │

│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────────┐│ │

│ ┌───┐ │ │░░░░░░░░├──────┤ ││ │

│ ┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │ ││ │

│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ ││ │

│ │ │░░░││░░░│ ┌──┤ ││ Суперскалярная │

│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ ││ архитектура │

│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────────┤│ │

│ │ │░░░░░░░░│ │ │ ││ │

│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────────┤│ │

│ │ ├────┼─────┘│ ││ │

│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────────┤│ │

│ └─┤ │ │ ││ │

│ └────────┘ └────────┘│ │

└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘

Суперскалярная архитектура Pentium процессора представляет собой совместимую только с INTEL двухконвейернуюиндустриальную архитектуру,позволяющуюпроцессору достигатьновых уровней производительности посредством выполнения болеечем одной командыза одинпериод 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 архитектурыPentiumпроцессора представляет собой естественное развитие предыдущего семейства процессоров с 32-битовой архитектурой фирмыINTEL.Например, процессор Intel486способен выполнять несколько своих команд за один период тактовой частоты,однако предыдущиесемейства процессоров фирмыINTELтребовали множество циклов тактовой частоты для выполнения одной команды.

Возможность выполнятьмножествокоманд заодин период тактовой частоты существует благодаря тому,что Pentiumпроцессор имеет два конвейера,которые могутвыполнятьдве инструкции одновременно. Так же, как и Intel486 с одним конвейером, двойной конвейер Pentiumпроцессора выполняет простую команду за пять этапов: предварительная подготовка, первое декодирование (декодированиекоманды), второе декодирование (генерация адреса), выполнение и обратная выгрузка. Это позволяет нескольким командам находиться в различных стадиях выполнения,увеличивая тем самым вычислительную производительность. Каждыйконвейер имеет свое арифметическо-логическое устройство (ALU), совокупность устройств генерации адреса и интерфейс кэширования данных.А транзисторы мы поставим деревяненькие. Также как и процессор Intel486,Pentiumпроцессор использует аппаратное выполнение команд,заменяющее множествомикрокоманд, используемыхв предыдущих 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 сложныхкоманд, длядополнительного ускорения производительности выполнения расширенного микрокода Pentium процессора для выполнения команд используются оба конвейера 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.

┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐

│ ┌────────┐ ┌────────┐│ │

│ ┌─┤░░░░░░░░├──────┤ ││ │

│ │ └───┬────┘ └────┬───┘│ │

│ │ │ ┌─────────────┘ │ │

│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────────┐│ │

│ ┌───┐ │ │ ├──────┤ ││ │

│ ┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │ ││ Кэширование комад │

│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ ││ │

│ │ │ ││ │ ┌──┤ ││ │

│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ ││ Кэширование данных│

│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────────┤│ │

│ │ │ │ │ │ ││ │

│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────────┤│ │

│ │ ├────┼─────┘│ ││ │

│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────────┤│ │

│ └─┤░░░░░░░░│ │ ││ │

│ └────────┘ └────────┘│ │

└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘

Другое важнейшее революционное усовершенствование, реализованное в Pentiumпроцессоре,это введение раздельного кэширования. Кэшированиеувеличивает производительность посредством активизации места временного хранения для часто используемого программного кода и данных, получаемых из быстрой памяти, заменяя по возможности обращение ко внешней системнойпамяти 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 1.2миллиона транзисторов)создающихраздельное 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 доступомк данным. Выполнение раздельного кэширования для команд и данных исключает такие конфликты,давая возможностьобеим командам выполняться одновременно. Кэш-память программного кода и данных Pentium процессора содержит по 8 KB информациикаждая, и каждаяорганизованакак набор двухканального ассоциативного КЭШа -предназначеннаядля записитолько предварительно просмотренного специфицированного 32-байтного сегмента, причем быстрее,чем внешний кэш. Все эти особенности расширения производительностипотребовали использования 64-битовой внутренней шины данных, которая обеспечивает возможность двойного кэширования и суперскалярной конвейерной обработки одновременно с загрузкой следующих данных.Кэш данных имеет дваинтерфейса 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 режимеобратнойзаписи. Такая техника кэширования дает лучшую производительность,чем простое кэширование с непосредственнойзаписью,при котором процессор записывает данные одновременно в кэш и основную память. Тем не менее,Pentiumпроцессорспособен динамически конфигурироваться для поддержки кэширования с непосредственной записью.

Таким образом,кэширование данных использует два различных великолепных решения:кэш с обратной записью иалгоритм, названный MESI(модификация, исключение, распределение, освобождение) протокол.Кэш с обратной записью позволяетзаписывать в кэшбезобращения косновнойпамяти в отличие от используемого до этого непосредственного простого кэширования. Эти решенияувеличивают производительность посредством использования преобразованной шины ипредупредительногоисключения самого узкогоместа в системе.В свою очередь MESI-протокол позволяет данным в кэш-памяти и внешней памяти совпадать - великолепноерешение вусовершенствованных мультипроцессорных системах,где различные процессоры могут использовать для работы одни и те же данные.

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

Блок предсказания правильного адреса перехода.

┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐

│ ┌────────┐ ┌────────┐│ │

│ ┌─┤ ├──────┤░░░░░░░░││ │

│ │ └───┬────┘ └────┬───┘│ │

│ │ │┌─────────────┘ │ │

│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────────┐│ │

│ ┌───┐ │ │ ├──────┤ ││ │

│ ┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │ ││ предсказание │

│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ ││ првавильного │

│ │ │ ││ │ ┌──┤ ││ Адреса │

│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ ││ перехода │

│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────────┤│ │

│ │ │ │ │ │ ││ │

│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────────┤│ │

│ │ ├────┼─────┘│ ││ │

│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────────┤│ │

│ └─┤ │ │ ││ │

│ └────────┘ └────────┘│ │

└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘

Блок предсказанияправильного адреса перехода - это следующее великолепное решение для вычислений,увеличивающее производительностьпосредством полного заполнения конвейеров командами, основанное на предварительном определении правильного набора команд,которыедолжны быть выполнены.Pentium процессор - это первый и единственный PC-совместимый процессор, использующий блок предсказания, который до этого традиционно был связан с вычислительными платформами больших ЭВМ.

Для лучшего понимания этой концепции, рассмотрим типичное программное приложение.После выполнения каждого программного цикла, программавыполняет соответствующую проверку для определения, необходимо ли возвратиться в начало цикла или выйти и продолжить выполнение следующего шага.Эти два решения,или пути, называют предсказанием адреса перехода.Блок предсказания правильногоадресаперехода прогнозирует,какаяветвь программы будет затребована,основываясь надопущении,что предыдущая ветвь,которая была пройдена, будет использоваться снова. Pentiumпроцессор выполняет предсказание правильного адреса перехода, используя специальный буфер предсказания перехода (BTB). В отличие отальтернативнойархитектуры, это программно-шаблонное нововведение даетвозможность для перекомпилирования программного кода, увеличивая при этом скорость и производительностьсуществующего прикладногопрограммного обеспечения. Если команда управляет ветвлением программы, буфер BTB запоминает команду и адрес,на который необходимо перейти, и предсказывает, какая ветвь команд в следующий момент будет использоваться. Когда буфер содержит правильное предсказание, переход выполняется без задержки.

Высокопроизводительный блок вычислений с плавающей запятой.

┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐

│ ┌────────┐ ┌────────┐│ │

│ ┌─┤ ├──────┤ ││блок конвеерных │

│ │ └───┬────┘ └────┬───┘│ вычислений с │

│ │ │ ┌─────────────┘ │плавающей запятой │

│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────────┐│ │

│ ┌───┐ │ │ ├──────┤░░░░░░░░││ │

│ ┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │░░░░░░░░││ │

│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │░░░░░░░░││ │

│ │ │ ││ │ ┌──┤░░░░░░░░││ │

│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │░░░░░░░░││ │

│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────────┤│ │

│ │ │ │ │ │░░░░░░░░││ Умножитель │

│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────────┤│ │

│ │ ├────┼─────┘ │░░░░░░░░││ сумматор │

│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────────┤│ │

│ └─┤ │ │░░░░░░░░││ делитель │

│ └────────┘ └────────┘│ │

└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘

Нарастающая волна 32-разрядныхпрограммных приложений включает много интенсивно вычисляющих,графически ориентиро-программ, которые занимают много процессорных ресурсов навыполнение операций с плавающей запятой,обеспечивающих математические вычисления.Посколькутребования к персональным компьютерам со стороны программного обеспечения по вычислениям с плавающей запятой постоянновозрастают,удовлетворить эти потребности могутусовершенствования в микропроцессорной технологии. Процессор Intel486 DX, например, был первым микропроцессором, интегрированнымна одной подложке с математическим сопроцессором. Предыдущие семейства процессоровфирмыINTEL, при необходимости использованиявычислений с плавающей запятой, использовали внешний математический сопроцессор.

Pentiumпроцессор 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 сплавающейзапятой дополняют четырехтактовую целочисленную конвейеризацию. Большая часть команд вычислений с плавающей запятой могут выполняться водном 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 ихдлявысокоскоростных численных вычислений,являющихся неотъемлемойчастьютаких усовершенствованных видеоприложений, как CAD и 3D-графика.

Pentium процессор на тактовой частоте 66 МГц работает как "числодробилка" срейтингом 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 раз25МГцIntel486 SX и в 2.6 раз - 66 МГц Intel486 DX2. Индекс по рейтингу iCOMP для 66 МГц Pentium процессора,который выполняет112 миллионовопераций в секунду,составляет 567. ИндекспоiCOMP(IntelCOmparative MicroprocessorPerformance)выполняет относительное сравнение производительности 32-битовых процессоров фирмы INTEL.

Расширенная 64-битовая шина данных.

┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐

│ ┌────────┐ ┌────────┐│ │

│ ┌─┤ ├──────┤ ││ │

│ │ └───┬────┘ └────┬───┘│ │

│ │ │ ┌─────────────┘ │ │

│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────────┐│ │

│ ┌───┐ │ │ ├──────┤ ││ │

│ ┤░░░├─┤ └─┬────┬─┘ │ ││ │

│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ ││ │

│ │ │ ││ │ ┌──┤ ││ │

│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ ││ │

│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────────┤│ │

│ │ │ │ ││ ││ │

│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────────┤│ │

│ │ ├────┼─────┘│ ││ │

│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────────┤│ │

│ └─┤ │ │ ││ │

│ └────────┘ └────────┘│ │

└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘

Pentiumпроцессор снаружи представляет собой 32-битовое устройство. Внешняя шина данных к памяти является64-битовой, удваивая количество данных, передаваемых в течение одного шинного цикла.Pentiumпроцессор 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 50МГц процессораIntel486DX. Этарасширенная шина данных способствует высокоскоростным вычислениям благодаря поддержке одновременной подпитки командами и данными процессорного блока суперскалярных вычислений,благодарячему достигаетсяеще большая общая производительность Pentium процессора по сравнению с процессором Intel486 DX.

В общем, имея более широкую шину данных,Pentium процессор обеспечивает конвейеризацию шинных циклов, что способствует увеличению пропускной способности шины. Конвейеризация шинныхциклов позволяет второму циклу стартовать раньше завершения выполнения первого цикла. Это дает подсистеме памяти больше временидлядекодирования 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.

┌────────────────────────────────────────────────────────────┐

│ Внутреннее определение ошибок и тестирование │

│ с помощью функциональной избыточности │

├───────────────────────────┬────┬───────────────────────────┤

│ Master│ │ Checker │

│ ┌────────┐ ┌────┐│ │ ┌────────┐ ┌────┐│

│ ┌─┤ ├───┤ ││ │ ┌─┤ ├───┤ ││

│ │ └───┬────┘ └──┬─┘│ │ │ └───┬────┘ └──┬─┘│

│ │ │ ┌────────┘│ │ │ │ ┌────────┘│

│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────┐│ │ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────┐│

│┌───┐ │ │ ├───┤ ││ │┌───┐ │ │ ├───┤ ││

│┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │ ││ ─┬─│┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │ ││

│└───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ │││ │└───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ ││

│ │ │ ││ │ ┌─┤ │││ │ │ │ ││ │ ┌─┤ ││

│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ │││ │ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ ││

│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────┤││ │ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────┤│

│ │ │ │ │ │ │││ │ │ │ │ │ │ ││

│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────┤││ │ │ └─┬────┬─┘ │ ├────┤│

│ │ ├────┼───┘ │ │││ │ │ ├────┼───┘ │ ││

│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────┤││ │ │ ┌─┴────┴─┐ ├────┤│

│ └─┤ │ │ │││ │ └─┤ │ │ ││

│ └────────┘ └────┘││ │ └────────┘ └────┘│

├─────────────┬─────────────┘│ └──────┬──────┬─────────────┤

│ │ │Check │ │ │

│ ├────────────────┼────────┘ │ │

│ Outputs Inputs IERR#│

└────────────────────────────────────────────────────────────┘

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

Как обсуждалосьранее,Pentiumпроцессорподдерживает упорядоченный кэш с его MESI протоколом.Когда один процессор получает доступк данным,которыекэшируются в другом процессоре, он имеет возможность приема правильных данных. И если данные модифицировались,все процессоры получаютвозможность доступак приемуданныхв модифицированном виде.Новейший Pentium процессор фирмы INTEL также определяет, какие команды распознаются системойвсоответствии с используемым 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 опцияпозволяетпроизводить вычисление

частоты свопингастраниц в комплексных графических приложениях, буферах фреймов,а также ядероперационных систем,где увеличенный размерстраницысейчас позволяетпользователям перепланировать шире первоначально громоздкие объекты. Увеличение страницдаетрезультат в виде повышения производительности, причем все этоотражаетсяна прикладномпрограммном обеспечении.

Определение ошибок и функциональная избыточность.

Хорошая защитаданных иобеспечениеих 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 -внутреннееопределение ошибоки контроль за счет функциональной избыточности ( FCR ) - это помогает обеспечить целостностьданныхразвивающихся сегодня систем, базирующихся на настольных компьютерах.

Внутреннее определение ошибокдополняетбитом четности внутренний коди 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 избыточностиоптимизировандля приложений,критических кпотерям данных,где Pentium процессор может работать в конфигурацииосновной/контролирующий. Еслимежду двумяпроцессорамиобнаруживаютсяразногласия, 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,нетребует выполнениясброса кристалла и представляет собой процедуру,обычно используемую при диагностике систем. Другими встроенными решениями является реализациястандарта IEEE1149.1, позволяющаятестировать внешние соединения процессора и отладочный режим, дающийвозможностьпрограммному обеспечениюпросматриватьрегистры и состояние процессора.

Управление производительностью.

Управление производительностью - особенность Pentium процессора, что позволяетразработчикамсистем и прикладных расширений оптимизировать свои аппаратные ипрограммные средства посредством определения потенциально узкого места для программного кода. А разработчики 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 вдвойной архитектуре Pentiumпроцессора ивсвоих продуктах и выполнять тонкую настройку своих приложений или систем для достижения оптимальной производительности.Выгодадля конечных пользователей- это более высокие достоинства и высшаяпроизводительность,и все это благодаря хорошему взаимодействию с Pentium процессором,пользовательскойсистемой и прикладным программным обеспечением.

Давая возможность разработчикам проектировать системыс правлением энергопотреблением,защитой и другими свойствами, Pentium процессорподдерживаемрежим управления системой (SMM), подобный режиму архитектуры IntelSL.

Наращиваемость.

Вместе со всем, что сделано нового для 32-битовой микропроцессорнойархитектуры фирмы INTEL, Pentium процессор сконструировандля легкой наращиваемости с использованием архитектуры наращивания фирмы INTEL.Эти нововведениязащищают инвестиции пользователейпосредством наращиванияпроизводительности, которая помогаетподдерживатьуровень продуктивности систем,основанныхна архитектурепроцессоровфирмы INTEL, больше, чем продолжительность жизни отдельных компонентов. Технология наращивания делает возможным использовать преимущества большинства процессоров усовершенствованной технологи в ужесуществующихсистемах с помощью простой инсталляции средства однокристального наращивания производительности. Например, первоесредство наращивания - это Overdrive процессор, разработанный дляпроцессоровIntel486SX иIntel486 DX, использующий технологиюпростогоудвоения тактовой частоты, использованную при разработке микропроцессоров Intel486 DX2.

Посредством наращиванияодногоиз этихдополнительных 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 спомощьюOverdriveпроцессоров возможна идля систем,основанных на семействе Pentium процессора, посредством простой установки в будущемпроцессора, выполненного поусовершенствованнойтехнологии. В свою очередь,технология Pentium процессора является основой дополнительного процессора, разрабатываемого для систем, базируемых на Intel486 DX2.

На сегодня Pentium процессор даетвозможностьполучения наибольшей производительности при самой умеренной цене,полностью поддерживая совместимость с предыдущимимикропроцессорами семейства X86.

Литература:

1. The Intel Pentium Processor. A Technical Overview.

2. Intel Solutions.