Реферат: PENTIUM Processor. Технический обзор
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
АНГАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
Реферат
Тема: P E N T I U M P r o c e s s o r
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 обычнымтихим воскресным утром 10 мая 1992 года, четыре инженера фирмы INTEL прибыли в аэропорт San Jose International.Установив видеоаппаратуру, Анжела Чанг, Эрик Деваннайн, Автар Саини и СухельЗаатри нервозно прохаживались по залу, ожидая с минуты на минуту самолета изОрегона. Когда Марк Хопман, спустя несколько минут после приземления самолета,вышел из коридора, держа в руках маленький голубой чемодан, вся встречающаягруппа направилась к нему. Все внимание было приковано к чемодану, в которомнаходился продукт разработчиков 5 Орегонской фабрики. Трудно было поверить, чтов этом чемодане находился результат трехлетнего труда многих людей, воплощенный в маленький чип. Так началась жизнь Pentiumпроцессора, 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 этотпродукт будет одним из главных достижений фирмы INTEL. С появлением Pentium процессора рынок компьютеров сразуизменился и начался новый этап конкуренции. San Microsistems, MIPS и другие продавцыRISC процессоров, разрабатывающие супербыстрые чипы, безоговорочнопризнали, что новый процессор фирмы INTEL станетстандартом для новых настольных PC.
Процесс рождения Pentiumпроцессора был нелегким.
По теории,создавая процессор, команда разработчиков создает концепцию проекта, в которомопределяются его основные свойства и нововведения. Далее инженеры проектируют логику, которая затем воплощается в конкретные схемы. Как толькозаканчивается схемотехническое проектирование, проектировщики топологии прорисовывают каждый транзистор. В результате их труда создается конечный шаблон.
Реально же все былоиначе. Традиционный процесс проектирования был кардинально переработан, поскольку требовались ускоренные темпы реализации проекта.
Как только командаразработчиков выполняла локальную задачу, менеджеры перераспределяли ресурсы. Каждый инженер решал персональную задачу. Командный дух постоянно подвергалсятаким испытаниям, как задержки и трудности, однако временной план выполненияпроекта от этого не зависел. Для выполнения всех задач использовались самыепоследние достижения автоматизированного проектирования. Очень пригодился опыт,накопленный при проектировании и решении аналогичных проблем в 286, Intel386 и Intel486 процессорах.
Как только выполнялсяочередной этап проекта, сразу начинался процесс всеобъемлющего тестирования. Было желание не повторить проблемы, возникшие в свое время с Intel486, задержавшие его запуск в производство. Каждаяошибка трассировалась в обратном порядке, и устранялись ее причины. Остальныеинженеры выполняли сотни тестирований для проверки логики, архитектуры и общейконструкции. Они выполнили более чем 5000 уточняющих тестирований, прежде чемPentium процессор обрел свою архитектуру. Для тестирования была разработана специальная технология, позволившаяимитировать функционирование Pentiumпроцессора с использованием программируемых устройств, объединенных на14 платах с помощью кабелей. Только когда были обнаружены все ошибки, процессорсмог работать в реальной системе.
В дополнение ко всему, впроцессе разработки и тестирования Pentium процессора принимали активное участие все основные разработчики персональныхкомпьютеров и программного обеспечения, что немало способствовало общему успехупроекта.
В конце 1991 года, когда была завершен макет процессора, инженеры смогли запустить на немпрограммное обеспечение. Проектировщики начали изучать под микроскопом разводкуи прохождение сигналов по подложке с целью оптимизации топологии и повышенияэффективности работы.
Проектирование в основном было завершено в феврале 1992 года. Началось всеобъемлющее тестированиеопытной партии процессоров, в течение которого испытаниям подвергались всеблоки и узлы. В апреле 1992 года было принято решение, что пора начинатьпромышленное освоение Pentium процессора. В качествеосновной промышленной базы была выбрана 5 Орегонская фабрика. Более 3миллионов транзисторов были окончательно перенесены на шаблоны. Началось промышленноеосвоение производства и доводка технических характеристик, завершившиеся через10 месяцев, 22 марта 1993 года широкой презентацией Pentiumпроцессора.
Современнаямикропроцессорная технология фирмы INTEL.
Достижения фирмы INTEL в искусстве проектирования и производстваполупроводников делают возможным производить мощные микропроцессоры во всеболее малых корпусах. Разработчики микропроцессоров в настоящее время работают с комплементарным технологическим процессом металл-оксид полупроводник (CMOS) с разрешением менее чем микрон.
Использованиесубмикронной технологии позволяет разработчикам фирмы INTELрасполагать больше транзисторов на каждой подложке. Это сделало возможным увеличение количества транзисторов для семейства X86 от29,000 в 8086 процессоре до 1,2 миллионов в процессоре Intel486DX2, с наивысшим достижением в Pentiumпроцессоре. 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 двараза большего количества транзисторов Pentium процессора по сравнению с Intel486, разработчики поместили на подложке компоненты, ранее располагавшимися снаружипроцессора. Наличие компонентов внутри уменьшает время доступа, что существенноувеличивает производительность. 0.8 микронная технология фирмы INTEL использует трехслойный метал и имеет уровень, болеевысокий по сравнению с оригинальной 1.0 микронной технологией двухслойногометалла, используемой в процессоре Intel486.
Фирма INTEL использовала самые последние достижения технологиипроектирования микропроцессоров для достижения преимуществ, сравнимых сальтернативными архитектурами, используемыми в научных и инженерных рабочихстанциях, обеспечив при этом совместимость с программным обеспечение стоимостью$50 миллиардов, наработанного для семейства микропроцессоров серии X86.
Да и самопрограммное обеспечение для Pentium процессора разрабатывалосьпо новой технологии. Еще на этапе проектирования аппаратных средств процессорак проекту стали привлекаться эксперты из всех основных компаний,разрабатывающих операционные системы и компиляторы — Microsoft, IBM, NeXT, Borland,Watcom, MetaWare и др. Это позволилона аппаратном уровне поддержать новые технологии программирования с учетомфирменного стиля поставщиков стандартного программного обеспечения. С другойстороны, еще до рождения нового процессора использовались методы классическойи специальной оптимизации, раскрывающие специфические достоинства архитектуры X86, например, использование командзагрузки-записи, мощных режимов адресации, удаление инвариантных участков кодаиз 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.
PENTIUM Processor
Технический обзор
Новый процессор «Pentium» фирмы INTELобъединяет преимущества, традиционно присущие миникомпьютерам и рабочим станциям,с гибкостью и совместимостью, которыми характеризуются платформы персональныхкомпьютеров.
Спроектированный для нужд объединения все усложняющегося современного и будущего прикладногопрограммного обеспечения, Pentium процессор расширяетдиапазон микропроцессорной архитектуры фирмы INTEL доновых высот, затеняемой ранее отличиями между мощными вычислительными платформамии созданными для совершенно новой области применений настольными компьютерами и серверами.
Новое поколениепроцессоров фирмы INTEL
Объединяя более чем 3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой подложке, 32-разрядный Pentium процессор характеризуется высокой производительностьюс тактовой частотой 60 и 66МГц. Его суперскалярная архитектура использует усовершенствованные способы проектирования, которые позволяют выполнять болеечем одну команду за один период тактовой частоты, в результате чего Pentium в состоянии выполнять огромное количество PC-совместимого программного обеспечения быстрее, чем любой другоймикропроцессор. Кроме существующих наработок программного обеспечения,высокопроизводительный арифметический блок с плавающей запятой Pentium процессора обеспечивает увеличение вычислительноймощности до необходимой для использования недоступных ранее технических и научныхприложений, первоначально предназначенных для платформ рабочих станций. Также, как локальные и глобальные сети продолжают вытеснять устаревшие иерархическиесети, 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 производительностиравного или более высокого, чем современные рабочие станции высокого уровня, он обладает преимуществами, которых лишены обычные рабочие станции: полнаясовместимость с более, чем 50 000 программных приложений со стоимостью миллиардыдолларов, которые были написаны под архитектуру фирмы INTEL. В дополнение, Pentium процессор позволяет использовать всеосновные операционные системы, которые доступны современным настольнымперсональным компьютерам, рабочим станциям и серверам, включая UNIX, Windows-NT,OS/2, Solaris и NEXTstep.
Pentiumпроцессор. Технические нововведения.
Многочисленныенововведения - характерная особенность Pentiumпроцессора в виде уникального сочетания высокой производительности, совместимости, интеграции данных и наращиваемости. Это включает:
— Суперскалярнуюархитектуру;
— Раздельное кэшированиепрограммного кода и данных;
- Блок предсказанияправильного адреса перехода;
— Высокопроизводительный блоквычислений с плавающей запятой;
— Расширенную 64-битовуюшину данных;
— Поддержкумногопроцессорного режима работы;
— Средства задания размерастраницы памяти;
— Средства обнаружения ошибок и функциональной избыточности;
— Управлениепроизводительностью;
— Наращиваемость с помощью Intel OverDriveпроцессора.
Архитектура Pentium процессора
/> <td/>┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 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.
/> <td/>┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐
│ ┌────────┐ ┌────────┐ │ │
│ ┌─┤ ├──────┤ │ │ │
│ │ └───┬────┘ └────┬───┘ │ │
│ │ │ ┌─────────────┘ │ │
│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────────┐ │ │
│ ┌───┐ │ │░░░░░░░░├──────┤ │ │ │
│ ┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │ │ │ │
│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ │ │ │
│ │ │░░░││░░░│ ┌──┤ │ │ Суперскалярная │
│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ │ │ архитектура │
│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────────┤ │ │
│ │ │░░░░░░░░│ │ │ │ │ │
│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────────┤ │ │
│ │ ├────┼─────┘ │ │ │ │
│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────────┤ │ │
│ └─┤ │ │ │ │ │
│ └────────┘ └────────┘ │ │
└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘
Суперскалярнаяархитектура Pentium процессора представляет собойсовместимую только с INTEL двухконвейерную индустриальнуюархитектуру, позволяющую процессору достигать новых уровнейпроизводительности посредством выполнения более чем одной команды за один период тактовой частоты. Термин «суперскалярная» обозначает микропроцессорнуюархитектуру, которая содержит более одного вычислительного блока. Этивычислительные блоки, или конвейеры, являются узлами, где происходят всеосновные процессы обработки данных и команд.
Появлениесуперскалярной архитектуры Pentium процессора представляетсобой естественное развитие предыдущего семейства процессоров с 32-битовойархитектурой фирмы INTEL. Например, процессор Intel486 способен выполнять несколько своих команд за одинпериод тактовой частоты, однако предыдущие семейства процессоров фирмы INTEL требовали множество циклов тактовой частоты длявыполнения одной команды.
Возможностьвыполнять множество команд за один период тактовой частоты существуетблагодаря 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 простуюкоманду 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 конвейер имеетсвое арифметическо-логическое устройство (ALU),совокупность устройств генерации адреса и интерфейс кэширования данных. Атранзисторы мы поставим деревяненькие. Так же как и процессор Intel486, Pentium процессориспользует аппаратное выполнение команд, заменяющее множество микрокоманд, используемых в предыдущих семействах микропроцессоров. Эти инструкциивключают загрузки, запоминания и простые операции АЛУ, которые могутвыполняться аппаратными средствами процессора, без использования микрокода. Это повышает производительность без затрагивания совместимости. В случаевыполнения более сложных команд, для дополнительного ускоренияпроизводительности выполнения расширенного микрокода Pentiumпроцессора для выполнения команд используются оба конвейера суперскалярнойархитектуры.
В результате этихархитектурных нововведений, по сравнению с предыдущими микропроцессорами,значительно большее количество команд может быть выполнено за одно и то жевремя.
Раздельноекэширование программного кода и данных.
/> <td/>┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐
│ ┌────────┐ ┌────────┐ │ │
│ ┌─┤░░░░░░░░├──────┤ │ │ │
│ │ └───┬────┘ └────┬───┘ │ │
│ │ │ ┌─────────────┘ │ │
│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────────┐ │ │
│ ┌───┐ │ │ ├──────┤ │ │ │
│ ┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │ │ │ Кэширование комад │
│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ │ │ │
│ │ │ ││ │ ┌──┤ │ │ │
│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ │ │ Кэширование данных │
│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────────┤ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────────┤ │ │
│ │ ├────┼─────┘ │ │ │ │
│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────────┤ │ │
│ └─┤░░░░░░░░│ │ │ │ │
│ └────────┘ └────────┘ │ │
└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘
Другоеважнейшее революционное усовершенствование, реализованное в Pentium процессоре, это введение раздельного кэширования.Кэширование увеличивает производительность посредством активизации меставременного 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 ограничениеиспользованием дополнительного контура, выполненного на 3.1 миллионахтранзисторов Pentium процессора (для сравнения, Intel486 содержит 1.2 миллиона транзисторов) создающих раздельное внутреннее кэширование программного кода и данных. Это улучшаетпроизводительность посредством исключения конфликтов на шине и делает двойноекэширование доступным чаще, чем это было возможно ранее. Например, во времяфазы предварительной подготовки, используется код команды, полученный из КЭШакоманд. В случае наличия одного блока кэш-памяти, возможен конфликт междупроцессом предварительной подготовки команды и доступом к данным. Выполнениераздельного кэширования для команд и данных исключает такие конфликты, даваявозможность обеим командам выполняться одновременно. Кэш-память программногокода и данных Pentium процессора содержит по 8 KB информации каждая, и каждая организована как набордвухканального ассоциативного КЭШа - предназначенная для записи только предварительно просмотренного специфицированного 32-байтного сегмента, причем быстрее, чем внешний кэш. Все эти особенности расширения производительности потребовалииспользования 64-битовой внутренней шины данных, которая обеспечиваетвозможность двойного кэширования и суперскалярной конвейерной обработкиодновременно с загрузкой следующих данных. Кэш данных имеет два интерфейса поодному для каждого из конвейеров, что позволяет ему обеспечивать данными две отдельныеинструкции в течение одного машинного цикла. После того, как данные достаютсяиз КЭШа, они записываются в главную память в режиме обратной записи. Такая техникакэширования дает лучшую производительность, чем простое кэширование снепосредственной записью, при котором процессор записывает данные одновременнов кэш и основную память. Тем не менее, Pentium процессор способен динамически конфигурироваться для поддержки кэширования снепосредственной записью.
Такимобразом, 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 простогокэширования. Эти решения увеличивают производительность посредством использованияпреобразованной шины и предупредительного исключения самого узкого места всистеме. В свою очередь MESI-протокол позволяет даннымв кэш-памяти и внешней памяти совпадать — великолепное решение в усовершенствованных мультипроцессорных системах, где различные процессорымогут использовать для работы одни и те же данные.
Рекомендуемыйобъем общей кэш-памяти для настольных систем, основанных на Pentium процессоре, равен 128-256 K, а для серверов — 256 K и выше.
Блокпредсказания правильного адреса перехода.
/> <td/>┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐
│ ┌────────┐ ┌────────┐ │ │
│ ┌─┤ ├──────┤░░░░░░░░│ │ │
│ │ └───┬────┘ └────┬───┘ │ │
│ │ │ ┌─────────────┘ │ │
│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────────┐ │ │
│ ┌───┐ │ │ ├──────┤ │ │ │
│ ┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │ │ │ предсказание │
│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ │ │ првавильного │
│ │ │ ││ │ ┌──┤ │ │ Адреса │
│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ │ │ перехода │
│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────────┤ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────────┤ │ │
│ │ ├────┼─────┘ │ │ │ │
│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────────┤ │ │
│ └─┤ │ │ │ │ │
│ └────────┘ └────────┘ │ │
└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘
Блокпредсказания правильного адреса перехода — это следующее великолепное решениедля вычислений, увеличивающее производительность посредством полногозаполнения конвейеров командами, основанное на предварительном определенииправильного набора команд, которые должны быть выполнены. Pentiumпроцессор — это первый и единственный PC-совместимый процессор, использующийблок предсказания, который до этого традиционно был связан с вычислительнымиплатформами больших ЭВМ.
Для лучшего пониманияэтой концепции, рассмотрим типичное программное приложение. После выполнениякаждого программного цикла, программа выполняет соответствующую проверку дляопределения, необходимо ли возвратиться в начало цикла или выйти и продолжитьвыполнение следующего шага. Эти два решения, или пути, называютпредсказанием адреса перехода. Блок предсказания правильного адреса перехода прогнозирует, какая ветвь программы будет затребована, основываясь на допущении, что предыдущая ветвь, которая была пройдена,будет использоваться снова. Pentium процессорвыполняет предсказание правильного адреса перехода, используя специальный буферпредсказания перехода (BTB). В отличие от альтернативной архитектуры, это программно-шаблонное нововведение дает возможность для перекомпилирования программного кода, увеличивая при этомскорость и производительность существующего прикладного программного обеспечения.Если команда управляет ветвлением программы, буфер BTBзапоминает команду и адрес, на который необходимо перейти, и предсказывает, какая ветвь команд в следующий момент будет использоваться. Когда буферсодержит правильное предсказание, переход выполняется без задержки.
Высокопроизводительныйблок вычислений с плавающей запятой.
/> <td/>┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐
│ ┌────────┐ ┌────────┐ │ │
│ ┌─┤ ├──────┤ │ │ блок конвеерных │
│ │ └───┬────┘ └────┬───┘ │ вычислений с │
│ │ │ ┌─────────────┘ │ плавающей запятой │
│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────────┐ │ │
│ ┌───┐ │ │ ├──────┤░░░░░░░░│ │ │
│ ┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │░░░░░░░░│ │ │
│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │░░░░░░░░│ │ │
│ │ │ ││ │ ┌──┤░░░░░░░░│ │ │
│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │░░░░░░░░│ │ │
│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────────┤ │ │
│ │ │ │ │ │░░░░░░░░│ │ Умножитель │
│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────────┤ │ │
│ │ ├────┼─────┘ │░░░░░░░░│ │ сумматор │
│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────────┤ │ │
│ └─┤ │ │░░░░░░░░│ │ делитель │
│ └────────┘ └────────┘ │ │
└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘
Нарастающаяволна 32-разрядных программных приложений включает много интенсивно вычисляющих, графически ориентиро-программ, которые занимают много процессорных ресурсовна выполнение операций с плавающей запятой, обеспечивающих математическиевычисления. Поскольку требования к персональным компьютерам со стороныпрограммного обеспечения по вычислениям с плавающей запятой постоянно возрастают, удовлетворить эти потребности могут усовершенствования в микропроцессорнойтехнологии. Процессор Intel486 DX,например, был первым микропроцессором, интегрированным на одной подложке сматематическим сопроцессором. Предыдущие семейства процессоров фирмы INTEL, при необходимости использования вычислений сплавающей запятой, использовали внешний математический сопроцессор.
Pentium процессор позволяет выполнять математические вычисления наболее высоком уровне благодаря использованию усовершенствованного встроенного блокавычислений с плавающей запятой, который включает восьмитактовый конвейер иаппаратно реализованные основные математические функции. Четырехтактовые конвейерныекоманды вычислений с плавающей запятой дополняют четырехтактовуюцелочисленную конвейеризацию. Большая часть команд вычислений с плавающейзапятой могут выполняться в одном целочисленном конвейере, после чего подаютсяв конвейер вычислений с плавающей запятой. Обычные функции вычислений с плавающейзапятой, такие как сложение, умножение и деление, реализованы аппаратно с цельюускорения вычислений.
В результате этихинноваций, Pentium процессор выполняет командывычислений с плавающей запятой в пять раз быстрее, чем 33-МГц Intel486 DX, оптимизируя их для высокоскоростных численных вычислений, являющихся неотъемлемой частью такихусовершенствованных видеоприложений, как CAD и 3D-графика.
Pentiumпроцессор на тактовой частоте 66 МГц работает как «числодробилка» с рейтингом 64.5 по тесту SPECint92, практически неуступая RISC-процессору Alphaкомпании Digital, но с тактовой частотой вдвое болеевысокой.
Общаяпроизводительность Pentium процессора превосходит в 6раз 25 МГц Intel486 SX и в2.6 раз — 66 МГц Intel486 DX2. Индекспо рейтингу iCOMP для 66 МГц Pentiumпроцессора, который выполняет 112 миллионов операций в секунду, составляет567. Индекс по iCOMP (Intel COmparative Microprocessor Performance) выполняет относительноесравнение производительности 32-битовых процессоров фирмы INTEL.
Расширенная64-битовая шина данных.
/> <td/>┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐
│ ┌────────┐ ┌────────┐ │ │
│ ┌─┤ ├──────┤ │ │ │
│ │ └───┬────┘ └────┬───┘ │ │
│ │ │ ┌─────────────┘ │ │
│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────────┐ │ │
│ ┌───┐ │ │ ├──────┤ │ │ │
│ ┤░░░├─┤ └─┬────┬─┘ │ │ │ │
│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ │ │ │
│ │ │ ││ │ ┌──┤ │ │ │
│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ │ │ │
│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────────┤ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────────┤ │ │
│ │ ├────┼─────┘ │ │ │ │
│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────────┤ │ │
│ └─┤ │ │ │ │ │
│ └────────┘ └────────┘ │ │
└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘
Pentium процессор снаружипредставляет собой 32-битовое устройство. Внешняя шина данных к памятиявляется 64-битовой, удваивая количество данных, передаваемых в течение одногошинного цикла. Pentium процессорподдерживает несколько типов шинных циклов, включая пакетный режим, в течениекоторого происходит порция данных из 256 бит в кэш данных и в течение одногошинного цикла.
Шина данныхявляется главной магистралью, которая передает информацию между процессором иподсистемой памяти. Благодаря этой 64-битовой шине данных, Pentiumпроцессор существенно повышает скорость передачи по сравнению с процессором Intel486 DX — 528 MB/секдля 66 МГц, по сравнению со 160 MB/сек для 50МГцпроцессора Intel486 DX. Эта расширенная шина данных способствует высокоскоростным вычислениямблагодаря поддержке одновременной подпитки командами и данными процессорногоблока суперскалярных вычислений, благодаря чему достигается еще большаяобщая производительность Pentium процессора по сравнениюс процессором Intel486 DX.
В общем, имея более широкую шину данных, Pentium процессоробеспечивает конвейеризацию шинных циклов, что способствуетувеличению пропускной способности шины. Конвейеризация шинных циклов позволяет второму циклу стартовать раньше завершения выполнения первого цикла.Это дает подсистеме памяти больше времени для декодирования адреса, чтопозволяет использовать более медленные и менее дорогостоящие компоненты памяти,уменьшая в результате общую стоимость системы. Ускорение процессов чтения изаписи, параллелилизм адреса и данных, а также декодирование в течение одногоцикла — все вместе позволяет улучшить пропускную способность и повышает возможности системы.
Мультипроцессорность.
/> <td/>┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Внутреннее определение ошибок и тестирование │
│ с помощью функциональной избыточности │
├───────────────────────────┬────┬───────────────────────────┤
│ Master │ │ Checker │
│ ┌────────┐ ┌────┐│ │ ┌────────┐ ┌────┐│
│ ┌─┤ ├───┤ ││ │ ┌─┤ ├───┤ ││
│ │ └───┬────┘ └──┬─┘│ │ │ └───┬────┘ └──┬─┘│
│ │ │ ┌────────┘ │ │ │ │ ┌────────┘ │
│ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────┐│ │ │ ┌───┴──┴─┐ ┌────┐│
│┌───┐ │ │ ├───┤ ││ │┌───┐ │ │ ├───┤ ││
│┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │ ││ ─┬─│┤ ├─┤ └─┬────┬─┘ │ ││
│└───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ ││ │ │└───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐ │ ││
│ │ │ ││ │ ┌─┤ ││ │ │ │ │ ││ │ ┌─┤ ││
│ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ ││ │ │ │ └─┬─┘└─┬─┘ │ │ ││
│ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────┤│ │ │ │ ┌─┴────┴─┐ │ ├────┤│
│ │ │ │ │ │ ││ │ │ │ │ │ │ │ ││
│ │ └─┬────┬─┘ │ ├────┤│ │ │ │ └─┬────┬─┘ │ ├────┤│
│ │ ├────┼───┘ │ ││ │ │ │ ├────┼───┘ │ ││
│ │ ┌─┴────┴─┐ ├────┤│ │ │ │ ┌─┴────┴─┐ ├────┤│
│ └─┤ │ │ ││ │ │ └─┤ │ │ ││
│ └────────┘ └────┘│ │ │ └────────┘ └────┘│
├─────────────┬─────────────┘ │ └──────┬──────┬─────────────┤
│ │ │ Check │ │ │
│ ├────────────────┼────────┘ │ │
│ Outputs Inputs IERR# │
└────────────────────────────────────────────────────────────┘
Pentium процессор — это идеал для нарастающей волны мультипроцессорныхсистем, а также высочайший уровень производительности и вычислительной мощностив области современных вычислительных средств. Мультипроцессорные приложения, которые соединяют два или более Pentium процессоров — хорошо обслуживаются посредством усовершенствованной архитектуры кристаллов, раздельнымвстроенным кэшированием программного кода и данных, а также наборами микросхемдля управления внешней кэш-памятью и утонченными средствами контроляцелостности данных.
Какобсуждалось ранее, Pentium процессор поддерживает упорядоченныйкэш с его MESI протоколом. Когда один процессор получаетдоступ к данным, которые кэшируются в другом процессоре, он имеетвозможность приема правильных данных. И если данные модифицировались, всепроцессоры получают возможность доступа к приему данных в модифицированномвиде. Новейший Pentium процессор фирмы INTEL также определяет, какие команды распознаются системой в соответствии с используемым способом программирования. Это строгоопределенно подсказывает, каким образом программному обеспечению, разработанному для однопроцессорной системы, корректно работать вмногопроцессорном окружении.
Средства разделения памяти на страницы.
Pentiumпроцессор предлагает опции поддержки любой из традиционных размеров страницпамяти — 4 KB или более широкие, 4 MBстраницы. Эта опция позволяет производить вычисление
частоты свопинга страниц в комплексныхграфических приложениях, буферах фреймов, а также ядер операционных систем, где увеличенный размер страницы сейчас позволяет пользователям перепланироватьшире первоначально громоздкие объекты. Увеличение страниц дает результат ввиде повышения производительности, причем все это отражается на прикладном программном обеспечении.
Определение ошибок ифункциональная избыточность.
Хорошая защита данных и обеспечение их целостности посредством внутренних средств становитсякрайне важным в приложениях, критичным к потерям данных благодаряраспространению современного окружения клиент-серверов. Pentiumпроцессор содержит два усовершенствования, традиционно присущих проектированиюкласса больших ЭВМ - внутреннее определение ошибок и контроль за счетфункциональной избыточности ( FCR ) — это помогаетобеспечить целостность данных развивающихся сегодня систем, базирующихся нанастольных компьютерах.
Внутреннееопределение ошибок дополняет битом четности внутренний код и кэшированиеданных, сдвиговую ассоциативную таблицу страниц, микрокод, а также целевойбуфер перехода, помогая определять ошибки таким образом, что это остается незаметными для пользователя, и для системы. В то же время контроль с помощьюфункциональной избыточности оптимизирован для приложений, критических к потерям данных, где Pentium процессор может работать вконфигурации основной/контролирующий. Если между двумя процессорами обнаруживаются разногласия, система извещается об ошибке. В результатепроисходит обнаружение более чем 99% ошибок.
Кроме того, наподложке процессора расположено устройство встроенного тестирования. Самотестирование охватывает более 70% узлов Pentiumпроцессора, не требует выполнения сброса кристалла и представляет собойпроцедуру, обычно используемую при диагностике систем. Другими встроеннымирешениями является реализация стандарта IEEE 1149.1, позволяющая тестировать внешние соединения процессора и отладочныйрежим, дающий возможность программному обеспечению просматривать регистрыи состояние процессора.
Управление производительностью.
Управлениепроизводительностью — особенность Pentium процессора,что позволяет разработчикам систем и прикладных расширенийоптимизировать свои аппаратные и программные средства посредствомопределения потенциально узкого места для программного кода. А разработчикимогут наблюдать и считать такты для внутренних событий процессора, таких, какпроизводительность 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 своихприложений 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.
Даваявозможность разработчикам проектировать системы с правлениемэнергопотреблением, защитой и другими свойствами, Pentiumпроцессор поддерживаем режим управления системой (SMM),подобный режиму архитектуры Intel SL.
Наращиваемость.
Вместе совсем, 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 жизниотдельных компонентов. Технология наращивания делает возможным использовать преимуществабольшинства процессоров усовершенствованной технологи в уже существующих системах с помощью простой инсталляции средства однокристального наращиванияпроизводительности. 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.
Посредствомнаращивания одного из этих дополнительных процессоров в сокет, расположенный возле центрального микропроцессора на большинстве материнскихплатах Intel486, пользователи могут увеличить общуюпроизводительность системы более чем на 70% практически для всех программныхприложений.
Технологиянаращивания с помощью Overdrive процессоров возможнаи для систем, основанных на семействе Pentium процессора,посредством простой установки в будущем процессора, выполненного по усовершенствованной технологии. В свою очередь, технология Pentiumпроцессора является основой дополнительного процессора, разрабатываемого длясистем, базируемых на Intel486 DX2.
На сегодня Pentium процессор дает возможность получения наибольшейпроизводительности при самой умеренной цене, полностью поддерживаясовместимость с предыдущими микропроцессорами семейства X86.
Литература:
1. TheIntel Pentium Processor. A Technical Overview.
2.Intel Solutions.