Реферат: PENTIUM Processor. Технический обзор

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АНГАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">

Реферат

<span Courier New"">     Тема:

<span Impact",«sans-serif»">    <span Impact",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">P<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»;mso-ansi-language:EN-US">E<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">N<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»;mso-ansi-language:EN-US">T<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">I<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»;mso-ansi-language:EN-US">U<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">M<span Impact",«sans-serif»">   <span Impact",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">P<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»;mso-ansi-language:EN-US">r<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">o<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»;mso-ansi-language:EN-US">c<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">e<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»;mso-ansi-language:EN-US">s<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">s<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»;mso-ansi-language:EN-US">o<span Impact",«sans-serif»"> <span Impact",«sans-serif»; mso-ansi-language:EN-US">r<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">Технический обзор

<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">

Кафедра:                       ПЭ

Факультет:                              ВМК

Группа:          ВМКу-01-4

Выполнил:   ПеченинА.В.________________

              Проверил(а):                             ________________

<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">

<span Impact",«sans-serif»">

г. Ангарск 2003 г.

Содержание:

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

P E NT I U M

processor

     Историяпоявления Pentium процессора.

Одним обычнымтихим воскресным утром 10  мая  1992 года, четыре инженера  фирмы  INTEL  прибыли  в аэропорт  San JoseInternational.Установив видеоаппаратуру,  АнжелаЧанг,  Эрик Деваннайн, Автар  Саини и Сухель Заатри нервозно прохаживались позалу, ожидая с минуты на минуту самолета из Орегона. Когда Марк Хопман, спустянесколько минут после приземления самолета, вышел из коридора, держа в рукахмаленький голубой  чемодан,  вся встречающая группа направилась кнему.  Все внимание было приковано кчемодану,  в котором находился  продукт разработчиков 5 Орегонской фабрики.Трудно было поверить, что в этом чемодане находился результат трехлетнего трудамногих  людей,  воплощенный в маленький чип.  Так началасьжизнь Pentiumпроцессора, который формально был представлен 22 марта 1993 года.

В товремя,  когда Винод Дэм делал первыенаброски, начав в июне 1989 года разработку Pentium процессора, он и не подозревал, что именно этот продуктбудет одним из главных достижений фирмы INTEL.  С появлением Pentium процессора рыноккомпьютеров сразу изменился и начался новый этап  конкуренции. SanMicrosistems,MIPS и другие продавцы RISCпроцессоров, разрабатывающие супербыстрые чипы, безоговорочно признали, что новыйпроцессор фирмы INTELстанет стандартом для новых настольных PC.

     Процесс рождения Pentiumпроцессора был нелегким.

По теории,создавая процессор, команда разработчиков создает концепцию  проекта, в  котором определяются егоосновные свойства и нововведения.  Далееинженеры  проектируют  логику, которая затем  воплощается в конкретные схемы.  Как только заканчиваетсясхемотехническое  проектирование,   проектировщики топологии прорисовывают  каждый транзистор.  В  результате их труда создается конечныйшаблон.

            Реальноже все было иначе.  Традиционный процесспроектирования был  кардинально  переработан, поскольку  требовались ускоренныетемпы реализации проекта.

            Кактолько команда разработчиков выполняла локальную  задачу, менеджеры перераспределялиресурсы.  Каждый инженер решалперсональную задачу.  Командный духпостоянно  подвергался такимиспытаниям,  как задержки итрудности,  однако временной планвыполнения проекта 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.

            Кактолько выполнялся очередной этап проекта, сразу начинался процессвсеобъемлющего  тестирования.  Было желание  не повторитьпроблемы,  возникшие в свое время с Intel486, задержавшие егозапуск в производство. Каждая ошибка трассировалась в обратном порядке, и устранялисьее причины. Остальные инженеры выполняли сотни тестирований для проверкилогики,  архитектуры и общейконструкции.  Они выполнили более чем5000 уточняющих тестирований,  прежде чемPentium процессор обрелсвою архитектуру. Для  тестирования  была разработана  специальная технология,позволившая имитировать функционирование  Pentiumпроцессорас использованием программируемых устройств, объединенных на 14 платах с помощьюкабелей. Только когда были обнаружены все ошибки, процессор смог работать вреальной системе.

В дополнение ко всему,  в процессе разработки  и тестирования Pentium  процессора принимали  активное  участие все основные разработчики персональныхкомпьютеров и программного обеспечения, что немало способствовало общему успехупроекта.

            Вконце 1991 года,  когда была завершенмакет процессора, инженеры смогли запустить на нем программное обеспечение. Проектировщикиначали изучать под микроскопом разводку и прохождение сигналов по подложке сцелью оптимизации топологии и повышения эффективности работы.

            Проектированиев  основном  было завершено в феврале 1992 года. Началосьвсеобъемлющее тестирование опытной партии процессоров, в течение которого испытаниям подвергались все блоки иузлы.  В апреле 1992 года было приняторешение, что пора начинать промышленное освоение  Pentium процессора.  В качестве основной промышленной базы былавыбрана 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 Pentium процессора.

     Современнаямикропроцессорная технология фирмы INTEL.

            Достиженияфирмы  INTEL в искусстве проектирования и производства полупроводниковделают возможным производить  мощные микропроцессорыво все более 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 INTEL располагать больше  транзисторов на  каждой подложке. Это  сделало возможным  увеличение количестватранзисторов для семейства X86от 29,000 в 8086 процессоре до  1,2 миллионовв процессоре Intel486 DX2, с наивысшим достижениемв Pentium процессоре.Выполненный по 0.8 микронной BiCMOSтехнологии,  он  содержит 3.1  миллиона  транзисторов. Технология BiCMOS  объединяет преимущества  двухтехнологий:  биполярной (скорость) и CMOS (малое энергопотребление).  С помощью более  чем  в два раза большего количества транзисторов Pentiumпроцессорапо сравнению с Intel486,  разработчики поместили на подложкекомпоненты,  ранее располагавшимисяснаружи процессора.  Наличие компонентоввнутри уменьшает время  доступа,  что существенно увеличивает производительность.0.8 микронная технология фирмы INTELиспользует трехслойный метал и имеет  уровень,  более высокий по сравнению с оригинальной 1.0микронной технологией двухслойного металла, используемой  в  процессоре Intel486.

    

            ФирмаINTEL  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.

            Даи  само программное 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  икомпиляторы — Microsoft,  IBM,  NeXT, Borland, Watcom, MetaWare и др. Это позволило нааппаратном уровне поддержать новые технологии программирования с учетом фирменного стиля поставщиков  стандартного программного  обеспечения.  С другой стороны,  еще до рождения нового процессора использовалисьметоды классической и специальной оптимизации, раскрывающие специфические  достоинства   архитектуры  X86,  например, использованиекоманд загрузки-записи,  мощных режимовадресации, удаление инвариантных участков кода из циклов и т.д.  Теперь, только за счет  перекомпиляции  традиционных приложений удается повысить их производительность на новом процессорееще вдвое. Такого в настоящее время не может предложить не один из конкурентовфирмы INTEL.

    

    

PENTIUMProcessor

Технический обзор

    

            Новыйпроцессор  "Pentium" фирмы INTEL объединяет преимущества,традиционно присущие миникомпьютерам и рабочим станциям, с  гибкостью и  совместимостью,  которыми характеризуются платформы персональныхкомпьютеров.

            Спроектированныйдля  нужд объединения все усложняющегося современногои будущего прикладного программного обеспечения, Pentium процессор  расширяет диапазонмикропроцессорной архитектуры фирмы INTEL до новых высот, затеняемой ранее отличиями между мощнымивычислительными платформами и созданными для совершенно новой областиприменений настольными  компьютерами  и серверами.

           Новоепоколение процессоров фирмы INTEL

            Объединяяболее  чем  3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой подложке, 32-разрядный Pentium процессор характеризуетсявысокой производительностью с тактовой частотой 60 и 66МГц. Его суперскалярнаяархитектура использует  усовершенствованныеспособы проектирования, которые позволяют выполнять более чем одну команду заодин период тактовой частоты,  в  результате чего Pentium в состоянии выполнять огромноеколичество PC-совместимогопрограммного обеспечения быстрее, чем любой другой микропроцессор.  Кроме существующих наработок программногообеспечения, высокопроизводительный арифметический блок с плавающейзапятой  Pentium процессора  обеспечиваетувеличение вычислительной мощности до необходимой для  использования недоступных ранее технических и научных приложений, первоначально предназначенныхдля платформ рабочих  станций.  Также, как локальные и  глобальные  сети продолжают вытеснять устаревшие иерархические сети,  управляемые большими  ЭВМ,  преимущества мультипроцессорности  и гибкость операционной системы Pentiumпроцессора — идеал для Хост-компьютерадля современных  приложений клиент-серверов,применяемых в промышленности.

            ПосколькуPentium  процессор способен  достигать  уровня производительности равного или болеевысокого, чем современные рабочие станции высокого  уровня,  он обладает преимуществами, которых лишеныобычные рабочие станции: полная совместимость с более, чем 50 000 программных приложенийсо стоимостью  миллиарды долларов,  которые были  написаны  под  архитектуруфирмы INTEL.  В дополнение, Pentium процессор позволяет использоватьвсе основные операционные системы, которые доступны современным настольным персональным компьютерам,  рабочим станциям  и серверам, включая UNIX, Windows-NT, OS/2, Solarisи NEXTstep.

Pentiumпроцессор. Технические нововведения.

            Многочисленныенововведения  -  характерная  особенность Pentiumпроцессора в виде уникального сочетания высокой производительности,  совместимости,  интеграции данных и наращиваемости. Этовключает:

     — Суперскалярную архитектуру;

     — Раздельное кэширование программного кодаи данных;

     — Блок предсказания правильногоадреса перехода;

     — Высокопроизводительный  блок вычислений с плавающей запятой;

     — Расширенную 64-битовую шину данных;

     — Поддержку многопроцессорного режимаработы;

     — Средства задания размера страницы памяти;

     — Средства обнаружения  ошибок и функциональнойизбыточности;

     — Управление производительностью;

     — Наращиваемость с помощью IntelOverDrive процессора.

               

Архитектура Pentium процессора

<div v:shape="_x0000_s1034">

<span Lucida Console"">┌────────────────────────────────────────────────────────────┐

<span Lucida Console"">│                Intel Pentium Processor                     │

<span Lucida Console"">├────────────────────────────────────────────────────────────┤

<span Lucida Console"">│                        2────────────┐      8────────────┐  │

<span Lucida Console"">│                64-bits │    Code    │      │   Branch   │  │

<span Lucida Console"">│                  ┌─────┤    Cache   ├──────┤ Prediction │  │

<span Lucida Console"">│                  │     └────┬───────┘      └──────┬─────┘  │

<span Lucida Console"">│                  │  256-bits│    ┌────────────────┘        │

<span Lucida Console"">│                  │     3────┴────┴──┐      9────────────┐  │

<span Lucida Console"">│                  │     │  Prefetch  │      │            │  │

<span Lucida Console"">│                  │     │  Buffers   │      │            │  │

<span Lucida Console"">│                  │     └──┬──────┬──┘      │            │  │

<span Lucida Console"">│ 1────────────┐   │ 4──────┴──┐5──┴──────┐  │ Pipelined  │  │

<span Lucida Console"">│ │   64-bit   │   │ │ Integer ││ Integer │  │ Floating-  │  │

<span Lucida Console"">│─┤    Bus     ├───┤ │   ALU   ││   ALU   │  │ Point Unit │  │

<span Lucida Console"">│ │  Interface │   │ └──────┬──┘└──┬──────┘  │            │  │

<span Lucida Console"">│ └────────────┘   │     6──┴──────┴──┐   ┌──┤            │  │

<span Lucida Console"">│                  └─────┤  Register  │   │  │            │  │

<span Lucida Console"">│                64-bits │    Set     │   │  ├────────────┤  │

<span Lucida Console"">│                        └───┬─────┬──┘   │  │  Multiply  │  │

<span Lucida Console"">│                     32-bits├─────┼──────┘  ├────────────┤  │

<span Lucida Console"">│                        7───┴─────┴──┐64-bit│    Add     │  │

<span Lucida Console"">│                        │    Data    │      ├────────────┤  │

<span Lucida Console"">│                        │    Cache   │      │   Divide   │  │

<span Lucida Console"">│                        └────────────┘      └────────────┘  │

<span Lucida Console"">└────────────────────────────────────────────────────────────┘


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.

<div v:shape="_x0000_s1038">

<span Lucida Console"">┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐

<span Lucida Console"">│         ┌────────┐      ┌────────┐  │                      │

<span Lucida Console"">│       ┌─┤        ├──────┤        │  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ └───┬────┘      └────┬───┘  │                      │

<span Lucida Console"">│       │     │  ┌─────────────┘      │                      │

<span Lucida Console"">│       │ ┌───┴──┴─┐      ┌────────┐  │                      │

<span Lucida Console"">│ ┌───┐ │ │░░░░░░░░├──────┤        │  │                      │

<span Lucida Console"">│ ┤   ├─┤ └─┬────┬─┘      │        │  │                      │

<span Lucida Console"">│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐      │        │  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ │░░░││░░░│   ┌──┤        │  │   Суперскалярная     │

<span Lucida Console"">│       │ └─┬─┘└─┬─┘   │  │        │  │     архитектура      │

<span Lucida Console"">│       │ ┌─┴────┴─┐   │  ├────────┤  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ │░░░░░░░░│   │  │        │  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ └─┬────┬─┘   │  ├────────┤  │                      │

<span Lucida Console"">│       │   ├────┼─────┘  │        │  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ ┌─┴────┴─┐      ├────────┤  │                      │

<span Lucida Console"">│       └─┤        │      │        │  │                      │

<span Lucida Console"">│         └────────┘      └────────┘  │                      │

<span Lucida Console"">└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘


Суперскалярнаяархитектура Pentiumпроцессора представляет собой совместимую только с INTEL двухконвейерную  индустриальнуюархитектуру,  позволяющую  процессору достигать  новых уровнейпроизводительности посредством выполнения более  чем одной команды  за один  период тактовойчастоты.  Термин «суперскалярная»обозначает микропроцессорную архитектуру, которая содержит более одного вычислительного блока.  Эти вычислительные блоки,  или конвейеры, являются узлами, гдепроисходят все основные процессы обработки данных и команд.

            Появлениесуперскалярной архитектуры  Pentium  процессора представляет собой естественноеразвитие предыдущего семейства процессоров с 32-битовой архитектурой фирмы  INTEL.  Например, процессорIntel486  способен выполнять несколько своих команд за один период тактовой частоты,  однако предыдущие  семейства процессоров фирмы  INTEL  требовали множествоциклов тактовой частоты для выполнения одной команды.

            Возможностьвыполнять  множество  команд за  один период тактовой частотысуществует благодаря тому,  что Pentium  процессор имеет   два   конвейера,  которые могут  выполнять  две инструкции одновременно. Так же, как и Intel486 с одним конвейером,двойной конвейер Pentiumпроцессора 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 вычислительнуюпроизводительность. Каждый  конвейеримеет свое арифметическо-логическое устройство (ALU), совокупность устройств генерацииадреса и интерфейс кэширования данных.  А транзисторы мы поставимдеревяненькие. Так  же как и процессор Intel486,  Pentiumпроцессор использует аппаратноевыполнение команд,  заменяющее множество  микрокоманд, используемых  в предыдущихсемействах микропроцессоров.  Эти инструкциивключают загрузки, запоминания и простые операции АЛУ, которые могутвыполняться аппаратными средствами процессора, без использования микрокода.  Это повышаетпроизводительность без затрагивания совместимости.  В случае выполнения более сложных  команд, для  дополнительного ускоренияпроизводительности выполнения расширенного микрокода Pentium процессора для выполнения командиспользуются оба конвейера суперскалярной архитектуры.

            Врезультате этих архитектурных нововведений, по сравнению с предыдущими микропроцессорами, значительно большее количествокоманд может быть выполнено за одно и то же время.

Раздельное кэширование программного кода и данных.

<div v:shape="_x0000_s1046">

<span Lucida Console"">┌─────────────────────────────────────┬──────────────────────┐

<span Lucida Console"">│         ┌────────┐      ┌────────┐  │                      │

<span Lucida Console"">│       ┌─┤░░░░░░░░├──────┤        │  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ └───┬────┘      └────┬───┘  │                      │

<span Lucida Console"">│       │     │  ┌─────────────┘      │                      │

<span Lucida Console"">│       │ ┌───┴──┴─┐      ┌────────┐  │                      │

<span Lucida Console"">│ ┌───┐ │ │        ├──────┤        │  │                      │

<span Lucida Console"">│ ┤   ├─┤ └─┬────┬─┘      │        │  │  Кэширование комад   │

<span Lucida Console"">│ └───┘ │ ┌─┴─┐┌─┴─┐      │        │  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ │   ││   │   ┌──┤        │  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ └─┬─┘└─┬─┘   │  │        │  │  Кэширование данных  │

<span Lucida Console"">│       │ ┌─┴────┴─┐   │  ├────────┤  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ │        │   │  │        │  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ └─┬────┬─┘   │  ├────────┤  │                      │

<span Lucida Console"">│       │   ├────┼─────┘  │        │  │                      │

<span Lucida Console"">│       │ ┌─┴────┴─┐      ├────────┤  │                      │

<span Lucida Console"">│       └─┤░░░░░░░░│      │        │  │                      │

<span Lucida Console"">│         └────────┘      └────────┘  │                      │

<span Lucida Console"">└─────────────────────────────────────┴──────────────────────┘


Другоеважнейшее революционное усовершенствование, реализованное в Pentiumпроцессоре,  это введение раздельного кэширования.Кэширование  увеличиваетпроизводительность посредством активизации места временного хранения для частоиспользуемого программного кода и данных, получаемых из быстрой памяти, заменяяпо возможности обращение ко внешней системной  памяти для некоторыхкоманд.  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 использованиемдополнительного контура,  выполненного на3.1 миллионах транзисторов Pentiumпроцессора (для сравнения,  Intel486 содержит 1.2  миллиона транзисторов)  создающих  раздельное внутреннее кэширование программногокода и данных. Это улучшает производительность посредством исключенияконфликтов на шине и делает двойное кэширование доступным чаще,  чем это было возможно ранее. Например, во время фазы 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,  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 просмотренногоспецифицированного 32-байтного сегмента, причем быстрее,  чем внешний кэш. Все эти особенности расширенияпроизводительности  потребовали использования64-битовой внутренней шины данных, которая обеспечивает возможность двойного кэшированияи суперскалярной конвейерной обработки одновременно с загрузкой следующихданных.  Кэш данных имеет два  интерфейса по одному для каждого из конвейеров,  что позволяет ему обеспечивать данными две отдельныеинструкции в течение одного машинного цикла. После того, как данные достаются из КЭШа, они записываются в главнуюпамять в режиме  обратной  записи. Такая техника

еще рефераты
Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам