Процесори іPentium

Поєднуючи більш ніж 3.1 мільйон транзисторів на одній кремнієвій підкладці, 32-розрядний Pentium процесор характеризується високою продуктивністю з тактовою частотою 60 й 66 Мгц. Його суперскалярна архітектура використає вдосконалені способи проектування, які дозволяють виконувати більш, ніж одну команду за один період тактової частоти, у результаті чого Pentium може виконувати величезну кількість PC-сумісного програмного забезпечення швидше, ніж будь-який інший мікропроцесор. Крім існуючих наробітків програмного забезпечення, високопродуктивний арифметичний блок із плаваючою комою Pentium процесора забезпечує збільшення обчислювальної потужності до необхідної для використання недоступних раніше технічних і наукових додатків, спочатку призначених для платформ робочих станцій.

Численні нововведення - характерна риса Pentium процесора у вигляді унікального сполучення високої продуктивності, сумісності, інтеграції даних і можливості нарощування. Це включає:

- Супер скалярну архітектуру;

- Роздільне кешування програмного коду й даних;

- Блок передбачення правильної адреси переходу;

- Високопродуктивний блок обчислень з плаваючою комою;

- Розширену 64-бітову шину даних;

- Підтримку багатопроцесорного режиму роботи;

- Засоби задання розміру сторінки пам'яті;

- Засоби виявлення помилок і функціональної надмірності;

- Керування продуктивністю;

- Нарощування за допомогою Intel OverDrive процесора.

Cупер скалярна архітектура Pentium процесора являє собою сумісну тільки з Intel двох конвеєрну індустріальну архітектуру, що дозволяє процесору досягати нових рівнів продуктивності за допомогою виконання більш, ніж однієї команди за один період тактової частоти. Термін "супер скалярна" позначає мікропроцесорну архітектуру, що містить більше одного обчислювального блоку. Ці обчислювальні блоки, або конвеєри, є вузлами, де відбуваються всі основні процеси обробки даних і команд.

Поява супер скалярної архітектури Pentium процесора являє собою природний розвиток попереднього сімейства процесорів з 32-бітовою архітектурою фірми Intel. Наприклад, процесор Intel486 здатний виконувати кілька своїх команд за один період тактової частоти, однак попередні сімейства процесорів фірми Intel вимагали декілька циклів тактової частоти для виконання однієї команди.

Можливість виконувати декілька команд за один період тактової частоти існує завдяки тому, що Pentium процесор має два конвеєри, які можуть виконувати дві інструкції одночасно. Так само, як й Intel486 з одним конвеєром, подвійний конвеєр Pentium процесора виконує росту команду за п'ять етапів: попередня підготовка, перше декодування (декодування команди), друге декодування (генерація адреси), виконання й зворотне вивантаження.

У результаті цих архітектурних нововведень, у порівнянні з попередніми мікропроцесорами, значно більша кількість команд може бути виконане за той самий час.

Інше революційне найважливіше вдосконалення, реалізоване в Pentium процесорі, це введення роздільного кешування. Кешування збільшує продуктивність за допомогою активізації місця тимчасового зберігання для часто використовуваного програмного коду й даних, що одержуються зі швидкої пам'яті, заміняючи по можливості звертання до зовнішньої системної пам'яті для деяких команд. Процесор Intel486, наприклад, містить один 8-KB блок убудованої кеш-пам'яті, що використовується одночасно для кешування програмного коду й даних.

Проектувальники фірми Intel обійшли це обмеження використанням додаткового контуру, виконаного на 3.1 мільйонах транзисторів Pentium процесора (для порівняння, Intel486 містить 1.2 мільйона транзисторів) що створюють роздільне внутрішнє кешування програмного коду й даних. Це поліпшує продуктивність за допомогою виключення конфліктів на шині й робить подвійне кешування доступним частіше, ніж це було можливо раніше. Наприклад, під час фази попередньої підготовки, використовується код команди, отриманий з кеша команд. У випадку наявності одного блоку кеш-пам'яті, можливий конфлікт між процесом попередньої підготовки команди й доступом до даних. Виконання роздільного кешування для команд і даних виключає такі конфлікти, даючи можливість обом командам виконуватися одночасно. Кеш-пам'ять програмного коду й даних Pentium процесора містить по 8 KB інформації кожна, і кожна організована як набір двоканального асоціативного кеша - призначена для запису тільки попередньо переглянутого специфікованого 32-байтного сегмента, причому швидше, ніж зовнішній кеш. Всі ці особливості розширення продуктивності вимагали використання 64-бітової внутрішньої шини даних, що забезпечує можливість подвійного кешування й супер скалярної конвеєрної обробки одночасно із завантаженням наступних даних. Кеш даних має два інтерфейси, по одному для кожного з конвеєрів, що дозволяє йому забезпечувати даними дві окремі інструкції протягом одного машинного циклу. Після того, як дані дістаються з кешу, вони записуються в головну пам'ять у режимі зворотного запису. Така техніка кешування дає кращу продуктивність, чим просте кешування з безпосереднім записом, при якому процесор записує дані одночасно в кеш й основну пам'ять. Проте, Pentium процесор здатний динамічно конфігуруватися для підтримки кешування з безпосереднім записом.

Таким чином, кешування даних використовує два різних чудових рішення: кеш зі зворотним записом й алгоритм, названий MESI (модифікація, виключення, розподіл, звільнення) протокол. Кеш зі зворотним записом дозволяє записувати в кеш без звертання до основної пам'яті на відміну від використовуваного до цього безпосереднього простого кешування. Ці рішення збільшують продуктивність за допомогою використання перетвореної шини й попереджувального виключення самого вузького місця в системі. У свою чергу MESI-протокол дозволяє даним у кеш-пам'яті й зовнішній пам'яті збігатися - чудове рішення в удосконалених мультипроцесорних системах, де різні процесори можуть використати для роботи ті самі дані.

Блок передбачення правильної адреси переходу - це наступне чудове рішення для обчислень, що збільшує продуктивність за допомогою повного заповнення конвеєрів командами, засноване на попередньому визначенні правильного набору команд, які повинні бути виконані.

Pentium процесор дозволяє виконувати математичні обчислення на більш високому рівні завдяки використанню вдосконаленого вбудованого блоку обчислень з плаваючою комою, що включає восьмитактний конвеєр й апаратно реалізовані основні математичні функції. Чотирьох тактові конвеєрні команди обчислень із плаваючою комою доповнюють чотирьох тактову цілочисельну конвеєризацію. Більша частина команд обчислень з плаваючою комою можуть виконуватися в одному цілочисельному конвеєрі, після чого подаються в конвеєр обчислень із плаваючої коми. Звичайні функції обчислень із плаваючої коми, такі як додавання, множення й розподіл, реалізовані апаратно з метою прискорення обчислень.

Pentium процесор зовні являє собою 32-бітовий пристрій. Зовнішня шина даних до пам'яті є 64-бітовою, подвоюючи кількість даних, переданих протягом одного шинного циклу. Pentium процесор підтримує кілька типів шинних циклів, включаючи пакетний режим, протягом якого відбувається порція даних з 256 біт у кеш даних і протягом одного шинного циклу.

Шина даних є головною магістраллю, що передає інформацію між процесором і підсистемою пам'яті. Завдяки цій 64-бітовій шині даних, Pentium процесор істотно підвищує швидкість передачі в порівнянні із процесором Intel486 DX - 528 MB/сек для 66 Мгц, у порівнянні з 160 MB/сек для 50 Мгц процесора Intel486 DX. Ця розширена шина даних сприяє високошвидкісним обчисленням завдяки підтримці одночасного підживлення командами й даним процесорного блоку супер скалярних обчислень, завдяки чому досягається ще більша загальна продуктивність Pentium процесора в порівнянні із процесором Intel486 DX.

Даючи можливість розроблювачам проектувати системи з керуванням енергоспоживанням, захистом й іншими властивостями, Pentium процесор підтримує режим керування системою (SMM), подібний до режиму архітектури Intel SL.

Перші моделі процесора Pentium працювали на частоті 60 й 66 Мгц і сполучалися зі своєю зовнішньою кеш-пам'яттю другого рівня по 64-бітовій шині даних, що працює на повній швидкості процесорного ядра. Але якщо швидкість процесора Pentium росте, то системному розробникові все важче і дорожче обходиться його узгодження з материнською платою. Тому швидкі процесори Pentium використають дільник частоти для синхронізації зовнішньої шини за допомогою меншої частоти. Hаприклад, в 100 Мгц процесора Pentium зовнішня шина працює на 66 Мгц, а в 90 Мгц - на 60 Мгц. Процесор Pentium використовує ту саму шину для доступу до основної пам'яті й до периферійних підсистем, таким як схеми PCI.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Процесори і80486	\|	САУ на базі мікропроцесорів.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.028 сек.