Микропроцессорная техника: Учебное пособие, страница 5

Основные новшества, введенные в этот МП, по сравнению с i486 были следующие:

1)  суперконвейерная архитектура, включающая два конвейера команд (по 5 ступеней), и позволяющая за один такт выполнять более одной команды (до двух команд);

2)  конвейерное устройство для обработки данных с плавающей запятой;

3)  раздельные внутренние кэш L1 для команд и данных, емкостью по 8 Кбайт каждая.

4)  два буфера предвыборки команд (взамен очереди команд). Один из них обеспечивает предвыборку команд на линейном участке программы (обычно 5-8 команд).  Другой служит для предвыборки команд в соответствии с алгоритмом функционирования буфера BTB(Branch Target Buffer – буфер целевого ветвления), в котором храниться информация о последних 256 переходах. Это обеспечивает предсказание ветвлений в программе. Причем вероятность правильных предсказаний достигает 80%.

5)  64 – разрядная внешняя шина данных, хотя внутренняя шина

 данных осталась, как и у всех процессоров линейки Х86, 32-х разрядная.

Процессоры Pentium принято относить к 5-му поколению МП фирмы Intel, линейки iX86. К нему также относят и МП  Pentium MMX (Multi Media Extensions – мультимедийное расширение), хотя последний появился в продаже только в 1997 г. Дело в том, что Pentium MMX отличался от Pentium незначительно: увеличением тактовой частоты до 266 МГц и уменьшением напряжения питания с 3,3В, до 2,8В и, кроме того, объем памяти кэш L2 увеличен вдвое, до 32 Кбайт. Увеличена на одну ступень длина конвейера (стало 6 ступеней). Основной же его особенностью, которая дала ему новое название, явилось введение ММХ – новых 57 инструкций и несколько новых типов данных. Основной идеей введения ММХ было дать программисту возможность упаковать несколько элементов данных в один 64 разрядный пакет и затем выполнить одну из новых операций ММХ над этим пакетом, обработав, таким образом, за один раз все упакованные элементы данных. Поэтому эта технология получила название технологией SIMD(Single Instruction – Multiple Data, одна инструкция – множественные данные).   Новые типы данных варьируются от пакета из 8 байт данных, упакованных совместно, до 64-разрядного числа. Интересно, что для  выполнения любой ММХ – операции в МП Pentium MMX, временно используются  восемь 64 – разрядных регистров сопроцессора FPU, представляющих его стек, предназначенный для работы с плавающей запятой. Таким образом, хотя логические устройства процессора, занятые обработкой ММХ – информации, существуют отдельно от устройства для работы с плавающей запятой, они делят между собой общий регистр, выполняя в нем свои операции. Результатом появления технологии ММХ стало улучшение работы мультимедиа-приложений, содержащих в себе сложные графические подсистемы и активно использующие качественные видео и звук. Кроме этого технология ММХ используются широко и в других приложениях.

          1995 г. стал годом выпуска на рынок процессоров семейства Х86 нового, шестого поколения (или, как иногда пишут, процессоров Pentium второго поколения). Первым из таких процессоров стал МП PentiumPro (Pentium Professional). Отметим, однако, что технология ММХ в него введена не была.

Основные характеристики его были следующие: f= 150…200 МГц; максимально адресуемое ОЗУ = 64 Гбайта (результат введения 36 разрядной адресной шины); N = 5,5 миллионов транзисторов; U= 3,3 В; технология – 0,6 и 0,35 мкм; память кэш L1 = 16 Кбайт (8 Кбайт для команд и 8 Кбайт для данных). Особенностью этих процессоров являлось то, что память кэш L2 была выполнена на одном кристалле с процессором. Это позволило увеличить производительность процессора за счет уменьшения времени обращения к кэш памяти второго уровня.  Кэш L2 у этих процессоров, в зависимости от модификации, устанавливалась объемом 256, 512 и даже до 1024 Кбайта и включала в себя до 15,5 миллионов транзисторов. Главное отличие МП шестого поколения, первым представителем которых явился МП Pentium Pro, заключалось в следующем.

1)  Использовалось 3 конвейера по 12 ступеней (стадий) в каждом конвейере.

2) Введено динамическое исполнение команд – комбинация методов предсказания множественных ветвлений, анализа прохождения данных и виртуального выполнения. При этом  внутри процессора инструкции могут выполняться не в том порядке, который предполагает программный код. Это позволяет загружать конвейер, если для какой-то команды нет еще выбранных данных. В связи с этим, вероятность предсказания правильности переходов возросла до 90%.

3) Применена архитектура независимой двойной шины, повышающей суммарную пропускную способность. Одна шина – системная – служит для общения ядра процессора с основной памятью и интерфейсными устройствами, другая – внутренняя – предназначена исключительно для обмена информацией процессора с памятью КЭШ L2.

4) Впервые введено внутреннее умножение частоты в самом процессоре.

5) Введены в систему команд инструкции условной пересылки данных.

          1997 г. ознаменовался появлением на рынке МП под названием Pentium II. Этот процессор является сочетанием архитектуры МП Pentium Pro с технологией ММХ. Его характеристики: f=200…600 МГц; максимально адресуемое ОЗУ = 64 Гбайт; число конвейеров и число ступеней в них осталось то же что и в процессорах Pentium Pro: 3 конвейера по 14 ступеней в каждом. N = 7,5 миллиона транзисторов (плюс 11,5 миллиона транзисторов, составляющих память кэш L2 и размещенных на отдельных кристаллах в том же корпусе картриджа). Кэш L1 был увеличен вдвое, до 32 Кбайт (16+16). Максимальный объем кэш L2 достигал 2 Мбайт (выполнялся в различных вариантах по объему). Следует отметить, однако, что внутренняя шина Pentium II, соединяющая кэш L2 и CPU  работает на частоте, равной лишь половине частоты тактового генератора, в отличие от Pentium Pro, шина которого работает на полной частоте. U= 2,8…2 В (ядра процессора). Выполнялся этот тип процессора по технологии 0,35 и 0,25 мкм. В МП Pentium II использовалась технология ММХ, но с добавлением нескольких новых команд ММХ. Выпускался МП Pentium II во многих модификациях.