P6 (Ответы на экзаменационные билеты)

(С) СК Пресс 12/95
PC Magazine September 12, 1995,p. 102

P6: процессор нового поколения

Себастьян Рапли, Джон Клаймен

Преемник процессора Pentium не обязательно оправдает все ваши ожидания. Чтобы этот процессор по-настоящему "показал себя", вам потребуются 32-разрядные прикладные программы и полностью 32-разрядная операционна система - даже Windows 95 не подойдет.

Искушенные пользователи-профессионалы, возможно, с нетерпением предвкушают встречу с новым поколением процессоров x86. Процессор P61 фирмы Intel, представителя следующего поколения, приходящего на смену Pentium, определенно можно считать технологическим шедевром своего времени. Но если вы рассчитываете, что P6 вдвое превзойдет по производительности Pentium, то будете разочарованы. Мы ожидаем, что быстродействие первых систем на базе P6 при выполнении типичных прикладных программ делового назначения будет в лучшем случае на 40-60% выше, чем поставляемых одновременно с ними ПК с процессором Pentium.

Звучит, возможно, не так уж и плохо, но приведенна оценка основывается на важном предположении: а именно что вы применяете 32-разрядные программы под управлением полностью 32-разрядной операционной системы, такой, как Microsoft Windows NT или OS/2. По нашим оценкам, при выполнении 32-разрядных программ в среде Microsoft Windows 95 микропроцессор P6 превзойдет по производительности быстрые процессоры Pentium не более чем на 20-30%. Корпорация Intel признает, что, работая с 16-разрядными прикладными программами и Microsoft Windows 3.1, P6 будет, скорее всего, даже уступать процессору Pentium. P6, возможно, удостоитс сомнительной чести стать первым в семействе x86 процессором, который выполняет существующие программы медленнее, чем его предшественники.

Учитывая, что P6 содержит вдвое больше транзисторов, чем Pentium, его производство обойдется значительно дороже. Таким образом, после появления P6 осенью 1996 г. компании Intel придется вступить в позиционную войну как против собственных уже существующих изделий, так и против растущей конкуренции со стороны других изготовителей процессоров x86. Поэтому рыночна стратегия Intel предусматривает использование P6 не в качестве прямого преемника Pentium, а как его высококлассную - почти уровня рабочих станций - альтернативу.

Нет ничего удивительного в том, что новые процессоры обычно предназначаются для применения в дорогих высокопроизводительных персональных компьютерах и серверах - и это объясняется их высокой начальной стоимостью и ограниченной доступностью. Но на этот раз у фирмы Intel не было выбора: архитектурные решения, направленные на повышение производительности P6 при работе с 32-разрядными программами, оказались серьезной помехой при выполнении существующих 16-разрядных программ. (Подавляющее большинство поставляемых сегодн прикладных программ подготовлено в 16-разрядном коде, хотя 32-разрядные программы, по-видимому, получат большее распространение после выхода в свет Windows 95.)

В двух секторах рынка P6 выглядит особенно многообещающе: в области средств проектирования и графических рабочих станций, где его преимуществом является относительно высокая скорость вычислений с плавающей точкой, и в области серверов.

Хронология ЦП

За 17 лет семейство процессоров x86 проделало длинный путь: процессор P6 обеспечивает почти в тысячу раз более высокое быстродействие, чем 8086. Вот несколько важных дат из истории эволюции индустрии ПК.

1978 - Intel 8086. 16-разрядные регистры, 16-разрядная шина данных. Выпущен в июне 1978 г. 29 тыс. транзисторов, 4,77-10 МГц, менее 1 млн. операция/с. Начальная цена: 360 долл.

1979 - Intel 8088. Процессор 8086 с 8-разрядной шиной данных. Выпущен в июне 1979 г. 4,77-8 МГц.

1981 - выпущен IBM PC с процессором 8088.

1982 - Intel 80286. 16-разрядные регистры, 16-разрядная шина данных, работа в защищенном режиме. Выпущен в феврале 1982 г. 134 тыс. транзисторов, 6-12 МГц, 1-2 млн. операция/с. Начальная цена: 360 долл.

1984 - выпущен IBM PC AT с процессором 80286.

1985 - Intel 80386. 32-разрядные регистры, 32-разрядная шина данных, работа в защищенном режиме. Выпущен в октябре 1985 г. 275 тыс. транзисторов, 16-33 МГц, 6-12 млн. операция/с. Начальная цена: 299 долл.

1985 - выпущена Microsoft Windows.

1986 - выпущена модель Compaq DeskPro 386/16.

1987 - выпущено семейство IBM PS/2 с архитектурой Micro Channel и операционной системой OS/2.

1988 - Intel 80386SX. Процессор 80386 с 16-разрядной шиной данных. Выпущен в июне 1988 г., 16-33 МГц.

1989 - Intel 486DX. 32-разрядные регистры, 32-разрядная шина данных. Встроенный математический сопроцессор. Выпущен в апреле 1989 г., 1,2 млн. транзисторов, 25-50 МГц, 20-40 млн. операция/с. Начальная цена: 950 долл.

1990 - Выпущены ПК с процессором 486DX/25.

1991 - Intel 486SX. Процессор 486DX без математического сопроцессора. Выпущен в апреле 1991 г., 16-33 МГц.

1992 - Intel 486DX2. Процессор 486DX с удвоением тактовой частоты. Выпущен в марте 1989 г., 50-66 МГц.

1993 - Intel Pentium. 32-разрядные регистры, 64-разрядная шина данных. Суперскалярна архитектура. Выпущен в марте 1993 г., 3,2 млн. транзисторов, 60-133 МГц, 100 - 200 и более млн. операция/с. Начальная цена: 878 долл.

1994 - Intel 90-МГц Pentium "P54C". Pentium с напряжением питания 3,3 В.

1994 - Intel DX4. Процессор 486DX с утроением тактовой частоты и кэш-памятью увеличенной емкости. Выпущен в марте 1994 г., 75-100 МГц.

1994-1996
- Конкуренты Pentium:

• NexGen Nx586, выпущен в сентябре 1994 г.

• Cyrix M1, должен появиться в конце 1995 г.

• AMD K5, должен появиться в начале 1996 г.

1995 - Intel P6. 32-разрядные регистры, 64-разрядная шина данных.Суперскалярная архитектура; исполнение с изменением последовательности команд; встроенный кэш второго уровня. Должен появитьс во второй половине 1995 г. 5,5 млн. транзисторов (исключая кэш второго уровня). Начальные тактовые частоты: 133 и 150 МГц.

Оперативная информация о производительности P6

Для получения самых последних данных о производительности опытных образцов P6 обратитесь к нашим оперативным источникам. Вы можете получить результаты из нашего архива World-Wide Web (http://www.ziff.com/~pcmag) с помощью анонимного FTP (ftp.pcmag.ziff.com) или в библиотеке аппаратных средств Hardware Library форума Editorial Forum (GO EDITOR) журнала PC Magazine сети ZiffNet/CompuServe.

Согласно прогнозам компании International Data Corp., микропроцессор Pentium останется лидером на рынке процессоров даже в 1997 г. Для P6 ожидаетс умеренный рост объема продаж: прогнозируемая на 1997 г. его доля рынка составляет 25%.

Доля рынка ПК на базе процессоров фирмы Intel, %

1) Прогноз
Суммы долей в процентах могут отличаться от 100% из-за погрешности округлени Источник: International Data Corp.

НАСЛЕДИЕ RISC

В погоне за высокой производительностью разработчики P6 позаимствовали многие приемы RISC-технологии. P6 не только имеет ярко выраженную суперскалярную архитектуру - он может обрабатывать за один такт три команды x86, в то время, как процессор Pentium - лишь две - но и предусматривает суперконвейерную обработку данных, т. е. конвейеры P6 более "дробные", чтобы можно было повысить тактовую частоту. Фирма Intel считает, что благодаря суперконвейерной организации быстродействие процессора P6 на треть превзойдет производительность Pentium при той же технологии изготовления. Правда, оказалось, что применение суперконвейерной обработки стало одним из источников проблем, связанных с производительностью P6 при выполнении 16-разрядных программ (см. "Почему P6 предпочитает NT").

Первоначально P6 будет работать с тактовыми частотами 133 и 150 МГц; вероятно, появятся и варианты процессора с частотой более 200 МГц. (Для сравнения, в конце 1995 г. фирма Intel обещает выпустить 150-МГц Pentium и ожидает, что предельными частотами для этого процессора станут 180 и 190 МГц.) Связь P6 с внешним миром осуществляется на частотах, составляющих доли внутренней тактовой частоты, что соответствует частоте системной шины в диапазоне от 55 до 66 МГц. Рабоча частота различных реализаций шины PCI составит примерно половину этого значения.

Сначала ЦП P6 будут изготавливаться по той же 0,6-мкм BiCMOS технологии, что применялась дл большинства процессоров Pentium. К 1996 г. Intel перейдет на 0,35-мкм процесс (в настоящее врем применяемый для производства некоторых 120-МГц и 133-МГц процессорах Pentium), который который позволит повысить тактовые частоты.

Суперконвейерная архитектура P6 дополнена средствами изменения последовательности команд (out-of-order execution). Откладывая команды, которые нельз исполнить немедленно, и обрабатывая последующие, допускающие немедленное исполнение, процессору P6 удается избежать некоторых ситуаций, приводящих к замедлению работы процессора Pentium и ему подобных, чьи конвейеры работают строго упорядоченно. Безусловно, P6 гарантирует, что в итоге все команды будут выполнены до конца и дадут верные результаты.

Внутри процессора P6 происходит подразделение команд x86 на RISC-подобные операции, которые фирма Intel именует микро-командами (micro-ops); этот прием упрощает обработку кодов из замысловатого набора x86. (В процессорах K5 фирмы AMD и Nx586 фирмы NexGen, который на рынке ожидается в скором будущем, используется похожий метод.) В P6 реализовано отображение регистров (register renaming), чтобы можно было организовать исполнение с изменением последовательности и обойти еще одно классическое "узкое место" процессоров x86: ограниченное число "архитектурных" регистров (т. е. определенных в системе команд).

Уникальность P6 среди других серийно выпускаемых процессоров состоит также в том, что он фактически объединяет два кристалла в одном корпусе: собственно ЦП и 256-Кбайт либо 512-Кбайт быстродействующую кэш-память второго уровня. (См. "Шина P6: быстродействующий интерфейс для мультипроцессорных систем.") Фирма Intel именует примененную в процессоре P6 конструкцию "сдвоенной камерой" (dual-cavity); другие поставщики иногда называют подобную сборку многокристальным модулем (multichip module).

КАКИМИ СТАНУТ СИСТЕМЫ?

Встроенный кэш второго уровня процессора P6 помимо повышения производительности оказывает огромное влияние на системное проектирование. В машинах класса Pentium архитектура подсистем памяти - куда входят процессор, внешний кэш и основная память - стала важнейшим фактором, определяющим характеристики системы. Высококлассные системы объединяют 120-МГц и 130-МГц процессоры Pentium с 256-Кбайт или 512-Кбайт конвейерным синхронно-пакетным кэшем и динамическим ОЗУ со средствами расширенного вывода данных (EDO DRAM). В машинах массового спроса используются менее дорогостоящее асинхронное статическое ОЗУ и стандартное динамическое ОЗУ, работающее в режиме быстрого страничного доступа. Некоторые изготовители вообще отказываются от внешнего кэша, чтобы добитьс приемлемой цены для системы начального уровня.

В системах с процессорами P6 выбор подсистемы памяти по существу сводится к выбору 256-Кбайт или 512-Кбайт варианта; изготовители уже не смогут, как раньше, варьировать эти характеристики, чтобы получить приемлемое соотношение между ценой и производительностью. Поначалу поставщики систем будут даже лишены возможности применять динамическое ОЗУ со средствами расширенного вывода данных (EDO DRAM), поскольку P6 PCIset фирмы Intel - набор логики ядра системы, ранее известный под названием Orion и связывающий процессор с шинами памяти и ввода-вывода - не может работать с EDO-памятью или ее более современным, пакетным, вариантом. Независимые поставщики логики ядра, такие, как OPTi, SIS и VLSI, смогут предложить альтернативные наборы микросхем не ранее, чем в 1996 г.

Intel выпускает также кристалл кэш-памяти второго уровня, объясняя это отсутствием подходящих изделий у независимых поставщиков. Практически все системы P6, выпущенные в 1995 г., будут использовать не только процессоры, кэш-память и наборы ИС фирмы Intel; в них будут установлены полные системные платы фирмы Intel. Фактически от трети до половины стоимости системы придется, по всей видимости, на компоненты, корпорации Intel.

Поставщики систем самого высокого класса, в особенности компания Compaq, в прошлом стремились, чтобы их машины отличала специально разработанна системная архитектура. Однако разработка и испытание специальной архитектуры требуют больших затрат и отнимают много времени; немногие захотят поступитьс объемом продаж своих изделий немедленно после выхода в свет P6. Необходимость быстро выпустить на рынок новые компьютеры заставит применять системные платы Intel до конца 1995 г. даже тех изготовителей, которые традиционно воздерживались от этого.