Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Процессоры Intel3635-ступенчатым конвейерам, позволяющим выполнить одновременно несколько инструкций.Для постоянной загрузки этих конвейеров из кэш-памяти требуется широкая полоса пропускания. Естественно, для отмеченногослучая совмещенный буфер команд и данных не подходит. Pentiumимеет разделенный буфер команд и данных — двухвходовые (атрибут из арсенала RISC-процессоров). Обмен данными через кэш данных выполняется независимо от процессорного ядра, а буфер инструкций связан с ним через высокоскоростную 256-разрядную внутреннюю шину. Каждый из кэшей имеет емкость 8 Кбайт, и онидопускают одновременную адресацию. Поэтому программа в одномтакте синхронизации может извлечь 32 байта (256 : 8 = 32) команд ипроизвести два обращения к данным (32 х 2 = 64).
Еще одним новым средством является буфер предсказания переходов ВТВ (BranchTarget Buffer).Обработка графической информации, мультимедиа-приложенийи интенсивное использование ПК для решения вычислительных задач требуют высокой производительности при выполнении операцийс плавающей точкой. Аппаратная реализация (вместо микропрограммной) основных арифметических операций (+, ? и /) выполняется автономными высокопроизводительными блоками, и 8-ступенчатый конвейер позволяет выдавать результаты через каждый такт.В процессор Pentium введен (как и в 80486) режим управлениясистемой SMM (System Management Mode). Этот режим дает возможность реализовывать системные функции очень высокого уровня, включая управление питанием или защиту, прозрачные для ОСи выполняющихся приложений.Средствами SMM управляет микропрограмма в ROM, котораявстроена в МП.
В режим SMM МП может переходить из любого режима и, выполнив необходимые действия, вернуться в первоначальный режим. Такая возможность достигается за счет использованияспециальной области памяти, называемой RAM управления системой SMRAM (System Management Random Access Memory), котораяприменяется для хранения самой программы SMM и сохранениясостояния регистров первоначальной программы. Запрещаются вседругие прерывания, что предоставляет SMM полное управлениесистемой. Программа SMM может перевести МП или периферийное устройство в пассивное состояние после определенного времени бездействия и активизировать их при нажатии клавиши или движении мыши.
Эта программа полностью управляет вводом-выводоми осуществляет адресацию всех 4 Гбайт RAM.364Глава 4. Персональные компьютерыЕстественно, переход на тактовую частоту 60 МГц и выше былзначительным достижением (преодолевался магический предел100 MIPS), и были соответственным образом решены проблемы охлаждения (поверхность процессора при этом нагревается до 85 °С).Начав в 1993 г.
с отметки в 60 МГц и быстро миновав промежуточные барьеры (66, 75, 100, 133 и 166 МГц), в 1996 г. Intel довела тактовую частоту Pentium до 200 МГц и выше.Pentium Pro (1 ноября 1995 г.)Степень интеграции позволяла выжать из CISC-архитектурыпрактически все, перенять почти все технические решения, которыеранее применялись в суперЭВМ и мэйнфреймах. Pentium Pro (шестое поколение МП) стал таким микропроцессором. Новый ЦП имеет три конвейера, каждый из которых состоит из 14 ступеней.
Дляпостоянной загрузки имеется высокоэффективный четырехвходовый кэш команд и высококачественная система предсказания ветвлений на 512 входов. Дополнительно для повышения производительности была применена буферная память (кэш) второго уровняемкостью 256 Кбайт, расположенная в отдельном чипе и смонтированная в корпусе ЦП. Этот кэш связан с ЦП собственной синхронной 64-разрядной шиной, работающей на тактовой частоте МП.В результате стала возможной эффективная разгрузка пяти исполнительных устройств: два блока целочисленной арифметики; блокзагрузки; блок записи; FPU (Floating-Point Unit — устройство арифметических операций с плавающей точкой).Архитектура Pentium Pro позволяет соединять между собой множество процессоров, создавая таким образом гибкую масштабируемость, реализовав преимущества SMP (Symmetric Multi-Processing —симметричная мультипроцессорная система) новейших ОС.Некоторые команды предназначены для повышения быстродействия (например, команда умножения требует 20 тактов, но если неткоманды, то нужна соответствующая программа, которая выполнялась бы в течение сотен тактов).
Однако такие команды выполняются не очень часто (зависит от задач). Необходимо отметить, что каждая команда при своем выполнении требует исполнения определенного количества микрокоманд, и если уменьшить их количество,то можно повысить быстродействие. Но это возможно при разработке новых ЦП путем оптимизации микрокода.Одной из причин, снижающих быстродействие, является «состояние ожидания» ЦП.
Состояние ожидания происходит в тех случаях, когда цикл доступа к внешнему устройству или памяти превы-4.2. Процессоры Intel365шает стандартное значение. Время регенерации динамической памяти и обращения к ней (конфликтная ситуация) может порождатьнесколько состояний ожидания.На производительность влияют также задержки, вносимые дисководами, соответствующим типом принтера и используемым видеоинтерфейсом.Pentium P55 (Pentium MMX), 8 января 1997 г.Pentium MMX — версия Pentium с дополнительными возможностями, технология должна была добавить/расширить мультимедиавозможности компьютеров.Реализована методика SIMD (ОКМД), ориентированная на алгоритмы и типы данных, характерные для программного обеспечениямультимедиа.
Физически данные мультимедиа упаковываются в одно64-разрядное слово и над ним производится некое общее действие.ММХ объявлен в январе 1997 г., тактовая частота 166/200 МГц,в июне того же года появилась версия на 233 МГц. Технологический процесс 0,35 мкм (350 нм), 4,5 млн транзисторов.Pentium II (7 мая 1997 г.)Процессор представляет собой модификацию Pentium Pro споддержкой возможностей ММХ. Первые Pentium II объявлены какпроцессоры для настольных high-end компьютеров. Была измененаконструкция корпуса: пластину с контактами (разъем Socket 7) заменили на картридж (разъем Slot 1), увеличена частота шины и тактовая частота, расширены ММХ инструкции.
Первые модели233/300 МГц производились по технологии 0,35 мкм, следующие —0,25 мкм. Модели с частотой 333 МГц выпущены в январе 1998 г. исодержали 7,5 млн транзисторов. В апреле того же года появилисьверсии 350 и 400 МГц, а августе — на 450 МГц. Все Pentium II имеют кэш второго уровня объемом 512 Кбайт. Известна также модельдля ноутбуков — Pentium II РЕ и для рабочих станций Pentium IIХеоп (450 МГц).Celeron (15 апреля 1998 г.)Celeron — упрощенный вариант Pentium II для дешевых компьютеров.
Основные отличия этих процессоров — в объеме кэша второго уровня и частоте шины. Первые, выпущенные в апреле и июне366Глава 4, Персональные компьютеры1998 г., процессоры Celeron на 266 МГц и 300 МГц не имели кэшавообще при частоте шины 66 МГц и выполнены в конструктивеSlot 1. Следущие модели имеют 128 Кбайт кэша и выпускаются какдля Slot 1, так и для Socket370 (PPGA), в их названии присутствуетбуква А (например, Celeron 333A) Тактовая частота — 266, 300, 333,366, 400, 433, 466, 500, 533 МГц.
Все эти процессоры выполнены потехнологии 0,25 мкм и имеют от 7,5 до 19 млн транзисторов.Pentium III (26 февраля 1999 г.)РЗ — один из самых мощных и производительных процессоровIntel, но в своей конструкции он мало чем отличается от Pentium II — увеличена частота и добавлено около 70 новых инструкций. Первые модели объявлены в феврале 1999 г., тактовая частота450, 500, 550 и 600 МГц. Частота системной шины 100 МГц, емкость кэша второго (L2) уровня — 512 Кб, технологический процесс0,25 мкм, 9,5 млн транзисторов.
В октябре 1999 г. также выпущенаверсия для мобильных компьютеров, выполненная по технологии0,18 мкм с частотой 400, 450, 500 МГц, а также модели с частотой533, 550, 600, 650, 700 и 733 МГц по технологии 0,18 мкм.Для рабочих станций и серверов разработан Pentium III (РЗ)Хеоп, ориентированный на системную логику GX с 512 Кбайт,1 Мбайт или 2 Мбайт кэша второго уровня (L2). Технологическийпроцесс 0,25 мкм, системная шина работает на частоте 100 МГц,есть версия 0,18 мкм с частотой шины 133 МГц. Известны такжемодели на 600, 666 и 733 МГц.Intel Pentium IV Prescott (февраль 2004 г.)В начале февраля Intel анонсировала четыре новых процессораPentium IV 2,8; 3,0; 3,2 и 3,4 ГГц, основанных на ядре Prescott , которое включает ряд нововведений (рис.
4.14).Новые процессоры имеют точно такую же конструкцию, как ипроцессоры, основанные на ядре Northwood, поэтому для их отличия Intel ввела новый индекс в названии процессора — Е. Например, процессор Pentium IV 3,2 С основан на ядре Northwood, имеетподдержку шины 800 МГц и технологии НТ (Hyper Threading), в товремя как Pentium IV 3,2 Е выполнен на ядре Prescott, и также поддерживает шину 800 МГц и технологию НТ.Вместе с выпуском четырех новых процессоров Intel представила процессор Pentium IV 3,4 ЕЕ (Extreme Edition), основанный на4.2. Процессоры Intel367Рис.
4.14. Процессоры Pentium IVа — Willamette (0,18 мкм), б — Northwood (0,13 мкм), в — Prescott (0,09 мкм)ядре Northwood и имеющий кэш-память третьего уровня в 2 Мбайт,а также упрощенную версию Pentium IV 2,8А, основанную на ядреPrescott с ограниченной частотой шины (533 МГц) и отсутствиемподдержки технологии НТ.Pentium IV Prescott выполнен по технологии 90 нм, что позволило уменьшить площадь кристалла, при этом общее число транзисторов было увеличено более чем в два раза. В то время как ядроNorthwood имеет площадь 145 мм 2 и на нем размещено 55 млн транзисторов, ядро Prescott имеет площадь 122 мм 2 , при этом на немрасположено 125 млн транзисторов.Intel представила в новом Prescott новую технологию SSE 3, которая включает 13 новых потоковых инструкций, которые увеличатпроизводительность некоторых операций, как только программыначнут использовать их.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
