Advertisement

Pentium — Технический обзор/переверстано

История появления процессора Pentium

Одним обычным тихим воскресным утром 10 мая 1992 года, четыре инженера фирмы INTEL прибыли в аэропорт San Jose International. Установив видеоаппаратуру, Анджела Чанг, Эрик Деваннайн, Автар Саини и Сухель Заатри нервозно прохаживались по залу, ожидая с минуты на минуту самолета из Орегона.

Когда Марк Хопман, спустя несколько минут после приземления самолета, вышел из коридора, держа в руках маленький голубой чемодан, вся встречающая группа направилась к нему. Все внимание было приковано к чемодану, в котором находился продукт разработчиков 5 Орегонской фабрики. Трудно было поверить, что в этом чемодане находился результат трехлетнего труда многих людей, воплощенный в маленький чип. Так началась жизнь процессора Pentium, который формально был представлен 22 марта 1993 года.

В то время, когда Винод Дэм делал первые наброски, начав в июне 1989 года разработку процессора Pentium, он и не подозревал, что именно этот продукт будет одним из главных достижений фирмы INTEL. С появлением процессора Pentium рынок компьютеров сразу изменился и начался новый этап конкуренции. Sun Microsystems, MIPS и другие продавцы RISC процессоров, разрабатывающие супербыстрые чипы, безоговорочно признали, что новый процессор фирмы INTEL станет стандартом для новых настольных PC.

Процесс рождения процессора Pentium был нелегким

По теории, создавая процессор, команда разработчиков создает концепцию проекта, в котором определяются его основные свойства и нововведения. Далее инженеры проектируют логику, которая затем воплощается в конкретные схемы. Как только за канчивается схемотехническое проектирование, проектировщики топологии прорисовывают каждый транзистор. В результате их труда создается конечный шаблон.

Реально же все было иначе. Традиционный процесс проектирования был кардинально переработан, поскольку требовались ускоренные темпы реализации проекта.

Как только команда разработчиков выполняла локальную задачу, мененджеры перераспределяли ресурсы. Каждый инженер решал персональную задачу. Командный дух постоянно подвергался таким испытаниям, как задержки и трудности, однако временной план выполнения проекта от этого не зависел. Для выполнения всех задач использовались самые последние достижения автоматизированного проектирования. Очень пригодился опыт, накопленный при проектировании и решении аналогичных проблем в процессорах 286, 386 и 486.

Как только выполнялся очередной этап проекта, сразу начинался процесс всеобъемлющего тестирования. Было желание не повторить проблемы, возникшие в свое время с Intel486, задержавшие его запуск в производство. Каждая ошибка трассировалась в обратном порядке и устранялись ее причины. Остальные инженеры выполняли сотни тестирований для проверки логики, архитектуры и общей конструкции. Они выполнили более, чем 5000 уточняющих тестирований, прежде, чем процессор Pentium обрел свою архитектуру. Для тестирования была разработана специальная технология, позволившая имитировать функционирование процессора Pentium с использованием программируемых устройств, объединенных на 14 платах с помощью кабелей. Только когда были обнаружены все ошибки, процессор смог работать в реальной системе.

В дополнение ко всему, в процессе разработки и тестирования процессора Pentium принимали активное участие все основные разработчики персональных компьютеров и программного обеспече ния, что немало способствовало общему успеху проекта.

В конце 1991 года, когда была завершен макет процессора, инженеры смогли запустить на нем программное обеспечение. Проекировщики начали изучать под микроскопом разводку и прохождение сигналов по подложке с целью оптимизации топологии и повышения эффективности работы.

Проектирование в основном было завершено в феврале 1992 года. Началось всеобъемлющее тестирование опытной партии процессоров, в течение которого испытаниям подвергались все блоки и узлы. В апреле 1992 года было принято решение, что пора начинать промышленное освоение процессора Pentium. В качестве основной промышленной базы была выбрана 5 Орегонская фабрика Более 3 миллионов транзисторов были окончательно перенесены на шаблоны. Началось промышленное освоение производства и доводка технических характеристик, завершившиеся через 10 месяцев, 22 марта 1993 года широкой презентацией процессора Pentium.


Современная микропроцессорная технология фирмы INTEL

Достижения фирмы INTEL в искусстве проектирования и производства полупроводников делают возможным производить мощные микропроцессоры в все более малых корпусах. Разработчики микропроцессоров в настоящее время работают с комплементарным технологическим процесом металл-оксид-полупроводник (CMOS) с разрешением менее, чем микрон.

Использование субмикронной технологии позволяет разработчикам фирмы INTEL располагать больше транзисторов на каждой подложке. Это сделало возможным увеличение количества тран зисторов для семейства X86 от 29,000 в 8086 процессоре до 1,2 миллионов в процессоре Intel486 DX2, с наивысшим достижением в процессоре Pentium. Выполненный по 0.8 микронной BiCMOS технологии, он содержит 3.1 миллиона транзисторов. Технология BiCMOS объединяет преимущества двух технологий: биполярной(скорость) и CMOS (малое энергопотребление). С помощью более, чем в два раза большего количества транзисторов по сравнению с Intel486, разработчики поместили на подложке компоненты, ранее располагавшимися снаружи процессора. Наличие компонентов внутри уменьшает время доступа, что существенно увеличивает производительность. 0.8 микронная технология фирмы INTEL использует трехслойный метал и имеет уровень, более высокий по сравнению с оригинальной 1.0 микронной технологией двухслойного металла, используемой в процессоре Intel486.

Фирма INTEL использовала самые последние достижения технологии проектирования микропроцессоров для достижения преимуществ, сравнимых с альтернативными архитектурами, используемыми в научных и инженерных рабочих станциях, обеспечив при этом совместимость с програмным обеспечение стоимостью $50 миллиардов, наработанного для семейства микропроцессоров серии X86.

Да и само программное обеспечение для процессора Pentium разрабатывалось по новой технологии. Еше на этапе проектирования аппаратных средств процессора к проекту стали привлекаться эксперты из всех основных компаний, разрабатывающих операционные системы и компиляторы - Microsoft, IBM, NeXT, Borland, Watcom, MetaWare и др. Это позволило на аппаратном уровне поддержать новые технологии программирования с учетом фирменного стиля поставщиков стандартного программного обеспечения. С другой стороны, еще до рождения нового процессора использовались методы классической и специльной оптимизации, раскрывающие специфические достоинства архитектуры X86, напримериспользование команд загрузки-записи, мощных режимов адрессации, удаление инвариантных участков кода из циклов и т.д. Те- перь, только за счет перекомпиляции традиционных приложений удается повысить их производительность на новом процессоре еще вдвое. Такого в настоящее время не может предложить ни один из конкурентов фирмы INTEL.

Технический обзор

Новый процессор "Pentium" фирмы INTEL объединяет преимущества, традиционно присущие миникомпьютерам и рабочим станциям, с гибкостью и совместимостью, которыми характеризуются платформы персонльных компьютеров.

Спроектированный для нужд объединения все усложняющегося современного и будующего прикладного программного обеспечения, процессор Pentium расширяет диапазон микропроцессорной архитектуры фирмы INTEL до новых высот, затеняемой ранее отличиями между мощными вычислительными платформами и созданными для совершенно новой области применений настольными компьютерами и серверами.

Новое поколение процессоров фирмы INTEL

Объединяя более, чем 3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой подложке, 32-разрядный процессор Pentium характеризуется высокой производительностью с тактовой частотой 60 и 66МГц. Его суперскалярная архитектура использует усовершенствованные способы проектирования, которые позволяют выполнять более, чем одну команду за один период тактовой частоты, в результате чего Pentium в состоянии выполнять огромное количество PC-совместимого программного обеспечения быстрее, чем любой другой микропроцессор. Кроме существуюших наработок программного обеспечения, высокопроизводительный арифметический блок c плавающей запятой процессора Pentium обеспечивает увеличение вычислительной мощности до необходимой для использования недоступных ранее технических и научных приложений, первоначально предназначенных для платформ рабочих станций. Также, как локальные и глобальные сети продолжают вытеснять устаревшие иерархические сети, управляемые большими ЭВМ, преимущества мультипроцессорности и гибкость операционной системы процессора Pentium - идеал для Хост-компьютера для современных приложений клиент-серверов, применяемых в промышленности.

Поскольку процессор Pentium способен достигать уровня производительности равного или более высокого, чем современные рабочие станции высокого уровня, он обладает преимуществми,которых лишены обычные рабочие станции: полная совместимость с более, чем 50 000 программных приложений со стоимостью миллиарды долларов, которые были написаны под ахитектуру фирмы INTEL. В дополнение, процессор Pentium позволяет использовать все основные операционные системы, которые доступны современным настольным персональным компьютерам, рабочим станциям и серверам, включая UNIX, Windows-NT, OS/2, Solaris и NEXTstep.

Технические нововведения

Многочисленные нововведения - характерная особенность процессора Pentium в виде уникального сочетания высокой производительности, совместимости, интеграции данных и наращиваемости. Это включает:

  • Суперскалярную архитектуру;
  • Раздельное кэширование программного кода и данных;
  • Блок предсказания правильного адреса перехода;
  • Высокопроизводительный блок вычислений с плавающей запятой;
  • Расширенную 64-битную шину данных;
  • Поддержку многопроцессорного режима работы;
  • Средства задания размера страницы памяти;
  • Средства обнаружения ошибок и функциональной избыточности;
  • Управление производительностью;
  • Наращиваемость с помощью Intel OverDrive.

Архитектура процессора Pentium

+------------------------------------------------------------+
|                Intel Pentium Processor                     |
+------------------------------------------------------------|
|                        2------------+      8------------+  |
|                64-bits |    Code    |      |   Branch   |  |
|                  +-----|    Cache   +------| Prediction |  |
|                  |     +----+-------+      +------+-----+  |
|                  |  256-bits|    +----------------+        |
|                  |     3----+----+--+      9------------+  |
|                  |     |  Prefetch  |      |            |  |
|                  |     |  Buffers   |      |            |  |
|                  |     +--+------+--+      |            |  |
| 1------------+   | 4------+--+5--+------+  | Pipelined  |  |
| |   64-bit   |   | | Integer || Integer |  | Floating-  |  |
|-|    Bus     +---| |   ALU   ||   ALU   |  | Point Unit |  |
| |  Interface |   | +------+--++--+------+  |            |  |
| +------------+   |     6--+------+--+   +--|            |  |
|                  +-----|  Register  |   |  |            |  |
|                64-bits |    Set     |   |  +------------|  |
|                        +---+-----+--+   |  |  Multiply  |  |
|                     32-bits+-----+------+  +------------|  |
|                        7---+-----+--+64-bit|    Add     |  |
|                        |    Data    |      +------------|  |
|                        |    Cache   |      |   Divide   |  |
|                        +------------+      +------------+  |
+------------------------------------------------------------+
  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 конвеерных вычислений с плавающей запятой.

Суперскалярная архитектура

+-------------------------------------+----------------------+
|         +--------+      +--------+  |                      |
|       +-|        +------|        |  |                      |
|       | +---+----+      +----+---+  |                      |
|       |     |  +-------------+      |                      |
|       | +---+--+-+      +--------+  |                      |
| +---+ | |********+------|        |  |                      |
| |   +-| +-+----+-+      |        |  |                      |
| +---+ | +-+-++-+-+      |        |  |                      |
|       | |***||***|   +--|        |  |   Суперскалярная     |
|       | +-+-++-+-+   |  |        |  |     архитектура      |
|       | +-+----+-+   |  +--------|  |                      |
|       | |********|   |  |        |  |                      |
|       | +-+----+-+   |  +--------|  |                      |
|       |   +----+-----+  |        |  |                      |
|       | +-+----+-+      +--------|  |                      |
|       +-|        |      |        |  |                      |
|         +--------+      +--------+  |                      |
+-------------------------------------+----------------------+

Суперскалярная архитектура процессора Pentium представляет собой совместимую только с INTEL двухконвеерную индустриальную архитектуру, позволяющую процессору достигать новых уровней производительности посредством выполнения более, чем одной команды за один период тактовой частоты. Термин "суперскалярная" обозначает микропроцессорную архитектуру, которая содержит более одного вычислительного блока. Эти вычислительные блоки, или конвееры, являются узлами, где происходят все основные процессы обработки данных и команд.

Появление суперскалярной архитектуры процессора Pentium представляет собой естественное развитие предыдущего семейства процессоров с 32-битовой архитектурой фирмы INTEL. Например, процессор Intel486 способен выполнять несколько своих команд за один период тактовой частоты, однако предыдущие семейства процессоров фирмы INTEL требовали множество циклов тактовой частоты для выполнения одной команды.

Возможность выполнять множество команд за один период тактовой частоты существует благодаря тому, что Pentium процессор имеет два конвеера, которые могут выполнять две инструкции одновременно. Так же, как и Intel486 с одним конвеером, двойной конвеер процессора Pentium выполняет простую ко манду 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, увеличивя тем самым вычислительную производительность.

Каждый конвеер имеет свое арифметическо-логическое устройство (ALU), совокупность устройств генерации адреса и интерфейс кэширования данных. Так же как и процессор Intel486, Pentium использует аппаратное выполнение команд, заменяющее множество микрокоманд, используемых в предыдуших семействах микропроцессоров. Эти инструкции включают загрузки, запоминания и простые операции АЛУ, которые могут выполняться аппаратными средствами процессора, без использования микрокода. Это повышает производительность без затрагивания совместимости. В случае выполнения более сложных команд, для дополнительного ускорения производительности выполнения расширенного микрокода процессора Pentium для выполнения команд используются оба конвеера суперскалярной архитектуры.

В результате этих архитектурных нововведений, по сравнению с предыдущими микропроцессорами, значительно большее количество команд может быть выполнено за одно и то же время.

Раздельное кэширование программного кода и данных

+-------------------------------------+----------------------+
|         +--------+      +--------+  |                      |
|       +-|********+------|        |  |                      |
|       | +---+----+      +----+---+  |                      |
|       |     |  +-------------+      |                      |
|       | +---+--+-+      +--------+  |                      |
| +---+ | |        +------|        |  |                      |
| |   +-| +-+----+-+      |        |  |  Кэнирование команд  |
| +---+ | +-+-++-+-+      |        |  |                      |
|       | |   ||   |   +--|        |  |                      |
|       | +-+-++-+-+   |  |        |  |  Кэширование данных  |
|       | +-+----+-+   |  +--------|  |                      |
|       | |        |   |  |        |  |                      |
|       | +-+----+-+   |  +--------|  |                      |
|       |   +----+-----+  |        |  |                      |
|       | +-+----+-+      +--------|  |                      |
|       +-|********|      |        |  |                      |
|         +--------+      +--------+  |                      |
+-------------------------------------+----------------------+

Другое важнейшее революционное усовершенствование, реализованное в процессорe Pentium, это введение раздельного кэширования. Кэширование увеличивает производительность посредством активизации места временного хранения для часто используемого программного кода и данных, получаемых из быстрой памяти, заменяя по возможности обращение ко внешней системной памяти для некоторых команд. 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 использованием дополнительного контура, выполненного на 3.1 миллионах транзисторов (для сравнения, Intel486 содержит 1.2 миллиона транзисторов), создающих раздельное внутреннее кэширование программного кода и данных. Это улучшает производительность посредством исключения конфликтов на шине и делает двойное кэширование доступным чаще, чем это быловозможно ранее. Например, во время фазы предварительной подготовки, используется код команды, полученный из кэша команд. Вслучае наличия одного блока кэш-памяти, возможен конфликт между процессом предварительной подготовки команды и доступом к данным. Выполнение раздельного кэширования для команд и данных исключает такие конфликты, давая возможность обеим командам выполняться одновременно. Кэш-память программного кода и данных процессора Pentium содержит по 8 KB информации каждая, и каждая организована как набор двухканального ассоциативного кэша, предназначенная для записи только предварительно просмотренного специфицированного 32-байтного сегмента, причем быстрее, чем внешний кэш. Все эти особенности расширения производительности потребовали использования 64-битовой внутренней шины данных, которая обеспечивает возможность двойного кэширования и суперскалярной конвеерной обработки одновременно с загрузкой следующих данных. Кэш данных имеет два интерфейса, по одному для каждого из конвееров, что позволяет ему обеспе- чивать данными две одельные инструкции в течение одного машинного цикла. После того, как данные достаются из кэша, они записываются в главную память в режиме обратной записи. Такаятехника кэширования дает лучшую производительность, чем простое кэширование с непосредственной записью, при котором процессор записывает данные одновременно в кэш и основную память. Тем не менне, процессор Pentium способен динамически конфигурироваться для поддержки кэширования с непосредственной записью.

Таким образом, кэширование данных использует два различных великолепных решения: кэш с обратной записью и алгоритм, названный MESI (модификация, исключение, распределение, освобождение) протокол. Кэш с обратной записью позволяет записывать в кэш без обращения к основной памяти в отличие от используемого до этого непосредственного простого кэширования. Эти решения увеличивают производитльность посредством использования преобразованной шины и предупредительного исключения самого узкого места в системе. В свою очередь MESI-протокол позволяет данным в кэш-памяти и внешней памяти совпадать - великолепное решение в усовершенствованных мультипроцессорных системах, где различные процессоры могут использовать для работы одни и те же данные.

Рекомендуемый объем общей кэш-памяти для настольных систем, основанных на процессоре Pentium, равен 128-256 K, а для серверов - 256 K и выше.

Блок предсказания правильного адреса перехода

+-------------------------------------+----------------------+
|         +--------+      +--------+  |                      |
|       +-|        +------|********|  |                      |
|       | +---+----+      +----+---+  |                      |
|       |     |  +-------------+      |                      |
|       | +---+--+-+      +--------+  |                      |
| +---+ | |        +------|        |  |                      |
| |   +-| +-+----+-+      |        |  |    Предсказание      |
| +---+ | +-+-++-+-+      |        |  |     правильного      |
|       | |   ||   |   +--|        |  |       адреса         |
|       | +-+-++-+-+   |  |        |  |      перехода        |
|       | +-+----+-+   |  +--------|  |                      |
|       | |        |   |  |        |  |                      |
|       | +-+----+-+   |  +--------|  |                      |
|       |   +----+-----+  |        |  |                      |
|       | +-+----+-+      +--------|  |                      |
|       +-|        |      |        |  |                      |
|         +--------+      +--------+  |                      |
+-------------------------------------+----------------------+

Блок предсказания правильного адреса перехода - это следующее великолепное решение для вычисленй, увеличивающее производительность посредством полного заполнения конвееров командами, основанное на предварительном определении правильного набора команд, которые должны быть выполнены. Pentium процессор - это первый и единственный PC-совместимый процессор, использующий блок предсказания, который до этого традиционно был связан с вычислительными платформами больших ЭВМ.

Для лучшего понимания этой концепции, рассмотрим типичное программное приложение. После выполнения каждого программного цикла, программа выполняет соответствующую проверку для определения, необходимо ли возвратиться в начало цикла или выйти и продолжить выполнение следующего шага. Эти два решения, или пути, называют предсказанием адреса перехода. Блок предсказания правильного адреса перехода прогнозирует, какая ветвь программы будет затребована, основываясь на допущении, что предыдущая ветвь, которая была пройдена, будет использоваться снова. процессор Pentium выполняет предсказание правильного адреса перехода, используя специальный буфер предсказания перехода (BTB). В отличие от альтернативной архитектуры, это программно-шаблонное нововведение дает возможность для перекомпилирования программного кода, увеличивая при этом скорость и производительность существующего прикладного программногообеспечения. Если команда управляет ветвлением программы, буфер BTB запоминает команду и адрес, на который необходимо перейти, и предсказывает, какая ветвь команд в следующий момент будет использоваться. Когда буфер содержит правильное предсказание, переход выполняется без задержки.

Высокопроизводительный блок вычислений с плавающей запятой.

+-------------------------------------+----------------------+
|         +--------+      +--------+  |                      |
|       +-|        +------|        |  |  Блок  конвеерных    |
|       | +---+----+      +----+---+  |    вычислений с      |
|       |     |  +-------------+      |  плавающей запятой   |
|       | +---+--+-+      +--------+  |                      |
| +---+ | |        +------|********|  |                      |
| |   +-| +-+----+-+      |********|  |                      |
| +---+ | +-+-++-+-+      |********|  |                      |
|       | |   ||   |   +--|********|  |                      |
|       | +-+-++-+-+   |  |********|  |                      |
|       | +-+----+-+   |  +--------|  |                      |
|       | |        |   |  |********|  |     Умножитель       |
|       | +-+----+-+   |  +--------|  |                      |
|       |   +----+-----+  |********|  |      Сумматор        |
|       | +-+----+-+      +--------|  |                      |
|       +-|        |      |********|  |      Делитель        |
|         +--------+      +--------+  |                      |
+-------------------------------------+----------------------+

Наростающая волна 32-разрядных программных приложений включает много интенсивно вычисляющих, графически ориентиропрограмм, которые занимают много процессорных ресурсов на выполнение операций с плавающей запятой, обеспечивающих математические вычисления. Поскольку требования к персональным компьютерам со стороны программного обеспечения по вычислениям с плавающей запятой постоянно возрастают, удовлетворить эти потребности могут усовершенствования в микропроцессорной технологии. Процессор Intel486 DX, например, был первым микропроцессором, интегрированным на одной подложке с математическим сопроцессором. Предыдущие семейства процессоров фирмы INTEL, при необходимости использования вычислений с плавающей запятой, использовали внешний математический сопроцессор.

Ппроцессор Pentium позволяет выполнять математические вычисления на более высоком уровне благодаря использованию усовершенствованного встроенного блока вычислений с плавающей запятой, который включает восьмитактовый конвеер и аппаратно реализованные основные математические функции. Четырехтактовые конвеерные команды вычислений с плавающей запятой дополняют четырехтактовую целочисленную конвееризацмю. Большая часть команд вычислений с плавающей запятой могут выполняться в одном целочисленном конвеере, после чего подаются в конвеер вычислений с плавающей запятой. Обычные функции вычислений с плавающей запятой, такие как сложение, умножение и деление, реализованы аппаратно с целью ускорения вычислений.

В результате этих инноваций, процессор Pentium выполняет команды вычислений с плавающей запятой в пять раз быстрее, чем 33-МГц Intel486 DX, оптимизируя их для высокоскоростных численных вычислений, являющихся неотъемлемой частью таких усовершенствованных видеоприложений, как CAD и 3D-графика. Процессор Pentium на тактовой частоте 66 МГц работает как "числодробилка" с рейтингом 64.5 по тесту SPECint92, практически не уступая RISC-процессору Alpha компании Digital, но с тактовой частотой вдвое более высокой.

Общая производительность процессора Pentium превосходит в 6 раз 25 МГц Intel486 SX и в 2.6 раз - 66 МГц Intel486 DX2. Индекс по рейтингу iCOMP для 66 МГц процессора Pentium, который выполняет 112 миллионов операций в секунду, составляет 567. Индекс по iCOMP (Intel COmparative Microprocessor Peformance) выполняет относительное сравнение производительности 32-битовых процессоров фирмы INTEL.


   Расширенная 64-битовая шина данных.

+-------------------------------------+----------------------+
|     +--------+   +--------+ |           |
|    +-|    +------|    | |           |
|    | +---+----+   +----+---+ |           |
|    |   | +-------------+   |           |
|    | +---+--+-+   +--------+ |           |
| +---+ | |    +------|    | |           |
| |***+-| +-+----+-+   |    | |           |
| +---+ | +-+-++-+-+   |    | |           |
|    | |  ||  |  +--|    | |           |
|    | +-+-++-+-+  | |    | |           |
|    | +-+----+-+  | +--------| |           |
|    | |    |  | |    | |           |
|    | +-+----+-+  | +--------| |           |
|    |  +----+-----+ |    | |           |
|    | +-+----+-+   +--------| |           |
|    +-|    |   |    | |           |
|     +--------+   +--------+ |           |
+-------------------------------------+----------------------+
   процессор Pentium снаружи представляет собой 32-битовое
устройство. Внешняя шина данных к памяти является 64-битовой,
удваивая количество данных, передаваемых в течение одного шин-
ного цикла. процессор Pentium поддерживает несколько типов
шинных циклов, включая пакетный режим, в течение которого про-
исходит порция данных из 256 бит в кэш данных и в течение од-
ного шинного цикла.
   Шина данных является главной магистралью, которая переда-
ет информацию между процессором и подсистемой памяти. Благода-
ря этой 64-битовой шине данных, процессор Pentium существенно
повышает скорость передачи по сравнению с процессором Intel486
DX - 528 MB/сек для 66 МГц, по сравнению со 160 MB/сек для 50
МГц процессора Intel486 DX. Эта расширеная  шина  данных
способствует высокоскоростным вычислениям благодаря поддержке
одновременной подпитки командами и данными процессорного блока
суперскалярных вычислений, благодаря чему достигается еще
большая общая производительность процессора Pentium по сравне-
нию с процессором Intel486 DX.
   В общем, имея более широкую шину данных, Pentium про-
цессор обеспечивает  конвееризацию  шинных  циклов,  что
способствует увеличению пропускной способности шины. Конвеери-
зация шинных циклов позволяет второму циклу стартовать ранше
завершения выполнения первого цикла. Это дает подсистеме памя-
ти больше времени для декодирования адреса, что позволяет
использовать более медленные и менее дорогостоящие компоненты
памяти, уменьшая в результате общую стоимость системы. Ускоре-
ние процессов чтения и записи, параллелилизм адреса и данных,
а также декодирование в течение одного цикла - все вместе поз-
воляет улучшить пропускную способность и повышает возможности
системы.

   Мультипроцессорность.

+------------------------------------------------------------+
|   Внутреннее определнние ошибок и тестирование     |
|     с помощью функциональной избыточности       |
+---------------------------+----+---------------------------|
|     Master      |  |     Checker      |
|    +--------+  +----+|  |    +--------+  +----+|
|   +-|    +---|  ||  |   +-|    +---|  ||
|   | +---+----+  +--+-+|  |   | +---+----+  +--+-+|
|   |   | +--------+ |  |   |   | +--------+ |
|   | +---+--+-+  +----+|  |   | +---+--+-+  +----+|
|+---+ | |    +---|  ||  |+---+ | |    +---|  ||
||  +-| +-+----+-+  |  || -+-||  +-| +-+----+-+  |  ||
|+---+ | +-+-++-+-+  |  || | |+---+ | +-+-++-+-+  |  ||
|   | |  ||  | +-|  || | |   | |  ||  | +-|  ||
|   | +-+-++-+-+ | |  || | |   | +-+-++-+-+ | |  ||
|   | +-+----+-+ | +----|| | |   | +-+----+-+ | +----||
|   | |    | | |  || | |   | |    | | |  ||
|   | +-+----+-+ | +----|| | |   | +-+----+-+ | +----||
|   |  +----+---+ |  || | |   |  +----+---+ |  ||
|   | +-+----+-+  +----|| | |   | +-+----+-+  +----||
|   +-|    |  |  || | |   +-|    |  |  ||
|    +--------+  +----+| | |    +--------+  +----+|
+-------------+-------------+ | +------+------+-------------|
|       |        | Check |   |       |
|       +----------------+--------+   |       |
|     Outputs     Inputs     IERR#      |
+------------------------------------------------------------+
   процессор Pentium - это идеал для наростающей волны муль-
типроцессорных систем, а также высочайший уровень производи-
тельности и вычислительной мощности в области современных вы-
числительных средств. Мультипроцессорные приложения, которые
соединяют два или более процессор Pentiumов - хорошо обслужи-
ваются посредством усовершенствованной архитектуры кристаллов,
раздельным встроенным кэшированием программного кода и данных,
а также наборами микросхем для управления внешней кэш-памятью
и утонченными средствами контроля целостности данных.
   Как обсуждалось ранее, процессор Pentium поддерживает
упорядоченный кэш с его MESI протоколом. Когда один процессор
получает доступ к данным, которые кэшируются в другом про-
цессоре, он имеет возможность приема правильных данных. И если
данные модифицировались, все процессоры получают возможность
доступа к приему данных в модифицированном виде. Новейший
процессор Pentium фирмы INTEL также определяет, какие команды
распознаются системой в соответствии с ипользуемым способом
программирования. Это строго определенно подсказывает, каким
образом программному обеспечению, разработанному для однопро-
цессорной системы, корректно работать в многопроцессорном ок-
ружении.

   Средства разделения памяти на страницы.

   процессор Pentium предлагает опции поддержки любой из
традиционных размеров страниц памяти - 4 KB или более широкие,
4 MB страницы. Эта опция позволяет производить вычисление
частоты свопинга страниц в комплексных графических приложени-
ях, буферах фреймов, а также ядер операционных систем, где
увеличенный размер страницы сейчас позволяет пользователям
перепланировать шире первоначально громоздкие объекты. Увели-
чение страниц дает результат в виде повышения производитель-
ности, причем все это отражается на прикладном программном
обеспечении.

   Определение ошибок и функциональная избыточность.

   Хорошая защита  данных  и обеспечение их целостности
посредством внутренних средств становится крайне важным в при-
ложениях, критичным к потерям данных благодаря распространению
современного окружения клиент-серверов. процессор Pentium со-
держит два усовершенствования, традиционно присущих проектиро-
ванию класса больших ЭВМ - внутреннее определение ошибок и
контроль за счет функциональной избыточности ( FCR ) - это по-
могает обеспечить целостность данных развивающихся сегодня
систем, базирующихся на настольных компьютерах.
   Внутреннее определение ошибок дополняет битом четности
внутренний код и кэширование данных, сдвиговую ассоциативную
таблицу страниц, микрокод, а также целевой буфер перехода, по-
могая определять ошибки таким образом, что это остается неза-
метным и для пользователя, и для системы. В то же время конт-
роль с помощью функциональной избыточности оптимизирован для
приложений, критических к потерям данных, где Pentium про-
цессор может работать в конфигурации основной/контролирующий.
Если между двумя процессорами обнаруживаются разногласия,
система извещается об ошибке. В результате происходит обнару-
жение более, чем 99% ошибок.
   Кроме того, на подложке процессора расположено устройство
встроенного тестирования. Самотестирование охватывает более
70% узлов процессора Pentium, не требует выполнения сброса
кристалла и представляет собой процедуру, обычно используемую
при диагностике систем. Другими встроенными решениями является
реализация стандарта IEEE 1149.1, позволяющая тестировать
внешние соединения проессора и отладочный режим, дающий воз-
можность программному обеспечению просматривать регистры и
состояние процессора.

   Управление производительностью.

   Управление производительностью - особенность Pentium про-
цессора, что позволяет разработчикам систем и  прикладных
расширений оптимизировать  свои  аппаратные  и программные
средства посредством определения потенциально узкого места для
программного кода. а работчики могут наблюдать и считать такты
для внутренних событий процессора, таких, как производитель-
ность чтения и записи данных, кэширование совпадений и выпаде-
ний, прерываний и использования шины. Это позволяет им изме-
рять эффективность, которую имеет код в двойной архитектуре
процессора Pentium и в своих продуктах и выполнять тонкую
настройку своих приложений или систем для достижения оптималь-
ной производительности. Выгода для конечных пользователей -
это более высокие достоинства и высшая производительность, и
все это благодаря хорошему взаимодействию с Pentium процессо-
ром, пользовательской системой и  прикладным  программным
обеспечением.
   Давая возможность разработчикам проектировать системы с
управлением энергопотреблением, защитой и другими свойствами,
процессор Pentium поддерживаем режим  управления  системой
(SMM), подобный режиму архитектуры Intel SL.

   Наращиваемость.

   Вместе со всем, что сделано нового для 32-битовой микроп-
роцессорной архитектуры фирмы  INTEL,  Pentium  процессор
сконструирован для легкой наращиваемости с использованием ар-
хитектуры наращивания фирмы INTEL. Эти нововведения защищают
инвестиции пользователей посредством наращивания производи-
тельности, которая помагает поддерживать уровень продуктив-
ности систем, основанных на архитектуре процессоров фирмы
INTEL, больше, чем продолжительность жизни отдельных компонен-
тов. Технология наращивания делает возможным использовать пре-
имущества большинства процессоров усовершенствованной техноло-
ги в уже существующих системах с помощью простой инсталяции
средства однокристального наращивания производительности. Нап-
ример, первое средство наращивания - это OverDrive процессор,
разработанный для процессоров Intel486 SX и Intel486 DX,
использующий технологию простого удвоения тактовой частоты,
использованную при разработке микропроцессоров Intel486 DX2.
   Посредством наращивания одного из этих дополнительных
процессоров в сокет, расположенный возле центрального микроп-
роцессора на большинстве материнских платах Intel486, пользо-
ватели могут увеличить общую производительность системы более,
чем на 70% практически для всех программных приложений.
   Технология наращивания с помощью OverDrive процессоров
возможна и для систем, основанных на семействе Pentium про-
цессора, посредством простой установки в будущем процессора,
выполненного по усовершенствованной технологии. В свою оче-
редь, технология процессора Pentium является основой дополни-
тельного процессора, разрабатываемого для систем, базируемых
на Intel486 DX2.

   На сегодня процессор Pentium дает возможность получения
наибольшей производительности при самой умеренной цене, пол-
ностью поддерживая совместимость с предыдущими микропроцессо-
рами семейства X86.
   
   Если Вы еще колеблетесь и пока не сделали выбор среди ве-
ликолепной продукции фирм Intel, DEC, San и пр., подумайте о
совместимости существующего аппаратного и программного обеспе-
чения !
   Intel Inside - это наилучшие гарантии качества и сов-
местимости Ваших систем. Вычислительные системы на основе
процессора Pentium уже сегодня в широкой продаже. А инфомация
о великолепии Digital Alpha (21064/133), SuperSparc/40 и т.д.
может несколько поблекнуть с появлением в 1994 г. 100-МГц ва-
рианта процессора Pentium, ведь даже сейчас, имея вдвое мень-
шую частоту ( 66 МГц ), он практически не уступает по произво-
дительности классическому RISC - процессору Alpha (21064/133)
c тактовой частотой 133 МГц.
   
   Выбор - за Вами ...

  ------------------------------------------------------

   Технический обзор подготовлен на основе оригинальных ма-
териалов, любезно предоставленных корпорацией INTEL лаборато-
рии микропроцессорных средств Радиотехнического факультета Ки-
евского политехнического института.

   Основные источники информации:

   1. The Intel Pentium Processor. A Technical Overview.
   2. Intel Solutions.

   Составление обзора и технический перевод выполнил
        Колпаков Александр Анатольевич.

 (С) 1993. Александр Колпаков. Составление и перевод.
Материалы сообщества доступны в соответствии с условиями лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.