Pentium

Интерфейс Socket 370

Подробности

Родительская категория: Процессоры

Категория: Развитие процессоров Intel Pentium

Celeron 233-533 МГц (апрель 1998 — январь 2000)Pentium III 500-1133 МГц (октябрь 1999 — июль 2001)Celeron II 533-1100 МГц (январь 2000 — июль 2001)
Celeron/Pentium III 1000-1400 МГц (январь 2000 — июль 2001)

В 1998 г. для процессоров Pentium III был разработан интерфейс Socket 370, кристалл устанавливался в пластиковый корпуса PPGA. Важным преимуществом Pentium III стала возможность исполнения расширенного набора инструкций SIMD, оперирующих со специальными 128-битными регистрами. Каждый из них хранит четыре действительных числа одинарной точности. Таким образом, выполняя операцию над двумя регистрами, SSE фактически оперирует четырьмя парами чисел. То есть, благодаря этому процессор может выполнять до четырех операций одновременно. Однако разработчик программы должен использовать специальные команды, а также позаботиться о помещении и извлечении данных из четырех местных регистров, поэтому для использования всех вычислительных мощностей Pentium III необходима целенаправленная оптимизация кода. Таким образом, в Pentium III появился блок, подобный ММХ, но оперирующий действительными числами. Это решение способствовало улучшению производительности процессора в следующих областях:

• трехмерная графика и моделирование, расчет освещенности с использованием вычислений с плавающей точкой;

• обработка сигналов и моделирование процессов с широким диапазоном изменения параметров;

• генерация трехмерных изображений в программах реального времени, не использующих целочисленный код;

• алгоритмы кодирования и декодирования видеосигнала, обрабатывающие данные блоками;

• численные алгоритмы фильтрации, работающие с потоками данных.

С 2000 г. начался выпуск процессоров в корпусах FC-PGA. Последней модификацией Pentium III и Celeron стали процессоры на ядре Tualatin, изготавливаемом по технормам 130 нм. Модель Pentium III-S Tualatin имеет рабочую частоту до 1400 МГц, кэш-память второго уровня объемом 512 Кбайт. Ядро получило блок Data Prefetch, который стал одним из ключевых элементов будущей архитектуры Pentium 4. К сожалению, Pentium III-S потребовал новой модификации интерфейса Socket 370, что исключило возможность апгрейда действующих систем.

Микропроцессоры Pentium

Микропроцессоры 80586 (Р5) более известны по их товарной марке Pentium, которая запатентована фирмой Intel (МП 80586 других фирм имеют иные обозначения: К5 у фирмы AMD, Ml у фирмы Cyrix и т. д.). Эти микропроцессоры имеют пятиступенную конвейерную структуру, обеспечивающую многократное совмещение тактов выполнения последовательных команд (возможно независимое выполнение сразу двух простых команд), и кэш-буфер для команд условной передачи управления, позволяющий предсказывать направление ветвления программ; по эффективному быстродействию они приближаются к RISC МП, выполняющим каждую команду как бы за один такт. Процессоры Pentium имеют 32-разрядную адресную шину и 64-разрядную шину данных. Обмен данными с системой может выполняться со скоростью 1 Гбайт/с. У всех МП Pentium имеется встроенная кэш-память, отдельно для команд, отдельно для данных по 8-16 Кбайт, и встроенный контроллер кэш-памяти 2-го уровня (что обеспечивает работу последней на внутренней частоте МП); имеются специализированные конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, существенно ускоряющие выполнение (итераций с плавающей запятой).

МП Pentium II имеет иную конструкцию, нежели чем все остальные МП, в частности, он выполнен в виде небольшой платы-картриджа (корпус SECC), на которой размещены сам процессор (содержащий 7,5 млн транзисторов против 5,5 млн в МП Pentium Pro) и четыре микросхемы кэш-памяти 2-го уровня, общим объемом 512 Кбайт. Кэш-память 1-го уровня, находящаяся в микросхеме самого процессора, имеет емкость 32 Кбайта, против 16 Кбайт, имевшихся в МП Pentium Pro, но кэш-память 2-го уровня работает не на внутренней частоте МП, а на вдвое меньшей частоте.

Важным отличием Pentium II является архитектура двойной независимой шины (первые варианты введения такой шины были уже у МП Pentium Pro). Процессор обменивается данными с кэшем L2 по специализированной высокоскоростной шине (иногда называемой backside — задней), отделенной от системной шины (frontside — передней). Системная шина работает на частоте материнской платы, и это существенно снижает эффективное быстродействие компьютера. Наличие же backside-шины ускоряет обмен с кэш-памятью. МП Pentium II поддерживает двухпроцессорную конфигурацию ПК.

Исправленные ошибки[править | править код]

Процессор представляет собой сложное микроэлектронное устройство, что не позволяет исключить вероятность его некорректной работы. Ошибки появляются на этапе проектирования и могут быть исправлены обновлениями микрокода процессора, либо выпуском новой ревизии ядра процессора. В процессорах Pentium II обнаружено 95 различных ошибок, из которых 22 исправлены.

Далее перечислены ошибки, исправленные в различных ревизиях ядер процессора Pentium II. Данные ошибки присутствуют во всех ядрах, выпущенных до их исправления, начиная с ядра Klamath C0, если не указано обратное.

Klamath C1править | править код

• Ошибка протокола при работе с кэш-памятью.
• Возникновение тупиков при работе с IOQ (очередь ввода-вывода) глубиной 1 в двухпроцессорных системах.
• Ошибка при работе инструкции FIST с некоторыми неверными данными.

Deschutes A0править | править код

• Ошибка предсказания ветвлений при работе с инструкциями MMX.
• Ошибка установки сигнала отключения при превышении максимально допустимой температуры.
• Генерация необратимой ошибки при нарушении чётности в IFU.
• Генерация необратимой ошибки при различии данных в потоковом буфере инструкций и кэше инструкций.
• Ошибка при работе с некэшируемыми данными после отключения и повторного включения страничной адресации.
• Ошибка в работе PMC при запросе к кэш-памяти второго уровня.
• Ошибочная генерация исключения «user mode protection violation» вместо установки сигнала «page fault».
• Отключение MCE для кэш-памяти второго уровня при очистке кэш-памяти.
• Некорректная установка флагов процессора после отключения TLB в двухпроцессорных системах.

Deschutes A1править | править код

• Повреждение информации о состоянии данных в кэш-памяти (Deschutes A0).
• Генерация необратимой ошибки при кэш-промахе (Deschutes A0).

Deschutes B1править | править код

• Задержка инвалидации данных, находящихся в кэш-памяти, при аппаратной синхронизации в двухпроцессорных системах.
• Преждевременное снятие сигнала блокировки при выполнении некоторой последовательности транзакций.
• Задержка генерации исключения FPU.
• BIST (встроенная самодиагностика) сообщает об успешном завершении вне зависимости от результата (Deschutes A0).
• Отсутствие сигнала отключения при превышении максимально допустимой температуры. (Deschutes A0).
• Ошибка записи в память при работе инструкций MOVD и MOVQ (MMX).
• Конфликт протокола шины при работе с некоторыми чипсетами.
• Ошибки при работе с отключённым MTRR (Deschutes A0).

Список микропроцессоров Pentium Pro[]

Процессоры Intel Сeleron (Mendocino и Covington)

Общая характеристика

Celeron — облегченный вариант процессора Pentium-2, появившийся на рынке в апреле 1998 года. Эти процессоры относятся шестому поколению процессоров. С точки зрения принципа организации вычислений, главное отличие этого
поколения заключается в динамическом исполнении, при котором внутри процессора инструкции могут исполняться не в том порядке, который предполагает программный код.

Для обхода «узкого места» — внешней шины — применена архитектура двойной независимой шины.

Процессор Celeron имеет следующие отличия от Pentium-2:

• Если есть вторичный кэш, то он работает на полной частоте ядра и имеет объем 128 кб.
• Разрядность шины адреса сокращена с 36 до 32 бит (адресуемая память — 4 гб).
• Контроль четности шины адреса и шины запроса, ECC-контроль шины данных и контроль неисправимых ошибок шины отсутсвует, как и сигнал инициализации шины.
• Процессоры предназначены только для однопроцессорных конфигураций: из сигналов запроса шины офицально остался только BR0#, что не позволяет реализовать симметричные двухпроцессорные конфигурации. Реально сигнал BR1# в некоторых моделях
  присутствует.
• Коэффициенты умножения фиксированы. Внешняя частота — 66 МГц (задается заземленными линиями BSel#).

Процессор Celeron Covington

Первый процессор линейки Celeron — Covington. Исключение вторичного кэша заметно отразилось на производительности (системные платы для слота 1 вторичного кэша, естественно, не имеют), но эти процессоры отличаются высокой
устойчивостью работы в форсированных режимах. Процессоры Celeron с ядром Deshutes устанавливаются в слот 1, но их картриджи несколько проще и называются иначе — SEPP. Они не имеют задней крышки защитного кожуха.

При падении цен на системные платы и дешевизне самого процессора Celeron машины начального уровня оказались действительно недорогими.

Процессор Celeron Mendocino

Летом 1998 года вышла следующая модель Celeron, известная также под названием Mendocino.Сюда относятся процессоры Celeron 300A (с частотой 300 МГц) и Celeron 333-533 МГц. Процессоры имеют небольшой (128 Кбайт) вторичный кэш, установленный на кристалле
ядра и работающий на полной частоте ядра (как у Pentium Pro, но с несколько большей латентностью). Процессоры с частотами 300-433 МГц выпускались и под слот 1, и для сокета-370 в корпусе PPGA. В корпусе PPGA выпускаются процессоры с частотой до 533 МГц, при этом частота системной шины — только 66 МГц. Процессоры в PPGA несколько отличаются в интерфейсе питания и потребляют чуть меньшую мощность. Существуют переходники, которые позволяют использовать эти дешевые процессоры в PPGA в платах со слотом 1, а при простой доработке переходника — даже в двухпроцессорных конфигурациях.

Источники информации:

• http://www.mp.dpt.ustu.ru/Users/oe/
• Chiplist: Intel Pentium Celeron CPU
• Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. — СПб: Питер, 1999.
• Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. 2-е изд. — СПб: Питер, 2001.

История[]

Файл:Pentium-60-front.jpg

Intel Pentium 60, первая модель Pentium

В июне 1989 года Шаблон:Translation2 были сделаны первые наброски процессора под кодовым названием P5. Винод Дхам широко известен на Западе как Отец чипа Pentium. В конце 1991 года была завершена разработка макета процессора, и инженеры смогли запустить на нём программное обеспечение. Начался этап оптимизации топологии и повышения эффективности работы. В феврале 1992 года проектирование в основном было завершено, началось всеобъемлющее тестирование опытной партии процессоров. В апреле 1992 года принято решение о начале промышленного производства, в качестве основной промышленной базы была выбрана орегонская фабрика № 5. Началось промышленное освоение производства и окончательная доводка технических характеристик.

В октябре 1992 года Intel объявила, что процессоры пятого поколения, ранее носившие кодовое имя P5, будут называться Pentium, а не 586, как предполагали многие. Это было вызвано тем, что многие фирмы, производящие процессоры, активно освоили производство «клонов» (и не только) процессоров 386 и 486. Intel собиралась зарегистрировать в качестве торговой марки название «586», чтобы больше никто не смог заниматься производством процессоров с таким названием, однако оказалось, что зарегистрировать цифры в качестве торговой марки нельзя, поэтому было принято решение назвать новые процессоры «Pentium» (за основу было взято Шаблон:Lang-grc «пять»), что также указывало на поколение данного процессора. 22 марта 1993 года состоялась презентация нового микропроцессора, через несколько месяцев появились и первые компьютеры на основе Pentium.

Положение на рынке и сравнение с конкурентами[править | править код]

Pentium II являлся флагманским процессором компании Intel для настольных компьютеров с момента выхода в мае 1997 года и до появления на рынке процессора Pentium III в феврале 1999 года. Параллельно с Pentium II существовали следующие x86-процессоры:

• Intel Pentium MMX. Был представлен за 4 месяца до появления Pentium II. С момента Pentium II и до появления первых процессоров Celeron в 1998 году, Pentium MMX служил основой для недорогих компьютеров.
• Intel Celeron. Предназначался для рынка недорогих настольных компьютеров. Первоначально представлял собой Pentium II, лишённый кэш-памяти второго уровня. Серьёзно уступал в большинстве задач как Pentium II, так и конкурентам. После перевода семейства на новое ядро, Celeron, получивший 128Кб полноскоростного кэша второго уровня в некоторых задачах не только не уступал Pentium II, но и опережал его при равных частотах за счёт более скоростного кэша.
• AMD K6. Являлся конкурентом процессора Pentium MMX на рынке недорогих процессоров.
• AMD K6-2. Являлся конкурентом процессоров Pentium II и Celeron. Имел значительно более низкую цену, чем Pentium II. В офисных приложениях и приложениях, оптимизированных под набор инструкций 3DNow! превосходил Pentium II. За счёт устаревшего FPU уступал как Pentium II, так и Celeron при работе с числами с плавающей запятой, что отрицательно сказывалось в первую очередь на производительности в мультимедийных приложениях и играх, не оптимизированных под 3DNow!.
• Cyrix M-II. В офисных приложениях незначительно уступал Pentium II, Celeron и K6-2. В мультимедийных приложениях и играх отставание было более серьёзным. Был популярен как основа для офисных компьютеров за счёт невысокой стоимости (по соотношению цена/производительность процессор был одним из лучших в своём классе).
• IDT WinChip 2. Предназначался для недорогих компьютеров. Являлся конкурентом процессоров K6-2 и Celeron. Стоил немногим меньше K6-2, в производительности уступал как K6-2, так и Celeron.
• Rise mP6. Разрабатывался как процессор для ноутбуков, имел очень низкое энергопотребление. За счёт небольшого объёма кэш-памяти первого уровня (16Кб) и отсутствия поддержки 3DNow! уступал в производительности даже процессору IDT WinChip 2.

Обновление микрокода процессора[править | править код]

Обновления микрокода представляют собой блоки данных объёмом 2 Кб, находящиеся в системном BIOS. Такие блоки существуют для каждой ревизии ядра процессора. Компания Intel предоставляет производителям BIOS последние версии микрокода, а также помещает их в базу данных обновлений. Существует специальная утилита, разработанная компанией Intel, позволяющая определить используемый процессор и локально изменить код BIOS для поддержки этого процессора.
Обновление также можно осуществить прошивкой новой версии BIOS с поддержкой необходимого процессора от производителя системной платы.

Интересные факты[править | править код]

• Единственным суперкомпьютером на базе процессоров Pentium II, вошедшим в список TOP500 (см. en:TOP500) стал кластер Parnass2, построенный в университете Бонна (University Bonn — Dep. of Applied Mathematics) в 1999 году. В июне 1999 года Parnass2 содержал 128 процессоров и занимал 362 место. В ноябрьском списке TOP500 кластер опустился на 454 место, несмотря на повышение производительности за счёт увеличения числа процессоров до 144.
• На выставке CeBIT 98 компанией Intel была продемонстрирована компьютерная система, оборудованная процессором Pentium II, работавшим на частоте 702 MHz.

Микропроцессоры Pentium 4

Модификация МП Pentium — Pentium 4 — предназначена для высокопроизводительных компьютеров, в первую очередь серверов, рабочих станций класса highend и мультимедийных игровых ПК. Добавлены 144 новые потоковые инструкции, расширяющие набор SIMD-инструкций, ориентированных на форматы данных с плавающей запятой — SSE(Streaming SIMD Extensions). Модуль вычислений с плавающей запятой и потоковый модуль оптимизированы для работы с аудио- и видеопотоками, в том числе 3D-технологиями. Имеется кэш 2-го уровня размером 256 Кбайт; он работает на полной частоте МП, использует встроенную программу коррекции ошибок и обслуживается быстродействующей с разрядностью 256 бит (32 байт) шиной, работающей на частоте МП. Это для Pentium 4 с частотой 1500 МГц, например, обеспечивает скорость обмена с кэшем 48 Гбайт/с.

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.

Основные отличия от процессора 486[]

• Суперскалярная архитектура. Благодаря использованию суперскалярной архитектуры процессор может выполнять 2 команды за 1 такт. Такая возможность существует благодаря наличию двух конвейеров — U и V. U-конвейер — основной, выполняет все операции над целыми и вещественными числами; V-конвейер — вспомогательный, выполняет только простые операции над целыми и частично над вещественными. Чтобы старые программы (для 486) в полной мере использовали возможности такой архитектуры, необходимо было их перекомпилировать. Pentium — первый CISC-процессор, использующий многоконвейерную архитектуру.
• 64-битная шина данных позволяет процессору Pentium за один шинный цикл обмениваться вдвое большим объёмом данных с оперативной памятью, чем 486 (при одинаковой тактовой частоте).
• Механизм предсказания адресов ветвления. Применяется для сокращения времени простоя конвейеров, вызванного задержками выборки команд при изменении счетчика адреса во время выполнения команд ветвления. Для этого в процессоре используется буфер адреса ветвления BTB (Branch Target Buffer), использующий алгоритмы предсказания адресов ветвления.
• Раздельное кеширование программного кода и данных, сократившее число промахов кэша при выборке инструкций и операндов по сравнению с 80486. В процессорах Pentium используется кеш-память первого уровня (кеш L1) объёмом 16 Кб, разделённая на 2 сегмента: 8 Кб для данных и 8 Кб для инструкций. Для сокращения времени доступа и снижения стоимости реализации оба сегмента являются 2-канальными множественно-ассоциативными, в отличие от 4-канального кэша 80486.
• Улучшенный блок вычислений с плавающей точкой (FPU). Некоторые инструкции ускорились на порядок, например FMUL, скорость выполнения которой увеличилась в 15 раз. Процессор также может выполнять инструкцию FXCH ST(x) параллельно с обычными инструкциями (арифметическими или загрузки/выгрузки регистров).
• Четырёхвходовые адресные сумматоры. Позволяют уменьшить латентность вычисления адреса по сравнению с 80486. В процессоре Pentium можно за один такт вычислить эффективный адрес при использовании базово-индексной адресации с масштабированием и смещением. 80486 имеет трёхвходовый адресный сумматор, поэтому в нём вычисление такого адреса занимает два такта.
• Микрокод может использовать оба конвейера, в результате чего инструкции с префиксом повторения, такие как REP MOVSW, выполняют одну итерацию за такт, в то время как 80486 требуется три такта на итерацию.
• Более быстрый полностью аппаратный умножитель в несколько раз сокращает (и делает более предсказуемым) время выполнения инструкций MUL и IMUL по сравнению с 80486. Время выполнения уменьшается с 13—42 тактов до 10—11 для 32-битных операндов.
• Виртуализация прерываний, позволяющая ускорить режим виртуального 8086.