Технічний університет Молдови
РЕФЕРАТ З ПРОГРАМУВАННЯ
ТЕМА: Память и архитектура процесора
Факультет
CIM < p> Група
С - 092
Підготував
Плис Владимир.
Кишинів 1999
План:
Введення.
1) Историческая ретроспектива.
2) Архітектурне розвиток.
3) Процес виробництва.
4) Програмна сумісність.
5) Огляд процесорів.
Майбутні розробки Intel.
Процесор, або більш повно мікропроцесор, а також часто званий ЦПУ
(CPU - central processing unit) є центральним компонентомкомп'ютера. Це розум, який керує, прямо або побічно, всімтим, що відбувається усередині комп'ютера.
Коли фон Нейман уперше запропонував зберігати послідовність інструкцій,так звані програми, у тієї ж пам'яті, що й дані, це була воістинуноваторська ідея. Опублікована вона в "First Draft of a Report on the EDVAC"в 1945 році. Цей звіт описував комп'ютер складається з чотирьох основнихчастин: центрального арифметичного пристрою, центрального керуючогопристрою, пам'яті й засобів введення-виведення.
Сьогодні, більш ніж півстоліття тому, майже всі процесори мають фон-неймановскуюархітектуру.
Історична ретроспектива
Як відомо, всі процесори персональних комп'ютерів засновані наоригінальному дизайні Intel. Першим що застосовуються в PC процесором бувінтеловськіх чіп 8088. У цей час Intel мав у своєму розпорядженні випущених раніше більшепотужним процесором 8086. 8088 був обраний з міркувань економії: його 8 --бітна шина даних допускала більш дешеві системні плати, ніж 16-бітна у
8086. Також під час проектування першого PC більшість доступнихінтерфейсних мікросхем використовували 8-бітний дизайн. Ті перші процесоринавіть не наближаються до потужності, достатній для запуску сучаснихдодатків.
У таблиці нижче наведені основні групи інтеловськіх процесорів від першихгенерації 8088/86 до шостого покоління Pentium Pro і Pentium II:
| Тип/| Дата | Ширина шини | Внутрішні | Швидкість шини | Внутрішня |
| Покоління | | даних/| й кеш | пам'яті | частота |
| | | Адреси | | (MHz) | (MHz) |
| 8088/First | 1979 | 8/20 bit | None | 4.77-8 | 4.77-8 |
| 8086/First | 1978 | 16/20 bit | None | 4.77-8 | 4.77-8 |
| 80286/| 1982 | 16/24 bit | None | 6-20 | 6-20 |
| Second | | | | | |
| 80386DX/| 1985 | 32/32 bit | None | 16-33 | 16-33 |
| Third | | | | | |
| 80386SX/| 1988 | 16/32 bit | 8K | 16-33 | 16-33 |
| Third | | | | | |
| 80486DX/| 1989 | 32/32 bit | 8K | 25-50 | 25-50 |
| Fourth | | | | | |
| 80486SX/| 1989 | 32/32 bit | 8K | 25-50 | 25-50 |
| Fourth | | | | | |
| 80486DX2/| 1992 | 32/32 bit | 8K | 25-40 | 50-80 |
| Fourth | | | | | |
| 80486DX4/| 1994 | 32/32 bit | 8K +8 K | 25-40 | 75-120 |
| Fourth | | | | | |
| Pentium/| 1993 | 64/32 bit | 8K +8 K | 60-66 | 60-200 |
| Fifth | | | | | |
| MMX/Fifth | 1997 | 64/32 bit | 16K +16 K | 66 | 166-233 |
| Pentium Pro/| 1995 | 64/36 bit | 8K +8 K | 66 | 150-200 |
| Sixth | | | | | |
| Pentium II/| 1997 | 64/36 bit | 16K +16 K | 66 | 233-300 |
| Sixth | | | | | |
Третє покоління процесорів, заснованих на Intel 80386SX і 80386DX, булипершими застосовуваними в PC 32-бітними процесорами. Основною відмінністю міжними було те, що 386SX був 32-розрядних тільки всередині, оскільки вінспілкувався із зовнішнім світом за 16-розрядної шини. Це означає, що дані міжпроцесором і іншим комп'ютером переміщувалися на наполовину меншоюшвидкості, ніж у 486DX.
Четверта генерація процесорів була також 32-розрядної. Проте всі вонипропонували ряд удосконалень. По-перше, був повністю переглянутийвесь дизайн 486 покоління, що саме по собі подвоїло швидкість. По-друге,всі вони мали 8kb внутрішнього кеша, прямо у процесорної логіки. Такекешування передачі даних від основної пам'яті означало, що середнєочікування процесора запитів до пам'яті на системній платі скоротилася до 4%,оскільки, як правило, необхідна інформація вже знаходилася в кеші.
Модель 486DX відрізнялася від 486SX тільки що поставляються всерединіматематичним співпроцесором. Цей окремий процесор спроектований дляпроведення операцій над числами з плаваючою точкою. Він мало застосовується вщоденних програмах, але кардинально змінює продуктивність числовихтаблиць, статистичного аналізу, систем проектування і так далі.
Важливою інновацією було подвоєння частоти, введене в 486DX2. Це означає щовсередині процесор працює на подвоєною по відношенню до зовнішньої електроніцішвидкістю. Дані між процесором, внутрішнім кешем і співпроцесоромпередаються на подвоєною швидкості, приводячи до порівнянної набиранняпродуктивності. 486DX4 розвинув цю технологію далі, утраівая частотудо внутрішніх 75 або 100MHz, а також подвоївши обсяг первинного кеша до 16kb.
Pentium, визначивши п'ятого покоління процесорів, значно перевершив упродуктивності попередні 486 чіпи завдяки декількомархітектурним змінам, включаючи подвоєння ширини шини до 64 біт. P55C MMXзробив робити значне удосконалення, подвоївши розмір первинногокешу і розширивши набір інструкцій оптимізованими для мультимедіадодатків операціями.
Pentium Pro, з'явившись у 1995 році як спадкоємець Pentium, був першим вшостому поколінні процесорів і ввів кілька архітектурних особливостей,не зустрічалися раніше у світі PC. Pentium Pro став першим масовимпроцесором, радикально змінив спосіб виконання інструкцій перекладомїх в RISC-подібні мікроінструкціі і виконанням їх у високорозвиненомувнутрішньому ядрі. Він також чудовий значно більш продуктивнимвторинним кешем щодо всіх колишніх процесорів. Замість використаннящо базується на системній платі кеша, що працює на швидкості шини пам'яті,він використовує інтегрований кеш другого рівня на своїй власній шині,що працює на повній частоті процесора, звичайно в три рази швидше кешу на
Pentium-системах.
Наступний новий чіп після Pentium Pro Intel представив через майжепівтора року - з'явився Pentium II, що дав дуже великий еволюційний кроквід Pentium Pro. Це розпалило спекуляції, що одна з основних цілей Intelу виробництві Pentium II був відхід від труднощів у виготовленні дорогогоінтегрованого кеша другого рівня в Pentium Pro. Архітектурно Pentium IIне дуже відрізняється від Pentium Pro з подібним емулює x86 ядром ібільшістю схожих особливостей.
Pentium II поліпшив архітектуру Pentium Pro подвоєнням розміру первинногокеша до 32kb, використанням спеціального кешу для збільшення ефективності
16-бітної обробки, (Pentium Pro оптимізовано для 32-бітових додатків, аз 16-бітним кодом не звертається настільки ж добре) і збільшенням розмірівбуферів запису. Однак про основною темою розмов навколо нових Pentium IIбула його компонування. Інтегрований в Pentium Pro вторинний кеш,що працює на повній частоті процесора, був замінений у Pentium II на малусхему, що містить процесор і 512kb вторинного кеша, що працює наполовині частоти процесора. Зібрані разом, вони укладені в спеціальнийодносторонній картридж (single-edge cartridge - SEC), призначений длявставляння в 242-піновий роз'єм (Socket 8) на нового стилю системних платах
Pentium II.
Основна структура
Основні функціональні компоненти процесора
Ядро: Серце сучасного процесора - виконуючий модуль. Pentium маєдва паралельних цілочисельних потоку, що дозволяють читати,інтерпретувати, виконувати і відправляти дві інструкції одночасно.
Провісник розгалужень: Модуль пророкування розгалужень намагається вгадати,яка послідовність буде виконуватися кожного разу коли програмамістить умовний перехід, так щоб пристрої попередньої вибірки ідекодування отримували б інструкції готовими заздалегідь.
Блок плаваючою точки. Третій що виконує модуль всередині Pentium, що виконуєнецелочісленние обчислення
Первинний кеш: Pentium має два внутрічіпових кеша по 8kb, по одному дляданих та інструкцій, які набагато швидше більшого зовнішнього вторинногокеша.
Шинний інтерфейс: приймає суміш коду і даних в CPU, розділяє їх доготовність до використання, і знову сполучає, відправляючи назовні.
Всі елементи процесора синхронізуються з використанням частоти годин,які визначають швидкість виконання операцій. Найперші процесорипрацювали на частоті 100kHz, сьогодні рядова частота процесора - 200MHz,інакше кажучи, годинник цокає 200 мільйонів разів на секунду, а кожен тиктягне за собою виконання багатьох дій. Лічильник Команд (PC) --внутрішній покажчик, що містить адресу наступної виконуваної команди. Колиприходить час для її виконання, Керуючий Модуль поміщає інструкцію зпам'яті в регістр інструкцій (IR). У той же самий час Лічильник командзбільшується, так щоб вказувати на подальшу інструкцію, а процесорвиконує інструкцію у IR. Деякі інструкції керують самим Керуючим
Модулем, так якщо інструкція говорить 'перейти на адресу 2749', величина 2749записується в Лічильник Команд, щоб процесор виконував цю інструкціюнаступної.
Багато інструкції задіють Арифметико-логічне Пристрій (ALU),працює спільно з Регістри загального призначення - місце для тимчасовогозберігання, яке може завантажувати і вивантажувати дані з пам'яті. Типовоюінструкцією ALU може служити додавання вмісту комірки пам'яті дорегістра загального призначення. ALU також встановлює біти Регістру Станів
(Status register - SR) при виконанні інструкцій для зберігання інформації прорезультат партії. Наприклад, SR має біти, що вказують на нульовий результат,переповнення, перенесення і так далі. Модуль Управління використовує інформаціюв SR для виконання умовних операцій, таких як 'перейти за адресою 7410якщо виконання попередньої інструкції викликало переповнення '.
Це майже все що стосується самого загального оповідання про процесори - майжебудь-яка операція може бути виконана послідовністю простих інструкцій,подібних описаним.
Архітектурне розвиток
Відповідно до закону Мура (сформульованим у 1965 році Гордоном
Муром (Gordon Moore), одним із творців Intel), CPU подвоює своюпотужність і можливості кожні 18-24 місяців. В останні роки Intelнаполегливо йшов до цього закону, залишаючись лідером на ринку і випускаючибільш потужні чіпи процесорів для PC, ніж будь-яка інша компанія. У 19788086 році працював на частоті 4.77MHz і містив менше мільйонатранзисторів, на кінець 1995 року їх Pentium Pro вміщував вже 21 мільйонтранзисторів і працював на 200MHz.
Закони фізику обмежують розробників в безпосередньому збільшеннічастоти, і хоча частоти зростають щороку, тільки це не може дати тогоприросту продуктивності, що ми використовуємо сьогодні. Ось чому інженерипостійно шукають спосіб змусити процесор виконувати більше роботи за кожентик. Одне розвиток полягає в розширенні шини даних і регістрів. Навіть 4 --бітові процесори здатні складати 32-бітні числа, правда виконавшимасу інструкцій, - 32-бітові процесори вирішують цю задачу в однуінструкцію. Більшість сьогоднішніх процесорів мають 32-розряднуархітектуру, на порядку вже 64-розрядні.
У давні часи процесор міг звертатися тільки з цілими числами.
Єдиною можливістю було написання програм, що використовують простіінструкції для обробки дрібних чисел, але це було повільно. Фактичновсі процесори сьогодні мають інструкції для безпосереднього звернення здробовими числами.
Кажучи, що "щось відбувається з кожним тиком", ми недооцінюємо як довгонасправді відбувається виконання інструкції. Традиційно, це займалоп'ять тиків - один для завантаження інструкції, інший для її декодування,один для отримання даних, один для виконання і один для записурезультату. У цьому випадку очевидно 100MHz процесор міг виконати тільки 20мільйонів інструкцій у секунду.
Більшість процесорів сьогодні застосовують потокову обробку
(pipelining), яка більше схожа на фабричний конвеєр. Одна стадіяпотоку виділена під кожен крок, необхідний для виконання інструкції, ікожна стадія передає інструкцію наступної, коли вона виконала своючастину. Це означає, що в будь-який момент часу одна інструкція завантажується,інша декодується, доставляються дані для третя, четвертавиконується, і записується результат для п'ятого. При поточної технологіїодна інструкція за тик може бути досягнута.
Більш того, багато процесори зараз мають суперскалярної архітектуру.
Це означає, що схема кожної стадії потоку дублюється, так що багатоінструкцій можуть передаватися паралельно. Pentium Pro, приміром, можевиконувати до п'яти інструкцій за цикл тика.
Процес виробництва
Що відрізняє мікропроцесор від його попередників, сконструйованих зламп, окремих транзисторів, малих інтегральних схем, такими якими вонибули першими час від повного процесора на єдиному кремнієвому чіпі.
Кремній або силікон - це основний матеріал з якого виробляютьсячіпи. Це напівпровідник, який, будучи прісажен добавками за спеціальноюмасці, стає транзистором, основним будівельним блоком цифрових схем.
Процес має на увазі витравлювання транзисторів, резисторів,пересічних доріжок і так далі на поверхні кремнію.
Спершу вирощується кремнієва болванка. Вона повинна мати бездефектноїкристалічну структуру, цей аспект накладає обмеження на її розмір. Упро перші дні болванка обмежувалася діаметром у 2 дюйми, а заразпоширені 8 дюймів. На наступній стадії болванка розрізається на шари,звані пластинами (wafers). Вони поліруються до бездоганної дзеркальноїповерхні. На цій пластині і створюється чіп. Зазвичай з однієї пластиниробиться багато процесорів.
Електрична схема складається з різних матеріалів. Наприклад, діоксидкремнію - це ізолятор, з полісілікона виготовляються провідні доріжки.
Коли з'являється відкрита пластина, вона бомбардується іонами для створеннятранзисторів - це і називається присадкою.
Щоб створити всі необхідні деталі, на всю поверхню пластинидодається шари і зайві частини витравлюється знову. Щоб зробити це,новий шар покривається фоторезисторів, на який проектується образнеобхідних деталей. Після експозиції прояв видаляє ті частинифоторезистори, які виставлені на світ, залишаючи маску, через якупроходило витравлювання. , Що залишився, Фоторезистор видаляється розчинником.
Цей процес повторюється, по шару за раз, до повного створення всієї схеми.
Зайве говорити, що деталі розміром в мільйонну частку метра можезіпсувати найдрібніша порошинка. Така порошинка може бути всюди, розміром відмікрона до ста - а це в 3-300 разів більше деталі. Мікропроцесоривиробляються в надчистої середовищі, де оператори одягнені в спеціальнізахисні костюми.
У колишні часи виробництво напівпровідників призводило до удачі абоневдачі зі ставленням успіху менше 50% працюючих чіпів. Сьогодні вихідрезультату набагато вище, але ніхто не чекає 100%. Як тільки новий шардодається на пластину, кожен чіп тестується і відзначається будь-якийневідповідність. Індивідуальні чіпи відокремлюються і з цієї точки звутьсяматрицями. Погані бракуються, а хороші упаковуються в PGA (Pin Grid
Arrays) корпус - керамічний прямокутник з рядами штирьков на дні,саме такий корпус більшість людей приймають за процесор.
4004 використовував 10-мікронних процес: найменші деталі складали одну 10 --мільйонну метра. За сьогоднішніми стандартами це жахливо. Якщоприпустити, що Pentium Pro виготовлений за такою технологією він був бирозміром 14x20 сантиметрів, і був би повільним - швидкі транзистори малі.
Більшість процесорів сьогодні використовують 0.25-мікронні технологію, і 0.1 -мікронних процес - середньострокова перспектива для багатьох виробників.
Програмна сумісність
На зорі комп'ютерного століття багато людей писали свої програми, а точнийнабір виконуваних інструкцій процесора не був суттєвий. Сьогодні,проте, люди чекають на можливість використовувати готові програми, тому що набірінструкцій першорядне. Хоча нічого немає магічного з технічної точкизору в архітектурі Intel 80x86, вона вже давно стала індустріальнимстандартом.
Коли сторонні виробники роблять процесор з іншими інструкціями, вінне буде працювати з прийнятим стандартним програмним забезпеченням, і врезультаті не продається. У дні 386-х і 486-х компанії, наприклад AMD,клонували інтеловськіх процесори, але це завжди було з відставанням напокоління. Cyrix 6x86 і AMD K5 були конкурентами інтеловськіх Pentium, алеце були не чисті копії. K5 мав власний набір інструкцій ітранслював інструкції 80x86 у внутрішні при завантаженні, так що K5 НЕвимагав при проектуванні попереднього створення Pentium. Багато чого вдійсності створювалося паралельно, стримувала тільки схематрансляції. Коли K5 нарешті з'явився, він перестрибнув Pentium відноснопродуктивності при однакових частотах.
Інший шлях, по якому процесори з різною архітектурою щодоодноманітно до зовнішнього світу, - це стандартна шина. У цьому відношеннівведена в 1994 році шина PCI - одна з найбільш важливих стандартів. PCIвизначає набір сигналів, що дозволяють процесору спілкуватися з іншимичастинами PC. Він включає шини адреси і даних, плюс набір керуючихсигналів. Процесор маєсвої власні шини, так що чіпсетвикористовується для перетворення з цієї "приватної" шини в "публічну" PCI.
Pentium
Введення Pentium в 1993 році революціонізіровал ринок PC, вклавши в корпуссереднього PC більше потужності, ніж мала NASA в кондиціонованих комп'ютернихприміщеннях початку 60-х. Архетектура Pentium представляє крок вперед від 486.
Це був заснований на CISC чіп з більш 3.3 мільйонами транзисторів,проведений за 0.35-мікронній технології. Всередині процесор використовував 32 --розрядну шину, але зовнішня шина даних була 64-розрядна. Зовнішня шинавимагала інших материнських плат, і для їх підтримки Intel випустивспеціальний чіпсет для зв'язку Pentium з 64-розрядних зовнішнім кешем і шиною
PCI.
Більшість Pentium (75MHz і вище) працюють на 3.3V з 5V введенням-виводом. У
Pentium подвійний потоковий суперскалярної дизайн, що дозволяє йому виконуватибільше інструкцій за тик. П'ять стадій (завантаження, декодування, генераціяадреси, виконання та вивантаження) при виконанні цілочисельних інструкційзалишаються, як у 486, але Pentium має два паралельних цілочисельнихпотоку, що дозволяють йому читати, інтерпретувати, виконувати, і записуватидві операції одночасно. Так проводяться тільки цілочисельні операції - здробовими числами звертається окремий модуль плаваючою точки.
Pentium також використовує два 8-кілобайтні асоціативних буфера, більшвідомих як первинний або першого рівня кеш) - один для інструкцій іінший для даних. Об'єм кешу подвоєний в порівнянні з попередником, 486.
Цей кеш додає до продуктивності, оскільки діє як тимчасовесховище інформації для даних, що доставляються з повільної основної пам'яті.
Буфер розгалужень (BTB) забезпечує динамічну пророкування розгалужень. Вінпокращує виконання інструкцій запам'ятовуванням способу розгалуження і застосуваннямтієї ж гілки під час наступного виконання інструкції. Коли BTB робитьправильне передбачення, продуктивність збільшується. 80-точковий
Модуль плаваючою Точки забезпечує арифметичне засіб для поводження з
"речовими" числами.
Огляд процесорів
Pentium Pro
Інтеловськіх Pentium Pro, випущений у вересні 1995 року з ядром CPU,що складається з 5.5 мільйонів транзисторів, плюс 15.5 мільйонів транзисторіву вторинному кеші, спочатку призначався для ринку серверів і high-endробочих станцій. Цей суперскалярної процесор включає особливостіпроцесорів вищої категорії та оптимізовано під 32-бітні операції.
Pentium Pro відрізняється від Pentium'а наявністю вбудованого вторинного кешарозміром від 256kb до 1mb, що працює на внутрішній частоті. Приміщеннявторинного кеша на чіпі, а не на системній платі, дозволяє передаватидані по 64-бітному каналу, а не по 32-бітної системної шини у Pentium.
Така фізична близькість також додає до зростання продуктивності. Цякомбінація настільки потужна, що 256kb вбудованого кешу еквівалентні 2mb насистемній платі.
Навіть великим фактором у продуктивності Pentium Pro єкомбінація технологій, відомих як "динамічний виконання". Воновключає пророкування розгалужень, аналіз потоку даних і спекулятивневиконання. Їх комбінування дозволяє дозволяє процесору використовуватипропадає інакше цикли тиків, виробляючи предсказания програмного потокувиконання інструкцій вперед.
Pentium Pro був також першим процесором в сімействі x86 із застосуваннямпонад потоковості (superpipelining), цей потік включає 14 стадій,діляться на три секції. Чергова підготовча секція, обробнадекодування і висновок інструкції, складається з восьми стадій. Позачерговеядро, що виконує інструкцію, має три стадії і чергове завершенняскладається з трьох фінальних стадій.
Іншим, більш важливою відмінністю Pentium Pro є його звернення зінструкціями. Він отримує CISC (Complex Instruction Set Computer) x86інструкції, і перетворює їх у внутрішній RISC (Reduced Instruction
Set Computer) Мікропрограма. Перетворення спроектовано так, щоб уникнутидеякі обмеження, успадковані від набору інструкцій x86, таких якнерегулярне декодування інструкцій і арифметичні операції регістр-в -пам'ять. Мікропрограма потім пересилається у позачерговій виконавець інструкцій,який визначає, чи готова інструкція для виконання, і, якщо ні,пересуває код по колу, щоб запобігти застопореніе потоку.
У міграції у бік RISC є свої мінуси. По-перше, перетворенняінструкцій займає час, нехай воно навіть міряється в нано-абомікросекунди. У результаті Pentium Pro неминуче витрачає продуктивнуміць на обробку інструкцій. Другий мінус в тому, що позачерговий дизайнможе частково впливати на 16-бітний код, приводячи до гальмували. Цеможе бути причиною часткового поновлення регістра, що відбувається доповного читання регістра, і накладати суворі виробничі витрати досеми циклів тика.
Pentium Pro був першим мікропроцесором, які не використовують поважний Socket
7, вимагаючи більшого 242-контактного інтерфейсу Socket 8 і ново годізайнасистемних плат.
MultiMedia eXtensions
Процесор Intel's P55C MMX з мультимедіа розширенням випускається з початку
1997 року. Він представив найбільш значна зміна базисноїархітектури процесорів PC за останні десять років і забезпечував триголовних покращення:вбудований кеш першого рівня стандартного Pentium подвоювався до 32kbдодано 57 нових інструкцій, призначених спеціально для більшефективного маніпулювання відео, аудіо та графічними данимибув розвинений новий процес, названий SIMD (Single Instruction Multiple Data
- Одна Інструкція Багато Даних) і дозволяє виконувати однаковуінструкцію до багатьох примірників даних одночасно.
Більший первинний кеш означає, що процесор має під рукою більшеданих, зменшуючи потребу в отриманні даних з кеша другого рівня, щопозитивно відбивається на всіх програмах. Нові інструкції, які застосовуються всукупності з SIMD та вісьмома розширеними (64-бітними) регістрами,значно використовують паралелізм, коли вісім байт даних можнаобробити за один цикл, а не по одному за цикл. Виходить спеціальнеперевага для мультимедіа-та графічних додатків, таких як аудіо тавідео де/кодування, масштабування образів і інтерполяція. Замістьпереміщення восьми пікселів графічних даних процесором по одному заразів, ці вісім пікселів можуть бути пересунуті як один 64-бітний пакет, іоброблені за один цикл.
За твердженнями Intel, ці вдосконалення дають 10-20% збільшенняшвидкості для не-MMX додатків, і більше 60% прискорення для MMX додатків.
Tillamook
Помітне відсутність MMX версії для ноутбуків Intel виправив в кінці 1997року оголошенням мобільних версій процесора з кодовою назвою Tillamook,за назвою невеликого міста в Opегоне. Нові процесори з частотою 200 і
233MHz і технологією MMX на деякий час висунули ноутбуки на рівеньнастільних систем. 226MHz версія була випущена пізніше в 1998 році.
Tillamook - це перший процесор, побудований на розвиненому Intel Mobile
Module для ноутбуків (MMO). Модуль тримає процесор, 512kb вторинного кеша,регулятор напруги для живлення процесора від вищого зовнішньої напруги,годинник, і новий "північний міст" 430TX PCI. З'єднується з системною платоюпоруч з 280 роз'ємів, подібно SEC картриджу Pentium II.
Найбільшою відмінністю в самому чіпі було застосування 0.25-мікроннійтехнології в порівнянні з застосовувалася раннє Intel в мобільних чіпах
0.28. Менший мікрон фактор вплинув на частоту і напруга:транзистори в процесорі (з електричними нулями і одиницями) ближчепримикали, і швидкість автоматично збільшувалася. Так як транзисторизближувалися, напруга зменшувалося, щоб уникнути руйнувань від сильнихелектричних полів. Попередні версії мобільних інтеловськіх процесорівживилися від 2.45v на ядрі, а у Tillamook воно було опушені до 1.8v.
Регулятор напруги був потрібний для захисту чіпа від шин PCI і пам'яті,які працювали на 3.3v. Від зменшення напруги на процесорізначно економити енергію.
Pentium II
Випущений з середини 1997 року, Pentium II ввів ряд великих змін всвіт процесорів PC.
По-перше, чіп і системний кеш другого рівня з'єднувалися по виділенійшині, здатної працювати на частоті шини процесор-система.
По друге, процесор, вторинний кеш і тепло відвід були змонтовані наневелику плату, вставляється в роз'єм на системній платі, що більшенагадувало карту розширення, ніж традиційну схему процесор/гніздо. Intelохрестив це Single Edge Contact cartridge (SEC) - односторонньо контактнийкартридж. У цьому картриджі знаходяться шість окремих компонент - процесор,чотири індустріально стандартних burst-static-cache RAM і один tag RAM.
Дизайн SEC картриджа наділяв важливими перевагами. PGA-компонування Pentium
Pro вимагала 387 контактів, у той час як SEC-картридж - тільки 242.
Зменшення на третину кількість контактів відбулося завдяки наявності у картриджідискретних елементів, таких як замикають резистори і конденсатори. Ціелементи забезпечують розщеплення сигналів, що значить набагато меншечисло необхідних роз'ємів живлення. Роз'єм SEC-картриджа використовує такзваний Slot 1 і сприймається як приймає естафету в минає
Socket 7.
Третя зміна - в більшому синтезі, так як Pentium II об'єднує Dual
Independent Bus (DIB) від Pentium Pro c технологією MMX від Pentium MMX,формуючи новий вид - гібрид Pentium Pro/MMX. Таким чином, зовні дужевідмінний від попередніх інтеловськіх процесорів, Pentium II внутрішньо являютьсобою суміш нових технологій і поліпшень старих чипів.
І нарешті, на відміну від Pentium Pro, що працює на 3.3v, Pentium IIживиться від 2.8v, дозволяючи Intel пускати його на великих частотах безнадмірного збільшення вимога до потужності. У той час, як 200MHz
Pentium Pro з 512kb кешу споживає 37.9 ватт, 266MHz Pentium II з 512kbкеша спалює 37.0 ват.
Подібно Pentium Pro, Pentium II застосовує інтеловськіх Технологію
Динамічного Виконання. Коли програмна інструкція зчитується впроцесор і декодується, вона потрапляє у виконуваний пул. Технологія
Динамічного Виконання приймає три основні підходи до оптимізаціїспособу звернення процесора з кодом. Множинні пророкування розгалуженьперевіряють програмний потік вздовж кількох гілок і передбачають, де впам'яті знаходиться така інструкція.
Коли процесор читає, він також перевіряє наступні інструкції в потоці,прискорюючи в результаті робоче перебіг. Аналіз Потоку Даних оптимізуєпослідовність, в якій інструкції будуть виконуватися, перевіряючидекодувати інструкції та визначаючи, чи готові вони для обробки абозалежать від інших інструкцій. Спекулятивне Виконання збільшує швидкістьтаких інструкцій переглядом вперед від поточної інструкції та обробкоюподальших інструкцій, які ймовірно можуть знадобиться. Ці результатизберігаються як спекулятивні до тих пір, поки процесор не визначить, якійому потрібні, а які - ні. З цієї точки інструкція повертається в нормальнечергу і додається до потоку.
У Технології Динамічного Виконання є два основні переваги:
Інструкції обробляються швидше й ефективніше, ніж звичайно, і, на відмінувід CPU із застосуванням RISC архітектури, програми не треба перекомпіліроватьдля отримання вигод процесора. Процесор все робить на льоту.
Значною нової особливістю є видалення вторинного кеша звласне процесора на окрему кремнієву пластину у картриджі.
Процесор читає і пише дані в кеші використовуючи спеціалізованувисокошвидкісну шину. Звана задній (backside) шиною, вона відокремлена відсистемної шини процесор-пам'ять (зараз званої передній (frontside)шиною). Процесор може використовувати обидві шини одночасно, але архітектураподвійної незалежної шини має інші переваги.
Хоча шина між процесором і кешем другого рівня працює повільніше,ніж на звичайному Pentium Pro (на половині швидкості процесора), вонанадзвичайно масштабована. Чим швидше процесор, тим швидше кеш,незалежно від 66MHz передньої шини. До того ж, передня шина може бутизбільшена з 66 до 100MHz без впливу на шину кеша другого рівня. Такожочевидно, що наявність пам'яті на одному кристалі з процесором негативнопозначається на відсотку виходу придатних 512kb Pentium Pro, зберігаючи високимиціни.
Pentium II спирається на GTL + (gunning-transceiver-logic) логіку хост-шини,яка допускає природну підтримку двох процесорів. Під час виходу цезабезпечувало вартісному ефективне мінімалістському двопроцесорнірішення, допустиме симетричного мультипроцесора (SMP).
Двопроцесорні обмеження накладалося не самим Pentium II, а підтримкоючіпсета. Початкове обмеження чіпсета двопроцесорної конфігурацієюдозволяло Intel і постачальникам робочих станцій пропонувати двопроцесорнісистеми як тимчасове і економічне рішення, що по іншому і не буломожливо. Це обмеження було зняте з середини 1998 року з виходом чіпсета
450NX, що підтримує від одного до чотирьох процесорів. Чіпсет 440FX,що містить чіпи PMC і DBX, не допускав чергування (interleaving) пам'яті,але підтримував EDO DRAM, дозволяючи поліпшувати продуктивність пам'ятізменшенням очікування.
Коли проектував Intel Pentium II, він також взявся за слабку 16-бітнупродуктивність його попередника. Pentium Pro розкішно працює зповністю 32-бітним забезпеченням, таким як Windows NT, але опускається нижчестандартного Pentium'а, обробляючи 16-бітний код. Це тягне гіршу ніж
Pentium продуктивність під Windows 95, великі частини якої поки 16 --бітної. Intel вирішив цю проблему використанням пентіумного кешу здескриптора сегментів у Pentium II.
Як і Pentium Pro, Pentium II надзвичайно швидкий в арифметиці плаваючоюточки. У поєднанні з Accelerated Graphics Port (AGP) це робить Pentium IIпотужним рішенням для високопродуктивної 3D графіки.
Deschutes
333MHz втілення Pentium II під кодовою назвою Deschutes (по річці,що тече в Орегоні), було анонсовано на початку 1998 року з запланованими впротягом року 400MHz і вище. Назва Deschutes в дійсності належить додвох різних лініях CPU.
Версія для Slot 1 - нічого більше, ніж злегка еволюціонував Pentium II.
Архітектура і фізичний дизайн ідентичні, за винятком того, що
Deschutes Slot 1 частиною зроблений з використанням 0.25-мікронній технології,введеної восени 1997 року з ноутбучним процесором Tillamook, у порівнянніз 233-300MHz версіями, виконаними за 0.35-мікронному процесу. Застосування
0.25-мікрон означає, що транзистори на матриці фізично ближче міжсобою і CPU споживає менше енергії, а отже розсіює меншетепла на даній частоті, дозволяючи ядру тикать на великих частотах.
Все інше у Slot 1 Deschutes ідентичне звичайним Pentium II. Змонтованийна основу і ув'язнений в SEC картридж, він підтримує набір інструкцій
MMX і спілкується з 512kb вторинного кеша на половинній частоті ядра. Він маєтой же кінцевий коннектор, і працює на тих же системних платах з тими жчіпсетами. Як такий він працює з 440FX або 440LX на зовнішній частоті
66MHz.
З весни 1998 року великий крок у продуктивності прийшов з наступнимвтіленням Deschutes, коли вийшов новий чіпсет 440BX, що допускає 100MHzпередачу по системній шині, зменшуючи закупорювання даних і підтримуючичастоти від 350 до 400MHz.
Другий процесор, що кличе Deschutes, відноситься до Slot 2, випущений зсередини 1998 року як Pentium II Xeon. Intel розбив Slot 1 і Slot 2
Deschutes на взаємодоповнюючі товарні лінії, де Slot 1 призначений длямасового виробництва, а Slot 2 націлений на high-end сервери і туди, деціна вторинна по відношенню до продуктивності.
Мобільний Pentium II
Природне просування малопотужного (в сенсі енергоспоживання/розсіювання) сімейства Pentium II Deschutes на ринокпортативних PC здійснилося з випуском лінійки мобільних Pentium II вквітні 1998 року. Новий процесор і його компаньйон мобільний 440BX чіпсет,спочатку були доступні в 233 і 266MHz варіантах, скомпоновані віснуючий мобільний модуль (MMO) або новий міні-картридж формат. Intelочікує до кінця 1998 року більше половини з споряджених його мобільнимипроцесорами PC будуть вже Pentium II, а термін мобільних Pentium II Tillamookзакінчиться до середини 1999 року.
Celeron
У спробі кращого задоволення сектора дешевих PC, до теперішньогочасу вотчини виробників клонів, AMD і Cyrix, які продовжують розвиватиуспадковану архітектуру Socket 7, Intel випустив свій ряд процесорів
Celeron в квітні 1998 року.
Заснований на тій же P6 архітектурі, що і Pentium II, і використовуючи той же
0.25-мікронних процес, Celeron-системи пропонують повний комплектостанніх технологій, включаючи підтримку AGP графіки, ATA-33 жорстких дисків,
SDRAM і ACPI. Celeron буде працювати на будь-якому інтеловськіх Pentium IIчіпсеті, що підтримує 66MHz системної шини, включаючи 440LX, 440BX і новий
440EX, спеціально спроектований для ринку 'базових' PC. На відміну від
Pentium II з його SEC картріджом, Celeron не має захисного пластиківпокриття навколо карт процесора, що Intel називає Single Edge Processor
Package (SEPP). Він повністю сумісний зі Slot1, що дозволяє використовуватиіснуючі плати, але механізм кріплення для карти CPU не адаптований дляформ фактора SEPP.
Перші 266 і 300MHz Celeron'и без кеша другого рівня зустріли малоентузіазму на ринку, не несучи або несучи мало переваг над системами -клонами Socket 7. У серпні 1998 року Intel поповнив ряд Celeron сімействомпроцесором, названих Mendocino. Забезпечений 128kb вторинного кеа наматриці, що працює на повній частоті процесора, і з'єднуючись череззовнішню 66MHz шину, новий Celeron став набагато більш живим, ніж його млявийпопередник. Почасти плутано, дві доступні версії отримали назви
Celeron 333 і 300a. Перший є основною версією, сумісний зіснуючої інтеловськіх архітектурою, в той час як другий патентує Pin
370 socket, відмінний від Socket 7 і Socket 1, націлений на дешеві low-endмашини.
Pentium II Xeon
У червні 1998 року запропонував свій процесор Intel Pentium II Xeon.
Технічно Xeon представляє комбінацію технологій Pentium Pro і Pentium IIі спроектований, щоб запропонувати видатну продуктивність укритичних додатках робочих станцій і серверів. Використовуючи новийінтерфейс Slot 2, Xeon приблизно вдвічі більше розміру Pentium II, восновному через збільшення кеша другого рівня.
Як і 350 і 400MHz Pentium II CPU, передня шина працює на 100MHz длязбільшення обміну. Найбільш значною відмінністю від стандартного Pentium
II є те, що кеш другого рівня працює на повній частоті ядра CPU,на відміну від дизайну Slot 1, що обмежує вторинний кеш половиноючастоти ядра, що дозволяє Intel використання дешевої готовий burst SRAMяк вторинний кеш, а не виробляючи свій власний замовний SRAM. Набагатодорожчий замовний полноскорстной кеш служить головною причиною різниці вцінах між Slot 1 і Slot 2 рішеннями.
Чіп поставляється з трьома розмірами вторинного кеша. Робочі станціїзабезпечуються 512kb версією. 1mb версія, випущена пізніше, використовується длясерверів, до тих пір, поки 2mb версія очікується (пізніше цього року).
Система кеша другого рівня подібна до типу, використовуваного в Pentium Pro, цеодна з основних складових вартості Xeon. Інша полягає в тому, щокоригувальний помилки (ECC) SRAM став стандартом у всіх Xeon-ах.
Іншим подоланим Xeon'ом обмеженням став дуальних SMP (symmetricmultiprocessor). Неможливість запуску мультипроцесорних Pentium II системз більш ніж двома процесорами було основною причиною виживання Pentium Proв секторі high-end серверів, коли потрібно чотири, шість або вісімпроцесорів. Slot 2 забезпечує чотиристоронню мультипроцесора.
Хоча Intel Xeon вирішив направити на обидва ринки - робочих станцій ісерверів, він розробив різні чіпсети системних плат для кожного з них.
440GX побудований навколо архітектури ядра 440BC чіпсета і призначений дляробочих станцій. 450NX, з іншого боку, спроектований спеціально дляринку серверів.
Майбутні розробки Intel
Intel зараз має в розробці ряд процесорів
Katmai, названий на честь вулкана на Алясці, відзначений як нова версія
Pentium II. Katmai буде заснований на P6 архітектурі, розпочатої Pentium Pro.
Подібно Deschutes, цей чіп будується на інтеловськіх 0.25-мікронномупроцесі. Найбільш значите
