Особенности процессоров Pentium - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Процессоры Pentium относятся к пятому поколению процессоров или к третьему поколению 32-разрядных процессоров. По своим основным архитектурным принципам они совместимы с процессорами 386 и 486. Но имеются существенные отличия, позволяющие говорить о новом поколении:
- * Суперскалярная архитектура процессора, то есть процессор имеет два пятиступенчатых параллельно работающих конвейера обработки информации, благодаря чему он способен одновременно выполнять две команды за один такт. Необходимо отметить, что преимущества такой архитектуры проявляются только в случае специальной компиляции программного обеспечения, позволяющей осуществлять параллельную обработку. * Внешняя 64-разрядная шина данных для повышения производительности. Это требует соответствующей организации памяти. Из-за такой особенности процессор иногда неправильно называют 64-разрядным (хотя внутри он все-таки остался 32-разрядным). Внешняя шина адреса процессора -- 32-разрядная. * Применение технологии динамического предсказания ветвлений (переходов). * Раздельный кэш для команд и данных объемом 8 Кбайт каждый. Длина строки кэша -- 32 байта. Оба кэша работают в режиме обратной записи. * Повышенная в 2--10 раз по сравнению с процессором 486 производительность встроенного математического сопроцессора. В нем применена восьмиступенчатая конвейеризация и специальные блоки сложения, умножения и деления, что позволяет выполнять операции с плавающей точкой за один такт процессора. * Сокращено время (число тактов) выполнения команд. * Предусмотрена возможность построения двухпроцессорных систем. * Введены средства управления энергопотреблением и тестирования.
Предсказание ветвлений позволяет продолжать выборку и декодирование потока команд после выборки команды ветвления (перехода), не дожидаясь проверки условия перехода. В прежних моделях в данном случае приходилось приостанавливать конвейер. Динамическое предсказание основывается на анализе предыдущей программы и накапливании статистики поведения. Исходя из этого анализа предсказывается наиболее вероятное условие каждого встречающегося в программе перехода.
В дополнение к базовой архитектуре 32-разрядных процессоров Pentium имеет набор регистров MSR (Model Specific Registers). В него входит группа тестовых регистров (TR1 -- TR12), средства слежения за производительностью, регистры-фиксаторы адреса и данных цикла, вызвавшего срабатывание контроля машинной ошибки. Название этой группы регистров указывает на их уникальность для каждой модели процессоров Pentium.
Средства для слежения за производительностью (мониторинга производительности) включают в себя таймер реального времени и счетчики событий. Таймер представляет собой 64-разрядный счетчик, инкрементируемый с каждым тактом процессора. Два счетчика событий имеют разрядность по 40 бит и программируются на подсчет событий различных классов, связанных с шинными операциями, исполнением команд, связанных с работой кэша, контролем точек останова и т. д. Сравнивая состояния таймера и счетчиков событий, можно сделать вывод о производительности процессора.
Тестовые регистры позволяют управлять большинством функциональных узлов процессора, обеспечивая возможность подробного тестирования их работоспособности. Специальные биты регистра TR12 позволяют отключить новые архитектурные свойства (предсказание и трассировку ветвлений, параллельное выполнение инструкций), а также работу первичного кэша.
Средства для построения двухпроцессорных систем позволяют на одной локальной шине устанавливать два процессора с объединением почти всех одноименных выводов. Это дает возможность использовать симметричную мультипроцессорную обработку (SMP -- Symmetric Mulli-Processing) или строить функционально избыточные системы (FRC - Functional Redundancy Checking).
В режиме SMP каждый процессор выполняет свою задачу, порученную ему операционной системой, что поддерживается такими системами, как Novell NetWare, Windows NT, Unix. Оба процессора разделяют общие ресурсы компьютера, включая память и устройства ввода/вывода. В каждый момент шиной управляет один процессор, по определенным правилам они меняются ролями. В идеальном случае производительность системы увеличивается вдвое (без учета обращений к шине и времени на переключение процессоров).
В конфигурации FRC два процессора выступают как один логический процессор. Основной процессор (Master) работает в обычном однопроцессорном режиме. Проверочный процессор (Checker) выполняет все те же операции внутри себя, не управляя внешней шиной, и сравнивает сигналы основного процессора с теми, которые генерирует сам. В случае несовпадения формируется сигнал ошибки, обрабатываемый как прерывание. То есть в данном случае увеличивается надежность системы в целом (в идеале -- вдвое).
Развитием Pentium стало добавление технологии ММХ, рассчитанной на мультимедийное, графическое и коммуникационное применение. Основная идея ММХ заключается в одновременной обработке нескольких элементов данных за одну команду (SIMD, Single Instruction -- Mutiple Data). Расширение МMX использует новые типы упакованных 64-битных данных:
- * упакованные байты -- восемь байт; * упакованные слова -- четыре слова; * упакованные двойные слова (два двойных слова); * учетверенное слово (одно слово).
Эти типы данных могут обрабатываться в восьми дополнительных 64-разрядных регистрах ММХ0 -- ММХ7. В систему команд для поддержки ММХ введено 57 дополнительных команд для одновременной обработки нескольких единиц данных (команды пересылки, арифметические, логические команды и команды преобразования форматов данных). Команды ММХ доступны из любого режима процессора.
Кроме того, в процессорах Pentium ММХ увеличен объем кэша данных и программ (до 16 Кбайт каждый), увеличено число ступеней конвейеров и введено еще несколько усовершенствований, повышающих производительность обычных (не мультимедийных) операций.
От процессора Pentium Pro принято отсчитывать шестое поколение процессоров. Pentium Pro по сравнению с Pentium имеет следующие усовершенствования:
- * Динамическое исполнение команд предполагает, что команды, не зависящие от результатов предыдущих операций, могут выполняться в измененном порядке (последующие раньше предыдущих), однако последовательность обмена с внешними устройствами (памятью и устройствами ввода/вывода) будет соответствовать программе. То есть процессор сам выбирает удобный ему порядок выполнения команд. Это позволяет повысить производительность процессора без увеличения тактовой частоты. * Архитектура двойной независимой шины повышает суммарную пропускную способность. Одна шина (системная) служит для обмена с основной памятью и устройствами ввода/вывода, а другая (локальная) предназначена только для обмена с вторичным кэшем (см. рис. 7.3). * В процессор введен кэш второго уровня объемом 256--512 Кбайт. * Возможно построение многопроцессорных систем (до четырех микропроцессоров).
Процессор Pentium II сочетает в себе архитектуру Pentium Pro с технологией ММХ.
Размер первичных кэшей данных и команд составляет 16 Кбайт, вторичного кэша -- до 512 Кбайт. Кэш второго уровня несколько медленнее, чем кэш первого уровня, зато он имеет больший объем. Такая двухуровневая организация позволяет достигать компромисса между быстродействием кэш-памяти и ее объемом.
Шина адреса имеет 36 разрядов (то есть максимально допустимый объем памяти -- 64 Гбайта).
Процессоры Pentium III и Pentium 4 отличаются значительно возросшей предельной тактовой частотой (до 3 ГГц у Pentium 4, а в перспективе и до 5 ГГц), увеличенным объемом кэша (от 512 Кбайт до нескольких мегабайт) и дальнейшим совершенствованием архитектуры Pentium. Размер внутреннего конвейера у Pentium 4 доведен до 20 ступеней.
Уже появились и полностью 64-разрядные процессоры. Правда, полное использование возможностей 64-разрядной архитектуры потребует существенного изменения программного обеспечения.
Надо отметить, что в составе персональных компьютеров практически никогда не используются все возможности процессоров семейства Pentium. Например, многопроцессорные системы встречаются достаточно редко, а объем системной памяти лишь иногда превышает 512 Мбайт.
Для портативных компьютеров были предложены упрощенные версии процессоров Pentium III и Pentium 4, продаваемые под маркой Celeron. Они отличаются уменьшенной тактовой частотой и сокращенным объемом кэша второго уровня. Их тактовая частота сейчас доходит до 2 ГГц. Надо учитывать, что рассеиваемая мощность процессора Celeron остается практически такой же, как у процессоров Pentium III и Pentium 4.
Похожие статьи
-
Особенности процессора 486 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Процессор 486 является представителем второго поколения 32-разрядных процессоров. Он сохраняет основные принципы архитектуры процессора 80386, а также...
-
Особенности процессора 80386 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
32-разрядный процессор i80386 открыл новый этап в истории микропроцессоров Intel и персональных компьютеров типа IBM PC. Естественно, он сохранял полную...
-
Виды архитектур - Микропроцессор как важнейший компонент персонального компьютера
Конвейерная архитектура Конвейерная архитектура (англ. pipelining) была введена в центральный процессор с целью повышения быстродействия. Обычно для...
-
Архитектура фон Неймана - Микропроцессор как важнейший компонент персонального компьютера
Микропроцессор компьютер регистр нейман Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии...
-
Особенности процессора 80286 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Несмотря на то, что процессор 80286 остался 16-разрядным, как и его предшественник 8086, он представлял собой новое поколение процессоров, что определило...
-
Особенности процессоров 8086/8088 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Описание микропроцессоров фирмы Intel мы начнем с процессоров i8086/8088. Именно заложенные в них архитектурные решения во многом определили архитектуру...
-
Процессоры персональных компьютеров - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Несмотря на то, что первый персональный компьютер был выпущен фирмой Apple, сейчас персональными компьютерами называют в основном IBM PC-совместимые...
-
Архитектура персонального компьютера - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Персональный компьютер типа IBM PC имеет довольно традиционную архитектуру микропроцессорной системы и содержит все обычные функциональные узлы:...
-
Центральные процессоры - Характеристика, классификация и принцип работы центральных процессоров
Центральный процессор (ЦП, или центральное процессорное устройство -- ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно -- центральное обрабатывающее...
-
Архитектура фон Неймана - Характеристика, классификация и принцип работы центральных процессоров
Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки...
-
Фирма Advanced Micro Devices (AMD), как уже говорилось, начала производство микропроцессоров с выпуска дешевых аналогов процессоров 80386 и 486SX фирмы...
-
Шина - это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе проводников - шине данных передается обрабатываемая информация, по другой - шине...
-
Виды процессоров - Микропроцессор как важнейший компонент персонального компьютера
1. Буферный процессор - процессор или специализированная микроЭВМ, реализующие промежуточную обработку данных, которыми обмениваются центральный...
-
Лекция 13. Архитектура и процессоры персональных компьютеров В этой лекции рассказывается об особенностях архитектуры персональных компьютеров семейства...
-
Процессоры Cyrix, Процессоры Sun Microsystеms - Микропроцессоры для пользователя
Первая вещь из грандиозного проекта М1 компании Cyrix, наконец обнародована. Это процессор Сх 6х86-100, монстроподобный кристалл которого сложен и очень...
-
Введение - Микропроцессор как важнейший компонент персонального компьютера
Важнейший компонент любого персонального - это его микропроцессор. Данный элемент в большей степени определяет возможности вычислительной системы и,...
-
Анализ архитектуры и структуры компьютера Структура компьютера будет проанализирована, начиная с истории. В настоящее время известно пять поколений...
-
Как уже указывалось выше, в ПЭВМ в основном используются НГМД и НЖМД типа "винчестер". Накопители на гибких дисках служат для хранения программ и данных...
-
Оперативная память - Программное обеспечение персональных компьютеров
Обьем доступной оперативной памяти - один из важнейших параметров любого компьютера. Оперативная память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или...
-
Платформа EPOC - Карманный персональный компьютер
К данной платформе относятся две операционные системы производства фирмы Psion Computing - SIBO и EPOC. SIBO (Sixteen Bit Organizer), 16-разрядная...
-
ЛИТЕРАТУРА - Архитектура персонального компьютера. Характеристика основных устройств
1. Брябрин В. М. Программное обеспечение ЭВМ. - М.: Наука, 1988. 2. Вершинин ОД. Компьютер для школ, 1990. 3. Вычислительные машины, системы и сети / Под...
-
ДИСПЛЕЙ - Архитектура персонального компьютера. Характеристика основных устройств
Дисплей (монитор) - основное устройство для отображения информации, выводимой во время работы программ на ПЭВМ. Дисплеи могут существенно различаться; от...
-
Введение. - Архитектура персонального компьютера. Характеристика основных устройств
Актуальность, цели и задачи настоящего реферата будут определены следующими реалиями и положениями. Появление в 1975 г. в США первого серийного...
-
Процессор - Изучение устройства ЭВМ, системного блока РС и подключение к нему оборудования
Процессор - основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки...
-
Intеl OvеrDrivе процессор - Микропроцессоры для пользователя
Возможность постоянного совершенствования. Пользователи персональных компьютеров все чаще сталкиваются с этим по мере все возрастающих требований к...
-
История развития персональных компьютеров - Устройство персонального компьютера
Как был изобретен компьютер. Слово "компьютер" означает "вычислитель", т. е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в...
-
Персональный компьютер - универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не...
-
Персональные компьютеры в медицинской практике - Программное обеспечение персональных компьютеров
За последние 20 лет уровень применения компьютеров в медицине чрезвычайно повысился. Практическая медицина становится все более и более...
-
Основные понятия - Микропроцессор как важнейший компонент персонального компьютера
Любое внешнее устройство, совершающее по отношению к микропроцессору операции ввода-вывода, можно назвать периферийным. Регистр представляет собой...
-
Структура ПК - Устройство персонального компьютера
А) Основные устройства Из каких же основных элементов состоит современный ПК? Наиболее "весомой" частью любого компьютера является системный блок. Внутри...
-
Кодирование информации -- процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования информации, в форму, удобную для передачи,...
-
МАНИПУЛЯТОРЫ - Архитектура персонального компьютера. Характеристика основных устройств
Общение пользователя с ПЭВМ облегчается с помощью различных манипуляторов. Наиболее распространенным из них является так называемая мышь. Мышь...
-
К основным характеристикам принтеров можно относятся: - ширина каретки, которая обычно соответствую бумажному формату А3 или А4; - скорость печати,...
-
Процессоры Digital Еquiрmеnt - Микропроцессоры для пользователя
Digital Еquiрmеnt процессор AlрНa наиболее тесно следует в русле RISC-философии по сравнению со своими конкурентами, "посрезав излишки сала" с аппаратуры...
-
Платформа Palm OS - Карманный персональный компьютер
Операционная система Palm OS была создана компанией Palm Computing в середине 90-х годов. ОС построена на основе 32-разрядной архитектуры и имеет...
-
Тактовая частота - Частота синхронизирующих работу ЭВМ ("тактовых") импульсов, задаваемых генератором тактовой частоты, которые регулируют выполнение...
-
Карманные компьютеры против электронных записных книжек - Карманный персональный компьютер
Преимущества КПК I. Аппаратная и программная расширяемость КПК имеют стандартные слоты расширения PCMCIA и (или) Compact Flash, поэтому легко...
-
Введение - Карманный персональный компьютер
Данная тема работы была выбрана мной из-за стремительного развития карманных компьютеров. Наверняка все стали замечать, что рынок карманных компьютеров...
-
Понятие шин - Внешние интерфейсы персонального компьютера (порты LPT, COM; шины SCSI, USB)
Общая характеристика Во время выполнения программы процессор постоянно обращается к оперативной памяти (ОП). Он выбирает из нее команды программы и...
-
Вывод - Микропроцессоры семейства Intel
Таким образом, реализованная в P6 комбинация таких архитектурных методов, как улучшенное предсказание переходов (почти всегда правильно определяется...
Особенности процессоров Pentium - Архитектура и процессоры персональных компьютеров