Занятие 5. Отличительные особенности процессоров PentiumPro,Pentium ммх, Pentium 11, Pentium 111 Основные сведения

Процессор PentiumPro относительно классического процессора Pentium имеет следующие усовершенствования.

1. Применено динамическое исполнение — комбинация методов предсказания множественных ветвлений, анализа прохождения данных и виртуального выполнения. При этом команды, не зависящие от результатов предыдущих операций, могут выполняться в измененном порядке, но последовательность выгрузки результатов в память и порты будет соответствовать исходному программному коду.

2. PentiumPro имеет не пять, а четырнадцать ступеней при конвейерной обработке вычислений.

3. В отличие от CPUPentium процессор PentiumPro имеет не два, а три конвейера.

4. Одновременно применяются статический и динамический методы предсказания переходов. Согласно данным корпорации Intel эффективность предсказания ветвлений в CPUPentiumPro достигает 90% (максимальная вероятность правильного предсказания для СРUPentium не превышает 80%) .

5. Предусмотрены два буфера предвыборки, в которых хранятся результаты, полученные после выполнения команд, следующих за условным переходом еще до того, как будет вычислен результат для ветвления алгоритма. Если какой-либо из переходов был предсказан неправильно, то буферы предвыборки очищаются. Подобный метод называется исполнением по предположению (Speculativeexecution) .

6. Применена архитектура двойной независимой шины, повышающая суммарную пропускную способность. Одна шина — системная — служит для общения ядра с основной памятью и интерфейсными устройствами, другая —внутренняя — предназначена исключительно для обмена с внутренним кэшем второго уровня.

7. В корпусе процессора интегрирован синхронный L.2-кэш объемом 256 - 512 Кбайт (есть и специальные версии с кэшем 1 Мбайт), подключенный к внутренней шине.

8. Реализация преимуществ параллельного исполнения (особенно 32-битного кода) не требует перекомпиляции ПО.

9. В систему команд введены команды условной пересылки данных, позволяющие сократить количество условных переходов. При этом повышается предсказуемость кода и, следовательно, эффективность использования команд в конвейере.

10. Для повышения достоверности шина поддерживает ЕСС-контроль (Еr- rorCheckingandCorrectingMemory - обнаружение и исправление ошибок в памяти), специальные версии имеют ЕСС и во вторичном кэше. Повышенная устойчивость к сбоям обеспечивается средствами анализа и восстановления после отказов.

11. Архитектура рассчитана на однопроцессорные и многопроцессорные системы, интерфейс системной шины рассчитан на объединение до 4-х процессоров на одной шине с помощью внутренних схем арбитража в симметричную мультипроцессорную систему.

Процессор Pentium ММХ (Р55С) впервые был анонсирован корпорацией Intel 8 января 1997 г. Технология ММХ ориентирована на решение задач мультимедиа, требующих интенсивных операций с целыми числами. Подобные задачи решают игровые, коммуникационные, обучающие программы, которые используют графику, аудио, трехмерное изображение, мультипликацию и т. п.

Сущность технологии ММХ состоит в появлении в CPUPentium виртуального эквивалента 8 новых 64-разрядных регистров и 57 новых команд для решения задач мультимедиа. Восемь новых регистров можно назвать виртуальными потому, что физически эти регистры являются регистрами сопроцессора. Регистры сопроцессора могут содержать 8 упакованных байтов, 4 упакованных 16-разрядных слова, два упакованных 32-разрядных двойных слова или же одно 64-разрядное слово. Таким образом, данные мультимедиа, разрядность которых кратна восьми, упаковываются в одно 64-разрядное слово, и над ним производится некое общее действие. Эта методика называется одиночной командой с множественными данными (SingleInstructionMultipleData,SIMD) и ориентирована на алгоритмы и типы данных, которые характерны для программного обеспечения мультимедиа . Процессор Pentium II представляет собой модификацию CPUPentiumPro с поддержкой ММХ. Значительное повышение производительности РС с CPUPentium II обеспечивается за счет следующих факторов.

1. Использование двойной системной шины DIB (DualIndependentBus) . Сущность DIB состоит в том, что CPU связан с кэш-памятью второго уровня и РАМ двумя различными шинами. Это позволяет увеличить тактовую частоту системной шины материнской платы с 66 до 100 МГц.

2. Использование отдельной шины для видеокарт согласно стандарту AGP (AccereratedGraphicsPort) . Интерфейс АGP позволит основной массе РС достичь нового уровня в области вывода трехмерных изображений и реалистичной графики.

3. Увеличение тактовой частоты работы процессора. СРUPentium II выпускаются с тактовой частотой 233 и 266 МГц для настольных РС и 300 - 450 МГц — для рабочих станций. Процессоры семейства Celeron представляют собой удешевленную версию процессора Pentium II и отличаются от него отсутствием кэш-памяти второго уровня и не поддерживают команды ММХ2. Кроме того, их нельзя использовать в многопроцессорных системах.

Процессоры семейства Xeon разработаны специально для использования в серверах и многопроцессорных системах. Эти процессоры увеличивают производительность системы только при одновременном выполнении нескольких сложных задач. Основное отличие этого процессора от Pentium II (Deschutes) заключается в том, что он взаимодействует на тактовой частоте работы ядра с кэш-памятью второго уровня, расположенной на плате процессора. Объем кэш-памяти (L2) может составлять 512 Кб, 1 и 2 Мб. Кэш-память изготовлена на более быстрых элементах CSRAM.

Рис. 9 – Схема развязки конвейера процессора PentiumPro

Таблица 2 – Некоторые характеристики процессоров семейства Pentium

Выводы

На данной лабораторной работе мы изучили построение и архитектуру процессоров типа PentiumPro,Pentium ММХ, Pentium 11, Pentium 111. Изучили схему построения ЭВМ и рассмотрели все отличительные особенности и характеристики процессоров различного типа.