Микропроцессор Pentium. 
Информатика

Самый известный тип МП 80 586 (Р5) — Pentium имеет пятиступенчатую конвейерную структуру, обеспечивающую многократное совмещение тактов выполнения последовательных команд, и кэш-буфер для команд условной передачи управления, позволяющий предсказывать направление ветвления программ. По быстродействию МП Pentium приближаются к RISC МП. Отличительными особенностями данного типа микропроцессоров являются: 32-разрядная адресная шина и 64-разрядная шина данных, обмен данными со скоростью 1 Гбайт/с, встроенная кэш-память (отдельно для команд, отдельно для данных по 8 Кбайт), встроенный контроллер кэш-памяти 2-го уровня. В составе микропроцессора имеются специализированные конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, ускоряющие выполнение операций с плавающей запятой. В 1995 г. выпущены микропроцессоры шестого поколения 80 686 (Р6), торговая марка Pentium Pro, состоящие из кристалла микропроцесора и кристалла кэш-памяти, в котором обеспечена более высокая вероятность правильного предсказания направления перехода (ветвления) команд — на уровне 90% и увеличение кэш-памяти до 1024 Кб. Для мультимедийных технологий в 1997 г. были созданы МП Pentium MMX (MultiMedia eXtention) и Pentium II, появилась высокоскоростная независимая шина для обмена данными с кэш-памятью L2, поддержка двухпроцессорной конфигурации ПК, инструкции SIMD (Single Instruction Multiply Data), когда одно и то же действие совершается над многими данными. Изменилась технология микропроцессоров (0,35 мкм) и напряжение питания (2,8 В). В 1999 г. были созданы МП Pentium III (Copper mine), главным отличием которых стал расширенный набор SIMD-инструкций, ориентированных на форматы данных с плавающей запятой. Увеличился кэш 2-го уровня (до 256 Кбайт), который работал на полной частоте микропроцессора и обслуживался быстродействующей шиной. Микропроцессор Pentium III Xeon был позиционирован для серверов.

Микропроцессоры седьмого поколения Pentium IV предназначены для высокопроизводительных компьютеров (серверов и рабочих станций класса high-end, мультимедийных игровых ПК). В них добавлены новые потоковые инструкции, расширяющие набор SIMD-инструкций. Микропроцессоры имеют кэш-память 2-го уровня (от 256 Кбайт), работают на полной частоте. Скорость обмена с микропроцессором составляет 48 Гбайт/с, частота системной шины — 400 МГц, а скорость обмена с ней — 3,2 Гбайт/с.

Характеристики некоторых микропроцессоров типа CISC представлены в табл. 6.1.

Таблица 6.1. Характеристики некоторых CISC МП.

Модель микропроцессора Intel.	Разрядность данных/ адреса.		Тактовая частота, МГц.	Адресное про; странс; тво, Гбайт.	Число элементов.	Кэш L1, Кбайт.	Частота системной шины (FSB), МГц.	Год.
					Технология, мкм.	Кэш L2, Кбайт.
			0,108.	0,004.		-.	-.
			2,0.	0,064.	10 000.	-.	-.
Модель микропроцессора Intel.	Разряд ность данных/. адреса.		Тактовая частота, МГц.	Адресное про; странс; тво, Гбайт.	Число элемен тов.	Кэш L1, Кбайт.	Частота системной шины (FSB), МГц.	Год.
					Техно логия, мкм.	Кэш L2, Кбайт.
			4,77 и 8,00.				-.
			12 и 16.				-.
			16−50.				-.
			25−100.				-.
Pentium.			60−233.
Pentium. MMX.			166−300.	64 000.
Pentium II (Katmai).			266−600.	64 000.
Pentium III (Coppermine).			500−1000.	64 000.
Pentium III Xeon.			500−1000.	64 000.
Pentium IV Northwood.			1800−3400.	64 000.
Pentium 4E (Prescott).			2800−3600.	64 000.
Pentium 4XE.			3200−3600.	64 000.
Pentium D 2 ядра.			2800−3200.	64 000.

Примечание. Микропроцесоры 80 386 и выше имеют встроенную поддержку системы виртуальных машин, которая является дальнейшим развитием режима многозадачной работы (каждая задача может выполняться под управлением своей ОС). Микропроцессоры 80 486 и выше имеют поддержку кэш-памяти, содержат RISC-элементы, позволяющие выполнять усеченные команды за один такт. Символ F у кэш-памяти L2 означает, что память работает на частоте микропроцессора, F/2 — на половинной его частоте.

Микропроцессор Pentium IV развивает систему «динамического исполнения» — 20-ступенчатая суперконвейерная структура, предсказания ветвлений программы при условных передачах управления и параллельного «по предположению» исполнения команд по нескольким предполагаемым путям ветвления. Благодаря поточной обработке многие инструкции могут быть выполнены за один такт. В Pentium IV могут работать на удвоенной частоте процессора два АЛУ, выполняющие короткие арифметические и логические операции за 0,5 такта, и третье медленное АЛУ, выполняющее длинные операции (умножение, деление и т. д.). Микропроцессоры Pentium IV поддерживают технологию Hyper Treading (НТ) — два виртуальных процессора, работающих параллельно для повышения производительности. Дальнейшее повышение быстродействия микропроцессоров за счет увеличения тактовой частоты их работы практически исчерпало себя. Параллельное выполнение вычислений можно достигнуть за счет создания многоядерных процессоров, при этом должно происходить снижение потребления мощности по сравнению с высокочастотными одноядерными микропроцессорами той же производительности. Характеристика микропроцессоров восьмого поколения — Core (Solo, Duo, 2 Duo, 2 Extreme, 2 Quad, Penryn) приведена в табл. 6.2.

Таблица 6.2. Характеристика микропроцессоров Core.

Модель Penrun является микропроцессором девятого поколения, имеет самую высокую производительность и низкое энергопотребление, в том числе повышенную производительность однопоточных приложений за счет отключения простаивающих ядер и повышения тактовой частоты работающего ядра, уменьшенное время для переключения виртуальных машин.

В 1980;х гг. была разработана RISC-архитектура (Restricted/ reduced instruction set computer) — набор сокращенных команд (университет г. Беркли, США, Калифорния), которая обеспечила быструю реализацию наиболее употребительных операций. Рабочие станции и серверы на базе концепции RISC завоевали лидирующие позиции благодаря производительности и надежности работы в ОС типа UNIX. Принципы RISC-архитектуры состоят в том, что:

¦ каждая команда независимо от ее типа выполняется за один машинный цикл, длительность которого должна быть максимально короткой;

¦ все команды должны иметь одинаковую длину и использовать минимум адресных форматов, что резко упрощает логику центрального управления процессором;

¦ обращение к памяти происходит только при выполнении операций записи и чтения, вся обработка данных осуществляется исключительно в регистровой структуре процессора (формат команд «регистр — регистр — регистр»);

¦ система команд должна обеспечивать поддержку языка высокого уровня. (Имеется в виду подбор системы команд, наиболее эффективный для различных языков программирования.).

Архитектуры процессоров RISC и CISC различны (табл. 6.3).

Таблица 6.3. Сравнение архитектур МП CISC и RISC.

Микропроцессоры класса RISC обеспечивают высокую скорость и точность вычислений, требования стандарта IEEE 754 (32-разрядный формат для представления чисел с фиксированной точкой и 64-разрядный формат полной точности для чисел с плавающей точкой), используют механизм динамического прогнозирования ветвлений, большое число оперативных регистров, многоуровневую встроенную кэш-память. Все операции обработки — трехадресные, каждый операнд и результат имеют регистровую адресацию. Основными разработчиками RISC-процессоров являются компании «Sun Microsystems» (SPARC, Ultra SPARC), IBM (Power, PowerPC), «Digital Equipment» (Alpha), «Mips Technologies» (RxxOO), «Hewlett Packard» (PA-RISCPA-8000).

В настоящее время производятся RISC-процессоры третьего поколения, в которых повышение производительности RISC-процессоров достигается за счет повышения тактовой частоты и усложнения схемы кристалла. Как правило, операционной средой для всех станций фирмы «Sun» является SunOS — разновидность OS Unix, снабженная многооконным графическим интерфейсом Open Look.

Микропроцессоры типа VLIW (Very Long Instruction Word) работают с системой команд сверхбольшой разрядности. Отдельная команда состоит из группы команд, которые могут выполняться параллельно. Эти команды формируются специальным компилятором планирования перед выполнением прикладной программы. Структура команды включает в себя: код операции, адреса операндов, теги и дескрипторы. Такая структура ускоряет обработку данных, сокращает общее число команд в системе команд. Микропроцессоры типа VLIW выпускают фирмы «Transmeta» (Crusoe), «Intel» (модель Mersed, торговая марка Itanium) и «Hewlett Packard» (McKinley). Технология EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing) — вычисления с явной параллельностью инструкций — является определяющей для данного класса микропроцессоров.