3.1 Микропроцессоры фирмы Intel

8088/8086

Процессор применялся фирмой IBM в своих первых персональных компьютерах. Он имеет частоту 4.77 МГц, работает с 16-разрядными данными, однако, если CPU 8086 как передает, так и принимает 16 бит данных, CPU 8088 при передаче ограничен только 8 битами.

80286

В 1984 году IBM представила другой свой компьютер на базе процессора 80286. Этот CPU обладает новым свойством: наряду с реальным режимом, он может работать и в защищенном режиме, что является предпосылкой для развития конкурирующих с DOS операционных систем, в частности, Windows, а также прочих программ, требующих наличие большего количества памяти. 80286 может обращаться к 16 Mb физической и 1 Гбайт виртуальной памяти. Кроме того, 80286 может работать на более высокой частоте, чем 8086 - оригинальный процессор имел частоту 6 или 8 МГц.

80386

Появился в 1986 году. Наиболее распространенная частота - 33 МГц. В отличие от CPU 286, который 16-разрядный, 386-й процессор является полностью 32-разрядным: он обеспечивает 32-разрядные операции ввода/вывода и 32-разрядную адресацию (что обеспечивает адресацию до 4 Гбайт физической памяти и до 64 Гбайт виртуальной). В виртуальном режиме процессор может эмулировать несколько CPU 8086, что позволяет запускать на одном компьютере одновременно более одного процесса, в том числе и более одной операционной системы. Впервые появилось понятие - процессорный кэш, который позволяет существенно поднять производительность системы.

Существует две разновидности процессора 80386: 80386DX и 80386SX. Вторая представляет линейку 386-х процессоров младшего класса - в отличие от 32-разрядного DX, SX имеет внешнюю 16-битную разрядность, хотя внутри, по-прежнему работает с 32 битами. Кроме того, у SX понижена тактовая частота (от 16 до 25 МГц), поэтому 386SX работает значительно медленнее своего старшего брата.

80486

Различия CPU 80486 и 80386 значительны. Во-первых, новый процессор имеет расширенный набор из шести инструкций. В микросхему интегрирован 8-килобайтный L1 кэш, но основное новшество заключается в том, что впервые в CPU стал интегрироваться математический сопроцессор, что существенно ускоряет действия над дробными числами. Предыдущие процессоры встроенного сопроцессора не имели, и поэтому системные платы под них имели дополнительное гнездо для установки сопроцессора. Наконец, реализована так называемая конвейеризация операций, то есть каждая последующая команда начинает выполняться сразу же после прохождении конвейера предыдущей командой.

Хотя геометрические размеры процессора 80486 больше, чем CPU 80386, первый имеет более высокую степень интеграции чипа. Из-за этого температура на поверхности микросхемы может быть весьма высокой, поэтому на 486-й процессор рекомендуется устанавливать охладительное устройство. Процессор работает на частоте 33 или 50 МГц.

Как и 80386, Intel 80486 тоже имеет младшего брата, он называется 80486SX (старшая модель DX). Кроме пониженной частоты (20-33 МГц) и полимерного корпуса (DX-вариант помещается в упаковку из керамики) из версии SX был убран математический сопроцессор. В результате производительность снизилась настолько, что хорошо сконфигурированный компьютер с CPU 386DX/40 МГц даже без сопроцессора работает всегда быстрее CPU 80486SX. Развивая технологию, Intel выпустила усовершенствованные версии 486-го процессора. Это 80486DX/2 и 80486DX/4. У этих процессоров тактовая частота увеличена соответственно в 2 и 4 раза и составила в первом случае 66 МГц и 100 МГц во втором. Буквы DX в названии говорят, что сопроцессор встроен. CPU 80486DX/4 также содержит увеличенный объем кэш-памяти первого уровня, который составляет 16 Кбайт.

80586 (Pentium)

Первый 586-й процессор анонсирован Intel 22 марта 1993 г. Он разрабатывался под кодовым названием P5 (80586), но фирма назвала его Pentium. Pentium представляет собой 32-разрядный процессор, построенный по субмикронной технологи и работающий на частотах 60 и 66 МГц при напряжении питания 5 V. Частота процессора определяется частотой материнской платы. расположение выводов - "матрица", технология изготовления - 0,80-микронная, частота шины равна частоте ядра. Выпускались в конструктиве под Socket 4.

В марте 1994 года начался серийный выпуск Pentium второго поколения P54 (80502). Первые экземпляры этих процессоров работали на частоте 90 и 100 МГц, затем частота была увеличена до 133, 150, 166, 200 МГц. Напряжение питания составляет 3,3 вольта, расположение выводов - "шахматная матрица", технология - 0,50 мкм, а затем - 0,35 мкм. Pentium второго поколения выпускается в 320-контактном корпусе SPGA (Staggered Pin Grid Array), который несовместим с корпусом CPU Pentium первого поколения (273-контактный Pin Grid Array, PGA). Процессоры Pentium второго поколения используют умножение тактовой частоты. Объем кэш-памяти L1 – 16 Кбайт. Впервые она была разделена - 8 Кбайт на данные и 8 Кбайт на инструкции. Разъем Socket 7. Архитектура IA32, набор команд не менялся со времен процессоров i386.

Дальнейшие усовершенствования проявились фирмой Intel в CPU Pentium третьего поколения. Они производятся по CMOS-технологии, при которой используется структура минимального размера 0,25 микрометра. Работают процессоры при напряжении питания 2,9 и 2,5 В. Для установки Pentium третьего поколения требуется другое гнездо, которое, в отличие от SPGA, имеет не 320, а 321 вывод - Socket 7, которое также оборудовано модулем измерения напряжения (VRM). Он легко заменяется, если необходимо установить процессор, рассчитанный на другое напряжение. Разъем Socket 7 - стандарт для CPU класса Pentium и все дальнейшие поколения этого процессора своего интерфейса не изменяли.

В процессоре Pentium получила дальнейшее развитие конвейеризация вычислений. Увеличено до пяти количество ступеней в конвейере; имеется два конвейера, поэтому процессор называется суперскалярным в отличие от одноконвейерного (скалярного) CPU 80486. Таким образом, одновременно может обрабатываться две команды. В процессор интегрировано 16 Кбайт кэша первого уровня, разделенного на две области по 8 Кбайт для кэш-памяти команд и кэш-памяти данных. Благодаря такому разделению исключается наложение команд и данных. Адресная шина осталась 32-битной, но зато шина данных расширена до 64 бит.

В процессоре Pentium впервые появляется предсказание переходов. Переход - это изменение последовательность выполнения команд в соответствии с алгоритмом программного обеспечения. Согласно статистике, переходы встречаются в среднем через каждые шесть команд.

Различают безусловные переходы (типа GOTO), когда управление передается по новому указанному адресу, и условные (типа IF), когда изменяется ход выполнения программы в зависимости от результатов сравнения. Условные переходы снижают общую производительность процессора, так как в ожидании этого перехода конвейер работает в холостую. Поэтому имеется специальный буфер адресов перехода, который хранит данные о последних переходах. Путем применения специальных алгоритмов предсказания переходов удается с той или иной точностью предсказать следующий переход, согласно которому и ведутся дальнейшие вычисления, чтобы процессор не простаивал, а потом, после осуществления перехода, выдаются уже готовые (или не совсем готовые, но уже прошедшие некоторый путь по конвейеру) результаты. Естественно, для обеспечения оптимальной производительности переходы должны предсказываться максимально точно, иначе будет постоянно складываться ситуация, когда после выполнения перехода будет выясняться, что считалось совсем не то, что нужно. Максимальная эффективность предсказаний для CPU Pentium составляет примерно 80%.

У всех микропроцессоров Pentium имеется встроенный контроллер кэш-памяти 2-го уровня, который обеспечивает ее работу на внутренней частоте микропроцессора. Кроме того кэш-буфер для команд условной передачи управления позволяет предсказывать направление ветвления программ.

Обмен данными с системой может выполняться со скоростью 1 Гбайт/с. Имеются специализированные конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, существенно ускоряющие выполнение операций с плавающей запятой.

Удачные архитектурные решения микропроцессора Pentium обусловили то, что по эффективному быстродействию они приближаются к RISC микропроцессорам, выполняющим каждую команду за один такт.

Tillamook - кодовое наименование ядра процессоров Pentium, созданных в январе 1997 г. Предназначены для применения в портативных компьютерах. Технология - 0,25 мкм. Отличаются пониженным напряжением ядра и рассеиваемой мощности. Кэш-память L1 - 32 Кбайта, набор команд MMX. Тактовые частоты от 133 до 266 МГц с частотой шины 60-66 МГц. Тип упаковки - TCP и MMC. Существуют переходники для установки Tillamook в гнездо Socket 7.

Pentium Pro

В феврале 1995 года Intel провела презентацию первых рабочих образцов микропроцессора 80686 (Р6), носящий имя Pentium Pro, который явился еще одним усовершенствованием архитектуры процессоров семейства Pentium. В отличие от обыкновенного Pentium, CPU Pentium Pro имеет четырнадцать ступеней при конвейерной обработке, а количество самих конвейеров увеличилось до трех. Pentium Pro состоит из двух кристаллов: самого микропроцессора и кэш-памяти и реализован в «динамическом исполнении», что, означает наличие многоступенчатой суперконвейерной структуры, предсказания ветвлений программы при условных передачах управления (branch prediction) и исполнение команд по предполагаемому пути ветвления (speculative execution). В программах решения многих задач содержится большое количество условных передач управления. Если процессор может заранее предсказывать направление перехода (ветвления), то производительность его работы значительно повысится за счет оптимизации загрузки вычислительных конвейеров. Тем не менее, следует сказать, что если путь ветвления предсказан неверно, процессор должен сбросить полученные результаты, очистить конвейеры и загрузить нужные команды заново, что требует достаточно большого числа тактов.

Применяются статистический и динамический методы предсказания переходов, что повышает их эффективность до 90%. Впервые L2 cache стал встроенным в микросхему самого процессора, что сказалось на эффективности использования процессорного времени, так как кэш-память теперь могла работать на более высоких частотах по сравнению с системной платой. Кэш-память Pentium Pro двухуровневая: 1- й уровень составляет 8 Кбайт для команд и 8 Кбайт для данных, и 2-го уровня емкостью 256 или 512 Кбайт, находящийся вне микропроцессора, и реально работающей не на внутренней его частоте, а на частоте тактового генератора, которая обычно в 2-5 раз ниже, что соответственно снижает общее быстродействие компьютера. Микропроцессор не полностью совместим с Pentium и потому требует специальную системную плату. В последствии внешний кэш стал встраиваться во все Intel микропроцессоры. CPU Pentium Pro функционируют на частотах 133, 150, 166 и 200 МГц. Выпускаются по технологии 0,50 и 0,35 мкм, что позволило увеличить объем кэш-памяти L2 с 256 до 512, 1024 и 2048 Кбайт. Частота шины - 60 и 66 МГц. Разъем Socket 8. В архитектуру была введена двойная независимая шина (DIB). Благодаря введенным новшествам Pentium Pro при равных тактовых частотах выполняет расчеты на 20-40% быстрее, чем обычный Pentium, кроме того, также поддерживает многопроцессорные (до 4-х штук в системе) конфигурации.

Pentium MMX

Последним представителем семейства CPU под общим названием Pentium является микропроцессор Pentium MMX (MMX - Multi Media eXtention), появившийся 8 января 1997-го года. Технология MMX представляет собой одно из наиболее существенных улучшений в процессорной архитектуре, когда-либо производимых Intel. Процессор Pentium MMX имеет 57 дополнительных инструкций, ускоряющих выполнение мультимедийных операций, например работу графических и коммуникационных программ (скомпилированных с учетом технологии MMX, а это практически все Windows-программы). В сопроцессорах Pentium MMX имеется 8 универсальных регистров по 80 битов каждый для операций над числами с плавающей точкой. При описании числа с плавающей точкой используется 64 бита для мантиссы и 16 бит для экспоненты. Команды MMX используют только 64-разрядную часть мантиссы каждого из регистров сопроцессора. Регистры сопроцессора могут содержать 8 упакованных байт, 4 упакованных 16-разрядных слова, два упакованных 32-разрядных слова или же одно 64-разрядное слово. Таким образом, данные мультимедиа, разрядность которых равна восьми, упаковывается в одно 64-разрядное слово, и над ним производится некоторое общее действие. Эта методика называется одиночной командой со множественными данными (Single Instruction Multiple Data, SIMD) и ориентирована на алгоритмы и типы данных, которые характерны для мультимедиа-приложений. MMX поддерживают также и все последующие процессоры Intel и других фирм. Кроме того, быстродействие нового процессора повышено за счет вдвое большей кэш-памяти первого уровня (ее объем составляет 32 Кбайт - по 16 Кбайт для команд и данных) и оптимизированной внутренней архитектуры. Увеличена на один шаг по сравнению с Pentium длина конвейера - теперь она составила 6 ступеней. Блок предсказаний заимствован у Pentium Pro. Благодаря этим изменениям повышение производительности составляло до 50% по сравнению с обычным Pentium. Процессор использует напряжение питания 3,3 V (внутренние схемы – 2,2 В) и предназначен для установки в стандартный для Pentium разъем Socket 7. Технология - 0,35 мкм. Тактовые частоты могут быть равными 130, 150, 166, 200 и 233 МГц. На этом развитие процессоров Pentium заканчивается, и Intel начинает работу над Pentium II.

Pentium II

При конструировании очередного CPU фирма решила не отказываться от уже раскрученной марки Pentium, пользующейся очень широкой известностью. В процессоре Pentium II Intel использовала новую технологию корпусов - картридж с односторонним контактом (Single Edge Contact, SEC) в виде прямоугольного футляра, в который помещается сам процессор. Картридж устанавливается в 242-контактный разъем, называемый Slot 1 и внешне похожий на слоты памяти. На картридже имеется специальная теплоотводная пластина, к которой присоединяется радиатор с вентилятором.

Размер кэша таков: 32 Кбайт (16+16 Кбайт) L1 и 512 Кбайт L2 кэша. В отличие от CPU Pentium и Pentium PRO, у которых кэш-память интегрирована в ядро, у Pentium II она выполнена на процессорной плате. Важным является то, что кэш второго уровня работает на половине частоты процессора, а так как частота Pentium II варьируется от 233 до 450 МГц, то и частота кэша получается по сравнению с предыдущими процессорами довольно внушительной. Производительность повышается и за счет использования выделенной 64-разрядной шины кэш-памяти. Также повысилась внешняя частота: теперь обмен с памятью ведется на скорости 100 МГц (у Pentium было 66 МГц). Еще одним нововведением стала поддержка слота AGP. Для масштабируемых систем обеспечивается поддержка двух процессоров и до 64 Гбайт физической памяти.

Конвейерный блок вычислений с плавающей запятой (FPU) поддерживает 32- и 64-разрядные форматы данных, а также 80-битный формат (конвейер заимствован у Pentium Pro). Технология множественного предсказания ветвлений предсказывает направления в ветвлении программы, увеличивая эффективность загрузки процессора. В результате анализа зависимости инструкций друг от друга процессор разрабатывает оптимизированный график их выполнения. Добавлено 57 новых инструкций и четыре новых типа данных. Имеется серверная версия CPU Pentium II Xeon, которая имеет до 2 Мбайт кеша.

Другим важным отличием Pentium II является архитектура двойной независимой шины. Процессор обменивается данными с кэшем L2 по специализированной высокоскоростной шине (backside - задней), которая отделена от системной шины (frontside - передней), работающей на частоте материнской платы (100, 133 МГц). Кроме того, Pentium II поддерживает двухпроцессорную конфигурацию компьютера и внедрение SIMD инструкций, в которых одно и то же действие совершается над многими данными. Микропроцессоры Pentium II имеют ряд модификаций: Klamath, Deschutes, Katmai, Tonga. Модификации облегченного варианта микропроцессора Pentium II, группы Celeron - Covington, Mendosino, Dixon.

Klamath - наименование ядра первых процессоров линейки Pentium II (январь 1997 г.). Технология - 0,35 мкм. Тактовые частоты ядра - 233-300 МГц. Частота шины - 66 МГц, кэш-память L1 - 32 Кбайт, кэш-память L2 - 512 Кбайт. Последняя для снижения стоимости процессора размещена на процессорной плате и работает на половине частоты ядра процессора. Дополнен MMX-блоком. Питание ядра - 2,8 В, конструктив - картридж SECC, разъем - Slot 1.

Deschutes - наименование ядра (январь 1998 г.) процессоров линейки Pentium II, сменившего Klamath. Технология - 0,25 мкм, питание ядра - 2,0 В. Тактовая частота - 266-450 МГц, частота шины - 66, 100 МГц, кэш-память L1 - 32 Кбайта, кэш-память L2, размещенная на плате процессора, - 512 Кбайт. Разъем - Slot 1. Конструктив - картридж SECC, который в старших моделях был сменен на SECC2 (кэш с одной стороны от ядра, а не с двух, как в стандартном Deschutes; измененное крепление кулера).

Tonga - одно из кодовых наименований мобильных процессоров Pentium II - Mobile Pentium II. Построен на 0,25 мкм ядре Deschutes. Впервые появился в апреле 1998 г. Тактовая частота ядра - 233-300 МГц, шины - 66 МГц. Выпускался в конструктиве Mini Cartridge Connector и Mobile Module Connector 1 и 2 (MMC-1 и 2).

Katmai - наименование ядра (сентябрь 1999 г.) процессоров Pentium III, пришедшего на смену Deschutes. Добавлен блок SSE (Streaming SIMD Extensions), расширен набор команд MMX, усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Техпроцесс - 0,25 мкм, тактовая частота - 450-600 МГц, кэш-память L2, размещенная на процессорной плате, - 512 Кбайт. Разъем - Slot 1. Частота шины - 100 МГц, но в связи с задержкой Coppermine были выпущены модели 533 и 600 МГц, рассчитанные на частоту шины процессора 133 МГц.

Pentium III

Самый легендарный со времен CPU 80486DX процессор. Кроме ставших стандартными технологии динамического исполнения команд, системной шины с множественными транзакциями, технологией Intel MMX для обработки данных мультимедиа, в процессоре Pentium III реализованы новые потоковые SIMD расширения - 70 новых команд SSE, обеспечивающих расширенные возможности обработки изображений, трехмерной графики, потокового видео и аудио и т. д. При одинаковых частотах (Pentium III работает на частотах от 450 до 1000 МГц) Pentium III значительно опережает своего предшественника в приложениях, откомпилированных под SSE. В связи с тем, что процессоры от Intel пользуются большой популярностью, под SSE оптимизируются практически все современные приложения, особенно это касается игр. Кэш и внешняя частота остались таким же, как и у Pentium II. Процессор выпускается в похожем на упаковку Pentium II картридже SECC II и устанавливается в тот же Slot 1, но есть и варианты для Socket-370 в корпусе FC-PGA (Flip-Chip PGA). Существует также версия Pentium III Xeon для серверов.

Одним интересным новшеством стал серийный номер процессора, являющийся уникальным идентификатором каждого процессора Pentium III. Сделано это из тех соображений, что "серийный номер процессора существенно повысит уровень безопасности в Internet". По сообщениям Intel, "владелец процессора Pentium III сможет использовать серийный номер процессора по своему усмотрению. Серийный номер процессора не может самостоятельно передаваться по Internet. В общем случае, пользователь должен явным образом разрешить web-сайту считать серийный номер процессора". Для того, чтобы получить серийный номер процессора, теоретически на пользовательском компьютере должна быть запущена специальная программа. Но практически, web-сервера, обычно при немалом содействии браузера, могут получать самую разнообразную информацию о пользователе и его компьютере, и нельзя гарантировать, что среди прочих данных не будет передан и идентификационный номер CPU. Например, при посещении сайта Microsoft поток от клиента к провайдеру превышает все допустимые пределы. Введение номера вызвало бурю протестов в сети, поэтому в последствие серийный номер ликвидирован.

Затем был создан усовершенствованный Pentium III на ядре Coppermine. В основном усовершенствования коснулись шины памяти и кэша. Внешняя частота процессора составила теперь 133 МГц, а вот кэш-память второго уровня уменьшилась до 256 Кбайт, но зато стала в два раза быстрее - в новом Pentium III кэш работает на частоте ядра. Главное улучшение производительности кэша произошло благодаря революционной 256-разрядной шине кэш-процессор с усовершенствованной буферизацией - Advanced Transfer Cache Architecture. В связи с этим L2 cache стал интегрироваться в процессор, так как применявшийся до этого вынос кэша на процессорную плату в этом случае повлек бы за собой увеличение количества выводов процессора на 196, а также некоторые другие не слишком приятные для фирмы издержки.

Из-за этих новшеств уменьшение объема кэш-памяти не только не понизило быстродействие CPU, но позволило на несколько процентов поднять производительность при сохранении и даже некотором уменьшении стоимости. А 133-мегагерцовая шина памяти стала еще одним шагом в эволюции аппаратных средств, и поэтому Pentium III на ядре Coppermine вскоре вытеснил старый Pentium III (на ядре Katmai). Примечательно, что подавляющее большинство последних Pentium III делается под 370-контактный разъем Socket-370. На рубеже в 1 ГГц линия процессоров Pentium III заканчивается.

Pentium III (Coppermine), имеет следующие отличия:

-использование нового блока 128-разрядных регистров, расширенных набором SIMD-инструкций для формата данных с плавающей запятой - SSE (Streaming SIMD Extensions);

-кэш 2-го уровня имеет размер 256 Кбайт, обслуживается быстродействующей backside шиной и работает на полной частоте;

-работа с материнскими платами реализованных на следующих чипсетах (набор микросхем, связывающих процессор с остальной системой) Intel: 440BX, 440ZX, 440GX, 810, 815, 820, 840;

-поддержка следующих частот шин материнской платы 100, 133, 150 МГц;

Конструктивно Pentium III устанавливаются в Slot1, Pentium III (Xeon, Tanner, Cascades являются развитием направления Pentium Pro с увеличенным кэшем 2-го уровня 512, 1024, 2048 Кбайт, работающим на полной частоте микропроцессора) - в Slot2.

Coppermine - наименование ядра процессоров Pentium III и Celeron. Технология - 0,18 мкм. Характеризуется наличием интегрированных на чипах процессоров 256 Кбайт кэш-памяти L2 для Pentium III и 128 Кбайт - для Celeron. Частота - от 533 МГц и выше. Наряду с FSB100 МГц версиями Pentium III выпущены и варианты FSB133 МГц. Последние процессоры, рассчитанные на Slot 1, постепенно были вытеснены изделиями в конструктиве FC-PGA 370, рассчитанными на разъем Socket 370. Частота шины для процессоров Celeron - 66 МГц, а начиная с модели Celeron 800 - 100 МГц. Напряжение питания ядра - от 1,5 В до 1,7 В.

Coppermine T - наименование ядра процессоров Pentium III и Celeron. Является переходной ступенью от ядра архитектуры Coppermine к ядру архитектуры Tualatin. Создан по технологии 0,18 мкм. Ориентирован на работу с чипсетами, поддерживающими процессоры с ядром Tualatin.

Tualatin-256K - кодовое наименование ядра и процессоров Socket 370 Pentium III, сделанных по 0,13 мкм техпроцессу. Это последние Pentium III. Отличаются от Coppermine более совершенными архитектурой и технологией производства. Характеризуются пониженным напряжением питания и меньшим энергопотреблением. Рабочая частота моделей для Desktop с FSB 100 МГц - 1,0, 1,1 ГГц, а с FSB 133 МГц - 1,13 ГГц и выше.

Tualatin-512K - кодовое наименование ядра и процессоров. Содержит ядро Tualatin, но имеет 512 Кбайт кэш-памяти L2. Процессоры предназначены исключительно для мобильных устройств, соответствующие версии для Desktop не запланированы, чтобы не конкурировать с Pentium 4. В архитектуре процессоров, созданных на основе ядра Tualatin-512K, осуществлена поддержка технологий энергосбережения. Стандартное напряжение ядра - 1,4 В и ниже.

Tualatin-512K DP - кодовое наименование ядра и процессоров для серверов и рабочих станций.

Pentium III-M - мобильные процессоры нового поколения, изготовленные с использованием 0,13-микронного технологического процесса. Имеют новые средства управления энергопотреблением Speed Step, Deeper Sleep и т.п. Стандартное напряжение ядра - 1,4 В и ниже.

Pentium III-S - процессоры с ядром Tualatin, технология - 0,13 мкм, кэш L2 - 512 Кбайт, рабочие частоты - с 1,13 ГГц. Предназначены для двухпроцессорных конфигураций.

Timna - кодовое наименование процессоров, созданных на основе ядра Coppermine с кэш-памятью L2 128 Кбайт, интегрированными на чипе графическим ядром и контроллером оперативной памяти. Ориентированы на сверхдешевые PC и телеприставки. Выпуск отменен фирмой Intel вследствие бесперспективности изделия.

Banias - кодовое наименование процессоров, архитектура которых сходна с Timna. В чип интегрированы вычислительное ядро процессора, графическое ядро, а также северный мост чипсета. В отличие от Timna поддержка RDRAM не предусматривается. Кроме версии со стандартным питанием выпущены варианты Low Voltage и Ultra Low Voltage. В основу ядра нового процессора Banias положена модифицированная архитектура Pentium III, но без гиперконвейерной организации, присущей процессорам Pentium 4.

Xeon - официальное наименование линейки процессоров, ориентированных на использование в составе мощных серверов и рабочих станций. Первые варианты были построены на ядре Deschutes. Являются заменой процессоров Pentium Pro. Технология - 0,25 мкм. Процессорный разъем Slot 2. Процессоры этого типа способны работать в мультипроцессорных конфигурациях. Кэш-память L2 имеет объем 512, 1024, 2048 Кбайт, что во многом определяет высокую стоимость и тепловыделение. В процессе совершенствования технологии осуществлен выпуск разных моделей процессоров Intel Pentium III Xeon на основе ядра Coppermine с постепенным переходом на архитектуру Tualatin.

Tualatin: Intel Pentium III Xeon DP (DP - double processor) - напряжение на ядре 1,10-1,15 В, техпроцесс 0,13 мкм, 512 Кбайт L2, 133 МГц FSB, чипсеты Server Works HE-SL и Server Works LE-3; Intel Pentium III Xeon MP (MP - multiprocessor) - 1 Мбайт L3 на кристалле для 8-процессорных систем и 512 Кбайт L3 на кристалле для 4-процессорных систем, 1,60 ГГц и выше.

Tanner - кодовое наименование Pentium III Xeon. Предназначен, в первую очередь, для High-End серверов. Тактовая частота от 500 МГц, частота системной шины 100 МГц, CSRAM-кэш второго уровня объемом 512, 1024 и 2048 Кбайт работает на частоте процессора. Поддерживается MMX и SSE, кэш-память L1 - 32 Кбайта.

Cascades - кодовое наименование Pentium III Xeon, созданного на базе технологического процесса 0,18 мкм. Является серверным вариантом Coppermine. На чипе содержится кэш L2 256 Кбайт, тактовая частота от 600 МГц, частота шины процессора - 133 МГц. Первые варианты работают только в двухпроцессорных конфигурациях и только на частоте системной шины 133 МГц. В конце 2000 года объем кэш-памяти L2 на чипе был увеличен до 2 Мбайт. Финальная тактовая частота - 900 МГц для полноценной версии, 1 ГГц - для версии с 256 Кбайт L2. Форм - фактор - Slot 2.

Celeron

Аналогично процессорам 80386/486, Pentium II и III также имеют своих младших братьев. Модельным рядом таких предназначенных для систем стоимостью до 1000 долларов процессоров стала линейка CPU класса Celeron. Первые Celeron представляли собой полную копию Pentium II с тем лишь отличием, что у них внешняя частота равна 66 МГц, а объем кэша второго уровня понижен до 128 Кбайт. Надо отметить, что сначала в процессоре вообще не предусматривалась кэш-память, но из-за того, что производительность CPU падала от этого гораздо быстрее, чем его цена, Intel вскоре решила оснастить Celeron небольшим 128-килобайтным кэшем (тогда в название добавляется суффикс А, например Celeron 300A, но так как CPU Celeron без кэша было выпущено немного, то, как правило, эту букву опускают). Но, в отличие от Pentium II, у которого множитель частоты кэш-памяти равнялся 1/2, у Celeron он работает на полной скорости процессора, и эта тенденция сохранилась и в дальнейшем. Celeron можно встретить в версии для Slot 1, но чаще встречается Socket-370. Кроме того микропроцессоры Celeron имели сокращенную разрядность шины адреса (32 бита вместо 36), урезанный набор процедур контроля достоверности преобразования информации и однопроцессорную конфигурацию.

Второй вариант Celeron аналогичен первому, только отличия от Pentium параллельно сдвинулись вверх, то есть теперь основой служит Pentium III на ядре Coppermine, а не Pentium II, а частота шины стала равной 100 МГц. А что касается кэш-памяти, то тут ничего не изменилось. В отличие от Celeron первого поколения, новые процессоры встречаются только под Socket-370. Надо отдать должное маркетинговым отделам фирмы Intel: улучшенный Celeron появился только тогда, когда Pentium III на ядре Coppermine окончательно вытеснил Pentium III первого поколения, так как иначе продукт для рынка компьютеров начального уровня начал бы конкурировать с дорогим Pentium III, так как, кроме уменьшенного кэша, а если учесть двукратное различие в скорости кэша, то получается, что Celeron практически ничем не уступал бы Pentium, в то время как цена у них сильно отличается.

Несмотря на свою некоторую недоработанность, CPU Celeron показывают неплохую производительность - не на много ниже, чем Pentium. Особенно это касается Celeron и Pentium первого поколения, когда Celerоn имели превосходство в скорости кэша. В следствие того, что CPU Celeron производятся на базе более быстрых процессоров Pentium, они очень хорошо разгоняются, что несомненно является плюсом для любителей разгонов. Учитывая более низкие по сравнению с Pentium цены на эти процессоры. Однако с момента выхода Duron от AMD позиции Celeron, а вместе с ним и Intel в области производства продуктов начального уровня сильно пошатнулись.

Covington - первые варианты процессоров (апрель 1998 г.) линейки Celeron. Построены на ядре Deschutes. Технология - 0,25 мкм. Тактовая частота - 266-300 МГц, частота шины - 66 МГц, кэш L1 - 32 Кбайта. Для уменьшения себестоимости процессоры выпускались без кэш-памяти второго уровня и защитного картриджа. Питание ядра - 2,0 В. Интерфейс - облегченный Slot 1, конструктив - SEPP (Single Edge Pin Package). Процессоры характеризовались сравнительно низкой производительностью, но, благодаря отсутствию кэш-памяти L2, отличались высокой устойчивостью работы в режимах разгона.

Mendocino - наименование ядра (август 1998 г.) процессоров линейки Celeron. Имеет кэш-память L2 объемом 128 Кбайт, интегрированную в кристалл процессора и работающую на частоте ядра, благодаря чему обеспечивается высокая производительность. Тактовая частота - 300-533 МГц, частота шины - 66 МГц. Учитывая, что на рынке уже существовал процессор с частотой 300 МГц, первая модель процессора, созданная на основе ядра Mendocino и имевшая ту же частоту, получила наименование Celeron 300A. Технология - 0,25 мкм. Питание ядра - 2.0 В. Первоначальный форм-фактор Slot 1 (300-433 МГц) постепенно был вытеснен Socket 370 (300-533 МГц).

Dixon - наименование ядра, а также кодовое имя процессоров, ориентированных на применение в портативных компьютерах. Технология - 0,25 мкм, в дальнейшем - 0,18 мкм. Объем кэш-памяти первого уровня - 32 Кбайта. Как и в Mendocino, кэш-память L2 расположена на чипе, однако ее объем увеличен до 256 Кбайт. Тактовая частота - 300-500 МГц, частота шины - 66 МГц. Официальная классификация - мобильные процессоры Pentium II.

Pentium 4

Начало 2000-го года оказалось не очень удачным для Intel. Фирма AMD уже выпустила процессоры Athlon с частотами более гигагерца, тем самым опередив фирму во взятии заветного рубежа, а Pentium III не смог этого сделать. Опасаясь потерять мировое лидерство, в Intel работали над новым флагманом, призванным нанести ответный удар по AMD - CPU класса Pentium IV. Его выход анонсировался Intel еще задолго до появления как такового, но по каким-то не афишируемым причинам постоянно переносился. Наконец, в ноябре был представлен Pentium IV (Willamette).

В новом процессоре учитывается весь опыт фирмы в конструировании микропроцессоров за все время их производства. Конвейер выполнения инструкций состоит из 20 ступеней. Естественно, при таком длинном конвейере для хорошей производительности необходима высокая эффективность предсказания вычислений. Intel заявляет, что в Pentium IV значительно повысилась точность процесса предсказания переходов за счет "комбинации всех доступных на сегодня схем предсказаний". По некоторым сведениям, эффективность этого алгоритма в Pentium IV достигла 95%. Еще одна новинка - кэш с упорядочиванием инструкций. Его задачей является хранение инструкций в том порядке, в каком они исполняются. Другая новая технология - Advanced Dynamic Execution. Так Intel называет улучшенную версию механизма суперскалярного внеочередного выполнения инструкций, когда процессор переставляет инструкции, нарушая их естественную последовательность, с целью более плотной загрузки исполнительных модулей. Этот метод работы CPU призван минимизировать задержки выполнения инструкций.

В Pentium IV блок целочисленных операций работает на удвоенной скорости относительно скорости процессора - то есть, в случае с полуторагигагерцовым чипом, скорость работы его целочисленного модуля составит 3 ГГц. Правда, это результирующая частота - на самом деле скорость остается неизменной, просто этот блок умеет выполнять вычисления не за полный такт, а за его половину. У Pentium IV два модуля для операции с целыми числами, поэтому процессор может выполнять до 4-х операции с целыми числами за один такт. Правда, с числами с плавающей точкой CPU работает в несколько раз медленней. Однако Intel обеспечила свой процессор новым SIMD-набором инструкций SSE2 (144 новых инструкции), что, если программное обеспечение будет по-прежнему оптимизироваться под Intel процессоры, даст очень существенную прибавку в скорости выполнения сложных математических расчетов.

Помимо кэш-памяти данных объемом 8 Кбайт, процессор Pentium IV имеет кэш-память первого уровня с отслеживанием выполнения команд, которая хранит до 12 000 декодированных микроопераций в порядке их выполнения. Это увеличивает производительность за счет исключения декодера из системы основных команд и делает более эффективным использование кэш-памяти, так как команды, имеющие ответвления, не отсылаются в память. В результате удается передать большой объем команд в исполнительные блоки процессора и уменьшить общее время, требуемое на возврат из тех ответвлений, которые были неправильно предсказаны. Кэш-память с улучшенной передачей данных (Advanced Transfer Cache - ATC) второго уровня имеет объем 256 Кбайт и обеспечивает более скоростной канал данных между кэш-памятью второго уровня и ядром процессора. Она состоит из интерфейса объемом 256 бит (32 байта), передающего данные на каждый такт частоты ядра процессора. В результате процессор Pentium IV с тактовой частотой 1,5 ГГц может обеспечить скорость передачи данных 48 Гбайт/с. Напомним, что соответствующая скорость передачи данных для процессора Pentium III с тактовой частотой 1 ГГц равна 16 Гбайт/с.

Наконец, применена новая системная шина, работающая на частоте 100 МГц, но за счет того, что за такт передается четыре пакета данных, результирующая частота составила 400 МГц. Процессор рассчитан на оперативную память RDRAM. Тактовая частота ядра Pentium IV составляла 1300, 1400, 1500 МГц. Процессор устанавливается в 423-контактный разъем Socket-423.

Сильным конкурентом Pentium IV служат последние процессоры от AMD, которые, обладая в целом неплохим быстродействием, выгодно отличаются по цене. Однако Intel, несомненно, будет прилагать все усилия для того, чтобы обогнать своего соперника в лице AMD.

Pentium 4, предназначенный для использования в серверах, рабочих станциях high-end, мультимедийных компьютерах и имеющий ряд особенностей:

-оптимизированы под работу с видео- и аудиопотоками, ЗD-технологиями модули: вычислений с плавающей запятой и потоковый;

-кэш 2-го уровня работает на полной частоте микропроцессора, использует встроенную программу коррекции ошибок и обслуживается быстродействующей шиной (32 байта), также работающей на этой частоте;

-улучшена система «динамического исполнения» за счет: использования 20-ступенной суперконвейерной структуры (конвейер Pentium III состоял из 10 ступеней) и лучшего предсказания ветвлений программы при условных передачах управления, а также параллельного спекулятивного исполнения команд по нескольким предполагаемым путям ветвления.

Замечание

Динамическое исполнение позволяет процессору предсказывать порядок выполнения инструкций при помощи технологии множественного предсказания ветвлений, которая прогнозирует прохождение программы по нескольким ветвям. Это возможно потому что в процессе исполнения инструкции процессор просматривает программу на несколько шагов вперед. Технология анализа потока данных позволяет проанализировать программу и составить ожидаемую последовательность исполнения инструкций независимо от порядка их следования в тексте программы. Спекулятивное выполнение повышает скорость выполнения программы из-за выполнения нескольких инструкций одновременно, по мере их поступления в ожидаемой последовательности. Поскольку выполнение инструкций происходит на основе предсказания ветвлений, результаты сохраняются как «спекулятивные» с последующим удалением тех, которые вызваны промахами в предсказании. На конечном этапе порядок инструкций и результатов их выполнения восстанавливается до первоначального.

-используется новая микроархитектура, основанная на двух параллельных 32-битных конвейерах и поддерживающая технологию поточной обработки Hyper Pipelined, позволяющая сделать эффективным длинный конвейер.

Замечание

При длинном конвейере в задачах с частыми условными переходами его эффективность снижается, однако использование двух параллельных конвейера улучшают ситуацию. В соответствии с этим реально, когда в каждый момент времени одна инструкция загружается, другая декодируется, для третьей формируется пакет данных, четвертая исполняется, для пятой записывается результат. При последовательном исполнении инструкций даже самые короткие операции исполняются за пять тактов, а при использовании поточной обработки за один такт.

-используется новая технология ускоренных вычислений (Rapid Execution Engine) базирующаяся на использовании двух работающих на удвоенной частоте процессора АЛУ и выполняющих короткие арифметические и логические операции за пол такта. Третье АЛУ медленное, предназначено для исполнения длинных операций (умножение, деление).

Willamette - наименование первого ядра процессоров Pentium 4, созданных по технологии 0,18 мкм.

Northwood - наименование ядра процессоров Pentium 4, созданных по технологии 0,13 мкм; Socket 423 и 478. С внедрением этого ядра происходит окончательный переход на новый форм-фактор Socket 478. Объем кэш-памяти L2 увеличен до 512 Кбайт. Исходная тактовая частота - 2ГГц (маркировался как 2A ГГц, чтобы различался от 2 ГГц Willamette), позднее анонса появилась и младшая версия с частотой 1.6 ГГц. В мае 2002 года Northwood стал поддерживать 533 МГц системную шину (133 МГц QPB), позднее - FSB=667 и 800 МГц (166 и 200 МГц QPB)

Prescott - наследник ядра Northwood, будет изготавливаться по 90 нм технологии, частота FSB=667 и 800 МГц (166 и 200 МГц QPB), поддержка Hyper-Threading, Socket 478.

Tejas - наследник ядра Prescott, возможно, будет переведен на 65 нм техпроцесс. Анонс ожидается в первой половине 2004 года.

Nehalem - принципиально новое ядро, в отличие от чипа Prescott - улучшенной версии Pentium 4, и последующего за ним чипа Tejas. Nehalem будет производится во второй половине 2004 года по 90 нм техпроцессу, а позднее, в конце 2005 - будет переход на 65 нм техпроцесс. Пока что никаких конкретных подробностей об архитектуре ядра Nehalem нет, однако, есть соображения, что чип будет не только поддерживать технологию параллельной обработки данных Hyper-Threading, но также, возможно, будет способен обрабатывать большее число потоков данных. Предположительно, будет поддерживаться новая технология LaGrande (призванная обеспечить повышенную безопасность при передаче данных с использованием стойкой аппаратной криптографии).

Foster - кодовое наименование ядра и процессоров Pentium 4 в серверном варианте, построенных по идеологии и архитектуре Willamette. Тактовая частота - 100 МГц при передаче данных с частотой 400 МГц. Как и в случае с Cascades, объем кэша L2 остался тем же, что у Willamette. Основные отличия Foster от обычных Pentium 4 на ядре Willamette заключаются в поддержке двухпроцессорных конфигураций и использовании разъема Socket 603. Тактовая частота первых процессоров Xeon на ядре Foster начинается от 1,7 ГГц. Основу систем составят чипсеты i860 и GC-HE от Server Works. Планируется перевод архитектуры на технологию 0,13 мкм. Тогда же будет выпущена и новая версия Foster, содержащая дополнительный кэш третьего уровня.

Prestonia - кодовое наименование ядра и процессоров Pentium 4 в серверном варианте, созданных по технологии 0,13 мкм. Продолжение линейки Xeon. Микроархитектура NetBurst. Разработка ведется на основе ядра Foster, которое и будет заменено этим новым ядром в будущих процессорах Xeon. Основу систем составит специальный чипсет Plumas. Частота первых моделей процессора - 2,20 ГГц.

Gallatin - кодовое наименование ядра и процессоров, 0,13 мкм - развитие ядра Foster.

Merced - кодовое наименование ядра и первого процессора архитектуры IA-64, аппаратно совместим с архитектурой IA-32. Включает трехуровневую кэш-память объемом 2-4 Мбайт. Производительность примерно в три раза выше, чем у Tanner. Технология изготовления - 0,18 мкм, частота ядра - 667 МГц и выше, частота шины - 266 МГц. Превосходит Pentium Pro по операциям FPU в 20 раз. Физический интерфейс - Slot M. Поддерживает MMX и SSE. Официальное наименование - Itanium.

Itanium - торговая марка, под которой анонсирован 64-разрядный процессор, ранее известный под кодовым наименованием Merced.

McKinley - кодовое наименование ядра и моделей второго поколения процессоров архитектуры IA-64. Тактовая частота ядра процессоров начинается с 1 ГГц. Предполагается, что производительность, по сравнению с Merced, возрастет вдвое, а пропускная способность шины данных, имеющей результирующую частоту 400 МГц, - втрое. McKinley будет иметь увеличенные по сравнению с Merced объем кэша второго уровня и скорость работы. Потребляемая мощность составит 150 Вт. Физический интерфейс - Slot M. Возможно, будет введена поддержка SSE2.

Itanium 2 - торговая марка, под которой анонсирован 64-разрядный процессор, ранее известный под кодовым наименованием McKinley. Itanium 2 работают на частоте 1 ГГц, обладают 3 Мб кэша L3.

Madison - преемник McKinley. Планируется к выходу в середине 2003 г. Построен по медной, 0,13 мкм технологии. Тактовые частоты первых процессоров Madison и Deerfield на момент начала поставок составят как минимум, 1,5 ГГц, при этом, как известно, оба чипа будут обладать 6 Мб кэша L3 и будут изготавливаться с нормами 0,13 мкм техпроцесса - впервые для чипов класса Itanium.

Deerfield - кодовое наименование ядра и процессоров. Производиться будут по медной, 0,13 или 0,1 мкм технологии фирмы Motorola с использованием изоляции с низким числом k и SOI (HiP7). Ядро является преемником Foster. Процессоры рассчитаны на Slot M и позиционируются как недорогие процессоры архитектуры IA-64 для рабочих станций и серверов среднего уровня. Возможно, процессоры, созданные на основе ядра Deerfield, станут high-end процессорами пользовательского рынка. Тактовые частоты первых процессоров Madison и Deerfield на момент начала поставок составят как минимум, 1,5 ГГц, при этом, как известно, оба чипа будут обладать 6 Мб кэша L3 и будут изготавливаться с нормами 0,13 мкм техпроцесса - впервые для чипов класса Itanium.

Montecito - двуядерный чип на базе архитектуры IA-64. Об архитектуре процессора Montecito, который увидит свет в 2005 году, пока что толком ничего неизвестно, разве что только тот факт, что он станет первым из семейства Itanium, производимым с соблюдением норм 90 нм техпроцесса. Представители Intel также подчеркнули, что все новые процессоры, которые появятся после Itanium 2, будут иметь ту же базовую корпусную разводку PAC611 и поддерживать те же протоколы шин, что гарантирует преемственность новых поколений серверных систем, как минимум, на два ближайших года.