28. Особенности архитектуры микропроцессоров 6-го поколения семейства х86 фирмы Intel (Pentium III, Pentium IV)

Процессор Intel Pentium III, выпущенный в начале 1999 г., содержит все основные компоненты архитектуры микропроцес­соров шестого поколения: динамическое исполнение команд, системную шину с множественными транзакциями и технологию ММХ для обработки данных мультимедиа.

Основным отличием Pentium III является поддержка нового потокового S1MD (Single Instruction Multiple Data) расширения - 70 новых команд, обеспечивающих улучшенные возможности обработки изображений, трехмерной графики, потокового видео и аудио, а также распознавания речи. Для этого в структуру про­цессора введен блок 128-разрядных регистров ХММ, который позволяет одной инструкцией выполнять операции сразу над че­тырьмя комплектами 32-разрядных операндов в формате с пла­вающей точкой. При выполнении новых инструкций традицион­ные исполнительные устройства не используются, что позволяет эффективно смешивать инструкции ММХ с инструкциями над операндами с плавающей точкой. Инструкции с регистрами ХММ могут работать и в скалярном режиме, и выполнять логи­ческие операции.

Микропроцессор содержит неблокируемую кэш-память первого уровня емкостью 32 Кб (16 Кб данных, 16 Кб команд) и унифицированную неблокируемую кэш-память второго уровня емкостью 512 Кб. Pentium III поддерживает кэширование памяти с объемом адресного пространства до 4 Гб и позволяет создавать масштабируемые двухпроцессорные системы с объемом физиче­ской памяти до 64 Гб.

В Pentium III реализована функция серийного номера про­цессора как компонент системы обеспечения безопасности ком­пьютера. Серийный номер является уникальным идентификато­ром процессора и может быть использован для идентификации компьютера (пользователя) в сети или со стороны прикладных программ.

Микропроцессор Pentium IV был выпущен фирмой Intel в июне 2000 г. В целом архитектура процессора Pentium IV ори­ентирована на эффективную работу с Internet-приложениями. К числу наиболее значимых достижений архитектуры Pentium IV, получившей название NetBurst (пакетно-сетевая), следует отне­сти значительное повышение тактовой частоты процессорного ядра и системной шины, а также появившуюся в старших пред­ставителях семейства мультитредовость (многопоточность), в терминологии Intel - Hyper-Threading (гиперпоточность).

В качестве отличий архитектуры Pentium IV можно выде­лить:

-работу с системной шиной, имеющей эффективную час­тоту 400 МГц; удвоение частоты работы блоков АЛУ микропроцессора; -значительное увеличение длины исполнительного кон­вейера (до 20 ступеней); добавление 144 новых команд поточной SIMD-обработки; использование кэша трассы команд в качестве кэш­памяти команд первого уровня; размещение кэш-памяти второго уровня на кристалле.

Микропроцессор имеет традиционно раздельные кэш-памяти

команд и данных первого уровня емкостью по 8 Кб. Кэш-память второго уровня имеет объем 256 Кб, реализует механизм обрат­ной записи и представляет собой 8-входовую множественно- ассоциативную память, пропускная способность которой увеличе­на в 2 раза по сравнению с процессорами предыдущего поколения.

Всего процессор может адресовать до 64 Гб внешней памяти.

Четырехкратная передача данных по шине за такт при час­тоте тактирования 100 МГц обеспечивает эффективную частоту работы шины 400 МГц и скорость передачи данных 3,2 Гб/с.

Микропроцессор содержит 42 млн транзисторов и произво­дится по технологии 0,18 мкм для тактовых частот от 1,4 до 1,7 ГГц и 0,13 мкм с 6-слойной металлизацией для тактовых час­тот от 2 до 3,06 ГГц.

Суть технологии Hyper-Threading заключается в том, что в кристалл процессора добавлено несколько блоков, позволяю­щих одному физическому процессору (с одним конвейером и обшей кэш-памятью второго уровня) распознаваться и работать в системе как два логических процессора, каждый из которых может быть загружен своей задачей. Основная часть блоков про­цессора используется совместно, но некоторые продублированы и могут выполнять разные задачи.

Технология Hyper-Threading помогает сократить периоды простоя процессора путем использования ресурсов, не занятых одной задачей, исполнением инструкций другой задачи, напри­мер, в случае:

- задержек при доступе к памяти; выполнения последовательности взаимозависимых инст­рукций; ошибок предсказания ветвлений;

-одновременных вычислений в целочисленном и экспо­ненциальном форматах.

В результате пропускная способность основных ресурсов процессора возрастает, а суммарное время выполнения двух за­дач сокращается.

Эффективность совместного использования ресурсов про­цессора двумя параллельными задачами в технологии Hyper- Threading существенно зависит от характера программного обеспечения: чем хуже приложения оптимизированы для данной архитектуры, тем больше может быть выигрыш от использова­ния Hyper-Threading.