9.6.5. Процессор Pentium Pro

Процессор Pentium Pro с тактовой частотой 133 МГц выпущен в 1995 году. Его производительность вдвое выше, чем у процессора Pentium с тактовой частотой 100 МГц. Такой скорости удалось достичь за счет суперскалярного и внеочеред­ного выполнения команд. Коэффициент суперскалярного выполнения, соответ­ствующий количеству команд, которые загружаются за один такт, у процессора Pentium Pro равен 3, а у процессора Pentium — 2. Его конвейеры содержат по 12 ступеней, тогда как в целочисленных конвейерах Pentium их насчитывается 5. Ширина шин данных внутри процессора составляет 64 разряда, что вдвое боль­ше, чем у процессора Pentium. В процессоре Pentium Pro, как и в Pentium, преду­смотрены раздельные, интегрированные в микросхему кэши первого уровня (L1) для команд и данных объемом 8 Кбайт каждый. Кроме того, добавлен кэш второ­го уровня (L2) емкостью 256 Кбайт. Он располагается в одном модуле с микро­схемой процессора, но на отдельной микросхеме, соединенной с микросхемой процессора 64-разрядной шиной.

Суперскадярная обработка обеспечивается наличием нескольких блоков вы­полнения команд — двумя для целочисленных операций и двумя для операций с плавающей запятой. Одним из важнейших усовершенствований, внесенных в процессор Pentium Pro и обеспечивших столь значительное повышение его про­изводительности, является возможность активизации команд не в том порядке, в каком они заданы в программе и выбраны из памяти. Эта функция позволяет параллельно выполнять большее количество команд. Конечно, для получения правильных результатов вычислений требуются дополнительные управляющие схемы. Как и в процессоре Pentium, в Pentium Pro происходит динамическое предсказание переходов, цель которого — заблаговременный выбор команд для параллельной работы.

Внешние схемы мониторинга шины позволяют использовать процессор Pen­tium Pro в мультипроцессорных системах. Эти схемы служат для приведение в соответствие общих данных, временно хранящихся в кэш-памяти нескольких процессоров.

9.6.6. Процессоры Pentium II и Pentium III

В архитектуру системы команд процессора Pentium II добавлены команды ММХ, о которых кратко рассказывалось в разделе 3.23.2. Эти команды обеспечивают па­раллельную обработку небольших групп чисел, представляющих мультимедиа-данные (пикселы, оцифрованный звук и т. п.). Для обработки такого рода данных используются те же восемь 64-разрядных регистров, которые применяются в слу­чае данных с плавающей запятой. Кэши L1 в процессоре Pentium II имеют вдвое больший размер, чем в процессоре Pentium Pro, то есть по 16 Кбайт каждый. Раз­мер внешнего кэша L2 составляет 512 Кбайт.

В процессор Pentium III добавлена поддержка векторных команд (SIMD). Эти команды, называемые потоковым расширением SIMD (SSE), обеспечивают эффективное выполнение векторных операций над данными с плавающей запятой. В каждый из восьми новых 128-разрядных реги­стров, называемых регистрами ХММ, упаковывается по четыре 32-разрядных операнда с плавающей запятой. Кэши процессора Pentium III такие же, как у Pentium II, с единственным, но очень важным отличием: кэш-память второго уровня емкостью 256 Кбайт расположена на той же микросхеме, что и процессор, благодаря чему увеличена ширина его соединения с кэшами первого уровня.

Процессоры Pentium, Pentium Pro, Pentium II и Pentium III при выпуске в 1993,1995,1997 и 1999 годах имели тактовую частоту 60,200,266 и 500 МГц со­ответственно. В дальнейшем благодаря непрерывному усовершенствованию тех­нологий производства СБИС, заключающемуся в постоянном уменьшении раз­меров транзисторов и вентильных задержек, тактовая частота версий процессора Pentium III достигла 1 ГГц.