Лекція 21. Сучасні процесори Pentium
21.1. Процесор Pentium IV Перше покоління Pentium IV
В 2000р. фірма Intel анонсує свій перший спеціалізований процесор, оптимізований під потокові обчислення (технологія NetBurst): швидкісний інтернет та мультимедійні додатки.
Функціональна схема системи на базі Pentium IV наведена на рис.21.1.
Рис. 21.1. Архітектура системи Pentium IV (1)
Головними відмінностями процесора є:
Системна шина - QPB (Quad Pumped Bus) – 4 передачі за такт.
Технологія енергозбереження та миттєвого захисту від перегріву.
Техпроцесс - 130нм, більше 50 млн. транзисторів, напруга живлення ядра - 1.5В, максимальне тепловиділення - до 80Вт, роз’єм - Socket 478. Тактова частота ядра до 3ГГц, частота системної шини 533МГц, продуктивність у порівнянні з 8088 перевищує 8000 разів.
Удосконалена система пророкування переходів (95%).
Технологія SSE2.
Довжина конвеєра (20 ступенів) дозволила підвищити тактову частоту. Однак при цьому збільшилися енергоспоживання та втрати через неправильне пророкування переходу.
Укорочений кеш L1 8кБ, де зберігаються вже декодовані команди (12000 мікрооперацій). Кеш другого рівня L2 - до 512кБ.
Підтримка чотириканальної пам'яті RDRAM або двохканальної DDR SDRAM.
Друге покоління Pentium IV
Друге покоління Pentium IV сформувалося до 2004р. Функціональна схема системи на базі Pentium IV другого покоління наведена на рис.21.2.
Рис. 21.2. Архітектура системи Pentium IV (2)
Техпроцес - 90нм, 125 млн. транзистори, типове тепловиділення близько 130Вт. Роз’єм Socket 775. Тактова частота ядра більше 4 ГГц, частота системної шини 800МГц. Продуктивність перевищує 10000 разів відносно CPU 8088. Швидше Pentium IV першого покоління на 20%.
Уперше для процесорів від Intel уведена рейтингова система.
Кэш L1=32кБ, L2= 512-1024кБ, а також можлива L3=2МБ на кристалі.
Конвеєр збільшений до 31 ступеня.
Технологія Hyper Threading. Емулює другий процесор під час простою ядра, наприклад, під час перезавантаження конвеєра.
Технологія SSE3.
Підтримка паралельної шини PCI-express 16x.
Підтримка послідовної шини PCI-express 1x.
Підтримка пам'яті DDR2 SDRAM.
Вбудований високоякісний звук 5.1.
Підтримка RAID масиву двох довільних дисків (Matrix Storage).
На основі технології Pentium IV випускалися бюджетні процесори Celeron (D), а також потужні процесори Xeon MP для мультипроцесорних робочих станцій.
21.2. Багатоядерна архітектура Pentium d - Conroe
У квітні 2005р. представлений перший двохядерний процесор Pentium EE 840 на основі архітектури NetBurst, а в липні 2006р. - нова двохядерна архітектура Core 2 Duo Conroe.
Основні вдосконалення:
Intel Wide Dynamic Execution - підвищує продуктивність та ефективність роботи процесора, дозволяючи кожному ядру виконувати до чотирьох інструкцій за такт із використанням ефективного 14-етапного конвеєра. Уведений 4-й декодер, що дозволяє виконувати 4 інструкції одночасно. Поліпшено декодування команд, що виключає простої ядра. Збільшено кількість та обсяг буферів. Поліпшений блок пророкування переходів. Зменшено число тактів обчислення в співпроцесорі.
Intel Advanced Digital Media Boost – подвоює швидкість виконання команд, часто використовуваних у мультимедійних та графічних програмах. SSE, SSE2, SSE3, SSE4. 128-бітні операції.
Intel Advanced Smart Cache – загальна (розділена) кеш-пам'ять 2-го рівня 256 кБ скорочує енергоспоживання, зводячи до мінімуму обсяг «трафіка» у підсистемі пам'яті та підвищує продуктивність системи, забезпечуючи одному з ядер доступ до всієї кеш-пам'яті при простої іншого ядра.
Intel Smart Memory Access – підвищує продуктивність системи шляхом зниження затримок при доступі до пам'яті та у такий спосіб оптимізує використання доступної пропускної здатності, завдяки чому процесор одержує дані тоді, коли вони потрібні. Знижена латентність. Використовується передзавантаження даних.
Технологія Intel 64 Technology – забезпечує підтримку 64-розрядних обчислень.
Intel Intelligent Power Capability. Оптимізована продуктивність на ват.
На однаковій частоті в 1.5-2 рази швидше Pentium D та на 20-40% швидше Athlon X2 залежно від розміру кеш L2.
У листопаді 2007р. представлений 4-ядерний процесор Core 2 Extreme QX6700, що містить два ядра Conroe на кристалі. Цей процесор швидше двохядерного Conroe у 1.5 рази та в 3 рази швидше в порівнянні з одноядерним процесором. Перевищує швидкодію 8088 в 30000 разів.
Створюється враження, що частота FSB використовується також у внутрішніх шинах процесорів Intel. Це пояснює той факт, що продуктивність CPU пропорційна частоті FSB та обсягу кеш.
Приклади побудови обчислювальної системи на базі багатоядерних процесорів Intel наведені на рис.21.3 та рис.21.4.