Этапы развития ЭВМ

Системная шина с частотам 800 МГц, 533 МГц или 400 МГц  
   Процессор Intel Pentium 4 поддерживает самую высокопроизводительную системную шину с частотой 800 МГц, обеспечивающую обмен данными между процессором и другими компонентами со скоростью 6,4 ГБ/с. Это происходит за счет использования схемы передачи сигналов, организованной на физическом уровне, позволяющей передавать 4х-кратно увеличенный пакет данных по 200-МГц шине, а также схемы буферизации, обеспечивающие передачу данных с частотой 800 МГц.  
 
Процессор Pentium 4, поддерживающий системную шину с частотой 533 МГц, обеспечивает обмен данными между процессором и другими компонентами со скоростью 4,2 ГБ/с. Это происходит за счет использования схемы передачи сигналов, организованной на физическом уровне, позволяющей передавать 4х-кратно увеличенный пакет данных по 133-МГц шине, а также схемы буферизации, обеспечивающие передачу данных с частотой 533 МГц.  
 
Процессор Pentium 4, поддерживающий системную шину с частотой 400 МГц, обеспечивает обмен данными между процессором и другими компонентами со скоростью 3,2 ГБ/с. Это происходит за счет использования схемы передачи сигналов, организованной на физическом уровне, позволяющей передавать 4х-кратно увеличенный пакет данных по 100-МГц шине, а также схемы буферизации, обеспечивающие передачу данных с частотой 400 МГц. Соответствующая величина для системной шины с тактовой частотой 133 МГц процессора Intel® Pentium® III равна 1,06 ГБ/с.

Кэш-память первого уровня с  отслеживанием выполнения команд  
   Помимо кэш-памяти данных объемом 8 КБ, процессор Intel® Pentium® 4 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.

Блок  быстрого исполнения команд (Rapid Execution Engine)  
   Два блока арифметической логики процессора Intel® Pentium® 4 работают с частотой, превышающей тактовую частоту процессора в 2 раза. Это позволяет выполнять основные целочисленные команды (сложение, вычитание, логическое И, логическое ИЛИ) с двойной тактовой частотой. Например, блок быстрого исполнения команд процессора Pentium® 4 с тактовой частотой 3,20 ГГц работает с частотой 6,4 ГГц.

Кэш-память с улучшенной передачей  данных 2 уровня объемом 512 КБ 
   Кэш-память с улучшенной передачей данных 2 уровня объемом 512 КБ реализована в процессорах с тактовыми частотами от 3,20 до 2,40 ГГц. Кэш-память с улучшенной передачей данных 2 уровня обеспечивает более высокую скорость обмена данными с процессорным ядром. Кэш-память с улучшенной передачей данных  
2 уровня оснащена 256-разрядным (32-байтным) интерфейсом, передавая данные с частотой, соответствующей тактовой частоте процессора. Таким образом, скорость передачи данных в процессоре Pentium® 4 с тактовой частотой 3,20 ГГц составляет  
102 ГБ/с. Сравните эту цифру с 16 ГБ/с процессора Pentium® III с тактовой частотой  
1 ГГц. Среди характеристик кэш-памяти с улучшенной передачей данных можно отметить:

• Неблокируемая, полноскоростная кэш-память второго уровня
• 8-канальная организация
• 256-разрядная шина данных кэш-памяти второго уровня
• Ввод/вывод данных в кэш-память на каждом такте

Встроенная  кэш-память третьего уровня объемом 2 МБ  
  Встроенная кэш-память третьего уровня объемом 2 МБ имеется только в процессоре Intel® Pentium® Extreme Edition с тактовой частотой 3,20 ГГц. Дополнительная кэш-память третьего уровня расположена на кристалле процессора и рассчитана на удовлетворение потребностей самых требовательных пользователей, включая игроков в самые современные игры. Встроенная кэш-память третьего уровня объемом 2 МБ в сочетании с 800-МГц системной шиной обеспечивает высокопропускной канал доступа к памяти. Встроенная кэш-память третьего уровня предоставляет более быстрый доступ к крупным массивам данных, хранимых в кэш-памяти процессора. В результате в среднем снижаются задержки при обращении к памяти и повышается пропускная способность системы.

Улучшенное  динамическое исполнение команд  
   Блок улучшенного динамического исполнения команд представляет собой весьма сложное устройство, которое состоит из отдельных блоков, отвечающих за выполнение команд. Процессор Intel® Pentium® 4 может просматривать на лету 126 команд и обрабатывать в конвейерном режиме до 48 операций и 24 хранящихся в памяти команд. Он также имеет усовершенствованный алгоритм предсказания ветвлений, обеспечивающий уменьшение числа ложных предсказаний примерно на 33% по сравнению с аналогичным показателем процессоров поколения P6. Это осуществляется с помощью буфера ветвлений объемом 4 КБ, который хранит больше информации об истории ветвлений, имевших место ранее, а также более совершенного алгоритма предсказания ветвлений.

Улучшенный  блок операций с плавающей  запятой и обработки мультимедиа  
   Процессор Intel® Pentium® 4 расширяет регистры операций с плавающей запятой до полных 128 бит и добавляет дополнительный регистр для передачи данных, что повышает производительность работы приложений с плавающей запятой и мультимедийных приложений.

Потоковые SIMD-расширения SSE2  
   С появлением SSE2 в микроархитектуре Intel NetBurst к набору SIMD-расширений, представленному технологиями MMX и SSE, были добавлены еще 144 инструкции. Эти инструкции включают 128-разрядные операции над целочисленными выражениями и 128-разрядные операции над числами с плавающей запятой двойной точности и уменьшают общее количество инструкций, требуемых для выполнения определенной задачи в программе, что способствует повышению общей производительности. Набор команд SSE2 ускоряет работу большого числа приложений, включая обработку видео, речи, изображений и фотографий, шифрование, а также финансовые, инженерные и научные приложения.

Логический  блок с предварительной  выборкой данных  
   Логический блок с предварительной выборкой данных анализирует цепочку требуемых приложению данных и заранее загружает их в кэш-память с улучшенной передачей данных, еще больше повышая производительность процессора и приложения.

Средства  тестирования и мониторинга  системы

• Встроенный алгоритм самотестирования (BIST) осуществляет поиск ошибки в микрокоде и в больших логических матрицах, а также тестирование кэш-памяти команд, кэш-памяти данных, буферов ассоциативной трансляции (Translation Lookaside Buffers - TLB) и устройств постоянной памяти (ROM).
• Стандартный порт доступа к тестированию IEEE 1149.1 (Standard Test Access Port )и механизм сканирования границ обеспечивают тестирование процессора Intel® Pentium® 4 и системных соединений с помощью стандартного интерфейса.
• Внутренние счетчики контролируют работу процессора и проводят подсчет событий.
• Мониторинг термического состояния позволяет конструировать системные платы более экономно, учитывая не теоретически максимальные, а ожидаемые величины потребляемой энергии.

Сводная таблица процессора Pentium 4 Hyper-Threading.

Сводная таблица процессора Pentium 4 Extreme Edition с технологией Hyper-Threading

7. Два слова о  Pentium V

   Некоторые  сведения о будущем процессоре  Pentium V «Tejas». Внутренние технологические образцы должны появиться в январе 2004 года, а через 4-6 месяцев они ожидаются в широкой продаже. Вероятно, Pentium V стартует на частоте 5-7 ГГц, будет оснащен 2 МБ кэша второго уровня, производиться по 90 нм технологии и как будто бы будет иметь «стекируемый» дизайн. «Садиться» новый процессор будет в 775-ти контактный сокет LGA.  

   Согласно  источнику, имеющему близкое отношение  к процессу производства процессоров Intel, на процессоре находится тонкая пластина теплоотвода, но может быть установлен еще один теплоотвод при установке сверху дополнительного процессорного модуля. Окончательный вариант такого процессорного «бутерброда» еще не утвержден. По сведению этого источника, дополнительный модуль является расширением для работы в 64-х битном режиме. Как будто бы Microsoft готов выпустить версию Windows, носящую название «Elements with 64-bit extensions». Похоже, идея заключается в том, чтобы, приобретая 32-х битный модуль, пользователь мог при необходимости наращивать его для получения 64-х битного процессора. Pentium V сможет работать с частотой системной шины до 4000 МГц, хотя столь высокая частота может быть отложена для последующих процессоров, таких как Nehalem.

8. Заключение

Будучи выпущенным в 1995 году, процессор Intel Pentium Pro стал первым CPU с архитектурой P6. С тех пор  прошло уже достаточно много времени, сменилосьнесколько поколений процессоров, однако, по сути архитектура не менялась. Семейства Pentium II, Pentium III и Celeron имеют все то же строение ядра,отличаясь по сути только размером и организацией кеша второго уровня и наличием набора команд SSE, появившегося в Pentium III. Естественно, рано или поздноархитектура P6 должна была устареть. И дело тут вовсе не в невозможности дальнейшего наращивания тактовых частот и даже не в обострившейся в последнеевремя конкуренцией с AMD. Конечно, нельзя отрицать тот факт, что достигнув частоты в 1 ГГц Intel столкнулся с проблемами в дальнейшем наращивании частотысвоих процессоров: Pentium III 1.13 ГГц даже пришлось отзывать в связи с его нестабильностью. Однако, эту проблему легко можно решить переходом на 0.13 мкмпроцесс – тем более, что его повсеместное внедрение не за горами. Настоящая причина необходимости новой архитектуры кроется глубже. К сожалению, дальнейшее наращивание частотысуществующих процессоров приводит все к меньшему росту их производительности. Проблема в том, что латентности, то есть задержки, возникающие при обращении ктем или иным узлам процессора, по нынешним меркам в P6 уже слишком велики. Именно это явилось основной причиной, по которой Intel затеял разработкуPentium 4, которая выполнена с чистого листа. Таким образом, анонсированный сегодня Pentium 4 - совершенно новый процессор, ничего общего не имеющий сосвоими предшественниками. В его основе лежит архитектура, названная Intel NetBurst architecture. Этим названием Intel хотел подчеркнуть, что основнаяцель нового процессора – ускорить выполнение задач потоковой обработки данных, напрямую связанных с бурно развивающимся Internet. 

9.Список  ресурсов

1. Официальный  сайт корпорации INTEL в русскоязычной интерпритации//www.intel.com/ru 

2. Книга  PC Upgrade №13 (электронный вариант) 

3. Журнал  Soft&Script №37 (электронный вариант)