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.

Тактовые  частоты процессоров с поддержкой технологии Hyper-Threading	Системная шина с частотой 800 МГц: 3,20 ГГц, 3 ГГц, 2,80C ГГц, 2,60C ГГц, 2,40C ГГц  Системная шина с частотой 533 МГц: 3,06 ГГц
Другие  доступные тактовые частоты процессоров	Системная шина с частотой 533 МГц: 2,80 ГГц, 2,66 ГГц, 2,53 ГГц, 2,40B ГГц, 2,26 ГГц   Системная шина с частотой 400 МГц: 2,60 ГГц, 2,50 ГГц, 2,40 ГГц, 2,20 ГГц, 2A ГГц
Технология Hyper-Threading	Доступна в  системах на базе процессора Pentium® 4 с  технологией HT†
Набор микросхем	Системная шина с частотой 800 МГц: наборы микросхем Intel® 875P, 865G и 865PE   Системная шина с частотами 533/400 МГц: набор микросхем Intel® 865P, cемейство наборов микросхем Intel® 850, наборы микросхем 850E, 845PE, 845GE, 845GV, 845E и 845G   Системная шина с частотой 400 МГц: наборы микросхем Intel® 845GL и 845
Системные платы Intel®	Совместимые с процессором Intel Pentium 4
Микроархитектура Intel® NetBurst®	Системная шина с частотой 800, 533 или 400 МГц Технология гиперконвейерной обработки Механизм ускоренной обработки команд Кэш-память первого уровня с отслеживанием исполнения команд Кэш-память с улучшенной передачей данных Улучшенная система динамического исполнения команд Улучшенный блок вычислений с плавающей запятой и обработки мультимедиа Набор команд потоковых SIMD-расширений 2
Доступность технологии Intel® RAID	Технология Intel® RAID реализована в наборах микросхем Intel® 875P, 865PE, 865P, 865G с контроллером CH5R.

 
 

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

Тактовая  частота процессора с поддержкой технологии Hyper-Threading	3,20 ГГц
Системная шина	800 МГц
Кэш-память	Третьего уровня: 2 МБ, второго уровня: 512 КБ, первого уровня: 8 КБ
Набор микросхем	Hаборы  микросхем Intel®  875P, 865PE и 865G
Системные платы Intel®	Совместимые с процессором Intel Pentium 4
Микроархитектура Intel® NetBurst™	800-МГц системная шина Технология гиперконвейерной обработки Механизм ускоренной обработки команд Кэш-память первого уровня с отслеживанием исполнения команд Кэш-память с улучшенной передачей данных Улучшенная система динамического исполнения команд Улучшенный блок вычислений с плавающей запятой и обработки мультимедиа Набор команд потоковых SIMD-расширений 2
Доступность технологии Intel® RAID	Технология Intel® RAID реализована в наборах микросхем Intel® 875P, 865PE, 865G с контроллером CH5R.

 

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)