Этапы развития ЭВМ

8.7 Intel Pentium 4 с технологией Hyper-Threading и новейший Intel Pentium 4 Extreme Edition

   Представленный в конце 2000 года, процессор Pentium® 4 стал наиболее популярным процессором для современных ПК. Разработанный для пользователей передовых игровых программ, цифровой музыки, видео и фото.

Технологияи Hyper-Threading† предназначена для широкого спектра настольных ПК на базе нового процессора Intel® Pentium® 4 с усовершенствованной 800-МГц системной шиной и тактовыми частотами от 2,40C до 3,20 ГГц. Технология Hyper-Threading, разработанная специалистами корпорации Intel, позволяет процессору выполнять одновременно два потока команд (две части программы), что повышает эффективность выполнения отдельных приложений и работы в многозадачных средах.

Процессор Pentium 4, созданный на базе микроархитектуры Intel® NetBurst® с применением 0,13-микронной технологии Intel, обеспечивает значительный прирост производительности ПК для домашних и корпоративных пользователей при выполнении разнообразных задач.

Процессор Pentium 4 с тактовой частотой 3,20 ГГц и усовершенствованной системной шиной с частотой 800 МГц поддерживает технологию Hyper-Threading†, что позволяет более эффективно использовать многозадачность при одновременном выполнении нескольких требовательных приложений.

Семейство процессоров Intel® Pentium® 4 с поддержкой технологии Hyper-Threading (HT) - это самые совершенные и самые мощные процессоры Intel для настольных ПК и рабочих станций начального уровня; эти процессоры созданы на базе микроархитектуры Intel® NetBurst®. Процессор Intel® Pentium® 4 рассчитан на такие приложения и модели использования, где особенно ценится производительность. Спектр таких приложений весьма широк: обработка аудио- и видеопотоков, транслируемых через Интеренет, обработка изображений, создание и редактирование видео, передача и обработка речи, трехмерное моделирование, системы автоматизированного проектирования, игры, мультимедийные приложения и многозадачные среды. Процессор Intel® Pentium® 4 Extreme Edition с поддержкой технологии HT имеет 2 МБ кэш-памяти третьего уровня и предоставляет высочайшую производительность для самых современных игр и ресурсоемких приложений.

      Благодаря технологии Hyper-Threading повышается производительность системы и улучшается ее отклик при работе в многозадачных средах. Пользователи домашних ПК могут кодировать аудио- и видеофайлы или запускать программы антивирусного сканирования в фоновом режиме и одновременно играть в свою любимую игру без ущерба для ее качества. Технология HT позволяет IT-менеджерам разворачивать на офисных ПК сервисы типа шифрования, сжатия или резервного хранения данных без заметного влияния на продуктивность пользователей ПК. Кроме того, заметно повышается отклик системы при работе в многозадачной среде, что ведет к повышению продуктивности работы. Таким образом, процессор Intel® Pentium® 4 с поддержкой технологии HT поднимает на новый, более высокий уровень производительность и отклик ПК как для домашних, так и для корпоративных пользователей.

Корпорация Intel разработала процессор Intel® Pentium® 4 Extreme Edition с технологией HT для определенного сегмента рынка. Этот процессор с тактовой частотой 3,20 ГГц, с усовершенствованной
800-МГц системной шиной и кэш-памятью третьего уровня объемом 2 МБ предназначен специально для тех, кто разбирается в технологиях и нуждается в высокой производительности. Технология Hyper-Threading позволяет процессору выполнять одновременно два потока команд (две части программы), что повышает эффективность выполнения отдельных приложений и работы в многозадачных средах. Это позволяет выполнять два приложения одновременно без ущерба для производительности.

8.8 Характеристика процессора Intel Pentium 4 Extreme Edition

Производительность
   Процессор Intel® Pentium® 4 обеспечивает новый уровень производительности при решении задач требующих высокую производительность. Процессор Intel® Pentium® 4 Extreme Edition с поддержкой технологии HT и кэш-памятью третьего уровня объемом 2 МБ предоставляет высочайшую производительность для самых требовательных пользователей

                    Процессор Intel® Pentium® Extreme Edition с тактовой частотой 3,20 ГГц, процессоры Intel® Pentium® 4 с тактовыми частотами 3,20, 2,80, 2,60 и 2,40 ГГц с 800-МГц системной шиной, а также процессор Intel® Pentium® 4 с тактовой частотой 3,06 ГГц и 533-МГц системной шиной поддерживают технологию HT1.

                    Системная шина с частотой 800 МГц работает с тактовыми частотами процессора 3,20, 2,80, 2,60 и 2,40 ГГц ; системная шина с частотой 533 МГц работает с тактовыми частотами 3,06, 2,80, 2,66, 2,53 и 2,40 ГГц; системная шина с частотой 400 МГц работает с тактовыми частотами 2,60, 2,50 и 2,40 ГГц.

                    Встроенная кэш-память третьего уровня объемом 2 МБ имеется только в процессоре Intel® Pentium® 4 Extreme Edition с тактовой частотой 3,20 ГГц.

                    Кэш-память второго уровня с улучшенной передачей данных объемом 512 КБ реализована в процессорах с тактовыми частотами от 3,20 ГГц до 2,40 ГГц, включая новые процессоры с тактовыми частотами 3,20, 2,80, 2,60 и 2,40 ГГц и системной шиной с частотой 800 МГц.

                    Процессор Intel® Pentium® 4 Extreme Edition и Intel® Pentium® 4 выпускается с mPGA-478 форм-фактором.

                    Построен на базе новой микроархитектуры Intel® NetBurst® .

                    Процессор Intel® Pentium® 4 Extreme Edition поддерживается семействами наборов микросхем Intel® 875P и Intel® 865. Процессор Intel® Pentium® 4 поддерживается наборами микросхем Intel® 875P, Intel® 865, Intel® 850 и Intel® 845.

                     

                    Процессоры Intel® Pentium® 4 с технологией Hyper-Threading1 поддерживаются наборами микросхем: Intel® 875P, 865G, 865PE, 865P, 850E, 845GE, 845PE, 845GV, 845G2 и 845E.

                    Полностью совместим с существующим программным обеспечением на базе архитектуры Intel.

                    Потоковые SIMD-расширения SSE2.

                    Использует улучшенную технологию Intel® MMX™.

                    Встроенная кэш-память процессора включает в себя кэш-память микрокоманд емкостью 12 КБ с отслеживанием исполнения команд, кэш-память 1 уровня для данных емкостью 8 КБ, а также кэш-память 2 уровня.

                    Работает в системах с однопроцессорной конфигурацией.

                    Разработан с использованием передовой 0,13-микронной технологии Intel.

Наиболее совершенный и мощный процессор корпорации Intel для настольных ПК и рабочих станций начального уровня

   Процессор Intel® Pentium® 4 Extreme Edition с тактовой частотой 3,20 ГГц и процессоры Intel® Pentium® 4 с тактовыми частотами от 3,20 до 2,40 ГГц, предназначены для настольных ПК, а также рабочих станций начального уровня. Процессоры совместимы с предыдущим поколением процессоров на базе архитектуры Intel.

Микроархитектура Intel® NetBurst®

   Микроархитектура Intel® NetBurst™ отличается применением множества инновационных технологий, включая технологию Hyper-Threading, технологию гиперконвейерной обработки, системную шину с частотами 800 МГц, 533 МГц или 400 МГц, кэш-память с отслеживанием исполнения команд, блок ускоренного исполнения команд, улучшенный блок вычислений с плавающей запятой и обработки мультимедийной информации, а также набор потоковых SIMD-расширений 2 (SSE2). Большинство этих нововведений стали возможными благодаря прогрессу в областях разработки процессоров, обработки информации и создании интегральных схем и не могли ранее применяться в массовом производстве. Характеристики и вытекающие из них преимущества новой микроархитектуры описаны ниже.

Технология Hyper-Threading

   Технология Hyper-Threading (HT) - это технология Intel, которая коренным образом изменяет представления об устройстве процессора, позволяя увеличить производительность без увеличения тактовой частоты. С использованием этой технологии программы "видят" два процессора вместо одного, работая более эффективно. Новая технология позволяет процессору исполнять два набора, или потока, инструкций одновременно, таким образом, увеличивая производительность и уменьшая время отклика. Процессор Pentium® 4 с поддержкой технологии Hyper-Threading обеспечивает мгновенное увеличение производительности и уменьшение времени отклика существующих приложений в многозадачной среде (т.е. где две или более программы выполняются одновременно) и многих отдельных приложений. Кроме того, процессор Pentium® 4 с поддержкой технологии HT обладает запасом производительности для будущих приложений.

Технология гиперконвейерной обработки

   Технология гиперконвейерной обработки микроархитектуры Intel® NetBurst® позволяет удвоить глубину конвейера по сравнению с микроархитектурой Р6, используемой сегодня в процессорах Inte® Pentium® III. Конвейер предсказания ветвлений/возвратов реализован в микроархитектуре Intel® NetBurst® с глубиной конвейерной обработки в 20 шагов (в Р6 - в 10 шагов). Применение описываемой технологии приводит к повышению производительности, тактовой частоты и масштабируемости процессора.

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.