Микропроцессоры

Используется новая микроархитектура, базирующаяся на двух параллельных 32-битовых конвейерах и поддерживающая технологию поточной обработки Hyper Pipelined. Это позволило сделать эффективным длинный конвейер. Суть в том, что при длинном конвейере в задачах с частыми условными переходами его эффективность снижается. Два параллельных конвейера снижение эффек­тивности уменьшают. Теперь реальна сит

уация, когда в каждый момент времени одна инструкция загружается, другая декодируется, для третьей (или несколь­ких) формируется пакет данных, четвертая инструкция (или несколько) испол­няется, для пятой записывается результат. И если при строго последовательном исполнении инструкций даже самые короткие операции исполнялись за 5 так­тов, то при такой поточной обработке многие инструкции могут быть выпол­нены за такт.

Новая технология ускоренных вычислений (Rapid Execution Engine) использует два быстрых, работающих на удвоенной частоте, процессора АЛУ, выполняю­щие короткие арифметические и логические операции за 0,5 такта, и третье, мед­ленное АЛУ, исполняющее длинные операции (умножение, деление и т. д.).

Процессор имеет площадь кристалла 217 мм2, потребляет 52 Вт при частоте 1500 МГц, содержит 42 млн транзисторов. На базе Pentium 4 можно создать вы­сокоэффективную ММХ-систему, но для этого необходимо наличие:

□ программного обеспечения, ориентированного на использование дополни­тельных команд этого процессора;

□ системной платы с чипсетами, поддерживающими данные микропроцессоры.

В 2002-2004 годах корпорация Intel представила:

□ семейство МП Pentium III Tualatin на основе технологии 0,13 мкм с улуч­шенными по сравнению с Coppermine характеристиками (тактовые частоты до 1266 МГц, кэш-память L2 емкостью до 512 Кбайт, работающая на частоте микропроцессора, с поддержкой частоты системной шины (FSB) до 133 МГц).

□ Выпускаются МП трех видов: для портативных и настольных компьютеров и для серверов;

□ МП Celeron с тактовыми частотами 2,3 и 2,4 ГГц, изготовленными по технологии 0,13 мкм и поддерживающими тактовую частоту шины 400 МГц;

□ семейство нового поколения МП Pentium 4E — ядро Prescott под процес­сорный разъем LGA7751: Pentium 4Е 5202 2,8 ГГц, Pentium 4E 530 3 ГГц, Pentium 4E 540 3,2 ГГц, Pentium 4E 550 3,4 ГГц, Pentium 4E 560 3,6 ГГц.

Все МП имеют кэш 2-го уровня 1024 Кбайт.

□ две модели Р4ЕЕ (Extreme Edition) 3,2 и 3,4 ГГц, кэш 3-го уровня 2 Мбайт и кэш 2-го уровня 512 Кбайт;

□ системный чипсет для этих МП — i875;

□ микропроцессоры Pentium M для портативных компьютеров — новое поколе­ние МП с системным чипсетом i855 и средствами беспроводного доступа к локальным сетям по протоколу IEEE 802.11.

Компания Intel выпускает:

□ в 2005 году — МП по технологии 0,065 мкм, довести тактовую частоту МП до 20 ГГц;

□ в 2005-2006 годах — две версии микропроцессора Smithfield с двумя ядрами по технологии 0,09 мкм на конструктиве LGA775.

Все новые процессоры Pentium 4 имеют микроархитектуру Intel Net Burst, под­держивающую ряд инновационных возможностей:

□ технологию НТ;

□ технологию гиперконвейерной обработки данных;

□ частоту системной шины 800, 533 или 400 МГц;

□ кэш-память первого уровня с отслеживанием выполнения команд;

□ расширенные функции выполнения команд;

□ расширенные функции выполнения операций с плавающей запятой и мультимедийных операций;

□ набор потоковых SIMD-расширений SSE2 или SSE3.

Технология НТ

Технология Hyper Treading (tread — поток) реализует многопотоковое исполне­ние программ: на одном физическом процессоре можно одновременно исполнять два задания или два потока команд одной программы (операционные системы «видят» два логических процессора вместо одного). Иначе говоря, эта технология на базе одного МП формирует два или более логических процессора, работаю­щих параллельно и, в известной степени, независимо. Hyper Treading обеспечивает повышение производительности (до 30 %) в многозадачных средах и при испол­нении программ, которые допускают многопотоковое исполнение.

ПРИМЕЧАНИЕ

Следует, однако, иметь в виду, что все микропроцессоры, начиная с i386, позволяют про­граммным путем также реализовать систему виртуальных машин, когда на одном физиче­ском МП моделируются два виртуальных, каждый из которых может исполнять свою программу независимо и даже под управлением своей операционной системы.

Технология НТ была создана фирмой Intel изначально для серверных процес­соров Хеоn с целью повышения производительности серверных систем: в них она дополняет традиционную многопроцессорность, обеспечивая дополнитель­ный параллелизм в работе.

Архитектурно микропроцессоры, поддерживающие НТ, имеют дополнительно груп­пу дублирующих регистров и логические схемы, назначающие ресурсы потокам и средства APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller), организующие прерывания для обработки потоков команд разными логическими процессора­ми. Кроме этого для поддержки Hyper Treading необходимы материнские платы с соответствующим BIOS, и с чипсетами Intel 845 РЕ и GE, Intel 865, 875, 915, 925 и т. п., а также многозадачные операционные системы Windows XP, Linux (Windows 9х и ME непригодны, Window 2000 может использоваться с дополни­тельной настройкой).

Технология гиперконвейерной обработки

Технология гиперконвейерной обработки повышает пропускную способность кон­вейера, обеспечивая увеличение производительности и тактовой частоты. Так, один из основных конвейеров МП — конвейер предсказания ветвлений/возвра­тов ветвления, имеет глубину конвейерной обработки в 31 шаг (против 20 шагов в микропроцессорах Pentium 4 с суперконвейерной обработкой).

Поддержка системной шины с частотой до 800 МГц

Поддерживается самая производительная на 2004 год шина с частотой 800 МГц, обеспечивающая обмен данными между процессором и другими компонента­ми со скоростью 6,4 Гбайт/с. Это обеспечивается путем организации схемы пере­дачи данных, позволяющей передавать четырехкратно увеличенный пакет по 200-мегагерцевой шине.

Кэш-память уровня L1 с отслеживанием выполнения команд

Поддерживается увеличенный до 16 Мбайт объем кэш-памяти данных и кэш-па­мять с отслеживанием выполнения команд, которая хранит до 12 000 микроопе­раций в порядке их выполнения. Это повышает производительность МП, в част­ности, из-за быстрого доступа к командам ветвления и ускоренного возврата из ветвлений, которые были неверно спрогнозированы.

Расширенные функции выполнения команд

Имеется микроблок улучшенного динамического выполнения команд, имеющий в том числе и усовершенствованный алгоритм предсказания ветвлений.

Расширенные функции выполнения операций

Имеется микроблок с расширенными до 128 байт регистрами операций с пла­вающей запятой и дополнительный регистр для передачи данных, что увеличи­вает производительность МП при работе с плавающей запятой и выполнении мультимедийных приложений.

 Скачать реферат