Микропроцессоры
ый и доступный,
OverDrive процессор проложит для Вас непрерывный путь к качественно новым
уровням производительности персональных компьютеров.
3.9. Процессор Pentium.
В то время, когда Винод Дэм делал первые наброски, начав в июне 1989
года разработку Pentium процессора, он и не подозревал, что именно этот
продукт будет одним из главных достижений фирмы Intel. Как только
выполнялся очередной этап проекта, сразу начинался процесс всеобъемлющего
тестирования. Для тестирования была разработана специальная технология,
позволившая имитировать функционирование Pentium процессора с
использованием программируемых устройств, объединенных на 14 платах с
помощью кабелей. Только когда были обнаружены все ошибки, процессор смог
работать в реальной системе. В дополнение ко всему, в процессе разработки и
тестирования Pentium процессора принимали активное участие все основные
разработчики персональных компьютеров и программного обеспечения, что
немало способствовало общему успеху проекта. В конце 1991 года, когда была
завершен макет процессора, инженеры смогли запустить на нем программное
обеспечение. Проектировщики начали изучать под микроскопом разводку и
прохождение сигналов по подложке с целью оптимизации топологии и
повышения эффективности работы. Проектирование в основном было завершено
в феврале 1992 года. Началось всеобъемлющее тестирование опытной партии
процессоров, в течение которого испытаниям подвергались все блоки и узлы.
В апреле 1992 года было принято решение, что пора начинать промышленное
освоение Pentium процессора. В качестве основной промышленной базы была
выбрана 5 Орегонская фабрика. Более 3 миллионов транзисторов были
окончательно перенесены на шаблоны. Началось промышленное освоение
производства и доводка технических характеристик, завершившиеся через 10
месяцев, 22 марта 1993 года широкой презентацией Pentium процессора.
Объединяя более, чем 3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой
подложке, 32-разрядный Pentium процессор характеризуется высокой
производительностью с тактовой частотой 60 и 66 МГц. Его суперскалярная
архитектура использует усовершенствованные способы проектирования,
которые позволяют выполнять более, чем одну команду за один период
тактовой частоты, в результате чего Pentium в состоянии выполнять огромное
количество PC-совместимого программного обеспечения быстрее, чем любой
другой микропроцессор. Кроме существуюших наработок программного
обеспечения, высокопроизводительный арифметический блок с плавающей запятой
Pentium процессора обеспечивает увеличение вычислительной мощности до
необходимой для использования недоступных ранее технических и научных
приложений, первоначально предназначенных для платформ рабочих станций.
Многочисленные нововведения - характерная особенность Pentium
процессора в виде уникального сочетания высокой производительности,
совместимости, интеграции данных и наращиваемости. Это включает:
. Суперскалярную архитектуру;
. Раздельное кэширование программного кода и данных;
. Блок предсказания правильного адреса перехода;
. Высокопроизводительный блок вычислений с плавающей запятой;
. Расширенную 64-битовую шину данных;
. Поддержку многопроцессорного режима работы;
. Средства задания размера страницы памяти;
. Средства обнаружения ошибок и функциональной избыточности;
. Управление производительностью;
. Наращиваемость с помощью Intel OverDrive процессора.
Cуперскалярная архитектура Pentium процессора представляет собой
совместимую только с Intel двухконвейерную индустриальную архитектуру,
позволяющую процессору достигать новых уровней производительности
посредством выполнения более, чем одной команды за один период тактовой
частоты. Термин «суперскалярная» обозначает микропроцессорную архитектуру,
которая содержит более одного вычислительного блока. Эти
вычислительные блоки, или конвейеры, являются узлами, где происходят все
основные процессы обработки данных и команд.
Появление суперскалярной архитектуры Pentium процессора
представляет собой естественное развитие предыдущего семейства процессоров
с 32-битовой архитектурой фирмы Intel. Например, процессор Intel486
способен выполнять несколько своих команд за один период тактовой
частоты, однако предыдущие семейства процессоров фирмы Intel требовали
множество циклов тактовой частоты для выполнения одной команды.
Возможность выполнять множество команд за один период тактовой частоты
существует благодаря тому, что Pentium процессор имеет два конвейера,
которые могут выполнять две инструкции одновременно. Так же, как и
Intel486 с одним конвейером, двойной конвейер Pentium процессора выполняет
простую команду за пять этапов: предварительная подготовка, первое
декодирование ( декодирование команды ), второе декодирование ( генерация
адреса ), выполнение и обратная выгрузка.
В результате этих архитектурных нововведений, по сравнению с
предыдущими микропроцессорами, значительно большее количество команд
может быть выполнено за одно и то же время.
Другое важнейшее революционное усовершенствование, реализованное в
Pentium процессоре, это введение раздельного кэширования. Кэширование
увеличивает производительность посредством активизации места временного
хранения для часто используемого программного кода и данных, получаемых из
быстрой памяти, заменяя по возможности обращение ко внешней системной
памяти для некоторых команд. Процессор Intel486, например, содержит один
8-KB блок встроенной кэш-памяти, используемой одновременно для
кэширования программного кода и данных.
Проектировщики фирмы Intel обошли это ограничение использованием
дополнительного контура, выполненного на 3.1 миллионах транзисторов
Pentium процессора ( для сравнения, Intel486 содержит 1.2 миллиона
транзисторов ) создающих раздельное внутреннее кэширование программного
кода и данных. Это улучшает производительность посредством исключения
конфликтов на шине и делает двойное кэширование доступным чаще, чем это
было возможно ранее. Например, во время фазы предварительной подготовки,
используется код команды, полученный из кэша команд. В случае наличия
одного блока кэш-памяти, возможен конфликт между процессом
предварительной подготовки команды и доступом к данным. Выполнение
раздельного кэширования для команд и данных исключает такие конфликты,
давая возможность обеим командам выполняться одновременно. Кэш-память
программного кода и данных Pentium процессора содержит по 8 KB
информации каждая, и каждая организована как набор двухканального
ассоциативного кэша - предназначенная для записи только предварительно
просмотренного специфицированного 32-байтного сегмента, причем быстрее,
чем внешний кэш. Все эти особенности расширения производительности
потребовали использования 64-битовой внутренней шины данных, которая
обеспечивает возможность двойного кэширования и суперскалярной конвейерной
обработки одновременно с загрузкой следующих данных. Кэш данных имеет два
интерфейса, по одному для каждого из конвейеров, что позволяет ему
обеспечивать данными две отдельные инструкции в течение одного машинного
цикла. После того, как данные достаются из кэша, они записываются в главную
память в режиме обратной записи. Такая техника кэширования дает лучшую
производительность, чем простое кэширование с непосредственной записью,
при котором процессор записывает данные одновременно в кэш и основную
память. Тем не менее, Pentium процессор способен динамически
конфигурироваться для поддержки кэширования с непосредственной записью.
Таким образом, кэширование данных использует два различных
великолепных решения: кэш с обратной записью и алгоритм, названный MESI (
модификация, исключение, распределение, освобождение) протокол. Кэш с
обратной записью позволяет записывать в кэш без обращения к основной
памяти в отличие от используемого до этого непосредственного простого
кэширования. Эти решения увеличивают производительность посредством
использования преобразованной шины и предупредительного исключения самого
узкого места в системе. В свою очередь MESI-протокол позволяет данным в
кэш-памяти и внешней памяти совпа-дать - великолепное решение в
усовершенствованных мультипроцессорных системах, где различные процессоры
могут использовать для работы одни и те же данные.
Блок предсказания правильного адреса перехода - это следующее
великолепное решение для вычислений, увеличивающее производительность
посредством полного заполнения конвейеров командами, основанное на
предварительном определении правильного набора команд, которые должны быть
выполнены.
Pentium процессор позволяет выполнять математические вычисления на
более высоком уровне благодаря использованию усовершенствованного
встроенного блока вычислений с плавающей запятой, который включает
восьмитактовый конвейер и аппаратно реализованные основные математические
функции. Четырехтактовые конвейерные команды вычислений с плавающей запятой
дополняют четырехтактовую целочисленную конвейеризацию. Большая ч
| |  скачать работу |
Микропроцессоры |
