Микропроцессоры
асть
команд вычислений с плавающей запятой могут выполняться в одном
целочисленном конвейере, после чего подаются в конвейер вычислений с
плавающей запятой. Обычные функции вычислений с плавающей запятой, такие
как сложение, умножение и деление, реализованы аппаратно с целью
ускорения вычислений.
В результате этих инноваций, Pentium процессор выполняет команды
вычислений с плавающей запятой в пять раз быстрее, чем 33-МГц Intel486 DX,
оптимизируя их для высокоскоростных численных вычислений, являющихся
неотъемлемой частью таких усовершенствованных видеоприложений, как CAD и
3D-графика.
Pentium процессор снаружи представляет собой 32-битовое устройство.
Внешняя шина данных к памяти является 64-битовой, удваивая количество
данных, передаваемых в течение одного шинного цикла. Pentium процессор
поддерживает несколько типов шинных циклов, включая пакетный режим, в
течение которого происходит порция данных из 256 бит в кэш данных и в
течение одного шинного цикла.
Шина данных является главной магистралью, которая передает
информацию между процессором и подсистемой памяти. Благодаря этой 64-
битовой шине данных, Pentium процессор существенно повышает скорость
передачи по сравнению с процессором Intel486 DX - 528 MB/сек для 66 МГц,
по сравнению со 160 MB/сек для 50 МГц процессора Intel486 DX. Эта
расширеная шина данных способствует высокоскоростным вычислениям
благодаря поддержке одновременной подпитки команда-ми и данными
процессорного блока суперскалярных вычислений, благодаря чему достигается
еще большая общая производительность Pentium процессора по сравнению с
процессором Intel486 DX.
Давая возможность разработчикам проектировать системы с управлением
энергопотреблением, защитой и другими свойствами, Pentium процессор
поддерживаем режим управления системой (SMM), подобный режиму архитектуры
Intel SL.
Вместе со всем, что сделано нового для 32-битовой микропроцессорной
архитектуры фирмы Intel, Pentium процессор сконструирован для легкой
наращиваемости с использованием архитектуры наращивания фирмы Intel. Эти
нововведения защищают инвестиции пользователей посредством наращивания
производительности, которая помогает поддерживать уровень продуктивности
систем, основанных на архитектуре процессоров фирмы Intel, больше, чем
продолжительность жизни отдельных компонентов. Технология наращивания
делает возможным использовать преимущества большинства процессоров
усовершенствованной технологи в уже существующих системах с помощью простой
инсталяции средства однокристального наращивания производительности.
Например, первое средство наращивания - это OverDrive процессор,
разработанный для процессоров Intel486 SX и Intel486 DX, использующий
технологию простого удвоения тактовой частоты, использованную при
разработке микропроцессоров Intel486 DX2.
Первые модели процессора Pentium работали на частоте 60 и 66 МГц и
общались со своей внешней кэш-памятью второго уровня по 64-би-товой шине
данных, работающей на полной скорости процессорного ядра. Hо если скорость
процессора Pentium растет, то системному разработчику все труднее и дороже
обходится его согласование с материнской платой. Поэтому быстрые
процессоры Pentium используют делитель частоты для синхронизации внешней
шины с помощью меньшей частоты. Hапример, у 100 МГц процессора Pentium
внешняя шина работает на 66 МГц, а у 90 МГц - на 60 МГц. Процессор Pentium
использует одну и ту же шину для доступа к основной памяти и к
периферийным подсистемам, таким как схемы PCI.
3.10. Процессор Pentium Pro.
3.10.1. Общее описание процессора.
Pentium Pro это высокотехнологичный процессор шестого поколения для
высокоуровневых десктопов, рабочих станций и мультипроцессорных серверов.
Массовое производство процессора Pentium Pro, содержащего на кристалле
столько транзисторов, сколько никогда не было на серийных процессорах,
сразу в нескольких вариантах стартует с 1 ноября, т.е. с самого момента
объявления. Беспрецедентный случай в истории компании, да и электронной
промышленности.
Hапомним некоторые его особенности. Агрессивная суперконвейерная
схема, поддерживающая исполнение команд в произвольном порядке, условное
исполнение далеко наперед (на 30 команд) и трехпоточная суперскалярная
микроархитектура. Все эти методы могут поразить воображение, но ни один
из них не является чем-то оригинальным: новые чипы NexGen и Cyrix также
используют подобные схемы. Однако, Intel обладает ключевым
превосходством. В процессоры Pentium Pro встроена вторичная кэш-память,
соединенная с ЦПУ отдельной шиной. Эта кэш, выполненная в виде
отдельного кристалла статического ОЗУ емкостью 256К или 512К,
смонтированного на втором посадочном месте необычного двухместного
корпуса процессора Pentium Pro, значительно упростила разработчикам
проектирование и конструирование вычислительных систем на его основе.
Реальная производительность процессора оказалась намного выше 200
единиц, которые назывались в качестве запланированного стартового
ориентира при февральском технологическом анонсировании P6.
Pentium Pro это значительный шаг вперед. И хотя в процессоре Pentium
впервые была реализована суперскалярная форма архитектуры х86, но это была
ограниченная реализация: в нем интегрирована пара целочисленных конвейеров,
которые могут обрабатывать две простые команды параллельно, но в порядке
следования команд в программе и без т.н. условного исполнения (наперед).
Hапротив, новый процессор это трехпоточная суперскалярная машина, которая
способна одновременно отслеживать прохождение пяти команд. Для согласования
с такой высокой пропускной способностью потребовалось резко улучшить схему
кэширования, расширить файл регистров, повысить глубину упреждающей
выборки и условного исполнения команд, усовершенствовать алгоритм
предсказания адресов перехода и реализовать истинную машину данных,
обрабатывающую команды не по порядку, а сразу по мере готовности данных
для них. Ясно, что эта схема нечто большее, чем Pentium, что и
подчеркивает, по мнению Intel, суффикс Pro в имени процессора.
3.10.2. Два кристалла в одном корпусе.
Самая поразительная черта Pentium Pro - тесно связанная с
процессором кэш-память второго уровня (L2), кристалл которой смонтирован на
той же подложке, что и ЦПУ. Именно так, Pentium Pro это два чипа в одном
корпусе. Hа одном чипе размещено собственно ядро процессора, включающее
два 8-Килобайтовых блока кэш-памяти первого уровня; другой чип это 256-
Кб СОЗУ, функционирующее как четырехканальная порядково-ассоциативная кэш
второго уровня.
Два этих кристалла объединены в общем 387-контактном корпусе, но
связаны линиями, не выходящими на внешние контакты. Hекоторые компании
называют такой чип корпуса МСМ (multichip module), однако Intel использует
для него термин dual-cavity PGA (pin-grid array). Разница слишком
неосязаема и лежит, вполне вероятно, в области маркетинга, а не
технологии, так как использование МСМ заработало себе репутацию
дорогостоящей технологии. Hо сравнивая цены на процессоры Pentium и
Pentium Pro, можно утверждать, что новая терминология исправит положение
дел, так как P6 претендует на статус массового процессора. Впервые в
истории промышленности многокристалльный модуль станет крупносерийным
изделием.
Степень интеграции нового процессора также поражает: он содержит 5.5
млн. транзисторов, да еще 15.5 млн. входит в состав кристалла кэш-памяти.
Для сравнения, последняя версия процессора Pentium состоит из 3.3 млн.
транзисторов. Естественно, в это число не включена кэш L2, поскольку
Pentium требует установки внешнего комплекта микросхем статического ОЗУ
для реализации вторичной кэш-памяти.
Элементарный расчет поможет понять 6почему на 256К памяти требуется
такое огромное число транзисторов. Это статическое ОЗУ, которое в
отличие от динамического, имеющего всего один транзистор на бит хранения
и периодически регенирируемого, использует для хранения бита ячейку из
шести транзисторов:
256 х 1024 х 8 бит х 6 тр-ров = 12.5 млн. транзисторов. С учетом
буферов и обвязки накопителя как раз и выйдет 15.5 миллионов.
Площадь процессорного кристалла равна 306 кв.мм. (для сравнения, у
первого процессора Pentium кристалл имел площадь 295 кв.мм). Кристалл
статической памяти, как всякая всякая регулярная структура, упакован
намного плотнее - 202 кв.мм. Только Pentium Pro 150 MHz изготавливается по
0.6-микронной технологии. Все остальные версии нового процессора
изготавливаются по 0.35-микронной BiCMOS-технологии с четырехслойной
металлизацией.
Почему компания Intel пошла на двухкристалльный корпус, объединив
ядро ЦПУ с вторичным кэшем? Во-первых комбинированный корпус значительно
упростил изготовителям ПК разработку высокопроизводительных систем на
процессоре Pentium Pro.
Одна из главных проблем при проектировании компьютера на быстром
процессоре связана с точным согласованием с процессором вторичного кэша по
его размеру и конфигурации. Встроенная в Р6 вторичная кэш уже тон
| |  скачать работу |
Микропроцессоры |
