Основные технологии Pentium 4

1. Новая системная шина на 100 МГц передавала по 4 пакета данных за такт ( Quad Data Rate ), эмулируя результирующую частоту 400 МГц с пиковой пропускной спо­собностью 3,2 Гбайт/с.

Это позволило увеличить скорость обмена данными между процессором и остальными устройствами, что дало впоследствии возможность использовать частоту системной шины в 400, 533 и 800 МГц.

2. Гиперконвейерная обработка команд ( Hyper Pipelined Technology ) – увеличение длины конвейера вы­полнения инструкций - нивелировала отставание по удельной эффективности за счет повышения рабочих частот (См. выше). Очевидно, что чем длиннее конвейер, тем легче наращивать тактовую частоту, но тем меньше производительности получается на каждый тактовый импульс. Дело в том, что большее количество стадий конвейера распределяет меньше работы на отдель­ный такт, и тем самым этот такт выполняется быстрее. Pentium 3 имеет конвейер длиной 12 стадий, Athlon — 10 ста­дий. Pentium 4 при длине конвейера 20 стадий имеет самое меньшее время выполнения такта, позволяющее достичь максимальной тактовой частоты, но и получает самые большие задержки для связанных друг с другом операций (второй операции придется ожидать 20 тактов, пока не завершится первая операция).

3. Кэш трассировки инструкций (Execution Trace Cache) - применена кэш-память с отслеживанием выполнения команд. В него попадают уже декодированные инструкции, сгруппированные в соответствии с предсказанными трассами (переходами), что снижает задержки конвейера. Кэш данных уменьшен до 8 Кбайт с тем, чтобы обеспечить работу на высоких частотах.

4. Механизм ускоренного исполнения команд (Rapid Execution Engine), который работает на удвоенной частоте ядра. Ускоренное исполнение подразумевает двукратное увеличение час­тоты работы арифметико-логических устройств (по сравнению с дру­гими элементами процессора, или, иначе говоря, базовой рабочей частотой). Например, при тактовой частоте ядра 2,53 ГГц блок быстрого исполнения команд (а это, в основном, арифметические и логические команды) работает на частоте 5,1 ГГц.

5. Блок обра­ботки SIMD (Single instruction — multiple data) инструкций. 64-бит­ные инструкции рассчитаны на обработку чисел с плавающей запя­той, а 128-битные — на целочисленные данные. Таких блоков у Pentium 4 два: один для регистровых операций и другой — для арифметических. Набор SIMD - инструкций SSE2 включает 76 совершенно новых инструкций, опе­рирующих с широким диапазоном данных, и 68 расширенных для работы с целыми числами, обеспечивая динамическое исполнение команд, вычислений с плавающей запятой, обработку команд, используемых в мультимедийных приложениях.

6. Кэш-память 2 уровня (L2) получила более совершенную систему передачи данных.

Кэш-память использует отдельную шину, независимую от системной (архитектура с двумянезависимыми шинами - DIB), что увеличивает пропускную способность каналов передачи данных.

7. Улучшенный блок суперскалярного внеоче­редного выполнения инструкций (Advanced Dynamic Execution ) - процессор нарушает их есте­ственную последовательность с целью более плотной загрузки испол­нительных модулей.

Основной недостаток – наличие двух модулей обработки чисел с плавающей точкой (у Athlon - 3 ), что обеспечивало пиковую производительность в операциях с плаваю­щей точкой в два раза меньше, чем у Athlon, поскольку реальную вычислительную работу выполняет только один модуль, второй же выполняет вспомогательные функции. Поэтому Athlon с меньшей частотой работал на равных с Pentium 4.

В процессорах Pentium 4 с ядром Prescott, получивших название Pentium 4EE, для повышения производительности был увеличен размер кэш-памяти первого и второго уровня, введен новый набор инструкций SSE3, удлинен размер конвейера команд.

5. Intel Pentium 4 ( Northwood ).

В январе 2002 года флагманом линейки процессоров Intel для настоль­ных систем стал Pentium 4 с новым ядром Northwood, выполненным по 0,13 мкм технологическим нормам. С выходом данной модели Intel вновь утвердилась в качестве лидера в соревновании с AMD за повы­шение рабочих частот, исповедуя принцип «покупатель выбирает не процессор, а мегагерцы». Например, осенью 2002 года на форуме для разработчи­ков Intel демонстрировала Pentium 4 частотой 4,7 ГГц с воздушной системой охлажде­ния.

Единственным архитектурным отличием Northwood от предшествен­ника стал кэш второго уровня, выросший до 512 Кбайт. Очевидно, что его реализация стала возможной лишь вследствие перехода фаб­рик Intel на 0,13-микронную технологию производства с использова­нием медных соединений. Другим следствием нового техпроцесса стала более высокая допусти­мая частота процессоров и пониженное тепловыделение. Рассеиваемая тепловая мощность 2,2 ГГц Northwood составляла 49,8 Вт против 75 Вт у Willamette 2 ГГц. Кристалл с таким ядром содержит 55 миллионов транзисторов (площадь — 146 мм²), из которых около 40 % приходится на кэш.

6. Pentium 4 и технология Hyper Threading.

14 ноября 2002 года корпорация Intel пред­ставила Pentium 4 с поддержкой технологии Hyper Threading. Необходимые аппаратные блоки присутствовали еще в процессоре Pentium 4 с ядром Willamette, однако они были отключены (видимо, по маркетинговым соображениям). Технология Hyper -Threading проходила обкатку в серверных процессорах Intel Xeon.

Технология Hyper Threading —в од­ном реальном процессоре формируются два логических процессора (Logical Processor, LP). А операционная система видит вместо одного процессора два. Т.к. при выполнении реальных задач процессор никогда не использует все свои ресурсы, то простаивающие без работы блоки передаются другой задаче (в какой-то степени это применяется в обычных процессорах). Т.о. Hyper Threading имитирует нали­чие двух процессоров.

Основная часть ресурсов ядра (в частности процессорный конвейер и кэш-память) используются логическими процессорами совместно, поэтому о революционном повышении производительности речи не идет. Однако немалая часть ресурсов ядра простаивает во время работы других элементов, а технология Hyper Threading позволяет загрузить временно простаивающие блоки дру­гими задачами.

Но два логических процессора — это не два настоящих процессора. Для подавляющего большинства программ, с которыми работают пользова­тели, выигрыш составлял единицы процентов, а иногда общая производи­тельность компьютера могла даже упасть чуть ли не в два раза.

Только спе­циально написанные программы, учитывающие возможности технологии Hyper Threading, позволяют увеличить производительность на 50%. Учитывая, что многозадачность является одним из краеугольных камней современных операционных систем и приложений, технология Hyper Threading дает заметный рост производитель­ности системы.

Стоимость двухпроцессорных машин, позиционируемых как рабочие станции или серверы, ограничивала их применение в домаш­них условиях. С появлением Pentium 4 с частотой 3,06 ГГц мультипроцес­сорные технологии стали доступны обычному пользователю, получающему два логических (вирту­альных) процессора на одном физическом ядре и на обычной системной плате.

На физическом уровне технология Hyper Threading реализована в следующих элементах: буферпотока инструкций, буфер трансляции команд, указатель следующей инструкции, блок возврата в стекинструк­ций, буфер с таблицами псевдонимов регистров, кэш с отслеживанием исполнения следующейинструкции и кэш с отслеживанием заполне­ния буфера инструкций.

Процессоры с поддержкой технологии Hyper Threading начали выпускаться с тактовых частот 3,06 ГГц и 2,4С ГГц. Поддержка технологии Hyper Threading и частоты шины 800 МГц имеется в моделях процессоров с ин­дексом " С ". Также эта технология используется и в следующих моделях Pentium 4 - процессорах Pentium 4 Extreme Edition.

7. Процессор Pentium 4 Extreme Edition.

Процессор Pentium 4 Extreme Edition начал выпускаться в 2004 г., как модернизированный Pentium 4 с ядром Prescott с уве­личенным размером кэш-памяти, удлиненным конвейером команд и новым набором инструкций SSE3. Этот процессор выпускался по двум техно­логическим процессам: 90 и 130 нм.

8. Решения Intel для ноутбуков.

Для ноутбуков выпускались специализированные процессоры Pentium 4 для мобильных ПК, отличающиеся в основном применением особой технологии энергопотребления.

Кроме того, для ноутбуков выпускалась своя линейка процессоров Pentium М. Как было объявлено на сайте Intel, под этой технологией подразумевался не только процессор, но и чипсет плюс встроенное решение для беспроводного сетевого подключения.

Дата добавления: 2014-01-11