Pentium II - новый чемпион. Pentium D - серия двухъядерных процессоров: обзор, характеристики, отзывы

Выпущенный в 1997, процессор Pentium II являлся адаптацией Pentium Pro для массового рынка. Он был очень похож на Pentium Pro, но кэш-память различалась. Вместо использования кэша на той же частоте, что и процессор (это было дорого), 512 кбайт кэша L2 работали на половинной частоте. Кроме того, Pentium II оставил классический сокет в пользу картриджа, содержащего процессор и кэш второго уровня, который теперь размещался в картридже, а не на материнской плате или упаковке процессора.

Среди новых функций по сравнению с Pentium Pro можно отметить поддержку MMX (SIMD) и удвоенный размер кэша L1. Первый Pentium III (Katmai) был очень похож на Pentium II. Выпущенный в 1999 году, он добавил поддержку инструкций SSE (SIMD), но в остальном остался идентичен.

Pentium II и III оснащались 512 кбайт кэша L2 (31 млн. транзисторов). Но одна разновидность процессора Pentium II оснащалась кэшем L2 объёмом 256 кбайт на кристалле - Pentium II Mobile Dixon. Он использовал 180-нм техпроцесс и был существенно быстрее, чем настольные версии.

В конце 90-х годов Intel выпустила две широко известных марки процессоров: Celeron и Xeon. Первый был нацелен на "бюджетный" рынок, а последней - на серверы и рабочие станции. Первый Celeron (Covington) представлял собой Pentium II без кэша второго уровня и давал слишком низкую производительность, а Pentium II Xeon, напротив, оснащался кэшем большого объёма. Обе марки до сих пор существуют: Celeron для рынка начального уровня (как правило, со сниженным размером кэша и менее скоростной FSB) и Xeon для серверов (с быстрой FSB, иногда с большим кэшем и более высокими тактовыми частотами).

Intel быстро добавила к Celeron 128 кбайт кэша второго уровня в модели Mendocino. Celeron 300A славился своими прекрасными возможностями разгона, позволяя достигать прирост частоты 50% или больше по сравнению со штатной частотой - весьма немало в то время.

Подобно Pentium II, процессор Xeon обладал внешним кэшем L2 внутри картриджа процессора. Его ёмкость составляла от 512 кбайт до 2 Мбайт, а число транзисторов - от 31 до 124 млн.

Pentium III достигает 1 ГГц

Нажмите на картинку для увеличения.

Pentium III Coppermine стал первым серийным процессором x86, который смог достичь частоты 1 ГГц; была выпущена даже версия на 1,13 ГГц, но она быстро покинула рынок из-за проблем со стабильностью. Новая версия Pentium III отличалась улучшенным кэшем второго уровня - теперь он "поселился" на кристалл. Он был быстрее, чем 512 кбайт внешнего кэша на первой модели, и в то время рекламировался как функция, увеличивающая скорость работы в Интернете. Процессор был выпущен ещё в трёх версиях: серверной (Xeon), начального уровня (Celeron) и мобильной (с первым вариантом технологии SpeedStep).

В 2002 году появилась чуть более улучшенная версия Tualatin с большим кэшем L2 (512 кбайт) и 130-нм техпроцессом. Она позиционировалась на серверы (PIII-S) и мобильные устройства, и в компьютерах потребительского уровня встречалась нечасто.

Чипы серии Pentium D стали первыми процессорами для настольных систем, которые включали 2 вычислительных модуля на одном кремниевом кристалле. Именно такое исполнение позволяло им увеличить быстродействие в задачах, которые требовали наличия нескольких физических ядер. Именно о серии этих новаторских центральных процессоров и пойдет речь в данном материале.

Предыстория появления

В начале 2005 года в мире процессорных решений сложилась весьма проблематичная ситуация: дальнейшее повышение тактовой частоты было уже невозможным, а увеличивать производительность все же было необходимо. Поэтому в существующую организацию персональных компьютеров необходимо было вносить определенные изменения, суть которых сводилась к тому, что на одном кристалле начали изготавливать уже 2 вычислительных модуля. При выполнении однопоточных приложений быстродействие оставалось на том же уровне. А вот в случае запуска программного кода, оптимизированного уже под 2 ядра, такая компоновка позволяла получить существенное увеличение быстродействия, которое в некоторых случаях могло достигать 30-40 процентов. Первым таким чипом и стал процессор Pentium D. По существу, какой-либо большой новизны в полупроводниковых кристаллах данного продукта не было по той причине, что это были хорошо известные модули обработки кода “Пентиум 4”. Только в последних ядро было лишь только одно, то вот в “Пентиум Д” их было уже два.

Ниша процессоров данного семейства

Первые Pentium D позиционировались компанией “Интел” как доступные флагманские решения с высоким уровнем быстродействия. К тому же, как было уже отмечено ранее, данные процессорные устройства имели 2 ядра на одной кремниевой подложке. На ступеньку ниже в сегменте продукции “Интел” на то время располагались “Пентиум 4” с поддержкой НТ. У них был один физический блок и два логических. То есть программный код такие решения могли обрабатывать в 2 потока. В результате в рамках платформы LGA775 они обеспечивали средний уровень быстродействия. На нишу же офисных систем были нацелены процессоры серии Celeron. Скромные технические характеристики не позволяли их использовать в каких-либо других сферах.

Что входило в список поставки?

В двух списках комплектации можно было встретить ЦПУ серии Pentium D от “Интел”. Один из них расширенный и называется ВОХ. В него компания-производитель включила следующее:

Фирменную коробку из картона.

Прозрачный пластиковый чехол для безопасной транспортировки процессорного устройства.

Систему охлаждения, разработанную компанией “Интел”. В нее входил воздушный кулер и специальная модификация термопасты, которая способствовала улучшенному отводу тепла с ЦПУ.

Краткое руководство по применению в бумажном виде.

Наклейка с логотипом семейства процессоров.

Гарантийный талон.

Наиболее оптимально такой вариант поставки подходил для использования ЦПУ в номинальном режиме. Если же планировалось “разгонять” процессор, то предпочтительней уже выглядела комплектация TRAIL. Она была практически полностью идентична перечню поставки ВОХ. Разница лишь только заключалась в отсутствии системы охлаждения. В этом случае ее необходимо было приобретать отдельно. Как правило, вариант комплектации TRAIL приобретался компьютерными энтузиастами, которые затем оснащали свои ПК продвинутой системой охлаждения. Это позволяло разогнать компьютер и увеличить его быстродействие.

Процессорный разъем. Архитектурные особенности

В сокет LGA775 должен был устанавливаться любой чип линейки Pentium D. Характеристики же их указывали на то, что не все материнские платы данной платформы поддерживали такие ЦПУ. Поэтому при сборке новой вычислительной системы необходимо в обязательном порядке проверить список поддерживаемых моделей процессоров и найти в нем “Пентиум Д”. Эту же самую процедуру нужно делать и в случае модернизации персонального компьютера. Как было отмечено ранее, 2 ядра обычных кристалла “Пентиум 4” входили в состав Pentium D. Температура из-за такой компоновки подложки в процессе работы существенно возрастала. Чтобы исключить перегрев полупроводниковой основы ЦПУ, компания “Интел” вынуждена была существенно снизить номинальные значения тактовых частот. В результате не существенно уменьшилась производительность в однопоточных задачах, а вот в программном коде, оптимизированном на 2 потока, быстродействие увеличилось.

Первое поколение “Пентиум Д”

Впервые Intel Pentium D был представлен в мае 2005 года. Кодовое название данного семейства - Smithfield. Изготавливались эти ЦПУ по технологии 90 нм, тепловой пакет у них был заявлен на уровне 130 Вт. Младшая модель с индексом 805 имела тактовую частоту 2,66 ГГц, а шина данных на материнской плате при этом функционировала на 533 МГц. Все остальные чипы имели частоту системной шины 800 МГц. Причем как первого, так и второго поколения. Наиболее же производительная модель ЦПУ маркировалась индексом 840. Ее рабочая частота была равна 3,2 ГГц. Кэш первого уровня был равен 64 Кб, а второго - 2 кластера по 1 Мб. Количество транзисторов в этом случае было равно 230 миллионам, а площадь кристалла составляла 206 мм 2 .

Вторая ревизия чипов данного поколения

Через год было выпущено обновленное поколение данного семейства чипов. Первым нововведением стал техпроцесс. Теперь полупроводниковые кристаллы изготавливались по технологии 65 нм. Это позволило уменьшить площадь кристалла до 140 мм 2 . Но при этом тепловой пакет ЦПУ не изменился и остался равен 130 Вт. Второе важное обновление - это увеличение тактовой частоты. Ее минимальное значение было установлено производителем на отметке 2,8 ГГц для чипов индексом 915. Флагманов в этом случае было 3. Pentium D 945 и 950 функционировали на частоте 3,4 ГГц, а 960 - 3,6 ГГц. Еще одно важное нововведение - это увеличение кэша второго уровня в 2 раза - до 2 кластеров по 2 Мб. Именно за счет сочетания этих нескольких факторов и удалось компании “Интел” добиться увеличения производительности, которое в процентном соотношении могло достигать 20 процентов.

Стоимость

На момент начала продаж стоимость таких чипов находилась в диапазоне от 70 до 110 долларов. С учетом позиционирования и возможностей такой ценник был вполне оправдан. Сейчас же с начала продаж прошло уже достаточно много времени, но встретить такие процессоры в продаже все еще можно. Только цены на них существенно снизились и находятся в диапазоне от 30 до 50 долларов. Например, Pentium D 945 сейчас стоит 3800 рублей. С учетом того, что основная ниша таких ЦПУ - это офисные системы, то подобный подход к ценообразованию целиком и полностью оправдан. При этом остальные комплектующие в таком персональном компьютере обойдутся значительно дешевле. Поэтому “Пентиум Д” - достойный вариант для сборки недорогих ПК с низким быстродействием.

Разгоняем Pentium II.

Попытка разогнать процессор компьютера представляет опасность выхода из строя всей системы, отдельных узлов машины и потери информации.

Тяжело устоять перед соблазном разогнать процессор. Большая производительность за те же деньги? Что может остановить ваше желание обновить возможности машины и выжать из нее максимум?

И хотя обычно разгон Pentium II преподносят как нечто таинственное, чуть ли не секретное, на самом деле - это простой процесс, позволяющий, в случае успеха, получить большую производительность процессора. Мы расскажем вам как это сделать, шаг за шагом.

Типы процессоров Pentium II
В 1998 году компания Intel сделала несколько улучшений своей линейки процессоров Pentium II, результатом чего стало создание серии изделий под названием Deschutes Pentium II. Изготовленные по 0.25-микронной технологии, процессоры Deschutes по скорости и экономичности значительно превзошли своих предшественников серии Klamath, изготовлявшихся по 0.35-микронной технологии.

Процессоры Klamath имеют частоту 233 MHz, 266 MHz и 300 MHz и поддерживают частоту системной шины (ЧСШ) 66 MHz. Серия Deschutes состоит из процессоров с частотами 333 MHz, 350 MHz, 400 MHz и 450 MHz. Pentium II 333-MHz - единственный процессор из серии Deschutes, поддерживающий ЧСШ, равную 66-MHz; все остальные используют частоту ЧСШ в 100-MHz.

Хотя рабочая температура Klamath Pentium II значительно выше, чем изделий серии Deschutes, это совсем не означает, что Klamath мало пригоден для разгона. Многие пользователи сообщают о разгоне своих 233-MHz Pentium II до 333 MHz, 266-MHz Pentium II до 350 MHz, a 300-MHz Pentium II до 375 MHz. Учитывая то, что процессоры, работающие на более низких частотах дешевле, привлекательность разгона с этой точки зрения кажется очевидной.

В процессорах Pentium II заложен очень большой потенциал разгона, а сама технология разгона и охлаждения очень просты. И каждый может это сделать. Но это вовсе не означает, что каждый будет это делать. Разгон - достаточно опасное занятие, и это вовсе не шутка.

Скорость процессора
Скорость работы процессора определяется двумя параметрами - частотой системной шины и коэффициентом умножения. Произведение этих двух величин и составляет то, что характеризует скорость процессора.

Процессор через системную шину взаимодействует с системной памятью и периферией. Pentium II с рабочей частотой не ниже 350 MHz взаимодействует с системной шиной со скоростью 100 MHz, а Pentium II 333 MHz и ниже - со скоростью 66 MHz.

В то же время, периферия, подключаемая к шине PCI, рассчитана на работу с частотой 33 MHz, что составляет 1/3 от частоты системной шины (ЧСШ) в 100 MHz, и 1/2 от ЧСШ в 66 MHz. Задавая определенным образом это соотношение, можно изменять скорость работы процессора. Например, частота Pentium II, равная 350-MHz, означает, что при скорости системной шины в 100 MHz коэффициент умножения составляет 3.5 (3.5 x 100 = 350).

Таким образом, манипулируя значением коэффициента умножения и/или частотой системной шины, можно увеличить скорость работы процессора. Ниже приведены соответствующие параметры для Pentium II, используемые по умолчанию.

Оптимальная скорость вашего процессора
Помните, то, что ваш сосед или брат или кто-либо иной достиг определенной скорости на таком же процессоре, как и у вас, вовсе не означает, что и вам это удастся. Каждый процессор уникален. И не удивительно, что имея 8 миллионов соединений, нет двух процессоров, одинаково работающих в экстремальных условиях. Кроме того, кэш второго уровня, работающий на скорости, приблизительно вдвое меньшей скорости процессора, непосредственно связан с ядром процессора и является тем фактором, который также может ограничить возможности разгона.

Целью разгона должен быть поиск тех оптимальных параметров, при которых процессор будет работать надежно и без ошибок. Ниже приведены рекомендуемые соотношения.

Pentium II с ЧСШ 66 MHz (233 MHz - 333 MHz)
233-MHz и 266-MHz

300-MHz

333-MHz

Замечание: для надежной работы с частотой системной шины в 100-MHz, ваша машина должна иметь 100-MHz SDRAM.

Pentium II с ЧСШ 100-MHz (350 MHz - 450 MHz)
С августа 1998 года Intel предприняла ряд шагов для недопущения изменения коэффициента умножения, так что вам вряд ли удастся разогнать процессоры Pentium II 350-MHz, 400-MHz или 450-MHz. Если же вы все-таки попытаетесь это сделать, то процессор откажется перезагружать машину или сделает это с втрое меньшей скоростью. Учитывая это ограничение, единственным способом разогнать такой Pentium II является увеличение частоты системной шины.

Опасность увеличения ЧСШ
При возрастании частоты системной шины увеличивается скорость работы шин PCI и AGP, что может привести к ошибкам в работе некоторых периферийных устройств (при разгоне ЧСШ со 100-MHz до 112 MHz частота шины PCI увеличивается с 33 MHz до 37 MHz, а шины AGP с 66 до 74 MHz. Это предостережение в меньшей степени относится к новым PCI- и AGP-картам, рассчитанным на достаточно большую нагрузку.

Исследуем систему
К сожалению, нет простого метода для задания коэффициента умножения и частоты системной шины. Вам придется немного изучить свою систему, прежде чем определиться с дальнейшими действиями.

В зависимости от конструкции вашей материнской платы, ЧСШ и коэффициент умножения можно изменять через BIOS, переключателями DIP или перемычками. Но прежде чем приступить к конкретным действиям, помните, что своими неосторожными действиями вы можете вывести из строя компьютер.

Лучшим вариантом было бы использование утилит BIOS, но, к сожалению, лишь немногие материнские платы предполагают такую возможность. Переключатели DIP тоже несложно использовать, когда известно как их установить. Ну и, наконец, если предыдущие два метода исключены, то вам остается пользоваться перемычками, установленными на материнской плате. Но иногда бывает трудно к ним доступиться и с ними не очень удобно работать - нет ничего более неприятного, чем выпадение из рук перемычки и ее исчезновение в неизвестном направлении.

В любом случае вам необходимо начать с изучения Руководства к материнской плате, чтобы определиться в дальнейших действиях. Иногда интересующая вас информация, может быть на вкладыше, приклеенном к внутри машины. И, наконец, самый надежный источник информации - Веб-сайт производителя.

Охлаждение
Отведение тепла - это задача номер один для успешной реализации разгона процессора. Чем выше вы поднимаете частоту работы процессора, тем больше он нагревается и если тепло не рассеивать, то это может привести к нарушению соединений и, как следствие, появлению ошибок или даже выходу из строя самого процессора.

Внутри картриджа, содержащего Pentium II, ядро Deschutes или Klamath и связанный с ним кеш второго уровня, отделен от вентилятора и/или радиатора теплопроводящим барьером. Его предназначение - отвод тепла от процессора, но он самостоятельно не может заменить ни вентилятор, ни радиатор. И именно тот факт, что в серии Celeron была реализована возможность непосредственного контакта ядра процессора с радиатором, дал возможность получить отличные результаты по разгону этого процессора. Но и в Pentium II можно улучшить систему охлаждения.

Убедитесь в наличии радиатора и вентилятора и в том, что они надежно закреплены на процессоре. Для повышения эффективности теплоотдачи нанесите на поверхность процессора термопроводящую пасту, которая заполнит микропоры обоих контактирующих поверхностей и увеличит отвод тепла. Стоимость такой пасты невелика - за $3 вы можете приобрести тюбик, которого хватит на три процессора.

Если в передней части ATX-корпуса компьютера нет 8-сантиметрового вентилятора, то его обязательно нужно установить. Он стоит около $10 и позволит улучшить циркуляцию воздуха внутри корпуса. Также обязательно нужно установить вентилятор в задней части корпуса где-то на уровне винчестера. Он будет способствовать быстрому удалению горячего воздуха из корпуса компьютера.

Начнем
1. Убедитесь, что коэффициент умножения, установленный вами, не выходит за пределы допустимого для данной материнской платы. В противном случае вы не достигните желаемого результата. Проверьте также правильность установки частоты системной шины.

2. Проверьте и перепроверьте еще два раза наличие радиатора, вентиляторов, их надежное и правильное размещение и подключение.

3. Если частота системной шины выше 100 MHz, то отключите всю второстепенную периферию - сетевые карты, SCSI-контролеры, звуковую карту и все другие компоненты, работающие через шину PCI. Это позволит вам в дальнейшем правильно диагностировать возможные ошибки.

Причиной таких действий является тот факт, что PCI-периферия рассчитана на работу только на частоте 33 MHz (1/3 от 100-MHz или 1/2 от 66-MHz ЧСШ). И есть очень большая вероятность того, что одно из устройств, если не все, при увеличении ЧСШ будут работать нестабильно. Что касается винчестера, то такая нестабильность может привести к потере данных.

4. Внесите необходимые изменения в BIOS, чтобы максимально разгрузить систему - параметры SDRAM должны иметь минимально возможные значения, соотношение I/O должно быть установлено равным 4 и 8 для 8 бит 16-бит соответственно.

Возможные проблемы
Как бы ни развивались события в вашем конкретном случае, мы советуем исходить из следующего тезиса - если вы не можете добиться стабильной работы компьютера после разгона, восстановите прежние стандартные установки.

Если при перезагрузке машины индикатор частоты работы процессора показал желаемое значение, значит вы на пути к успеху. Помните, однако, что индикатор не будет правильно отображать нестандартное значение, например 372 MHz. Если же машина не перезагружается, то могут быть две причины этого явления - недостаточное для нормальной работы процессора напряжение и неспособность процессора работать при заданной вами частоте.

Когда вы увеличиваете частоту работы процессора, то ему может понадобиться большая мощность для нормальной работы. Материнские платы Abit BX6 и BH6 являются единственными из серии 440BX, позволяющие увеличить напряжение, подводимое к Pentium II. Это можно сделать через Soft Menu II BIOS.

Обычно Pentium II требуется 2.0В или 2.8В для работы с оптимальной скоростью, в зависимости от вида процессора - 0.35-микронный Klamath или 0.25-микронный Deschutes. Но может случиться так, что, например, для процессора 300-MHz Pentium II, разогнанного до 350 MHz, потребуется 3.0В вместо обычных 2.8В. В любом случае вам придется поэкспериментировать, чтобы подобрать оптимальное значение - конкретных рекомендованных значений здесь быть не может. Но следует помнить, что увеличение напряжение крайне опасно и его, по возможности, следует избегать.

Несколько проблем может возникнуть при запуске Windows 95 или 98 - при перезагрузке системы индикатор показывает желаемое или близкое к нему значение, но при появлении загрузочного экрана Windows машина зависает. Решить эту проблему можно двумя способами.

Во-первых, если вы задали частоту системной шины выше 100MHz, то зайдите в BIOS и уменьшите PIO винчестера на один пункт. И во-вторых, снимите кожух корпуса и отключите все второстепенные PCI-устройства - это должно уменьшить степень нагрева процессора градусов на пятнадцать. Как показывает опыт, большинство машин с разогнанным процессором работают с постоянно снятым кожухом. При этом, правда, возникает проблема борьбы с загрязнением - вам придется не реже раза в месяц очищать машину от пыли. Если это вас не останавливает, то такой способ охлаждения - достаточно эффективен. Но и здесь следует быть осторожным - есть некоторые машины, в которых система охлаждения разработана с учетом наличия защитного кожуха.

Если указанные меры не способствовали запуску Windows, то скорей всего вы задали частоту процессора выше его возможностей. Попробуйте снизить установочные параметры или вообще отказаться от идеи разгона.

Еще одним источником возможных неприятностей может быть низкое качество SDRAM - при этом машина загружает Windows, но появляются постоянные несистематические ошибки. Во-первых, при изменении частоты системной шины до 112 MHz убедитесь, что вы используете 100-MHz SDRAM. Но и здесь есть один нюанс - если вы установили значение CAS, равное "2", то на чипсете Intel 440BX вы сможете достичь работоспособности при частоте системной шины в 133-MHz, если же CAS равен "3", то SDRAM не будет поддерживать работу при частотах выше 112 MHz.

Процессор pentium 2

Первые процессоры с названием Pentium II появились 7 мая 1997 года. Эти процессоры объединяют архитектуру Pentium PRO и технологию MMX. По сравнению с Pentium Pro удвоен размер первичного кэша (16 Кб + 16 Кб). В процессоре используется новая технология корпусов - картридж с печатным краевым разъемом, на который выведена системная шина: S.E.C.C (Single Edge Contact Cartridge). Выпускался в конструктиве Slot 1, что естественно потребовало апгрейда старых системных плат. На картридже размером 14 x 6.2 x 1.6 см установлена микросхема ядра процессора (CPU Core), несколько микросхем, реализующих вторичный кэш, и вспомогательные дискретные элементы (резисторы и конденсаторы).
Такой подход можно считать шагом назад - у Intel уже была отработана технология встраивания в ядро кэша второго уровня. Но таким образом можно было использовать микросхемы памяти сторонних производителей. В свое время, Intel считала такой подход перспективным на ближайшие 10 лет, хотя через непродолжительное время отказывается от него.
В то же время сохраняется независимость шины вторичной кэш-памяти, которая тесно связана с ядром процессора собственной локальной шиной. Частота этой шины была вдвое меньше частоты ядра. Так что Pentium II имел большой кэш, работающий на половинной частоте процессора.
Первые процессоры Pentium II (кодовое название Klamath), появившиеся 7 мая 1997 года, насчитывали около 7.5 млн. транзисторов только в процессорном ядре и выполнялись по технологии 0.35 мкм. Они имели тактовые частоты ядра 233, 266 и 300 МГц при частоте системной шины 66 МГц. При этом вторичный кэш работал на половинной частоте ядра и имел объем 512 Кб. Для этих процессоров был разработан Slot 1, по составу сигналов сильно напоминающий Socket 8 для Pentium Pro. Однако Slot 1 позволяет объединять лишь пару процессоров для реализации симметричной мультипроцессорной системы, либо системы с избыточным контролем функциональности (FRC). Так что этот процессор представляет собой более быстрый Pentium Pro с поддержкой MMX, но с урезанной поддержкой мультипроцессорности.
26 января 1998 году вышел процессор из линейки Pentium II с названием ядра - Deschutes. От Klamath отличался более тонким технологическим процессом - 0.25 мкм и частотой шины 100 МГц. Имел тактовые частоты 350, 400, 450 МГц. Выпускался в конструктиве S.E.C.C, который в старших моделях был сменен на S.E.C.C.2 - кэш с одной стороны от ядра, а не с двух, как в стандартном Deschutes и измененное крепление кулера. Последнее ядро, официально применявшееся в процессорах Pentium II, хотя последние модели Pentium II 350-450 шли с ядром, уже больше напоминавшим Katmai - только, естественно, с обрезанным SSE. Осталась поддержка MMX. Кэш первого уровня - все те же 32 Кб (16 + 16). Кэш второго уровня также не изменился - 512 Кб работающие на половинной частоте. Процессор состоял из 7.5 млн. транзисторов и выпускался для разъема Slot 1.
Pentium II OverDrive - так назывался процессор вышедший 11 августа 1998 года для апгрейда Pentium PRO на старых материнских платах, и работающий в разъеме Socket 8).
Носил кодовое имя P6T. Имел частоту 333 МГц. Кэш первого уровня - 16 Кб на данные + 16 Кб на инструкции, кэш второго уровня имел размер 512 Кб и был интегрирован в ядро. Работал на частоте процессора. Шина 66 МГц. Содержал 7.5 млн. транзисторов и производился по техпроцессу 0.25 мкм. Поддерживал набор инструкций MMX.
Celeron
Новой веткой в направлении технологии микропроцессоров для Intel был выпуск параллельных основным, "облегченных" и удешевленных вариантов. Таковой является серия Celeron. 15 апреля 1998 года был представлен первый процессор, носящий название Celeron и работающий на тактовой частоте 266 МГц.
Кодовое имя Covington. Этот процессор является “обрезанным” Pentium II. Celeron построен на базе ядра Deschutes без кэша второго уровня. Что, конечно же, сказалось на его производительности. Зато разгонялся он просто великолепно (от полутора до двух раз). Если разгон Pentium II ограничивала максимальная частота кэша, то здесь его просто не было!
Celeron работал на шине 66 МГц и повторял все основные характеристики своего предка - Pentium II Deschutes: кэш первого уровня - 16 Кб + 16 Кб, MMX, техпроцесс 0.25 мкм. 7.5 млн. транзисторов. Процессор выпускался без защитного картриджа - конструктив - S.E.P.P (Single Edge Pin Package). Разъем - Slot 1.
Начиная с частоты 300 МГц, появились процессоры Celeron с интегрированным в ядро кэшем второго уровня, работающим на частоте процессора, размером 128 Кб. Кодовое имя - Mendocino. Вышел 8 августа 1998. Благодаря полноскоростному кэшу имеет высокую производительность, сравнимую с Pentium II (при условии одинаковой частоты системной шины). Выпускались с тактовыми частотами от 300 до 533 МГц. 30 ноября 1998 года, вышел вариант процессора с конструктивом P.P.G.A (Plastic Pin Grid Array), который работал в разъеме Socket 370.
До 433 МГц выпускался в двух конструктивах: S.E.P.P и P.P.G.A. Некоторое время параллельно существовали Slot-1 (266 - 433 МГц) и Socket-370 (300A - 533 МГц) варианты, в конце концов, первый был плавно вытеснен последним.
Новый Celeron был шагом к Pentium III, но так как работал на шине 66 МГц, не мог показать все преимущества интегрированного высокоскоростного кэша. Так как кэш был интегрирован в ядро, значительно увеличилось количество транзисторов, из которых состоит процессор - 19 млн. Техпроцесс остался прежним - 0.25 мкм.
XEON
Для мощных компьютеров предназначено семейство Xeon. Pentium II Xeon - серверный вариант процессора Pentium II, пришедший на смену Pentium PRO. Производился на ядре Deschutes и отличался от Pentium II более быстрой (полноскоростной) и более емкой (есть варианты с 1 или 2 Мб) кэш-памятью второго уровня и конструктивом. Выпускался в конструктиве S.E.C.C для Slot 2. Это тоже краевой разъем, но с 330 контактами, регулятором напряжения VRM, запоминающим устройством EEPROM. Способен работать в мультипроцессорных конфигурациях. Был выпущен 29 июня 1998 года.
Кэш второго уровня, как и в Pentium PRO, полноскоростной. Только здесь он находится на одной плате с процессором, а не интегрирован в ядро. Кэш первого уровня - 16 Кб + 16 Кб. Частота шины - 100 МГц. Поддерживал набор инструкций MMX. Процессор работал на частотах 400 и 450 МГц. Выпускался с применением техпроцесса 0.25 мкм. и содержал 7.5 млн. транзисторов.
На этом развитие линейки Pentium II заканчивается. Начиная с Pentium II, Intel выделяет три основных направления в производстве процессоров: Pentium - высокопроизводительный процессор для рабочих станций и домашнего применения, Celeron - бюджетный вариант пентиума для офиса или дома, Xeon - серверный вариант, обладающий повышенной производительностью.

Процессор pentium 3

Первые процессоры с названием Pentium III мало чем отличались от Pentium II. Они работали на такой же шине с частотой 100 МГц (позже, с 27 сентября 1999 года, появились модели, работающие на шине 133 МГц), выпускались в конструктиве S.E.C.C. 2 и были рассчитаны на установку в Slot 1
Кэш память осталась прежней: L1 - 16 Кб + 16 Кб. L2 - 512 Кб, размещенные на процессорной плате, и работающие на половинной частоте процессора. Главным отличием является расширение набора SIMD-инструкций - SSE (Streaming SIMD Extensions). Также расширен набор команд MMX и усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Кодовое имя ядра Katmai. Вышел 26 февраля 1999 года. Процессор работал на частотах 450-600 МГц, содержал 9.5 млн. транзисторов. Также как предшественник - Pentium II Deschutes, выпускался с применением техпроцесса 0.25 мкм.
Coppermine - так называлось следующее ядро процессора Pentium 3, пришедшее на смену Katmai 25 октября 1999 года. По сути, именно Coppermine является новым процессором, а не доработкой Deschutes. Новый процессор имел полноскоростной интегрированный в ядро кэш второго уровня размером 256 Кб (Advanced Transfer Cache).

Выпускался с использованием техпроцесса 0.18 мкм. Утоньшение технологии с 0.25 до 0.18 мкм позволило разместить на ядре большее число транзисторов и теперь их стало 28 млн., против 9.5 млн. в старом Katmai. Правда, основная масса нововведенных транзисторов относится к интегрированному L2-кэшу. L1 кэш остался без изменений. Поддерживал наборы команд MMX и SSE. Сначала выпускался в конструктиве S.E.C.C. 2, но так как кэш теперь встроен в ядро процессора, процессорная плата оказалась ненужной, и только повышала стоимость процессора. Поэтому вскоре процессоры стали выходить в конструктиве FC-PGA (Flip-Chip PGA). Как и Celeron Mendocino, они работали в разъеме Socket 370.
Правда со старыми материнскими платами была ограниченная совместимость. Так как теперь процессор работал на более высоких тактовых частотах, ядро было расположено сверху, и имело непосредственный контакт с радиатором. Coppermine был последним процессором для Slot 1. Работал на шине 100 и 133 МГц (в названии процессора 133-я шина обозначалась буквой B, например - Pentium III 750B). Процессоры с ядром Coppermine работали на тактовых частотах с 533 до 1200 МГц. Первые попытки выпустить процессор на этом ядре с частотой 1113 МГц закончились неудачей, так как он в предельных режимах работал очень нестабильно, и все процессоры с этой частотой были отозваны - этот инцидент сильно подмочил репутацию Intel.
Ядро Tualatin пришло на смену Coppermine 21 июня 2001 года. В это время на рынке уже присутствовали первые процессоры Pentium 4, и новый процессор был предназначен для испытания новой 0.13 мкм. технологии, а также для того чтобы заполнить нишу высокопроизводительных процессоров, так как производительность первых Pentium 4 была довольно низкой. Tualatin - это изначальное название глобального проекта Intel по переводу производства процессоров на 0.13-микронную технологию. Сами процессоры с новым ядром стали первыми продуктами, появившимися в рамках этого проекта.
Изменений в самом ядре немного - добавилась только технология "Data Prefetch Logic". Она повышает производительность, предварительно загружая данные, необходимые приложению в кэш. Кроме этого отличие этих ядер заключается в используемой технологии производства - Coppermine изготавливается по технологии 0.18 мкм, а Tualatin по 0.13 мкм. Разъем для нового процессора остался прежним - Socket 370, а вот конструктив сменился на FC-PGA 2, который использовался в процессорах Pentium 4. От старого FC-PGA он в первую очередь отличается тем, что ядро покрыто теплорассеивающей пластиной, которая также защищает его от повреждения при установке радиатора.

С выпуском Tualatin, линейка Pentium III "распалась" на два класса - настольных и серверных процессоров. У первых объем L2-кэша так и остался равным 256 Кб, у вторых - удвоился до 512 Кб; также у настольной версии нового P-III (так называемого Desktop Tualatin) отсутствовала поддержка SMP. Кэш первого уровня - 16 Кб + 16 Кб. Следует сказать, что Desktop Tualatin просуществовал недолго: он поставлялся только крупным сборщикам ПК, и был изъят с рынка, для того чтобы не составлять конкуренцию Pentium 4. А вот Pentium III-S, серверная версия процессора, должен был занять нишу мощных серверных процессоров, так как производительности процессоров Xeon уже не хватало, а Pentium 4 не имел поддержки SMP, да и вообще показывал довольно низкую производительность.

Как уже было сказано выше, процессоры Tualatin выпускались с применением более совершенного 0.13 мкм. техпроцесса, работали на шине с частотой 133 МГц и состояли из 44 млн. транзисторов. Поддерживали наборы инструкций MMX и SSE. Процессор работал на частотах от 1 ГГц до 1.33 ГГц (Desktop Tualatin), и от 1.13 ГГц до 1.4 ГГц (серверный вариант).
Совсем недавно я узнал довольно интересную информацию - оказывается Intel разрабатывала процессор, который должен был быть продолжением линейки Pentium !!!. Этот процессор был основан на модернизированном ядре Tualatin с применением 0.13 мкм. техпроцесса. Основными его отличиями от обычного Tualatin, был увеличенный до 1024 Кб. кэш второго уровня и системная шина с частотой 166 МГц! Частоты должны были достигать как минимум 2.0 ГГц. Но Intel, делая ставку на процессор Pentium 4, отказывается от нового Tualatin. Ведь если даже Celeron Tualatin, будучи разогнан до частот порядка 1.7 ГГц, с легкостью конкурирует не только с Celeron Willamette, но и с Pentium 4, то новый Tualatin, оснащенный огромным кэшем и быстрой шиной не оставлял бы им никакого шанса.
Celeron
После выхода процессоров Pentium III, Intel, чтобы не терять позиций на рынке бюджетных процессоров, продолжила выпуск линейки Celeron. Теперь это были абсолютно другие процессоры - Intel повторяет опыт создания первых процессоров с названием Celeron: использует ядро процессора Pentium III с урезанным до 128 кб кэшем второго уровня и медленной шиной 66 МГц.

29 марта 2000 года появляются первые процессоры Celeron на ядре Coppermine 128 или Coppermine Lite.

Как видно из названия, процессор выполнен на ядре Coppermine с вдвое уменьшенным кэшем второго уровня. Как и старший брат - Pentium !!! Coppermine, новый Celeron, имеет набор дополнительных команд SSE, быструю встроенную кэш-память и производится по той же технологической норме (0.18 мкм.), отличаясь только объемом кэша второго уровня - 128 Кб против 256 Кб у Pentium III (обиднее всего то, что кэш-то в процессоре физически присутствует, он просто отключен). Работает в том же разъеме Socket 370.
Первые процессоры появились с частотой 566 МГц и работали на шине 66 МГц. Позже, 3 января 2001 года, с выходом 800 МГц версии, Celeron переходит на более быструю 100 МГц шину. Максимальная частота этих процессоров составляла 1100 МГц. Кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции). Процессор состоял из 28.1 млн. транзисторов.
2-го октября 2001 года, Intel переводит процессор Celeron на новое ядро - Tualatin.

Еще никогда Celeron не был так близок к процессору Pentium. От Pentium III Desktop Tualatin он отличался лишь более медленной 100 МГц шиной. В общем, оставив неизменным объем кэша второго уровня и снизив частоту FSB до 100 МГц у ядра Tualatin для desktop применения, Intel выпустила "новый Celeron". Процессоры выпускались с тактовыми частотами от 900 МГц до 1400 МГц, состояли из 44 млн. транзисторов, поддерживали MMX, SSE. Техпроцесс 0.13 мкм. Выпускались в конструктиве FC-PGA 2, для разъема Socket 370.
XEON
С выходом Pentium 3 Intel продолжает выпускать серверные процессоры на базе уже нового поколения Pentium. 17 марта 1999 вышел первый процессор из линейки Pentium 3 Xeon.
Кодовое название ядра Tanner. Был построен на базе Pentium 3 Katmai. Содержал 512, 1024 или 2048 Кб полноскоростной кэш памяти второго уровня. Кэш первого уровня - 16 Кб + 16 Кб. Выпускался с частотами 500 и 550 МГц с применением 0.25 мкм. техпроцесса, и состоял из 9.5 млн. транзисторов. Работал на 100 МГц системной шине. Выпускался в конструктиве S.E.C.C для Slot 2. Был предназначен для использования в двух-, четырех-, восьмипроцессорных (и более) серверах и рабочих станциях.
С переходом Pentium III на новое ядро 25 октября 1999 года появилась и модификация процессора Xeon с новым ядром Cascades. По сути, это было модернизированное ядро Coppermine. Процессор имел от 256 КБ до 2048 Кб кэш памяти второго уровня, работал на частотах системной шины 100 и 133 МГц (в зависимости от версии). Выпускались процессоры с частотами от 600 до 900 МГц. Процессоры с частотой 900 МГц из первых партий перегревались и их поставки были временно приостановлены. Как и предшественник, Xeon Cascades был рассчитан на установку в разъем Slot 2. Выпускался с применением 0.18 мкм. техпроцесса и состоял из 28.1 млн. транзисторов. Мог работать в двух-, четырех- и восьмипроцессорных серверах и рабочих станциях.
На базе ядра Tualatin процессоры Xeon не выпускались. Их место занял Pentium III-S, о котором я рассказывал выше. Процессоры Xeon поддерживали наборы команд MMX и SSE.

Pentium 4
Столкнувшись с множеством проблем при попытке увеличить частоту процессора Pentium III на ядре Coppermine выше 1 ГГц, инженеры Intel поняли, что старая архитектура процессоров, не менявшаяся со времен Pentium Pro, требует радикальных изменений. И хотя переход производства на 0.13 мкм поможет Pentium III еще около года вполне достойно выполнять свою работу, потенциал этой архитектуры уже практически исчерпан и компания для своих новых 32-х разрядных процессоров разработала новую архитектуру, которую назвала Intel NetBurst Micro-Architecture. Для того чтобы процессоры могли работать на частотах порядка нескольких гигагерц, Intel увеличивает длину конвейера Pentium 4 до 20 ступеней (Hyper Pipelined Technology) за счет чего удалось даже при технологических нормах 0,18 мкм добиться работы процессора на частоте в 2 ГГц. Однако из-за такого увеличения длины конвейера время выполнения одной команды в процессорных тактах также сильно увеличивается. Поэтому компания сильно поработала над алгоритмами предсказания переходов (Advanced Dynamic Execution).
Кэш 1-го уровня в процессоре претерпел значительные изменения. В отличие от Pentium 3, кэш которого мог хранить команды и данные, Pentium 4 имеет всего 8 Кб кэш данных. Команды, сохраняются в так называемом Trace Cache. Там они хранятся уже в декодированном виде, т.е. в виде последовательности микроопераций, поступающих для выполнения в исполнительные устройства процессора. Емкость этого кэша составляет 12000 микроопераций.
Также в новом процессоре был расширен набор команд - SSE2. К 70 инструкциям SSE, добавились еще 144 новые инструкции. Одной из множества инноваций была совершенно новая 100 МГц шина, передающая по 4 пакета данных за такт - QPB (Quad Pumped Bus), что дает результирующую частоту 400 МГц.
Первым из линейки Pentium 4 был процессор с ядром Willamette 423.
Появившись 20 ноября 2000 года с частотами 1.4 и 1.5 ГГц, эти процессоры, изготовленные с применением техпроцесса 0.18 мкм, достигли частоты 2 ГГц. Процессор устанавливался в новый разъем Socket 423 и выпускался в конструктиве FC-PGA 2. Состоял из 42 млн. транзисторов.
Кэш 2-го уровня остался прежнего объема - 256 Кб. Ширина шины кэша L2 составляет 256 бит, но латентность кэша уменьшилась в два раза, что позволило добиться пропускной способности кэша в 48 Гб при частоте 1.5 ГГц.
Так как архитектура нового процессора была ориентирована в первую очередь на рост частоты, то неудивительно, что первые процессоры Pentium 4 показывают крайне низкую производительность. В большинстве задач 1.4 ГГц процессор уступал Pentium !!! Coppermine, работающему на частоте 1000 МГц.
Позже, 27 августа 2001 года, появились процессоры с ядром Willamette предназначенные для установки в новый разъем - Socket 478. Процессор повторял все характеристики своего предка, за исключением конструктива - mPGA и разъема Socket 478.

Предыдущий форм-фактор Socket 423 был "переходным" и Intel в дальнейшем не собирается его поддерживать. Размеры процессора уменьшились благодаря тому, что теперь выводы сделаны непосредственно под ядром процессора. Этот процессор, как и предшественник, работал на частотах от 1.4 до 2.0 ГГц.
Northwood - так называется следующее ядро, на котором и по сей день, выпускаются процессоры Pentium 4.

Переход на 0.13 мкм. техпроцесс позволил еще больше наращивать тактовую частоту, и увеличить кэш второго уровня до 512 Кб. Увеличилось и количество транзисторов, которые составляют процессор - теперь их стало 55 млн. Естественно, что осталась поддержка наборов инструкций MMX, SSE и SSE2.
Первые процессоры на ядре Northwood появились 7 августа 2001 года с частотой 2.0 ГГц и частотой системной шины 400 МГц (4 * 100 МГц). На сегодняшний день, процессоры Northwood, работают на частотах от 1.6 до 3.2 ГГц. Чтобы не возникало путаницы с процессорами, работающими на одинаковых частотах, но с разным ядром Intel опять применяет буквенную маркировку. Например, Pentium 1.8A, где буква A указывает на новое ядро и увеличенный кэш второго уровня.
6-го мая 2002 года, Intel выпускает процессор на базе ядра Northwood с частотой системной шины 533 МГц (4 * 133 МГц) и тактовой частотой 2.26 ГГц. Так как модели с частотой шины 400 МГц выпускались с частотами до 2.6 ГГц, то и тут была применена буквенная маркировка. Как и в процессорах Pentium !!! наличие 133 МГц шины обозначалось буквой B. Например, Pentium 4 2.4B.
Но Intel не останавливается на достигнутом, и 14 апреля 2003 года выпускает процессор на все том же ядре Northwood, но уже с частотой системной шины 800 МГц (4 * 200 МГц) и тактовой частотой 3.0 ГГц. Позже, процессоры с 800 МГц системной шиной стали выпускаться с меньшими частотами - от 2.4 ГГц. Для обозначения новой шины в маркировке процессора появляется буква C. Например, Pentium 4 2.4C. (Таким образом, есть три модификации процессора 2.4 ГГц с разными частотами шины, различающимися в 2 раза!)
Все процессоры с частотой системной шины 800 МГц поддерживают новую технологию HT, что расшифровывается как Hyper-Threading.
Pentium 4 HT
14 ноября 2002 года был выпущен процессор Pentium 4 с частотой 3.06 ГГц и частотой системной шины 533 МГц с поддержкой новой технологии Hyper-Threading.
Один физический процессор с Hyper-Threading видится системой как два, что позволяет оптимизировать загрузку его ресурсов и повысить производительность. Принцип действия Hyper-Threading основывается на том, что в каждый момент времени только часть ресурсов процессора используется при выполнении программного кода. Неиспользуемые ресурсы также можно загрузить работой - например, задействовать для параллельного выполнения еще одного приложения (либо другого потока этого же приложения).
HT - это не настоящая многопроцессорность, ведь количество блоков непосредственно исполняющих команды не изменилось. Повысился лишь КПД их использования. Поэтому, чем лучше оптимизирована конкретная программа под HT, тем выше будет выигрыш в производительности. По данным Intel, преимущество от HT может достигать 30%, в то время как блоки, ее реализующие, занимают менее 5% общей площади кристалла Pentium 4. Впрочем, даже идеально оптимизированные приложения могут, к примеру, обращаться к данным, которых нет в кэш-памяти процессора, заставляя его простаивать. Если сама архитектура NetBurst была рассчитана на повышение количества мегагерц, то Hyper-Threading наоборот, рассчитан на повышение выполняемой работы за один такт.
Одной из причин достаточно позднего представления Hyper-Threading в Pentium 4 (поддержка существует не только в ядре Northwood, но даже в Willamette, однако была заблокирована) являлась относительно небольшая распространенность Windows XP - единственной ОС семейства Windows, полноценно поддерживающей новую технологию. Также технологию должен поддерживать чипсет и BIOS системной платы.
На сегодняшний день технологию Hyper-Threading поддерживает процессор Pentium 4 3.06 ГГц с частотой системной шины 533 МГц, а также все процессоры с частотой шины 800 МГц.
Celeron
После выпуска Pentium 4 Willamette для разъема Socket 478, с целью вытеснения с рынка процессоров для Socket 370, а также, желая занять нишу бюджетных процессоров (где до этого был Celeron Tualatin), Intel выпускает Celeron на базе ядра Willamette 128.
Ядро Willamette 128 архитектурно ничем не отличается от ядра Pentium 4 Willamette. Организация кэша и алгоритмы его работы не изменились, единственное отличие заключается в размере - 128 Кб кэша второго уровня вместо 256 Кб в оригинальном Pentium 4 Willamette.
Естественно, сохранен и форм-фактор Socket 478, который Intel собирается использовать еще долго. Таким образом, Intel переводит свои процессоры на одну платформу, так что при последующем апгрейде не понадобится менять вместе с процессором и материнскую плату.
15 мая 2002 года появляется первый процессор с названием Celeron, построенный на базе Pentium 4, с частотой 1.7 ГГц. Позже, 12 июня 2002 года появляется версия на 1.8 ГГц.
Новый Celeron, как и раньше, использует 100 МГц системную шину, правда теперь уже с передачей 4-х сигналов за такт. Учетверенная 100 МГц системная шина наконец-то решает старую проблему Celeron - недостаток пропускной способности FSB.
Как и Pentium 4 Willamette, новый Celeron выполнен с применением 0.18 мкм. техпроцесса. Состоит из 42 млн. транзисторов. Выпускается с частотами 1.7 и 1.8 ГГц.
Следующее и последнее на сегодняшний день ядро процессора Celeron, это Northwood (естественно с урезанным до 128 Кб кэшем второго уровня). Первым процессором на этом ядре был Celeron 2.0 ГГц, который вышел 18 сентября 2002 года. Он, как и Celeron Willamette 128, полностью повторяет характеристики старшего брата Pentium 4 Northwood, за исключением шины рассчитанной исключительно на 400 МГц (4 * 100 МГц) и кэша второго уровня размером 128 Кб.
Применение 0.13 мкм. техпроцесса дает преимущество в виде хорошей разгоняемости.
XEON
Intel, 21 мая 2001 года, продолжая свой курс по сегментированию своих процессоров, анонсирует процессор Xeon следующего поколения, который базируется на ядре Pentium 4 Willamette. Процессор называется по-старому, Intel Xeon, и выпускается в трех вариантах: 1.4 ГГц, 1.5 ГГц и 1.7 ГГц. Ядро процессора почти полностью идентично обычной (desktop) версии Pentium 4 за исключением незначительных деталей. Это означает, что новый Xeon имеет все то, что есть в Pentium 4 - как достоинства новой архитектуры, так и ее недостатки.
Первые модели Xeon выпускались с применением 0.18 мкм. техпроцесса, с ядром, практически полностью повторявшим Pentium 4 Willamette и носившем кодовое имя Foster. Процессор выпускался с тактовыми частотами до 2,0 ГГц. Состоял из 42 млн. транзисторов.
Кэш память первого уровня, как и у всех процессоров линейки Pentium 4, с архитектурой NetBurst, 8 Кб кэш данных. Кэш второго уровня - 256 Кб с улучшенной передачей данных (256 Кб Advanced Transfer Cache). Также как в Pentium 4 Willamette, в новом Xeon применена 400 МГц системная шина (4 * 100 МГц) которая синхронно работает с двумя каналами памяти на частоте 400 МГц.
Исторически, линейки процессоров Intel Xeon (то есть Pentium II Xeon, Pentium III Xeon) всегда использовали отличный от обычных версий процессора конструктив. В то время как процессоры Pentium II и Pentium III выпускались в 242-контактном Slot1 варианте, то их Xeon версии использовали 330-контактный разъем Slot-2. Большинство добавочных ножек использовалось для снабжения чипа дополнительной энергией. С двумя мегабайтами L2 кэша Pentium III Xeon потреблял больше энергии, чем его 256-килобайтный собрат. Аналогичная ситуация произошла и с новым Xeon. Если первые процессоры Pentium 4 Willamette, используют 423-контактный разъем, то в Xeon применяется 603-контактный интерфейс, предназначенный для использования в разъеме Socket 603. Процессор может работать только в одно- или двухпроцессорных конфигурациях.
9 января 2002 года появляются процессоры Xeon, сделанные на базе ядра Northwood с применением 0.13 мкм. техпроцесса, и оснащенные 512 Кб кэш памяти второго уровня. Кодовое название ядра - Prestonia. От своего предшественника - Xeon Foster, отличается только увеличенным кэшем и более совершенным техпроцессом. Процессоры работают на частотах от 1.8 ГГц, до 3.0 ГГц. Состоят из 55 млн. транзисторов. В процессорах с ядром Prestonia впервые появилась поддержка Hyper-Threading.
12 марта 2002 года, выходит процессор Xeon MP. Изготовлен с применением 0.18 мкм. и оснащен 256 Кб кэш памяти второго уровня. Основное отличие от процессоров Xeon Foster - возможность работать в многопроцессорных системах. Работают на частотах от 1.4 до 1.6 ГГц. Также в этих процессорах осуществлена поддержка технологии Hyper-Threading.
4 ноября 2002 года появляются процессоры Xeon MP, изготовленные с применением 0.13 мкм. техпроцесса. Эти процессоры, работающие на частотах 1.5 ГГц, 1.9 ГГц и 2.0 ГГц отличаются от своего собрата Xeon Prestonia, не только возможностью работы в многопроцессорных конфигурациях, но и наличием интегрированного кэша третьего уровня размером 1 или 2 Мб. Благодаря этому увеличилось количество транзисторов, составляющих процессор до 108 млн.
18 ноября 2002 года появились процессоры Xeon работающие на 533 МГц (4 * 133 МГц) системной шине. Эти процессоры сделаны на ядре Prestonia, с применением 0.13 мкм. техпроцесса и состоят из 108 млн. транзисторов. Кэш память второго уровня - 512 Кб. Кэш третьего уровня 1 Мб. Процессоры Xeon на 533 МГц шине выпускаются с тактовыми частотами от 2.0 ГГц до 3.06 ГГц (вышел 10 марта 2003).

Внутренняя структура (микроархитектура) процессора Pentuim 4 значительно отличается от микроархитектуры предшествующих моделей Pentium II, Pentium III, Celeron. Наряду с микроархитектурой существенно изменилась и архитектура систем, реализуемых на его основе. Новая системная архитектура, использующая процессор Pentuim 4 и набор специализированных микросхем Chipset 850, выпускаемых компанией Intel, обеспечивают значительное повышение производительности - от 23 до 87% при решении различного класса задач. В 2001 году планируется быстрый рост производства Pentium 4 и повышение его тактовой частоты до 2 ГГц. В 2002 году объём выпуска Pentium 4 превысит Pentium III, и этот процессор станет основной продукцией компании Intel.

Развитие архитектуры IA-32 в семействе Pentium

Общая архитектура процессора определяет комплекс средств, предоставляемых пользователю для решения различных задач. Эта архитектура задаёт базовую систему команд процессора и реализуемых способов адресации, набор программно-доступных регистров (регистровая модель), возможные режимы работы процессора и обращения к памяти и внешним устройствам (организация памяти и реализация обмена по системной шине), средства обработки прерываний и исключений.

В процессоре Pentium 4 реализуется архитектура IA-32 (Intel Architеcture-32), общая для всех 32-разрядных микропроцессоров Intel, начиная с i386. В табл. 1 приведены основные модели процессоров, в которых используется эта архитектура, и некоторые их характеристики. Отметим, что модели Pentium II Xeon и Pentium III Xeon ориентированы на работу в высокопроизводительных мультипроцессорных системах (серверах, рабочих станциях). Для этих же приложений планируется выпуск в 2001 году модификации процессора Pentium 4 с поддержкой мультипроцессорного режима работы (название проекта - Foster).

Таблица 1. Некоторые характеристики процессоров архитектуры IA-32

История архитектуры IA-32 насчитывает уже более 15 лет, и её основные черты достаточно полно описаны в ряде монографий (например, в ). Поэтому ограничимся их кратким обзором.

В процессе развития IA-32 производилось расширение возможностей обработки данных, представленных в различных форматах (рис. 1). Процессоры i386 выполняли обработку только целочисленных операндов. Для обработки чисел с “плавающей точкой” использовался внешний сопроцессор i387, подключаемый к микропроцессору. В состав процессоров i486 и последующих моделей Pentium введён специальный блок FPU (Floating-Point Unit ), выполняющий операции над числами с “плавающей точкой”. В процессорах Pentium MMX была впервые реализована групповая обработка нескольких целочисленных операндов разрядностью 1, 2, 4 или 8 байт с помощью одной команды. Такая обработка обеспечивается введением дополнительного блока MMX (Milti-Media Extension - Мультимедийное Расширение). Название блока отражает его направленность на обработку видео- и аудиоданных, когда одновременное выполнение одной операции над несколькими операндами позволяет существенно повысить скорость обработки изображений и звуковых сигналов. Начиная с модели Pentium III, в процессоры вводится блок SSE (Streaming SIMD Extension - Потоковое SIMD-расширение) для групповой обработки чисел с “плавающей точкой”.

Рис. 1. Эволюция архитектуры IA-32

Таким образом, если первые модели процессоров Pentium выполняли только пооперандную обработку данных по принципу “Одна команда – Одни данные” (SISD - Single Instruction – Single Data ), то, начиная с процессора Pentium MMX, реализуется также их групповая обработка по принципу “Одна команда – Много данных” (SIMD - Single Instruction – Multiple Data ).

Соответственно, расширяется и набор регистров процессора, используемых для промежуточного хранения данных (рис. 2). Кроме 32-разрядных регистров для хранения целочисленных операндов, процессоры Pentium содержат 80-разрядные регистры, которые обслуживают блоки FPU и MMX. При работе FPU регистры ST0-ST7 образуют кольцевой стек, в котором хранятся числа с “плавающей точкой”, представленные в формате с расширенной точностью (80 разрядов). При реализации MMX-операций они используются как 64-разрядные регистры MM0-MM7, где могут храниться несколько операндов (8 8-разрядных, 4 16-разрядных, 2 32-разрядных или один 64-разрядный), над которыми одновременно выполняется поступившая в процессор команда (арифметическая, логическая, сдвиг и ряд других).

Рис. 2. Регистры хранения данных в процессорах Pentium

Блок SSE-2, введённый в состав процессора Pentium 4, значительно расширяет возможности обработки нескольких операндов по принципу SIMD, по сравнению с блоком SSE в модели Pentium III. Этот блок реализует 144 новые команды, обеспечивающих одновременное выполнение операций над несколькими операндами, которые раcполагаются в памяти и в 128-разрядных регистрах XMM0-XMM7. В регистрах могут храниться и одновременно обрабатываться 2 числа с “плавающей точкой” в формате двойной точности (64 разряда) или 4 числа в формате одинарной точности (32 разряда). Этот блок может также одновременно обрабатывать целочисленные операнды: 16 8-разрядных, 8 16-разрядных, 4 32-разрядных или 2 64-разрядных. В результате производительность процессора Pentium 4 при выполнении таких операций оказывается вдвое выше, чем Pentium III.

Операции SSE-2 позволяют существенно повысить эффективность процессора при реализации трёхмерной графики и Интернет-приложений, обеспечении сжатия и кодирования аудио- и видеоданных и в ряде других применений.

Введение большой группы команд SSE-2 является основной особенностью реализованного в Pentium 4 варианта архитектуры IA-32. Что касается базового набора команд и используемых способов адресации операндов, то они практически полностью совпадают с набором команд и способов адресации в предыдущих моделях Pentium. Процессор обеспечивает реальный и защищённый режимы работы, реализует сегментную и страничную организации памяти. Таким образом пользователь имеет дело с хорошо знакомым набором регистров и способов адресации, может работать с базовой системой команд и известными вариантами реализации прерываний и исключений, которые характерны для всех моделей семейства Pentium .

Микроархитектура процессоров Pentium 4

Основные особенности процессора Pentium 4 связаны с его микроархитектурой. Микроархитектура процессора определяет реализацию его внутренней структуры, принципы выполнения поступающих команд, способы размещения и обработки данных. Как анонсировала компания Intel, новая микроархитектура процессора Pentium 4, получившая название NetBurst (пакетно-сетевая), ориентирована на эффективную работу с Интернет-приложениями. Необходимо отметить, что в микроархитектуре NetBurst реализованы многие принципы, использованные в предыдущей модели Pentium III (микроархитектура P6 ). Характерными чертами этой микроархитектуры являются:

• гарвардская структура с разделением потоков команд и данных;
• суперскалярная архитектура, обеспечивающая одновременное выполнение нескольких команд в параллельно работающих исполнительных устройствах;
• динамическое изменение последовательности команд (выполнение команд с опережением - спекулятивное выполнение);
• конвейерное исполнение команд;
• предсказание направления ветвлений.

Практическая реализация данных принципов в структуре процессора Pentium 4 имеет ряд существенных особенностей (рис. 3).

Рис. 3. Общая структура Pentium 4

Гарвардская внутренняя структура реализуется путём разделения потоков команд и данных, поступающих от системной шины через блок внешнего интерфейса и размещённую на кристалле процессора общую кэш-память 2-го уровня (L2) ёмкостью 256 Кбайт. Такое размещение позволяет сократить время выборки команд и данных по сравнению с Pentuim III, где эта кэш-память располагается на отдельном кристалле, смонтированном в общем корпусе (картридже) с процессором.

Блок внешнего интерфейса реализует обмен пpоцессоpа с системной шиной, к которой подключается память, контроллеры ввода/вывода и другие активные устройства системы. Обмен по системной шине осуществляется с помощью 64-разрядной двунаправленной шины данных, 41-разрядной шины адреса (33 адресных линии А35-3 и 8 линий выбора байтов BE7-0#), обеспечивающей адресацию до 64 Гбайт внешней памяти.

Дешифратор команд работает вместе с памятью микропрограмм, формируя последовательность микрокоманд, обеспечивающих выполнение поступивших команд. Декодированные команды загружаются в кэш-память микрокоманд, откуда они выбираются для исполнения. Кэш-память может хранить до 12000 микрокоманд. После её заполнения практически любая команда будет храниться в ней в декодированом виде. Поэтому при поступлении очередной команды блок трассировки выбирает из этой кэш-памяти необходимые микрокоманды, обеспечивающие её выполнение. Если в потоке команд оказывается команда условного перехода (ветвления программы), то включается механизм предсказания ветвления, который формирует адрес следующей выбираемой команды до того, как будет определено условие выполнения перехода.

После формирования потоков микрокоманд производится выделение регистров, необходимых для выполнения декодированных команд. Эта процедура реализуется блоком распределения регистров, который выделяет для каждого указанного в команде логического регистра (регистра целочисленных операндов EAX, ECX и других, регистра операндов с плавающей точкой ST0-ST7 или регистра блоков MMX, SSE, рис. 2) один из 128 физических регистров, входящих в состав блоков регистров замещения (БРЗ).

Эта процедура позволяет выполнять команды, использующие одни и те же логические регистры, одновременно или с изменением их последовательности.

Выбранные микрокоманды размещаются в очереди микрокоманд. В ней содержатся микрокоманды, реализующие выполнение 126 поступивших и декодированных команд, которые затем направляются в исполнительные устройства по мере готовности операндов. Отметим, что в процессорах Pentium III в очереди находятся микрокоманды для 40 поступивших команд. Значительное увеличение числа команд, стоящих в очереди, позволяет более эффективно организовать поток их исполнения, изменяя последовательность выполнения команд и выделяя команды, которые могут выполняться параллельно. Эти функции реализует блок распределения микрокоманд. Он выбирает микрокоманды из очереди не в порядке их поступления, а по мере готовности соответствующих операндов и исполнительных устройств. В результате команды, поступившие позже, могут быть выполнены до ранее выбранных команд. При этом реализуется одновременное выполнение нескольких микрокоманд (команд) в параллельно работающих исполнительных устройствах. Таким образом естественный порядок следования команд нарушается, чтобы обеспечить более полную загрузку параллельно включенных исполнительных устройств и повысить производительность процессора.

Суперскалярная архитектура реализуется путём организации исполнительного ядра процессора в виде ряда параллельно работающих блоков. Арифметико-логические блоки ALU производят обработку целочисленных операндов, которые поступают из заданных регистров БРЗ. В эти же регистры заносится и результат операции. При этом проверяются также условия ветвления для команд условных переходов и выдаются сигналы перезагрузки конвейера команд в случае неправильно предсказанного ветвления. Исполнительное ядро работает с повышенной скоростью выполнения операций. Например, микрокоманда сложения целочисленных операндов при тактовой частоте процессора 1,5 МГц выполняется всего за 0,36 нс.

Адреса операндов, выбираемых из памяти, вычисляются блоком формирования адреса (БФА), который реализует интерфейс с кэш-памятью данных 1-го уровня (L1) ёмкостью 8 Кбайт. В соответствии с заданными в декодированных командах способами адресации формируются 48 адресов для загрузки операндов из памяти в регистр БРЗ и 24 адреса для записи из регистра в память (в Pentium III формируются 16 адресов для загрузки регистров и 12 адресов для записи в память). При этом БФА формирует адреса операндов для команд, которые ещё не поступили на выполнение. При обращении к памяти БФА одновременно выдаёт адреса двух операндов: один для загрузки операнда в заданный регистр БРЗ, второй - для пересылки результата из БРЗ в память. Таким образом реализуется процедура предварительного чтения данных для последующей их обработки в исполнительных блоках, которая называется спекулятивной выборкой.

Аналогичным образом организуется параллельная работа блоков SSE, FPU, MMX, которые используют отдельный набор регистров и блок формирования адресов операндов.

При выборке операнда из памяти производится обращение к кэш-памяти данных (L1), которая имеет отдельные порты для чтения и записи. За один такт производится выборка операндов для двух команд. Время обращения к этой кэш-памяти составляет 1,42 нс при тактовой частоте 1,5 ГГц, что в 2,1 раза меньше, чем при обращении к кэш-памяти данных в процессоре Pentium III, работающем на частоте 1,0 ГГц.

При формировании адресов обеспечивается обращение к заданному сегменту памяти. Каждый сегмент может делиться на страницы, размещаемые в различных местах адресного пространства. Блоки трансляции адреса обеспечивают формирование физических адресов команд и данных при использовании страничной организации памяти. Для сокращения времени трансляции используется внутренняя буферная память, которая хранит базовые адреса наиболее часто используемых страниц.

В Pentuim 4 используется гиперконвейерная технология выполнения команд, при которой число ступеней конвейера достигает 20 (в Pentium - 5 ступеней, в Pentium III - 11). Таким образом одновременно в процессе выполнения может находиться до 20 команд, находящихся на разных стадиях (ступенях) их реализации.

Эффективность конвейера резко снижается из-за необходимости его перезагрузки при выполнении условных ветвлений, когда требуется произвести очистку всех предыдущих ступеней и выбрать команду из другой ветви программы. Чтобы сократить потери времени, связанные с перезагрузкой конвейера, используется блок предсказания ветвлений. Его основной частью является ассоциативная память, называемая буфером адресов ветвлений (BTB - Branch Target Buffer), в которой хранятся 4092 адреса ранее выполненных переходов. Отметим, что в BTB процессора Pentium III хранятся адреса только 512 переходов. Кроме того, BTB содержит биты, хранящие предысторию ветвления, которые указывают, выполнялся ли переход при предыдущих выборках данной команды. При поступлении очередной команды условного перехода указанный в ней адрес сравнивается с содержимым BTB. Если этот адрес не содержится в BTB, то есть ранее не производились переходы по данному адресу, то предсказывается отсутствие ветвления. В этом случае продолжается выборка и декодирование команд, следующих за командой перехода. При совпадении указанного в команде адреса перехода с каким-либо из адресов, хранящихся в BTB, производится анализ предыстории. В процессе анализа определяется чаще всего реализуемое направление ветвления, а также выявляются чередующиеся переходы. Если предсказывается выполнение ветвления, то выбирается и загружается в конвейер команда, размещённая по предсказанному адресу. Усовершенствованный блок предсказания ветвления, используемый в Pentuim 4, обеспечивает 90-% вероятность правильного предсказания. Таким образом резко уменьшается число перезагрузок конвейера при неправильном предсказании ветвления.

Реализация микроархитектуры

Реализованное в Pentium 4 значительное изменение микроархитектуры и повышение производительности потребовали введения дополнительных аппаратных средств. На кристалле процессора располагаются 42 млн. транзисторов (Pentium III содержал 8,5 млн. транзисторов без учёта кэш-памяти 2-го уровня, размещённой на отдельном кристалле). В настоящее время для изготовления Pentium 4 используется КМОП-технология с разрешающей способностью 0,18 мкм. Выпускаемые модели Pentium 4 имеют максимальные тактовые частоты 1,4 и 1,5 ГГц и размещаются в 423-выводных корпусах типа PPGA (Plastic Pin Grid Array). В 2001 году компания Intel планирует переход к 0,13-мкм технологии изготовления с использованием 6-слойной системы медных соединений. При этом будет обеспечено повышение тактовой частоты процессоров Pentium 4 до 2 ГГц и выше.

Архитектура систем на базе Pentium 4

Практическая реализация потенциальных возможностей процессора Pentium 4 обеспечивается при использовании набора специализированных микросхем, необходимых для построения на его основе цифровых систем различного назначения. Для реализации систем на базе Pentium 4 компания Intel выпускает набор микросхем Chipset 850, в который входят:

• контроллер-концентратор памяти MCH (Memory Controller Hub) типа Intel 82850;
• контроллер-концентратор для устройств ввода/вывода ICH2 (I/O Controller Hub) типа Intel 82801BA;
• контроллер микрокода FWH (FirmWare Hub) типа Intel 82802AB.

Типовая архитектура систем, реализованных на базе процессора Pentium 4 с использованием набора Chipset 850, показана на рис. 4. Основной особенностью этой архитектуры является использование новой системной шины FSB, обеспечивающей обмен со скоростью 3,2 Гбайт/c, что соответствует частоте передачи данных 400 МГц. Такая скорость реализуется путём применения нового типа сверхбыстродействующей двухканальной памяти RDRAM и контроллера-концентратора MCH, обеспечивающего 4 канала обмена с памятью этого типа.

Рис. 4. Типовая архитектура систем на базе Pentium 4

Контроллер MCH выполняет обмен с оперативной памятью типа Direct RAMBUS ёмкостью от 128 Мбайт (минимально допустимый объём) до 2 Гбайт с помощью сдвоенных каналов. Память реализуется на основе микросхем быстродействующей двухканальной RDRAM-памяти типа PC800 или PC600, выпускаемых компанией RAMBUS. Таким образом общий доступ к оперативной памяти осуществляется с использованием четырёх каналов обмена. При тактовой частоте канала 100 МГц обеспечивается общая частота обмена, эквивалентная 400 МГц, что в 3 раза выше, чем для наиболее быстродействующих современных системных плат, работающих на частоте 133 МГц.

При использовании в системах микросхем памяти типа RDRAM могут возникнуть проблемы, которые связаны с их высокой стоимостью и определёнными сложностями их поставки. Поэтому в настоящее время разрабатываются варианты применения других типов быстродействующих микросхем динамической памяти, выпускаемых компаниями NEC, Toshiba, Samsung, Hyndai, Infineon.

К контроллеру MCH подключается также универсальный разъём AGP4X, используемый для связи с графическим адаптером при скорости передачи данных более 1 Гбайт/с.

Контроллер ICH2 служит для подключения различных внешних устройств с использованием интерфейса ULTRA ATA/66/100. Этот интерфейс реализует обмен с жёстким диском со скоростью 66 или 100 Мбайт/c. ICH2 также обеспечивает прямой доступ внешних устройств к памяти со скоростью 33 Мбайт/с при помощи интерфейса ULTRA DMA/33. Контроллер служит для подключения последовательных портов с шиной USB, связи с локальной сетью Ethernet и параллельного обмена по шине PCI. Обеспечивается возможность реализации каналов для передачи аудиоданных.

Для создания систем на базе Pentim 4 компания Intel выпускает системные (“материнские”) платы типа D850GB. На плате размером 30,5ґ24,4 см2 монтируется микропроцессор и другие необходимые микросхемы, имеются 4 разъёма для включения RIMM-модулей памяти RDRAM. На плате размещаются также флэш-память ёмкостью 4 Мбит, хранящая систему ввода/вывода BIOS, 5 слотов шины PCI и 2 контроллера последовательной шины USB, обслуживающих 4 USB-порта. Кроме того, имеются порты для подключения клавиатуры и мыши, 2 интерфейса для подключения жёстких дисков и один для гибких дисков, один последовательный (COM) и один параллельный (LPT) порты.

Ведущие производители персональных компьютеров: Compaq, Dell, IBM, Hewlett-Packard, Acer, Siemens, Fujitsu, Toshiba, NEC и ряд других - начали поставку новых моделей компьютеров на основе процессоров Pentium 4. Предполагается, что средняя стоимость этих компьютеров в конце I полугодия 2001 года снизится до уровня 1600 долларов.

Области применения и реализуемое повышение производительности

Основной областью применения процессора Pentium 4 являются высокопроизводительные настольные персональные компьютеры (desktop PC). Процессор Pentium 4 не поддерживает реализацию мультипроцессорных систем, которая обеспечивается процессорами Pentium III Xeon. В 2001 году компания Intel планирует начать производство процессора Foster, который представляет собой модификацию Pentium 4, предназначенную для работы в мультипроцессорных системах. Процессор Foster будет использоваться в серверах и рабочих станциях.

Процессоры, которые будут выпускаться компанией Intel в 2001 году, ориентированы на области применения, перечисленные в табл. 2.

Таблица 2. Области применения перспективных процессоров фирмы INTEL

Новые 64-разрядные процессоры Itanium, архитектура которых принципиально отличается от архитектуры IA-32, используемой в семействе Pentium, будут применяться в наиболее высокопроизводительных серверах и рабочих станциях. В сфере персональных компьютеров процессоры Pentium 4 будут постепенно вытеснять Pentium III. Процессор Foster будет заменять Pentium III Xeon в серверах и рабочих станциях средней производительности. Процессоры Celeron сохранят свои доминирующие позиции в персональных компьютерах для массового потребителя.

Основным преимуществом процессора Pentium 4, по сравнению с предыдущей моделью Pentium III, является существенное повышение производительности при реализации различных приложений. В табл. 3 даны результаты тестовых испытаний производительности компьютеров на основе Pentium 4 (тактовая частота 1,5 ГГц, частота обмена по системной шине 400 МГц) и Pentium III (тактовая частота 1,0 ГГц, частота обмена по системной шине 133 МГц). Приведённые данные содержались в материалах, представленных компанией Intel на презентации процессора Pentium 4 в Москве, в ноябре 2000 года. В табл. 3 указаны программы, с помощью которых производилась сравнительная оценка производительности для различных приложений.

Таблица 3. Результаты сравнительных испытаний процессоров Pentium III и Pentium 4

Приведённые данные показывают, что наибольший выигрыш обеспечивается при использовании Pentium 4 для обработки видеоданных, реализации трёхмерной графики и выполнении операций над числами с “плавающей точкой”.

Литература

1. Шагурин И.И. Pentium 4 - новая ступень развития микропроцессорной техники // Chip News. - 2000. - № 9. - С. 18–20 .
2. Шагурин И.И., Бердышев Е.М. Процессоры семейства P6 - Pentium II, Pentium III, Celeron и другие. Архитектура, программирование, интерфейс. - М.: Горячая линия – Телеком. - 2000. - 248 с.