Pentium - tai x86 šeimos penktosios kartos mikroprocesoriai programiškai suderintas su ankstesniais Intel procesoriais.
Pirmieji Pentium šeimos atstovai buvo sukurti pagal BiKMOP technologiją su 0,8 mikrono 5 voltų įtampa ir turėjo savyje 3,1 milijonų tranzistorių. Nuo Pentium 120 MHz naudojama technologija KMOP, 0,35 mikronų ir maitinimo įtampa sumažinta iki 2,8V.
Skiriant nuo ankstesnių mikroprocesorių su x86 komandų sistema, Pentium šeimos procesoriai turi visa eilę technologinių naujovių, tarp kurių:
Ø Architektūra artima superskaliarinei;
Ø Atskiros komandų ir duomenų priešatmintinės;
Ø Nukreipimų nuspėjimas;
Ø Padidintos spartos operacijos su slankiu kableliu;
Ø Patobulinta 64-bitų duomenų magistralė;
Ø SL-technologija su galimybe valdyti energijos vartojimą;
Ø Daugiaprocessorinis darbas;
Ø Veikimo monitoringas;
Ø Skirtingų atminties puslapių dydžių palaikymas;
Struktūrinė procesoriaus Pentium schema pateikta 4.1. pav.
Superskaliarinis procesoriaus Pentium realizavimas – tai natūralus ankstesniųjų 32 bitų Intel procesorių modernizavimas.
Du procesoriaus Pentium konvejeriai gali vykdyti dvi komandas vienu metu. Pentium konvejeris vykdo komandas penkiais etapais:
išrinkimas
dekodavimas 1
dekodavimas 2
vykdymas
rezultato įrašymas
Tuo pačiu metu kelios komandos gali būti skirtingose vykdymo stadijose.
Bet du konvejeriai nėra nepriklausomi vienas nuo kito. Sustabdant vieną iš jų sustoja ir kitas. Aritmetinis slankaus kablelio blokas naudoja fiksuoto kablelio aritmetinį bloką veiksmams su eilėmis atlikti. O tai reikštų jog šios dvi operacijos negali būti vykdomos tuo pačiu metu. Tai riboja procesoriaus superskaliariškumą.
Procesoriuje Pentium daugybė mikrokodo komandų naudojamų ankstesniuose procesorių modeliuose yra pakeistos vidinėmis komandomis. Tai paprastos dažnai naudojamos komandos, kurias procesorius gali įvykdyti nenaudojant mikrokodo. Kas liečia sudėtingesnes komandas, tai patobulintas procesoriaus Pentium mikrokodas žymiai padidina našumą, naudojant komandų vykdymui du konvejerius.
Kiekviena procesoriaus Pentium priešatmintinė yra 8 KB. Priešatmintinės yra dalinai-asociativios. Reikiamos informacijos paieška vykdoma standartinėse 32-bitų eilutėse.
Adresų transliacijos buferis TLB (TransLation Buffer) pertvarko išorinės atmintinės ląstelės adresą į atitinkamą duomenų adresą priešatmintinėje.
Procesoriaus duomenų priešatmintinė naudoja atgalinio įrašymo tik pakeitus metodą (write back) ir MESI protokolą (Midified, Exclusive, Shared, Invalid). Įrašymo tik šalinant metodas leidžia modifikuoti duomenis priešatmintinėje be kreipimosi į operatyviąją atmintinę (duomenys įrašomi į operatyviąją atmintinę tik šalinant juos iš priešatmintinės).
Ankstesnėse kartose buvo naudojamas priešatmintinė su įrašymu vienu metu (write-through). Kiekvienos modifikacijos metu duomenys buvo perkeliami į vidinę atmintinę. Įrašymo tik šalinant metodas didina našumą, ir tuo pačiu mažina magistralės ir atmintinės apkrovimą.
MESI protokolo palaikymas leidžia užtikrinti duomenų suderinamumą procesorių priešatmintinėse ir atmintinėje dirbant multiprocesorinėje sistemoje.
Procesorius Pentium – pirmasis x86 suderinamas procesorius naudojantis šią technologiją, ankščiau ji buvo taikoma tiktai dideliuose ESM ir RISC procesoriuose.
Procesorius Pentium vykdo atšakų nuspėjimą naudojant BTB (Branch Target Buffer) buferį ir du pirminės atrankos buferius. Vienas buferis naudojamas pirminiam komandos išrinkimui, tariant jog atšakos nėra, kitas vykdo pirminį instrukcijų parinkimą į buferį, naudojant BTB turinį (pagal nukreipimo atsišakojimą).
Procesoriaus Pentium atšakų nuspėjimo algoritmas ne tik prognozuoja paprastų atšakų išrinkimą, bet ir palaiko sudėtingesnį prognozavimą (pavyzdžiui, įdėtuose cikluose). Tai galima dėka BTB buferyje saugojimų kelių atšakų adresų. BTB saugo iki 256 atšakų rezultatų, kas savo ruožtu leidžia vykdyti atšakų spėjimą ne mažesniu nei 0,8 tikslumu.
Procesoriuje Pentium naudojamas slankaus kablelio aritmetinis blokas, naudojantis sudėtingus aštuonių pakopų konvejerius ir vidines funkcijas. Dauguma slankaus kablelio komandų pradedama vykdyti viename iš sveiko skaičiaus konvejerių, o vėliau yra nusiunčiamos į konvejerius su slankiu kableliu. Be to, įprastos slankaus kablelio funkcijos (tokios kaip sudėtis, daugyba, dalyba) greitesniam jų vykdymui yra realizuotos kaip vidinės funkcijos.
Dėka šitokių naujovių procesorius Pentium-100 slankaus kablelio operacijas atlieka 10 kartų greičiau negu Intel 486DX 33MHz procesorius.
Dėka 64 bitų duomenų magistralės procesorius Pentium gali vykdyti duomenų mainus 528 MB per sekundę sparta. Tai daugiau nei 5 kartus viršija maksimalų procesoriaus IntelDX2 66MHz (105 MB/sek) duomenų mainų spartą. Praplėsta duomenų magistralė palaiko duomenų bei komandų srautą perduodamą superskaliariniam vykdomajam procesoriniam įtaisui, o tai skatina apdorojimo intensyvumo padidėjimą. Rezultate bendras procesoriaus Pentium-100 našumas 2,5 karto viršija procesoriaus IntelDX2 66MHz našumą.
Be duomenų magistralės praplėtimo tam, kad padidinti jos pralaidumą, procesorius Pentium realizuoja magistralės ciklų konvejerizaciją, leidžiančią pradėti antrą ciklą dar iki pasibaigs pirmas. Tai suteikia atmintinės posistemei daugiau laiko adreso dekodavimui, todėl galima naudoti lėtesnius ir pigesnius atmintinės elementus, o tai sumažina visos sistemos kainą. Be to, praleidžiamosios gebos ir sistemos patikimumui didinti didelę svarbą turi ir paketinio rašymo bei skaitymo palaikymas, adreso ir duomenų lygiškumo patikrinimas.
Tam, kad padidinti nuoseklių operacijų įrašymą į atmintinę, procesorius Pentium turi du įrašymo buferius (po vieną kiekvienam konvejeriui), dėka kurių, jis gali tęsti darbą (vykdyti kitas komandas), nepaisant to jog vienos jų rezultatas dėl magistralės užimtumo dar neįrašytas į atmintinę.
4.1 pav. Procesoriaus Pentium sandara
Tam kad padidinti sistemų, kuriamų procesoriaus Pentium pagrindu patikimumą, juose numatytos dvi priemonės, anksčiau naudotos tiktai didelėse ESM, - vidinis klaidų aptikimas ir testavimas panaudojant funkcinį likutį.
Vidiniam klaidų aptikimui naudojami vidinių procesoriaus buferių lygiškumo bitai.
Programoms, reikalaujančioms didžiausio patikimumo, gali būti naudojamas testavimas panaudojant funkcinį likutį. FRC (Functional Redundancy Checking). FRC reikalauja dviejų procesorių Pentium panaudojimo – pagrindinio ir tikrinančio. Tokiame tandeme procesoriai vykdo skaičiavimus paraleliai. Vienas procesorių tikrina skaičiavimų rezultatus su antrojo procesoriaus rezultatais. Atsiradus skirtumui rezultatuose, procesoriuose generuojamas pertraukčių signalas.
Pradedant procesorium Pentium 90, naudojamas naujas elektros energijos vartojimo valdymas. Elektros energijos tausojimo priemonės dirba procesoriaus ir sistemos lygmenyse. Energijos sąnaudų valdymas numatytas vykdant užduotis nereikalaujančias intensyvių skaičiavimų vykdymo (pavyzdžiui redaguojant tekstą), procesorius pervedamas į sumažinto taktinio dažnio režimą su sumažintu energijos panaudojimu. Galimas netgi visiškas procesoriaus sustabdymas (“miegantis” režimas – SL). Sistemoje Intel SL-technologija naudoja SMM (System Management Mode) sistemos valdymo režimą, kontroliuojantį energijos panaudojimą visoje sistemoje, netgi periferiniuose įrenginiuose. Valdymo priemonės leidžia procesoriui lėtinti funkcionavimą, laikinai arba visiškai stabdyti atskirų sistemos komponentų darbą maksimizuojant energijos taupymą.
Procesoriuje Pentium integruotos miltiprocesorinio duomenų apdorojimo priemonės, leidžiančios naudoti jį multiprocesorinėse sistemose.
Kaip jau minėta, tam kad palaikyti duomenų suderinamumą tarp įvairių procesorių, Pentium duomenų priešatmintinė naudoja MESI protokolą.
Procesoriai Pentium be to turi dvi naujas priemones multiprocesoriniam veikimui palaikyti: dviejų įėjimų priešatmintinės antro lygmens valdiklį, leidžiantį dviems procesoriams kartu naudotis viena antrojo lygio priešatmintine ir vidinį daugiaprocesorinių pertraukčių valdiklį, palaikantį iki 60 procesorių.
Našumo monitoringas – tai procesoriaus Pentium priemonė, leidžianti sistemos projektuotojams ir programinės įrangos kūrėjams optimizuoti jų produktus indentifikuojant programiniame kode “siauras vietas”. Projektuotojai gali stebėti ir skaičiuoti vidinių procesoriaus įvykių, turinčių įtakos rašymo ir skaitymo operacijų našumui, taktus, sėkmingus ir nesėkmingus kreipinius į priešatmintinę, pertrauktis, magistralės panaudojimą. Tai leidžia įvertinti programinio kodo efektyvumą Pentium architektūros atžvilgiu ir vykdyti tikslų taikomųjų paketų arba sistemų derinimą siekiant maksimalaus našumo.
Kaip ir visos naujos 32 bitų mikroprocesorinės Intel architektūros, procesorius Pentium leidžia modernizuoti sistemas pagal Intel modernizavimo technologiją. Tai prailgina sistemos eksploatavimo laikotarpį ir bent dalinai apsaugo įdėtas lėšas. Modernizacijos technologija leidžia panaudoti tobulesnių procesorių privalumus, garantuojant paprastą instaliaciją (dažniausiai paprastą lusto pakeitimą).
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą