Ульяновский государственный университет
Опубликован: 18.05.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 3768 / 1013 | Оценка: 4.05 / 4.02 | Длительность: 15:15:00
Специальности: Разработчик аппаратуры
Лекция 6:

Анализ развития процессоров фирмы Intel: семейство Pentium

< Лекция 5 || Лекция 6: 1234 || Лекция 7 >
Аннотация: В этой лекции рассматриваются организация и режимы работы процессоров семейства Pentium, SIMD-расширения архитектуры IA-32, микроархитектура NetBurst, приводится алгоритм инициализации ЭВМ на базе процессоров х86. Цель: познакомить учащихся с особенностями новых архитектурных решений: SIMD и NetBurst; сформировать знания о MMX- и SSE-инструкциях, о новых типах данных, сформировать умения и навыки правильного выбора и использования режима работы микропроцессора.
Ключевые слова: PCI, интерфейс, DCI, 3d rendering, процессор, суперскалярная архитектура, FPU, MESI, конвейеризация, managed mode, самотестирование, устройство управления памятью, алгоритм функционирования, BTB, branch, target, кэш, память, буфер, TLB, translation, pentium pro, IA-32, архитектура, динамическое исполнение программы, глубокое предсказание ветвлений, анализ потока данных, опережающее исполнение команд, SIMD, инструкция, микропроцессор, MMX, extension, SIMD-расширение, вещественная арифметика, байт, сложение, производительность, увеличение производительности, ПО, двойная независимая шина, шина, масштабируемость, SSE, регистр управления, бит, single precision, операции, SSE2, ядро, dual independent bus, DIB, CPU, core, разрядность, кэш данных, trace, cache, микрооперация, функциональный контроль, FRC, quad, тактовая частота, информация, адрес, АЛУ, длина конвейера, гиперконвейер, микроархитектура NetBurst, офисные приложения, механизмы, модуль ядра, контроллер прерываний, ПДП, CMOS, LPT, APR, BIOS, Basic, input, output, system, ПЗУ, программное обеспечение, POST, power, setup, программа, значение, поиск

Организация и режимы работы процессоров семейства Pentium

С именем Pentium и Intel ассоциируется ряд новых технологий и стандартов. Необходимость повышенной скорости передачи данных привела к созданию шины PCI. Новые мультимедийные приложения и обработка в реальном масштабе времени с телевизионным качеством заставили пересмотреть интерфейс видеоконтроллера - появились технологии быстрого графического интерфейса DCI и вывода трехмерной графики 3D Render.

Процессор Pentium включает все особенности процессора Intel-486 и имеет ряд новых существенных черт, таких как:

  • суперскалярная архитектура, включающая два конвейера и позволяющая за один такт процессора выполнить более одной команды;
  • предсказание ветвлений в программе, что реализуется специальными логическими схемами, которые определяют точку передачи управления в программе и обеспечивают предварительную подготовку к выполнению определенных фрагментов программы;
  • конвейерное устройство для обработки данных с плавающей точкой (FPU);
  • раздельные кэш-памяти команд и данных емкостью 8 Кбайт каждая;
  • поддержка протокола обратной записи MESI (Modified/Exclusive/Shared/Invalid) для кэш-памяти данных;
  • 64-разрядная ШД и 32-разрядная ША;
  • конвейеризация машинного цикла;
  • контроль на четность адреса и данных;
  • внутренний контроль на четность;
  • режим управления системой (System Management Mode).

В процессор Pentium встроены средства самотестирования и средства отладки программного обеспечения на основе механизма контрольных точек для останова процессора при выборе команд и обращений к данным.

Процессор Pentium включает полный набор команд процессора Intel-486 и содержит ряд новых команд, обеспечивающих расширение его функциональных возможностей.

Устройство управления памятью на кристалле процессора совместимо с процессорами Intel-386 и Intel-486. Два конвейера команд и устройство с плавающей точкой работают независимо. Имеется возможность выполнения двух команд в одном такте при обработке данных целого типа или одной, а иногда и двух простых команд с плавающей точкой.

Для предсказания ветвлений в программе процессор Pentium содержит два буфера предвыборки команд, один из которых обеспечивает предвыборку команд на линейном участке, а другой служит для предвыборки команд в соответствии с алгоритмом функционирования буфера целевого ветвления BTB (Branch Target Buffer). Это почти всегда позволяет осуществить предвыборку необходимой для выполнения команды.

Каждая кэш-память является двухканальной множественно-ассоциативной и имеет специальный буфер ассоциативной трансляции TLB (Translation Lookaside Buffer) для преобразования линейных адресов в физические. Кэш-память данных обеспечивает режим обратной (Writeback) или сквозной (Writethrough) записи строка за строкой и поддерживает протокол MESI.

Устройство управления памятью в процессоре Pentium поддерживает страницы до 4 Мбайт.

Динамическое исполнение программ в процессоре Pentium Pro

Процессор Pentium Pro совместим со всеми приложениями, созданными для семейства IA-32. Архитектура Pentium Pro в основном оптимизирована для работы с интенсивным использованием 32-разрядных регистров (ШД - 64-разрядная).

Внутри корпуса микросхемы находятся два кристалла: процессор и кэш-память второго уровня емкостью 256 Кбайт.

В Pentium Pro применено динамическое исполнение программы. Этот термин определил 3 способа обработки данных:

  • глубокое предсказание ветвлений (с вероятностью > 90% можно предсказать 10 = 15 ближайших переходов);
  • анализ потока данных (на 20-30 шагов вперед посмотреть программу и определить зависимость команд по данным или ресурсам);
  • опережающее исполнение команд (ЦП P6 может выполнять команды в порядке, отличном от их следования в программе).
< Лекция 5 || Лекция 6: 1234 || Лекция 7 >
Виктория Монахова
Виктория Монахова
Евгений Коваленко
Евгений Коваленко