Pentium II

Spojuje v sobě osvědčené prvky pokrokové architektury procesoru P6 s možnostmi technologie MMX z procesoru P5, má asi 7.5 mil. tranzistorů.

 

hlavní rozdíly proti P5 a P6:

– v technologii výroby je použitá 0,35 resp. 0,25 μm CMOS, která dovoluje snížit napájení až na  2.8 V a nová technologie pouzdření s pouzdrem S.E.C.,

– v návrhu architektury jsou novinkami technologie dynamického spouštění, superpipelining procesoru i jednotky FPU, zabudovaný programovatelný generátor hodin s PLL,

 

– v návrhu sběrnicového rozhraní umožňuje logika multiprocesingu společně s architekturou duálních nezávisých sběrnic (Dual Independent Bus) pozitivně ovlivnit celkový výkon systému vč. rychlosti systémové sběrnice 66/100 MHz,

– v instrukční souboru jsou implementované instrukce MMX tak, aby využívaly RISCové superskalární jádro se 4 větvemi.

 

Náhradou za dosud používanou technologii pouzdření PGA (Pin Grid Array – je už od procesorů x86) je použití pouzdra S.E.C. (Single Edge Contact cartridge = kontakty po jednom okraji), kde se součástky procesoru upevní na podložku a zakryjí plastokovovým krytem. Pouzdro dovoluje, aby L2 cache byla těsně spojena s procesorem pomocí SMT (Surface Mounted Technology) a také má tepelnou destičku, která umožňuje připojení chladiče. Pouzdro tak poskytuje vysoký výkon se zvýšenou ochranou při úplném zakrytí a chrání součástky SMT při manipulaci. S.E.C. se připojuje přes okrajový pásek do konektoru na základní desce. Toto připojení se nazývá 242-contact slot connector – Slot1. Na konektoru SC 242 je 5 špiček pro identifikaci napětí VID.

Procesor PII je navržen především pro zvýšení výkonu v multimediální oblasti aplikací a komunikačním softwaru (multimédia – obraz/zvuk, 3D aplikace, video/animace, Internet, serverové aplikace, kompatibilita se všemi běžnými OS – W9x, Unix, SunSolaris,…).

Technologie dynamického spouštění umožňuje zpracovávat instrukce mimo pořadí tím, že v 1 taktu dekóduje až 3 instrukce, které uloží do bufferu (kapacita až 40 instrkcí). Instrukce jsou z bufferu vybírany v okamžiku, kdy má procesor k dispozici jejich operandy. Výpočet adres operandů zatím probíhá v AGU (!platí neustálé zdokonalovaní chráněného režimu přístupu k paměti a její stránkování!). V průběhu 1 taktu lze zprovést až 4 instrukce naráz.

Prostý datovod dosahuje u P5, MMX a P6 postupně 5, 6 a 12 stupňů pipeliningu. U PII je pipelining vylepšen ne o další stupně, ale o sofistikovaný, dvojúrovňový adaptivní a předvídavý mechanismus provádění instrukcí. Pipelining podporuje i přísun dat (32,64 a 80b) pro FPU.

Procesor PII pracuje s dvěma rozdílnými sběrnicemi (architektura DIB). Generuje systémovou sběrnici pro přístup k OP a pro I/O operace a sběrnici L2Cache, která pracuje s 1/2 frekvencí procesoru. Adresová sběrnice je rozšířena na 36 b., dolní 3 b.  jsou u μP PII vyvedeny dekódovaně jako BE7÷BE0 (dělí paměť na banky). Adresová sběrnice je zabezpečena dvěma paritními bity. Datová sběrnice má kromě paritního zabezpečení ještě pro každý bajt jeden bit ECC.

  

Instrukční soubor technologie MMX směřuje ke zvýšení výkonu v  oblasti multimediální a komunikační, která je zaměřena především na paralelní zpracování multimediálních dat. Instrukce MMX používají techniku programování SIMD. Technologie Write Combining se používá pro zvýšení rychlosti grafických operací. Pro zlepšení možností multimediálních aplikací, přehrávání videa, apod. se používá vícenásobný zápis do paměti.

Vyrovnávací paměť (cache) je buď integrovaná L1 o celkové velikosti 32 KB (2 části – instrukční a datová) nebo mezipaměť L2, která je jednotná o velikosti 512 KB. IVP L1 pracuje ve stejném taktu jako μP a poskytuje tak rychlý přístup k datům i instrukcím. IVP L2 používá stejnou šířku sběrnice jakou má externí datová – 64b, zajištěna vysoká rychlost přenosu dat do procesoru.

Takt PII začíná od 300 MHz (350MHz, 400MHz,…), takt systémové sběnice je od 66MHz do100 MHz.

 

Pentium II – jeho následovníci

Intel Xeon – velmi výkonný procesor pro použití v počítačích, které slouží jako velmi zatěžované servery a pracovní stanice. PII Xeon má velmi rychlou IVP L2, která je modulární (až 2MB) a pracuje se stejnou frekvencí jako μP. Dosáhne se tak vysoké rychlosti toku dat.

Procesor má také další nástroje pro kontrolu správné činnosti – tepelná ochrana, sledování a oprava chyb (Error Checking and Correcting, Functional Redundancy Checking), správa systémové sběrnice (využitelná samozřejmě i v systémech vyžadujících současný provoz 2 a více procesorů např. v serverech).

PII Xeon s novým chipsetem  450 může ovládat paměť RAM do kapacity 8 GB, později až do 64 GB.

Intel Celeron – je jednodušší varianta odvozená od Xeonu, je to lacinější procesor řady P II, často ovšem bez mezipaměti L2, ale s IVP L1 32 KB. Od vyšší frekvence procesoru se vrací k původnímu typu pouzdření Soket370.

Pentium II – Klamath – verze s vyšší frekvencí procesoru, Slot1.

Pentium III

Posunuje dál hranice vývoje, které nastavilo PII, především v  platformě multimediálních aplikací a síťových komunikací. Procesor PIII pracuje od frekvence 450 MHz, má asi 9,5 mil. tranzistorů bez IVP (jinak 28 mil.), velikost  „cacheovatelné“ paměti je 4 GB, pouzdro S.E.C.2.

 

hlavní rozdíly proti PII :

– v technologii výroby je použitá 0,25 později. 0,18 μm CMOS, která dovoluje snížit napájení až na  2.8 V a nová technologie pouzdření s pouzdrem S.E.C.2,

– v návrhu architektury jsou novinkami vylepšená technologie dynamického spouštění, identifikační kód – sériové číslo procesoru,  inovovaná technologie  vícenásobné predikce a technologii AGTL,

– v instrukční souboru je novinkou rozšíření o instrukce MMX-2 a SIMD.

 

Procesor PIII navržen pro aplikace s vysokými nároky na rychlý přenos dat  (např. Internet) a také tam, kde je významné další zrychlení multimediálních aplikací (audio-video, animace, 3D aplikace). Tomu napomáhá rychlá IVP L1 od velikosti 32 KB a L2 512 KB. Při srovnání výkonnosti PII a PIII vychází zvýšení výkonu pomocí benchmark testů o 30% v indexu Multimedia99 a o 75% v indexu 3DWinbech99.

Technologie dynamického spouštění (zpracování) – Dynamic Execution Technology.

Vícenásobná predikce se snaží předvídat běh programu a ještě více ho optimalizuje používáním několika možných cest, kterými se program může ubírat. Důsledkem je další zvyšování přenosové rychlosti dat k procesoru.

Spekulativní provádění instrukcí podle optimalizačního plánu dokáže zajistit, že superskalární výkoné jednotky se nikdy nedostanou do stavu nečinnosti. Analýza toku dat vytváří optimalizovaný plán spouštění instrukcí ve vazbě na analýzu “závislých” instrukcí mezi sebou.

Novým prvkem ochrany přístupu do paměti je kód identifikace počítače pro síťové i nesíťové aplikace – sériové číslo (PIII se ale dodávají s vypnutým kódem), Sériové číslo dovolí přístup selektovaným uživatelům pouze do povolených částí aplikace, např. operace na Internetu, transakce elektronického obchodu, počítačová kriminalita.

Nové instrukce Streming SIMD Extension (SSE – 70 nových instrukcí) zpracovávají data v pohyblivé řád. čárce, ale mají i přídavné celočíselné operace a instrukce ovládání cacheovatelnosti paměti. Projevují se možností vyššího rozlišení, vyšší kvality prohlíženého obrázku a manipulace s ním, dále ve vysoké kvalitě přehrávní audia a videa, kódování (MPEG), rozeznávání řeči. Rozšířená technologie MMX (MMX Media Enhacement Tech.) – MMX2 – vychází z 57 původních instrukcí MMX (4 různé datové typy, pro celá čísla). Do struktury PIII je přidáno 8 registrů technologie MMX s 64b./128b. šířkou, a instrukce pracují v technologii SIMD. To vše je pro neustále se zvyšující nároky multimediálních (3Dgrafika ale i 3Dzvuk) a síťových aplikací.

Pro připojení ke sběrnici používá technologii AGTL (Advanced GTL) – výstupní buffery se po každé změně úrovně připojí na dobu jednoho hodinového cyklu na napětí V_TT, tím se zrychlí hrany signálu.

Pentium III – jeho následovníci

PIII – Katmai – u něho se objevuje nová sada instrukcí Katmai New Instr. (KNI) označovaná také jako MMX2 pro „hrací“ počítače. Systémová sběrnice má takt 133MHz, frekvence procesor je až 900MHz. Odklon od Slot1 k Soket370 (pouzdro PGA).

PIII – Coppermine – nástupce Katmai vyráběný technologií 0,18 μm, rychlejší takt procesoru za hranici 1GHz.

PIII – Xeon / Tanner – je to Xeon vyráběný technologií 0,18 μm se zabudovanými instrukcemi KNI (= MMX2), používá pouzdro S.E.C.2 – Slot2.

Celeron II – lacinější varianta procesoru vzhledem k P4, rychlost procesoru od 1GHz.