Pentium

Pentium (вимовляється Пентіум) - торгова марка декількох поколінь мікропроцесорів сімейства x86, що випускаються корпорацією Intel з 22 березня 1993. Pentium є процесором Intel п'ятого покоління і прийшов на зміну Intel 80486 (який часто називають просто 486).

1. Історія

Intel Pentium 60, перша модель Pentium

У червні 1989 Винод Демом ( англ. Vinod Dahm ) Були зроблені перші начерки процесора під кодовою назвою P5. В кінці 1991 була завершена розробка макета процесора, і інженери змогли запустити на ньому програмне забезпечення. Почався етап оптимізації топології та підвищення ефективності роботи. У лютому 1992 проектування в основному було завершено, почалося всеосяжне тестування дослідної партії процесорів. У квітні 1992 року прийнято рішення про початок промислового виробництва, в якості основної промислової бази була обрана Орегонському фабрика № 5. Почалося промислове освоєння виробництва і остаточне доведення технічних характеристик.

У жовтні 1992 року Intel оголосила, що процесори п'ятого покоління, раніше носили кодове ім'я P5, будуть називатися Pentium, а не 586, як припускали багато. Це було викликано тим, що багато фірм, що виробляють процесори, активно освоїли виробництво "клонів" (і не тільки) процесорів 386 і 486. Intel збиралася зареєструвати в якості торгової марки назву "586", щоб більше ніхто не зміг займатися виробництвом процесорів з такою назвою, проте виявилося, що зареєструвати цифри в якості торгової марки не можна, тому було прийнято рішення назвати нові процесори "Pentium" (за основу було взято др.-греч. πέντε "П'ять"), що також вказувало на покоління даного процесора. 22 березня 1993 відбулася презентація нового мікропроцесора, через кілька місяців з'явилися і перші комп'ютери на їх основі.

2. Основні відмінності від процесора 486

• Суперскалярна архітектура. Завдяки використанню суперскалярної архітектури процесор може виконувати 2 команди за 1 такт. Така можливість існує завдяки наявності двох конвеєрів - u-і v-. u-конвеєр - основний, виконує всі операції над цілими та числами; v-конвеєр - допоміжний, виконує тільки прості операції над цілими та частково над речовими. Щоб старі програми (для 486) в повній мірі використали можливості такої архітектури, необхідно було їх перекомпілювати. Pentium - перший CISC -процесор, що використає многоконвейерную архітектуру.
• 64-бітова шина даних дозволяє процесору Pentium за один шинний цикл обмінюватися вдвічі більшим об'ємом даних з оперативною пам'яттю, ніж 486 (при однаковій тактовій частоті).
• Механізм передбачення адрес розгалуження. Застосовується для скорочення часу простою конвеєрів, викликаного затримками вибірки команд при зміні лічильника адреси під час виконання команд розгалуження. Для цього в процесорі використовується буфер адреси розгалуження BTB (Branch Target Buffer), використовує алгоритми передбачення адрес розгалуження.
• Роздільне кешированіє програмного коду і даних. В процесорах Pentium використовується кеш-пам'ять першого рівня (кеш L1) обсягом 16 Кб, розділена на 2 сегменти: 8 Кб для даних і 8 Кб для інструкцій. Це покращує продуктивність і дозволяє робити подвійне кешування доступним частіше, ніж це було можливо раніше. Крім того, змінено механізм кешування.
• Покращений блок обчислень з плаваючою точкою ( FPU).
• Симетрична багатопроцесорна робота ( SMP).

3. Моделі

Intel Pentium 75

Спочатку (22 березня 1993 року) було представлено лише дві моделі, засновані на ядрі P5 з частотами 60 і 66 МГц. Пізніше були випущені і більш продуктивні процесори Pentium, засновані на вдосконалених ядрах. Крім того, були представлені мобільні версії процесорів та процесори Pentium OverDrive.

3.1. P5

Процесори Pentium першого покоління. Дві (єдині) моделі анонсовані 23 березня 1993 і працювали з тактовою частотою ядра 60 і 66 МГц, частота системної шини ( FSB) була рівна частоті ядра, тобто множник ядра дорівнював 1,0. Кеш другого рівня розміщувався на материнській платі і міг мати розмір до 1 Мб. Процесор випускався в 273-контактному корпусі CPGA, встановлювався в корпус Socket 4 і працював від напруги 5 В. Всі процесори Pentium відносяться до класу SL Enhanced - це значить, що в них передбачена система SMM, що забезпечує зниження енергоспоживання. Ранні варіанти процесорів, з частотами 60-100 МГц (ядра P5 і P54C), мали помилку в модулі FPU (математичний співпроцесор), яка в рідкісних випадках призводила до зменшення точності операції ділення. Цей дефект був виявлений в 1994 і став відомий як " Pentium FDIV баг ". Процесори на ядрі P5 виготовлялися з використанням 800-нанометрового техпроцесу, по біполярної BiCMOS -технології. Процесор містить 3100000 транзисторів, а розмір кристала ядра складає 294 мм . Pentium 66 споживає струм в 3,2 А і має потужність 16 Вт, що зажадало установки додаткового вентилятора. Виробництво таких процесорів виявилося дуже складним і відсоток виходу придатних кристалів виявився занадто малий. Багато фахівців, вказуючи на численні недоліки (див.: F0 0f c7 c8) процесорів Pentium першого покоління, не радили купувати дані моделі. Виробництво на час довелося зупинити. Однак незабаром почалося виробництво удосконалених процесорів, заснованих на ядрі P54C.

3.2. P54C

В жовтні 1993 були випущені процесори Pentium другого покоління. Спочатку була випущена модель з тактовою частотою 75 МГц. Процесори вироблялися по 600-нанометровій біполярної BiCMOS-технології, що дозволило зменшити розмір кристала до 148 мм (ядро містить 3,2 млн транзисторів) і знизити споживану потужність до 10,1 Вт (для Pentium 100). Напруга живлення також було зменшено до 3,3 В, струм, споживаний процесором, складає 3,25 А. Процесор випускався в 296-контактному корпусі CPGA і встановлювався в Socket 5 або Socket 7 і був не сумісний з Socket 4. У цих процесорах поліпшена система SMM і доданий вдосконалений програмований контролер переривань APIC.

В процесорах Pentium другого покоління використовується множення тактової частоти, він працює швидше системної шини. Для вказівки, у скільки разів тактова частота ядра процесора більше частоти системної шини, використовується множник. У всіх процесорах, заснованих на ядрі P54C, множник дорівнює 1,5.

3.3. P54CS

Перші процесори, засновані на даному ядрі, були випущені 27 березня 1995. По суті, це ядро ​​являє собою ядро ​​P54C, виготовлене з використанням 350-нанометровій біполярної BiCMOS-технології, що дозволило зменшити розмір кристала ядра до 91 мм (процесори Pentium 120 і 133), проте незабаром, в результаті оптимізації ядра, його розмір вдалося зменшити до 83 мм при тій же кількості транзисторів. При цьому Pentium 200 споживав струм в 4,6 А, а його максимальна розсіює енергія (тепловиділення) становило 15,5 Вт

3.4. P55C

Процесор Pentium MMX. Вид зверху

8 січня 1997 були випущені процесори Pentium, засновані на ядрі P5 третього покоління (P55C). Центром розробок і досліджень Intel в Хайфі ( Ізраїль) в ядро P55C був доданий новий набір інструкцій, названий MMX (MultiMedia eXtension), істотно збільшує (від 10 до 60%, залежно від оптимізації) продуктивність комп'ютера в мультимедіа-додатках. В результаті, ці процесори іменуються Pentium w / MMX technology (зазвичай скорочується до Pentium MMX). Новий процесор включає в себе пристрій MMX з конвеєрної обробкою команд, кеш L1 збільшений до 32 Кб (16 Кб для даних і 16 Кб для інструкцій). Складається новий процесор з 4,5 млн транзисторів і проводиться за вдосконаленою 280-нанометровій CMOS-технології з використанням кремнієвих напівпровідників, працює на напрузі 2,8 В. Максимальний споживаний струм дорівнює 6,5 А, тепловиділення дорівнює 17 Вт (для Pentium 233 MMX ). Площа кристала у процесорів Pentium MMX дорівнює 141 мм . Процесори випускалися в 296-контактному корпусі типу CPGA або PPGA для Socket 7.

3.5. Pentium OverDrive

Було випущено кілька поколінь Pentium OverDrive.

• В 1995 вийшов перший Pentium OverDrive (на ядрі P24T). Він був призначений для установки в гнізда типу Socket 2 або Socket 3 і працював з напругою живлення 5 В, тобто служив для модернізації систем, що використовують процесор 486 без заміни материнської плати. При цьому даний процесор володів всіма функціями процесора Pentium першого покоління (на ядрі P5). Було випущено дві моделі, що працюють на частотах 63 і 83 МГц, старша споживала струм в 2,8 А і володіла розсіюваною потужністю 14 Вт Через високу вартість даний процесор пішов, не встигнувши з'явитися. І хоча через деякий час (4 березня 1996 року) на зміну цим процесорам прийшли Pentium ODP5V з частотами 120 і 133 МГц, засновані на ядрі P5T (по суті, являє собою ядро ​​P54CS), вони також не стали популярні.
• 4 березня 1996 виходить наступна версія Pentium OverDrive - Pentium ODP3V - на ядрі P54CT. Дане ядро ​​засноване на ядрі P54CS. Процесор випускався в 320-контактному корпусі CPGA для Socket 5 або Socket 7.
• 3 березня 1997 виходять дві моделі Pentium ODPMT (з частотами 150 і 166 МГц), побудовані на ядрі P54CTB (аналог P55C). Пізніше, 4 серпня 1997 року, виходять ще дві моделі на тому ж ядрі (з частотами 180 і 200 МГц). Вони випускалися в 320-контактних корпусах CPGA і були призначені для Socket 5 або Socket 7 (Pentium ODPMT-200 MMX - тільки для Socket 7).

3.6. Tillamook

Процесори, засновані на даному ядрі, призначалися для портативних комп'ютерів, використовувалися в т.зв. "Мобільному модулі" MMC-1 Mobile Module Connector з 280 пінами працювали разом з чіпсетом Intel 430 TX і маючи при цьому 512 КБ кеш-пам'яті на системній платі. Ядро Tillamook (названо на честь міста в штаті Орегон, США), являє собою ядро P55C із зниженою напругою живлення - модель з частотою 300 Мгц працювала з напругою 2,0 В, споживаючи при цьому струм в 4,5 А і володіла тепловиділенням в 8,4 Вт Старші моделі (з частотою 233, 266 і 300 МГц) випускалися з використанням 250-нм техпроцесу і мали кристал площею 90 мм , також існували версії з 166 МГц частотою ядра Моделі 200 і 233 випускалися з серпня 1997 р., модель 266 з січня 1998 , а старша в лінійці модель була представлена ​​в січні 1999 р.

4. Інші процесори, що використовують марку Pentium

Процесори Intel Pentium користувалися величезною популярністю, і Intel вирішила не відмовлятися від марки Pentium, називаючи так і наступні процесори, хоча вони сильно відрізнялися від перших Pentium'ов і не ставилися до п'ятого покоління. Такими є:

5. Технічні характеристики різних ядер