Pentium II

Intel Pentium II (рос. Інтел Пентіум два) - процесор x86 -сумісної мікроархітектури Intel P6, анонсований 7 травня 1997 ^[1]. Ядро Pentium II являє собою модифіковане ядро ​​P6 (вперше використане в процесорах Pentium Pro). Основними відмінностями від попередника є збільшений з 16 до 32 Кб кеш першого рівня і наявність блоку SIMD -інструкцій MMX (що з'явилися трохи раніше в Pentium MMX), підвищена продуктивність при роботі з 16-розрядними додатками. У системах, побудованих на базі процесора Pentium II, повсюдне застосування знайшли пам'ять SDRAM і шина AGP ^[2].

1. Загальні відомості

Pentium-II: SECC і SECC2

Велика частина процесорів Pentium II випускалася в двох типах корпусів: SECC і SECC2.

Pentium II в корпусі типу SECC являє собою картридж, що містить процесорну плату (" субстрат ") з встановленою на ній мікросхемою процесора, а також двома або чотирма мікросхемами кеш-пам'яті типу BSRAM і tag-RAM. До мікросхемі процесора за допомогою пружних пластинок і штифтів притиснута Теплорозподільна пластина (на неї, у свою чергу, встановлюється кулер). Маркування процесора знаходиться на картриджі. Процесор призначений для установки в 242-контактний щілинний роз'єм Slot 1. Кеш-пам'ять другого рівня працює на половині частоти ядра. В корпусі типу SECC випускалися всі процесори на ядрі Klamath, ранні моделі на ядрі Deschutes з частотами 266-333 МГц і частина пізніх моделей на цьому ядрі.

Основною відмінністю корпуса типу SECC2 від SECC є відсутність теплорозподільною пластини. Кулер, встановлений на процесор в корпусі типу SECC2, контактує безпосередньо з мікросхемою процесора. В корпусі типу SECC2 випускалися частина пізніх моделей Pentium II на ядрі Deschutes з частотами 350-450 МГц.

Існує також варіант Pentium II OverDrive в корпусі PGA (встановлюється в гніздовий роз'єм Socket 8) з повношвидкісне кешем другого рівня, призначений для заміни Pentium Pro ^{[2] [3]}.

2. Моделі

Перші процесори Pentium II (Klamath) були призначені для ринку настільних персональних комп'ютерів і вироблялися по 350 нм технології. Подальшим розвитком сімейства десктопних Pentium II стало 250 нм ядро ​​Deschutes. Через деякий час вийшли процесори Mobile Pentium II, призначений для установки в ноутбуки, і Xeon, орієнтований на високопродуктивні системи і сервери. На базі ядра Deschutes випускалися також процесори Celeron (Covington), призначені для використання в недорогих комп'ютерах. Вони представляли собою Pentium II, позбавлений картриджа і кеша другого рівня. ^{[2] [4]}

2.1. Pentium II

2.1.1. Klamath

Ядро Klamath є еволюційним продовженням ядра P6, на якому був побудований Pentium Pro. Кеш-пам'ять першого рівня збільшена з 16 до 32 Кб, додано блок SIMD -інструкцій MMX, внесені зміни з метою підвищення продуктивності при роботі з 16-бітним кодом. Процесор має можливість роботи в двопроцесорних системах (на відміну від Pentium Pro, здатного працювати в чотирипроцесорних системах) ^[2].

Кеш другого рівня було винесено з корпусу процесора, в результаті чого вартість виробництва процесора була істотно знижена, так як це дозволяло Intel не займатися виробництвом мікросхем кеш-пам'яті, а закуповувати їх (використовувалися мікросхеми BSRAM виробництва Toshiba, SEC і NEC). Кеш об'ємом 512 Кб (чотири мікросхеми, розташовані на обох сторонах процесорної плати) працював на половині частоти ядра.

Процесор випускався по 350 нм технології, мав напруга ядра 2,8 В, виділяв велику кількість тепла і не володів високим частотним потенціалом ^[6].

Всі процесори на ядрі Klamath випускалися в картріджі SECC (повністю закритий картридж з пластиною тепловідводу).

2.1.2. Deschutes

26 січня 1998 Intel анонсувала процесор Pentium II, побудований на новому ядрі, що носить кодове ім'я Deschutes. На відміну від Klamath, процесори з ядром Deschutes виготовлялося по 250 нм технології, напруга ядра було знижено до 2,0 В, що дозволило значно знизити тепловиділення і підняти планку максимальної частоти до 450 МГц. Більшість процесорів ревізій Вх здатні працювати і на частотах понад 500 МГц.

Кеш другого рівня об'ємом 512 Кб, як і раніше працював на половині частоти ядра, проте був виконаний у вигляді двох мікросхем BSRAM, розташованих по обидві сторони кристала процесора. За деякими даними, це могло призводити до незначних втрат в продуктивності щодо Klamath на рівних частотах. В останніх ревізіях процесора Pentium II і ранніх Pentium III розташування мікросхем було змінено: мікросхеми розташувалися один над одним праворуч від кристала.

Піддалася змінам і tag-RAM: замість мікросхеми Intel 82459AB, що володіла досить високим тепловиділенням, використовуються мікросхеми 82459AC (в процесорах ревізії А0) і 82459AD. Остання практично не нагрівається і працездатна на частотах понад 500 МГц. Спочатку tag-RAM розташовувалася на звороті плати під кристалом, а потім була переміщена слідом за мікросхемами кеш-пам'яті ^[6].

Ранні процесори з ядром Deschutes, як і Klamath, мали картридж типу SECC. Охолодження кеш-пам'яті в цьому картріджі було утруднено: пластина тепловідводу не стосувалася мікросхем BSRAM, тому спочатку пластина тепловідводу була модернізована (з'явилися виступи, що дозволяють здійснити контакт з мікросхемами), а потім зникла. Картридж без теплоотводность пластини отримав найменування SECC2 ^[7].

Щоб відрізнити моделі, що працюють на однакових частотах (266 і 300 МГц), але мають різні ядра, у процесорів, побудованих на ядрі Deschutes, в кінці назви дописували літеру "A". Ранні процесори (з частотами 266, 300, 333, 350 і 400 МГц) мали розмір кристала 131 мм , з виходом нової ревізії розміри кристала зменшилися до 118 мм . Процесори з частотою 350 Мгц і вище працювали із зовнішньою частотою 100 Мгц. Модифіковане ядро ​​Deschutes, в якому з'явився блок SSE, отримало найменування Katmai і лягло в основу наступного процесора компанії Intel - Pentium III.

2.2. Pentium II OverDrive

Процесори серії OverDrive традиційно призначалися для модернізації систем попереднього покоління.

Pentium II OverDrive, представлений 10 серпня 1998, призначений для модернізації систем на базі Pentium Pro і встановлюється в роз'єм Socket 8. В основі процесора лежить ядро ​​P6T (модифіковане ядро ​​Deschutes). Основною відмінністю його від Deschutes є полноскоростной кеш другого рівня. Існувала єдина модель Pentium II OverDrive, що працювала на частоті 333 МГц (частота шини - 66 МГц) або 300 МГц (60 МГц), в залежності від системної плати ^[8].

2.3. Mobile Pentium II

Мобільні процесори Mobile Pentium II випускалися на основі ядер Tonga і Dixon. Вони відрізнялися пониженим напругою живлення, мали невелике тепловиділення, що і дозволяло використовувати їх в ноутбуках і лептопах.

Процесори на ядрі Tonga випускалися c 2 квітня 1998 по 250 нм. технології в корпусі BGA і встановлювалися в картридж разом з мікросхемами кеш-пам'яті другого рівня загальним об'ємом 512 Кб.

Процесори на ядрі Dixon випускалися за 180 нм. технології і мали інтегрований кеш другого рівня об'ємом 256 Кб ^[9], що працював на частоті ядра. Ці процесори мали корпус BGA або mPGA і могли встановлюватися або в картридж, або безпосередньо на системну плату ^[1].

3. Положення на ринку і порівняння з конкурентами

Pentium II був флагманським процесором компанії Intel для настільних комп'ютерів з моменту виходу в травні 1997 і до появи на ринку процесора Pentium III в лютому 1999. Паралельно з Pentium II існували наступні x86-процесори:

• Intel Pentium MMX. Був представлений за 4 місяці до появи Pentium II. З моменту Pentium II і до появи перших процесорів Celeron в 1998, Pentium MMX служив основою для недорогих комп'ютерів.
• Intel Celeron. Призначався для ринку недорогих настільних комп'ютерів. Спочатку представляв собою Pentium II, позбавлений кеш-пам'яті другого рівня. Серйозно поступався в більшості завдань як Pentium II, так і конкурентам. Після перекладу сімейства на нове ядро, Celeron, що отримав 128Кб повношвидкісне кеша другого рівня в деяких завданнях не тільки не поступався Pentium II, але й випереджав його при рівних частотах за рахунок більш швидкісного кеша ^{[4] [10]}.
• AMD K6. Був конкурентом процесора Pentium MMX на ринку недорогих процесорів.
• AMD K6-2. Був конкурентом процесорів Pentium II і Celeron. Мав значно нижчу ціну, ніж Pentium II. В офісних додатках і додатках, оптимізованих під набір інструкцій 3DNow! перевершував Pentium II. За рахунок застарілого FPU поступався як Pentium II, так і Celeron при роботі з числами з плаваючою комою, що негативно позначалося в першу чергу на продуктивності в мультимедійних додатках і іграх, не оптимізованих під 3DNow! ^[11].
• Cyrix M-II. В офісних додатках незначно поступався Pentium II, Celeron і K6-2. У мультимедійних додатках і іграх відставання було більш серйозним. Був популярний як основа для офісних комп'ютерів за рахунок невисокої вартості (по співвідношенню ціна / продуктивність процесор був одним з кращих у своєму класі) ^[12].
• IDT WinChip 2. Призначався для недорогих комп'ютерів. Був конкурентом процесорів K6-2 і Celeron. Коштував трохи менше K6-2, в продуктивності в більшості додатків поступався як K6-2, так і Celeron ^[13].
• Rise mP6. Розроблявся як процесор для ноутбуків, мав дуже низьке енергоспоживання. За рахунок невеликого об'єму кеш-пам'яті першого рівня (16Кб) та відсутності підтримки 3DNow! поступався в продуктивності навіть процесору IDT WinChip 2 ^[14].

4. Цікаві факти

• Єдиним суперкомп'ютером на базі процесорів Pentium II, що увійшов до списку TOP500 (див. en: TOP500) став кластер Parnass2, побудований в університеті Бонна (University Bonn - Dep. of Applied Mathematics) в 1999. У червні 1999 Parnass2 містив 128 процесорів і займав 362 місце. У листопадовому списку TOP500 кластер опустився на 454 місце, незважаючи на підвищення продуктивності за рахунок збільшення числа процесорів до 144. ^[15]
• На виставці CeBIT 98 компанією Intel була продемонстрована комп'ютерна система, обладнана процесором Pentium II, що працювали на частоті 702 MHz. ^[16]

5. Технічні характеристики

6. Ревізії ядер процесорів

6.1. Pentium II

6.1.1. Klamath

6.1.2. Deschutes

6.2. Pentium II OverDrive

6.3. Mobile Pentium II

7. Оновлення мікрокоду процесора

Поновлення мікрокоду являють собою блоки даних об'ємом 2 Кб, що знаходяться в системному BIOS. Такі блоки існують для кожної ревізії ядра процесора. Компанія Intel надає виробникам BIOS останні версії мікрокоду, а також поміщає їх в базу даних оновлень. Існує спеціальна утиліта, розроблена компанією Intel, що дозволяє визначити використовуваний процесор і локально змінити код BIOS для підтримки цього процесора. Оновлення також можна здійснити прошивкою нової версії BIOS з підтримкою необхідного процесора від виробника системної плати ^[17].

8. Виправлені помилки

Процесор являє собою складне мікроелектронний пристрій, що не дозволяє виключити ймовірність його некоректної роботи. Помилки з'являються на етапі проектування і можуть бути виправлені оновленнями мікрокоду ^[17] процесора, або випуском нової ревізії ядра процесора. В процесорах Pentium II виявлено 95 різних помилок, з яких 23 виправлені ^[18].

Далі перераховані помилки, виправлені в різних ревізіях ядер процесора Pentium II. Дані помилки присутні у всіх ядрах, випущених до їх виправлення, починаючи з ядра Klamath C0, якщо не вказано протилежне.

8.1. Klamath C1

• Помилка протоколу при роботі з кеш-пам'яттю.
• Виникнення тупиків при роботі з IOQ (черга вводу-виводу) глибиною 1 в двопроцесорних системах.
• Помилка при роботі інструкції FIST з деякими неправильними даними.

8.2. Deschutes A0

• Помилка пророкування розгалужень при роботі з інструкціями MMX.
• Помилка установки сигналу відключення при перевищенні максимально допустимої температури.
• Генерація незворотною помилки при порушенні парності в IFU.
• Генерація незворотною помилки при розходженні даних в потоковому буфері інструкцій та кеші інструкцій.
• Помилка при роботі з некешіруемимі даними після відключення і повторного включення сторінкової адресації.
• Помилка в роботі PMC при запиті до кеш-пам'яті другого рівня.
• Помилкова генерація виключення "user mode protection violation" замість установки сигналу "page fault".
• Відключення MCE для кеш-пам'яті другого рівня при очищенні кеш-пам'яті.
• Некоректна установка прапорів процесора після відключення TLB в двопроцесорних системах.

8.3. Deschutes A1

• Пошкодження інформації про стан даних в кеш-пам'яті (Deschutes A0).
• Генерація незворотною помилки при кеш-промаху (Deschutes A0).

8.4. Deschutes B1

• Затримка інвалідаціі даних, що знаходяться в кеш-пам'яті, при апаратній синхронізації в двопроцесорних системах.
• Передчасне зняття сигналу блокування при виконанні деякої послідовності транзакцій.
• Затримка генерації виключення FPU.
• BIST (вбудована самодіагностика) повідомляє про успішне завершення незалежно від результату (Deschutes A0).
• Відсутність сигналу відключення при перевищенні максимально допустимої температури. (Deschutes A0).
• Помилка запису в пам'ять при роботі інструкцій MOVD і MOVQ ( MMX).
• Конфлікт протоколу шини при роботі з деякими чіпсетами.
• Помилки при роботі з відключеним MTRR (Deschutes A0).

Примітки