Используется новая микроархитектура, базирующаяся на двух параллельных 32-битовых конвейерах и поддерживающая технологию поточной обработки HyperPipelined. Это позволило сделать эффективным длинный конвейер. Суть в том, что при длинном конвейере в задачах с частыми условными переходами его эффективность снижается. Два параллельных конвейера снижение эффективности уменьшают. Теперь реальна ситуация, когда в каждый момент времени одна инструкция загружается, другая декодируется, для третьей (или нескольких) формируется пакет данных, четвертая инструкция (или несколько) исполняется, для пятой записывается результат. И если при строго последовательном исполнении инструкций даже самые короткие операции исполнялись за 5 тактов, то при такой поточной обработке многие инструкции могут быть выполнены за такт.
Новая технология ускоренных вычислений (RapidExecutionEngine) использует два быстрых, работающих на удвоенной частоте, процессора АЛУ, выполняющие короткие арифметические и логические операции за 0,5 такта, и третье, медленное АЛУ, исполняющее длинные операции (умножение, деление и т. д.).
Процессор имеет площадь кристалла 217 мм2, потребляет 52 Вт при частоте 1500 МГц, содержит 42 млн транзисторов. На базе Pentium 4 можно создать высокоэффективную ММХ-систему, но для этого необходимо наличие:
□ программного обеспечения, ориентированного на использование дополнительных команд этого процессора;
□ системной платы с чипсетами, поддерживающими данные микропроцессоры.
В 2002-2004 годах корпорация Intelпредставила:
□ семейство МП PentiumIIITualatin на основе технологии 0,13 мкм с улучшенными по сравнению с Coppermine характеристиками (тактовые частоты до 1266 МГц, кэш-память L2 емкостью до 512 Кбайт, работающая на частоте микропроцессора, с поддержкой частоты системной шины (FSB) до 133 МГц).
□ Выпускаются МП трех видов: для портативных и настольных компьютеров и для серверов;
□ МП Celeron с тактовыми частотами 2,3 и 2,4 ГГц, изготовленными по технологии 0,13 мкм и поддерживающими тактовую частоту шины 400 МГц;
□ семейство нового поколения МП Pentium 4E — ядро Prescott под процессорный разъем LGA7751: Pentium 4Е 5202 2,8 ГГц, Pentium 4E 530 3 ГГц, Pentium 4E 540 3,2 ГГц, Pentium 4E 550 3,4 ГГц, Pentium 4E 560 3,6 ГГц.
Все МП имеют кэш 2-го уровня 1024 Кбайт.
□ две модели Р4ЕЕ (ExtremeEdition) 3,2 и 3,4 ГГц, кэш 3-го уровня 2 Мбайт и кэш 2-го уровня 512 Кбайт;
□ системный чипсет для этих МП — i875;
□ микропроцессоры PentiumM для портативных компьютеров — новое поколение МП с системным чипсетом i855 и средствами беспроводного доступа к локальным сетям по протоколу IEEE 802.11.
Компания Intel выпускает:
□ в 2005 году — МП по технологии 0,065 мкм, довести тактовую частоту МП до 20 ГГц;
□ в 2005-2006 годах — две версии микропроцессора Smithfield с двумя ядрами по технологии 0,09 мкм на конструктиве LGA775.
Все новые процессоры Pentium 4 имеют микроархитектуру IntelNetBurst, поддерживающую ряд инновационных возможностей:
□ технологию НТ;
□ технологию гиперконвейерной обработки данных;
□ частоту системной шины 800, 533 или 400 МГц;
□ кэш-память первого уровня с отслеживанием выполнения команд;
□ расширенные функции выполнения команд;
□ расширенные функции выполнения операций с плавающей запятой и мультимедийных операций;
□ набор потоковых SIMD-расширений SSE2 или SSE3.
Технология НТ
Технология HyperTreading (tread — поток) реализует многопотоковое исполнение программ: на одном физическом процессоре можно одновременно исполнять два задания или два потока команд одной программы (операционные системы «видят» два логических процессора вместо одного). Иначе говоря, эта технология на базе одного МП формирует два или более логических процессора, работающих параллельно и, в известной степени, независимо.HyperTreading обеспечивает повышение производительности (до 30 %) в многозадачных средах и при исполнении программ, которые допускают многопотоковое исполнение.
ПРИМЕЧАНИЕ
Следует, однако, иметь в виду, что все микропроцессоры, начиная с i386, позволяют программным путем также реализовать систему виртуальных машин, когда на одном физическом МП моделируются два виртуальных, каждый из которых может исполнять свою программу независимо и даже под управлением своей операционной системы.
Технология НТ была создана фирмой Intel изначально для серверных процессоров Хеоn с целью повышения производительности серверных систем: в них она дополняет традиционную многопроцессорность, обеспечивая дополнительный параллелизм в работе.
Архитектурно микропроцессоры, поддерживающие НТ, имеют дополнительно группу дублирующих регистров и логические схемы, назначающие ресурсы потокам и средства APIC (AdvancedProgrammableInterruptController), организующие прерывания для обработки потоков команд разными логическими процессорами. Кроме этого для поддержки HyperTreading необходимы материнские платы с соответствующим BIOS, и с чипсетами Intel 845 РЕ и GE, Intel 865, 875, 915, 925 и т. п., а также многозадачные операционные системы WindowsXP, Linux (Windows 9х и ME непригодны, Window 2000 может использоваться с дополнительной настройкой).
Технология гиперконвейерной обработки
Технология гиперконвейерной обработки повышает пропускную способность конвейера, обеспечивая увеличение производительности и тактовой частоты. Так, один из основных конвейеров МП — конвейер предсказания ветвлений/возвратов ветвления, имеет глубину конвейерной обработки в 31 шаг (против 20 шагов в микропроцессорах Pentium 4 с суперконвейерной обработкой).
Поддержка системной шины с частотой до 800 МГц
Поддерживается самая производительная на 2004 год шина с частотой 800 МГц, обеспечивающая обмен данными между процессором и другими компонентами со скоростью 6,4 Гбайт/с. Это обеспечивается путем организации схемы передачи данных, позволяющей передавать четырехкратно увеличенный пакет по 200-мегагерцевой шине.
Кэш-память уровня L1 с отслеживанием выполнения команд
Поддерживается увеличенный до 16 Мбайт объем кэш-памяти данных и кэш-память с отслеживанием выполнения команд, которая хранит до 12 000 микроопераций в порядке их выполнения. Это повышает производительность МП, в частности, из-за быстрого доступа к командам ветвления и ускоренного возврата из ветвлений, которые были неверно спрогнозированы.
Расширенные функции выполнения команд
Имеется микроблок улучшенного динамического выполнения команд, имеющий в том числе и усовершенствованный алгоритм предсказания ветвлений.
Расширенные функции выполнения операций
Имеется микроблок с расширенными до 128 байт регистрами операций с плавающей запятой и дополнительный регистр для передачи данных, что увеличивает производительность МП при работе с плавающей запятой и выполнении мультимедийных приложений.
Потоковые SIMD-расширения SSE3
В SIMD-расширения SSE2 были добавлены 144 инструкции, а в SIMD-расширения SSE3 добавлены еще 13 инструкций, улучшающих синхронизацию мультимедиа потоков и повышающих производительность при работе с видео- и аудио-информацией, в том числе с речью и графикой.
Технология RAID
Большинство новых микропроцессоров поддерживают технологию IntelRAID (RedundantArrayIntensiveDisk — массив недорогих дисков с избыточностью). Достоинством этой технологии является простота организации RAID-массивов, то есть поддержка функционирования нескольких параллельно работающих и дублирующих друг друга винчестеров: два диска содержат зеркальную копию информации друг друга, уменьшая таким образом вероятность потери данных и обеспечивая сохранность важной информации. Переключение между дисками выполняется очень быстро и незаметно для пользователя: все заботы по синхронизации и верификации данных система берет на себя.
Новая маркировка МП фирмы Intel
Начиная с 2004 года фирма Intel вводит новую маркировку своих микропроцессоров. Вводимый фирмой единый трехзначный номер процессора будет учитывать сразу несколько характеристик: базовую архитектуру, тактовую частоту процессора и частоту системной шины, объем кэш-памяти и др.
В частности, базовая архитектура МП отображается старшим разрядом (предлагается ввести три серии):
□ ЗХХ — процессоры Celeron, CeleronM, CeleronM со сверхнизким энергопотреблением;
□ 5ХХ — процессоры Pentium 4 для настольных и мобильных ПК (в том числе и с технологией HyperTreading);
□ 7ХХ — процессоры PentiumM с низким и сверхнизким энергопотреблением.
Микропроцессоры OverDrive
МП OverDrive, по существу, являются своеобразными сопроцессорами, обеспечивающими для МП 80486 режимы работы и эффективное быстродействие, характерные для МП Pentium, а для МП Pentium — увеличение их производительности (в частности, OverDrive 125, 150 и 166, соответственно, для Pentium 75, 90 и 100, увеличивающие их внутреннюю частоту до указанных для OverDrive величин).
ПРИМЕЧАНИЕ
В сфере выпуска микропроцессоров с фирмой Intel постоянно конкурирует фирма AMD. Микропроцессоры фирмы AMD выпуска 2003- 2004 годов (AthlonXP, Athlon 64) мало в чем уступают процессорам Pentium 4, а в некоторых режимах работы даже превосходят последние по быстродействию. Но, как и прежде, МП AMD сильнее греются (их штатная температура — 55-80 °С, в то время, как у МП Pentium 30-60 СС), поэтому для них необходим мощный вентилятор и надежная система защиты от катастрофического перегрева. Все МП Pentium такой системой снабжены: у них имеется датчик, который при превышении температуры 120-130 °С мгновенно выключает МП, спасая его от «сгорания». У МП Pentium 4 есть еще более совершенная систем; ThermalMonitor, принудительно замедляющая работу микропроцессора при превыше га допустимой температуры Микропроцессоры AMD подобной системы пока не имеют, в связи с этим их рекомендуется использовать на системных платах, оснащенных надежной системой температурного контроля.