IT История

В 2000 г. корпорация Intel анонсировала следующее поколение 32-разрядных процессоров, которое получило название Pentium 4, в корпусе под Socket 423, а затем, модернизированный корпус под Socket 478. Основной изюминкой этих процессоров стала микроархитектура NetBurst, в которой используется ряд новых технологий. Наиболее существенная новинка, позволившая увеличить скорость обмена данными между процессором и внешним миром, это способность считывать данные 4 раза за один такт, т. е. стало возможным использовать частоту системной шины в 400 МГц, а в дальнейшем и 533 МГц. Кроме того, использована гиперконвейерная обработка команд, применена кэш-память с отслеживанием выполнения команд и добавлен блок быстрого исполнения команд, который работает на удвоенной частоте ядра (например, при тактовой частоте ядра 2,53 ГГц блок быстрого исполнения команд работает на частоте 5,1 ГГц, а это, в основном, арифметические и логические команды). Также были улучшены характеристики уже традиционных блоков и технологий, например, динамического исполнения команд, вычислений с плавающей запятой, обработки команд, используемых в мультимедийных приложениях, потоковых SIMD-расширений SSE2, а кэш-память 2 уровня получила более совершенную, систему передачи данных. Сама же кэш-память использует отдельную шину (архитектура с двумя независимыми шинами — D.J.B.), независимую от системной, что позволило увеличить пропускную способность каналов передачи данных.

Первым на свет появился процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 1,3 ГГц. Выполненный по 0,18-микронному технологическому процессу, этот процессор имел кэш L2 размером 256 Кбайт, поддерживал частоту системной шины 400 МГц, выпускался в корпусе (423 контакта) и был предназначен для установки в разъем Socket 423. Всего имелось две версии данного процессора: степпинг ВО и степпинг С1, которые различались напряжением питания ядра процессора и, как следствие, рассеиваемым теплом и максимальной температурой корпуса. В настоящее время данная модель уже не производится.

В 2000 г. был выпущен процессор Pentium 4 с ядром Northwood и тактовой частотой 2 ГГц, для которого применили технологию 0,13 с использованием медных соединений. Размер кэша второго уровня — 512 Кбайт. Затем были выпущены процессоры Pentium 4 с тактовыми частотами ядра 1,30, 1,40, 1,50, 1,60, 1,70, 1,80, 1,90, 2,20, 2,40, 2,50, 2,53, 2,60, 2,66, 2,80, 3,06, 3,40 и 3,60 ГГц. В процессорах использована кэш-память 1 уровня с технологией отслеживания исполнения команд (Execution Trace Cache) объемом 32 Кбайт, кэш-память 2 уровня — 256 Кбайт (для процессоров 2 ГГц и ниже) или 512 Кбайт (с архитектурой Advance Transfer Cache при техпроцессе 0,13 мкм).Несмотря на такой спектр новинок, использованных в процессорах Pentium 4, его применение в персональных компьютерах вызывает ряд споров, которые, в основном, вызваны тем, что при сравнении Pentium III и Pentium 4 не наблюдается явного повышения производительности. Тут можно сказать следующее новая архитектура требует нового подхода к разработке программ и операционных систем. Соответственно, если на новом типе процессора пытаются запустить программное обеспечение, разработанное для предыдущего поколения процессоров, то особого выигрыша чаще всего не получить, можно наблюдать иногда даже и падение производительности. А вот программы, оптимизированные для работы на процессоре Pentium 4, показывают неплохую производительность. Так что, необходимо подождать когда появится комплект программ для использования с новым процессором для Pentium 4 с тактовой частотой 1,7 ГГц, а с обычным ПО он работает так же, как Celeron 330 МГц. Для процессоров Pentium 4 был разработан сокет с 423 контактами (Socket 423). Затем, кристаллы процессоров Pentium 4 стали устанавливать в новый малогабаритный корпус, для которого был разработан Socket 478 уменьшенных габаритов.

Первый процессор Intel Pentium 4 был представлен в январе 2000 г. Тактовая частота процессора (1400 МГц) более чем в полтора раза, на тот момент, превосходила тактовую частоту Pentium III (850 МГц), но по уровню производительности на существующих приложениях эта процессоры различались незначительно. Впервые в истории вычислительной техники при смене поколений процессоров произошло не увеличение, а уменьшение количества инструкций, выполняемых за один такт. В маркетинговом плане этот шаг полностью себя оправдал, так как позволил достичь примерно в полтора раза более высоких тактовых частот при тех же технологических нормах и практически при той же производительности процессора. Однако вскоре процессоры Pentium 4 заняли свыше трех четвертей рынка и под них стали оптимизировать программы, в результате чего пострадали Pentium III и Athlon. Одновременно программная индустрия откликнулась на расширение набора инструкций, примененное в Pentium 4, — SSE2.

Темпы повышения производительности процессоров оказались явно выше темпов увеличения частоты оперативной памяти, в связи с чем все большее значение стала приобретать кэш-память. Да и объем последней с каждым переходом на новую технологию удваивался. Но кэш-память работает на полной частоте процессора, поэтому, чем выше частота, тем быстрее кэш-память, а чем быстрее кэш-память, тем выше производительность.

Сегодня различие в скоростях работы процессора и памяти таково, что на результирующую скорость системы большее влияние оказывает именно скорость обмена с различными уровнями памяти, включая кэш, а не мощность самого процессорного ядра. Основной конкурент Intel — компания AMD придерживается на этот счет противоположного мнения

Если не считать небольших отклонений от генеральной линии, выпуск каждого нового процессора всегда сопровождался введением очередного стандарта на процессорный разъем. Pentium ассоциируется, в первую очередь, с Socket 7, Pentium II — со Slot-1, Pentium III — с FCPGA 370. Были, конечно, и исключения, но, как правило, для одного процессора использовалось не более двух различных конструктивов. Pentium 4 начал свою историю в корпусе, имеющем 423 ножки, затем их количество увеличилось до 478. А недавно Intel вообще решила отказаться от ножек на процессоре. Точнее, заменить их контактными площадками. Такое гнездо получило название Socket Т, а количество контактов увеличилось до 775. Таким образом, по количеству контактов 32-разрядные процессоры Intel обошли Athlon 64 компании AMD (754). Кстати, не исключено, что некоторый «запас» контактов предусмотрен Intel именно для плавного перехода на 64-разрядную архитектуру, уже запланированную в серверных моделях х86.

Впрочем, список новинок, приготовленных Intel, далеко не исчерпан. Сразу после процессоров следует упомянуть и о новых наборах микросхем (НМС) Intel 82925 и Intel 82915. Эти микросхемы системной логики поддерживают два типа памяти — DDR и DDR2, а также шину PCI Express.

Конечно, перечисление всех моделей процессоров Intel Pentium 4 невозможно, так как их выпушено более 50. Различаются эти модели не только частотой, но и типом корпуса, технологическим процессом производства, напряжением питания ядра процессора, мощностью тепловыделения, максимальной температурой корпуса и степпингом. Прежде всего, отметим, что существует два типа корпусов процессоров Intel Pentium 4 — OOI 423-pin и FC-PGA2 478-pin. Соответственно имеются и два типа разъемов под процессоры Intel Pentium 4 — Socket 423 и Socket 478. Эта разъемы не совместимы друг с другом, то есть в разъем Socket 423 не удастся установить процессор с типом корпуса OOI 423-pin. Процессоры с типом корпуса OOI 423-pin в настоящее время не производятся (как, впрочем, и материнские платы с разъемом Socket 423). Второй важной характеристикой процессора является его частота. Понятно, что чем выше тактовая частота, тем лучше. Отчасти это действительно так: тактовая частота процессора определяет его производительность, поскольку, чем выше частота, тем больше элементарных операций процессор способен совершать за единицу времени. Что касается диапазона тактовых частот процессора Intel Pentium 4, то он достаточно обширен — от 1,3 до 3,60 ГГц.

Таблица 3

Последние модели процессоров Intel Pentium 4

Следующий важный момент — это поддерживаемая частота системной шины процессора, которая может быть равна 400 или 533 МГц. Естественно, что преимущество еле дует отдавать процессору с частотой FSB 533 МГц, ибо чем выше частота системной шины, тем выше пропускная способность (полоса пропускания) шины, связывающей процессор с северным мостом чипсета (по сути, со всеми остальными компонентами). Например, при час­тоте системной шины 400 МГц пропускная способность составляет 3,2 Гбайт/с, а при частоте 533 МГц — уже 4,2 Гбайт/с.

Немаловажной характеристикой процессора является технологический процесс производства. Для процессоров Intel Pentium 4 это либо 0,18-микронный, либо 0,13-микронный технологический процесс. Все современные процессоры выпускаются по 0,13-микронному технологическому процессу, и предпочтение следует отдавать именно этим процессорам. Хотя технология производства процессора не влияет напрямую на его производительность, однако косвенная закономерность все-таки имеется. Дело в том, что с технологическим процессом связана такая характеристика, как размер L2 кэша. Это и понятно, так как технологический процесс производства процессора определяет количество транзисторов в нем, а чем больше размер кэша, тем больше транзисторов должен иметь процессор. Для процессоров, выполненных по 0,18-микронной технологии, размер кэша составляет 256 Кбайт, а для процессоров, выполненных по 0,13-микронной технологии, — 512 Кбайт. А от размера кэша уже непосредственно зависит и производительность процессора.

Такие характеристики, как размер L2 кэша и технологический процесс производства, сказываются на классификации: процессор, выполненный по 0,13-микронному технологическому процессу с кэшем L2 512 Кбайт, часто называют процессором на ядре Northwood, а процессор, выполненный по 0,18-микронному технологическому процессу с кэшем L2 256 Кбайт, — процессором на ядре Willamette.

Процессоры Intel Pentium 4 с одной и той же тактовой частотой могут отличаться друг от друга степпингом.  Различают как степпинг ядра процессора, так и степпинг самого процессора. Различные степпинги процессора могут иметь незначительные изменения (как правило, устраняются те или иные ошибки). Кроме того, степпингом определяется и питание ядра процессора, и тепловыделение, и максимальная температура процессора. Ядро процессора Intel Pentium 4 может иметь степпинг ВО, В2, С1, DO, DP и El. К примеру, если речь дет о процессорах на ядре Northwood, то для степпинга ВО напряжение питания составляет 1,5 В, а для степпинга С1 - - 1,525 В.  Определить версию степпинга ядра процессора и самого процессора можно с помощью бесплатной утилиты CPU-Z.

Особое внимание хотелось бы уделить — Intel Pentium 4 3.06 ГГц НТ. Кроме того, что этот процессор выполнен по 0,13-микронному технологическому процессу, имеет кэш L2 размером 512 Кбайт (ядро Northwood) и поддерживает системную шину с частотой 533 МГц, у него есть еще одно значительное отличие. Прежде всего, следует сказать, что при степпинге ядра С1 напряжение питания составляет 1,55 В, а не 1,525 В, как для всех остальных моделей с таким же степпингом. Тепловыделение этого процессора (81,8 Вт) тоже является рекордно высоким во всем модельном ряду. Впрочем, достоинство этого процессора, конечно же, не в напряжении и не в тепловыделении. Процессор Intel Pentium 4 3,06 ГГц НТ стал первым процессором в модельном ряду с поддержкой технологии Hyper-Threading (буквы НТ в названии процессора). Отметим, что указанная технология позволяет процессору работать в многопотоковом режиме, выполняя одновременно несколько различных задач. Достигается такой эффект благодаря наличию двух наборов программных регистров (правда, исполнительный конвейер используется всего один). В результате операционная система видит в компьютере не один, а два логических процессора со всеми вытекающими отсюда преимуществами. Использование технологии Hyper-Threading позволяет повысить производительность процессора в среднем на 15%, а это очень существенно. Ожидается, что в дальнейшем компания Intel реализует поддержку технологии Hyper-Threading и в процессорах с меньшими тактовыми частотами.

Вслед за процессорами на ядре Northwood появились процессоры, известные под кодовым названием Prescott. Эти процессоры производятся уже по 90-нанометровому технологическому процессу и имеют 100 млн. транзисторов (в процессорах Northwood 55 млн. транзисторов). Сам процессор имеет вдвое больший (по сравнению с процессорами Northwood) кэш размером 1 Мбайт и поддерживает системную шину с частотой 800 МГц. Кроме того, Prescott имеет ряд усовершенствований в микроархитектуре ядра Intel NetBurst, добавились 13 новых команд, а технология Hyper-Threading получила свое логическое продолжение (Enhanced Hyper-Threading). Для микропроцессора Prescott предложен более новый и совершенный разъем на материнских платах LGA775 (Land Grid Array). Судя по числу 775, этот разъем имеет столько же контактов, но уже не в виде ножек, а в качестве контактных площадок. Такой вариант, во-первых, позволит увеличить производительность компьютера (775, а не 478 контактов, как у предыдущих); во-вторых, изменит (упростит) технологию сборки компьютера предлагая разъем типа Slot; в-третьих, позволяет обогнать своего ближайшего конкурента фирму AMD по количеству контактов микропроцессора (Athlon 64 имеет 754 контакта). Диапазон, тактовых частот для микропроцессора Prescott в ближайшее время будет составлять приблизительно от 4 до 5 ГГц.