IT История

Кажется, что процессоры Pentium появились совсем недавно. Многие считает, что до Pentium вообще не было компьютеров, заслуживающих внимания. Иногда о процессорах I80386 предполагают, что речь идет  о Pentium III. Если же вспомнить историю, то о первом процессоре Pentium, было объявлено в марте 1993 г., т. е. тогда когда семейство процессоров I80486 было в зените славы, a Intel DX4 еще только проектировался. Первые процессоры Pentium имели тактовые частоты 60 МГц (100 млн. операций в секунду), и 66 МГц (112 млн. операций в секунду). Умножение частоты для ядра не использовалось. В то время такие частотные характеристики применялись для 16-разрядных приложений. В первых партиях процессоров Pentium через некоторое время была обнаружена ошибка при делении чисел, которая проявлялась только при определенных соотношениях операндов. Количество транзисторов на кристалле нового процессора в очередной раз достигло рекордной отметки в 3,1 млн. (технология 0,8 мкм). Число контактов у корпуса процессора со штырьковыми выводами стало равным 273. Возможности работы с памятью были аналогичны предшествующему поколению — адресуемая память равна 4 Гбайт, виртуальная память до 64 Тбайт. Но можно было использовать при страничной адресации до 4 Мбайт, вместо 4 Кбайт, как в I80486 процессорах. Еще несколько лет параллельно развивались два поколения процессоров, по причине того, что наиболее популярная операционная система Windows 3.1 была лишь надстройкой — оболочкой над MS-DOS. А. эта операционная система, к сожалению, не использовала 32-разрядные возможности процессоров, поэтому программисты разрабатывали почти все программы как 16-разрядные. 32-разрядная операционная система Windows 95 появилась только через два года. Но все же реализованные именно в процессорах Pentium принципы обработки информации позволили по настоящему превратить обычный персональный компьютер в нечто большее, чем в простую машину для обработки цифр и текстов. Наиболее интересное новшество, примененное в процессорах,— это использование механизма предсказаний. Как должны выполняться компьютерные программы — шаг за шагом, инструкция за инструкцией? Элементарно: два плюс два — к результату прибавим еще одно число. Но ряд команд получают данные от внешней памяти и разнообразных внешних устройств, которые не отличаются быстродействием, а некоторые команды требуют больше циклов для своего выполнения. Процессор Pentium, в тех случаях, когда данные для выполнения текущей операции еще не готовы, продолжает вычисления обрабатывая дальнейшие инструкции. К тому времени, когда будет выполнена инструкция, данные для которой поступили с опозданием, процессор уже обсчитает множество последующих команд. Обычно, по результатам выполнения: таких медленных инструкций в программе делается выбор между несколькими возможностями: как бы решить — идти налево или направо. Вот тут и полезен механизм предсказания. Блок предсказаний предугадывает наиболее вероятное направление дальнейших вычислений. В том случае, если выбор был правильным, все выполненные к этому моменту команды будут считаться правильными , и процессор продолжит дальнейшие вычисления. Если же предсказание было неверным — а это бывает примерно в 20% случаев, — то процессору ничего не остается делать, как заново начать обрабатывать инструкции, идущие за такой командой. В дальнейшем механизм предсказаний был дополнен возможностью выполнения команд не в том порядке, как они следуют в программе. Такие особенности архитектуры процессоров Pentium (а также самых последних моделей 486) эффективно повышают производительность процессора, не требуя повышения тактовой частоты, т. е. рассматриваемый нами процессор с тактовой частотой 100 МГц будет работать так, как обычный процессор, работающий на частоте 130 или 170 МГц. (следует отметить, что механизм предсказаний в каждой последующей модели процессора Pentium совершенствуется). Кроме того, для повышения производительности в процессорах Pentium была применена суперскалярная архитектура. Это громкое название говорит о том, что в процессоре имеются два параллельно работающих конвейера. Начиная с 8086, процессор загружал зараз не одну инструкцию для выполнения, а несколько, помещая их в очередь — конвейер. Теперь один конвейер — основной , или U-конвейер — остался аналогичен такому же, как у 486 процессора, а второй, V-конвейер — работает с сокращенным числом команд. То есть процессор Pentium может выполнять в один и тот же момент сразу две разные инструкции. Следующая, наиболее отличительная особенность процессоров Pentium состоит в том, что шина данных у них 64-разрядная, хотя работают они с 32-разрядной арифметикой. Часто из-за этого их ошибочно относят к 64-разрядным процессорам, но на самом деле они принадлежат к семейству 32-разрядных процессоров. Только в процессоре Itanium разработчики корпорации Intel действительно полностью реализовали 64-разрядную архитектуру. Удвоение разрядности шины данных позволяет ускорить работу с внешней оперативной памятью. Используя возможности 64-разрядной шины, можно за один такт считать или записать в память сразу несколько инструкций или 8-байтных данных. Правда, не всегда производительность компьютера возрастает в два раза, т. к. часто важен лишь один байт данных или одна 16-разрядная инструкция. В этих случаях лишние данные отбрасываются.