Процессор Pentium II, ранее носивший название Klamath, характеризуется дальнейшим увеличением быстродействия процессоров Pentium, совместимых с архитектурой x86. Объединив технологию MMX и архитектуру ядра МП Pentium Pro, фирма Intel с мая 1997 года начинает производить процессор Pentium II по 0.35-мкм КМОП-технологии с четырьмя слоями металлизации. Центральное ядро содержит 7,5 млн транзисторов и располагается на площади 203 мм2.
Кристалл Pentium II размещается в пластмассовом корпусе PLGA, имеющем матрицу из 528 миниатюрных контактных площадок. Этот корпус устанавливается на одной процессорной мини-плате, уменьшающей отбраковку МП при производстве, вместе с кэш второго уровня и микросхемой памяти для хранения тэгов Tag RAM. Он закрыт в картридже общей крышкой, которая и охлаждается специальным вентилятором. Картридж с односторонним расположением контактов (S.E.C.С.) устанавливается в специально разработанный фирмой Intel разъём Slot1 на системной плате. Картридж может быть легко модифицирован с появлением новых промышленных кристаллов МП, кэш-2, памяти тэгов и контроллера кэша. Используя размер стока транзистора 0.28 мкм, Intel удалось повысить предельное быстродействие и достигнуть тактовой частоты от 233 до 450 МГц. На частоте 266 МГц Pentium II потребляет до 38 Вт электроэнергии.
Внешняя тактовая частота процессора остается 66,6 МГц, что не позволяет более эффективное использование SDRAM, предназначенной для работы на частотах 83 и 100 МГц. С использованием двухпроцессорного режима SMP и интерфейса APIC возможна работа МП как в режиме параллельной обработки информации, так и в режиме контроля одного процессора другим в системе FRC.
В процессорах Pentium Pro и Pentium II для расширения адресного пространства используется шина запроса памяти REQ (3,0). В режиме обмена с памятью, дополняя ША до 36 бит, она позволяет работать МП с памятью до 64 Гб.
Архитектура ядра Pentium II мало отличается от архитектуры Pentium Pro. Традиционная система команд х86 реализуется с использованием методов, заимствованных у RISC-процессоров. При этом каждая операция преобразуется в последовательность простых микрокоманд. Эти простейшие микрокоманды выполняются с использованием принципов множественного предсказания переходов, исполнения команд по предположению и с изменением последовательности способа переименования регистров, что позволяет организовать параллельную конвейерную обработку нескольких команд.
Однако архитектуры Pentium II и Pentium Pro имеют два существенных отличия. Pentium II специально создан для скоростной обработки мультимедиа-приложений, сочетает использование до 40 Мб видеопамяти с выполнением высококачественных ускоренных графических процессов, включающих до 512 Мб ОЗУ SDRAM, и обменом через новую шину AGP с профессиональным графическим ускорителем и поддержкой разрешения 1600х1280 при 16.7 млн цветов. МП поддерживает мультимедийное расширение набора команд (MMX). Для исполнения команд ММХ ядром Pentium Pro в Pentium II введены порты:
- Port 0, содержащий АЛУ ММХ и умножитель ММХ;
- Port 1, содержащий АЛУ ММХ и устройство сдвигов ММХ.
Кроме того, Pentium II имеет средства переименования сегментных регистров. Использование этих средств ускоряет работу процессора под управлением 16-разрядных программ. При выполнении в Pentium Pro ранее разработанных 16-разрядных программ изменение содержимого сегментных регистров происходит часто. При этом обновление содержимого сегментного регистра требует очистки конвейера от команд, то есть необходимо выполнить все команды, использующие текущее значение сегментного регистра, до его обновления. С учетом времени, необходимого на передачу результатов для записи, полученная задержка составит почти 30 тактов.
Pentium II в этом режиме выполняет запись в регистры по предположению, что позволяет командам, использующим старое значение сегмента, сосуществовать с командами, использующими новое значение сегмента. Ускорение работы 16-разрядных приложений может составить до 50% на той же частоте по сравнению с процессором Pentium Pro.
Pentium II может обрабатывать 57 MMX-команд, при этом используется 8 адресуемых 64-разрядных регистров ММХ. Наличие команд поддержки режима MMX позволяет ускорить обработку мультимедиа-приложений при соответствующем программном обеспечении.
Для компенсации относительно медленной работы кэш второго уровня размер внутреннего кэш был увеличен вдвое: с 16 Кб до 32 Кб (16 Кб для хранения команд и 16 Кб – для данных), где кэш-1 данных разбит на 8 чередующихся банков. Увеличение объема внутреннего кэша позволяет снизить частоту обращений к внешней памяти. Для установки Pentium II разработаны системные платы с набором ИС 440 LX, конструктивно несовместимые с ранее выпускавшимися процессорами.
В январе 1998 г. Intel представила, кроме МП Pentium II233, 266 и 300 МГц,четвертый по счету процессор семейства Pentium II, имеющий тактовую частоту 333 МГц на кристалле, содержащем 7.5 млн транзисторов (каждый транзистор в 400 раз меньше диаметра человеческого волоса). Он выпущен с применением передовой тогда 0,25 мкм производственной технологии Intel. Процессор Pentium II 333 МГцимеет наивысшую производительность по сравнению с предыдущими моделями при выполнении целочисленных операций и при работе с мультимедиа (для обработки звука, видео, оцифрованных изображений и поддержки видеоконференций).
Процессор Pentium II 333 МГц имеет все те же характеристики, что и ранее выпущенные версии процессора Pentium II, в том числе: архитектуру двойной независимой шины (DIB), режим динамического исполнения, набор мультимедийных команд технологии Intel MMX и шину кэш-памяти второго уровня (L2) 512 Kб, работающую на частоте, в два раза меньшей тактовой частоты процессора. Для процессора Pentium II 333 МГц частота шины кэш-памяти L2 составляет 166.5 МГц.
При работе со стандартными офисными приложениями процессор Pentium II 333 МГц превосходит процессор Pentium II 300 МГц по производительности на 10 %. Более ощутимо преимущество процессора Pentium II 333 МГц при его сравнении с процессором Pentium MMX, имеющим тактовую частоту 233 МГц. Притом что разница тактовых частот этих процессоров составляет 42 %, Pentium II 333 МГц превосходит его по производительности на 50 – 80 %.
Характеристики процессора Pentium II представлены в табл. 2.4, из которой видно, что в дальнейшем было выпущено еще несколько его модификаций вплоть до Pentium II 450 МГц.
Вторичный кэш в Pentium II медленнее, чем в Pentium Pro. Он построен по четырёхканальной множественно-ассоциативной синхронной структуре без блокирования на элементах статической памяти SRAM и работает в пакетном режиме. Частота тыльного кэш второго уровня в два раза ниже, чем внутренняя частота процессора. Емкость кэш второго уровня составляет 512 Кб, однако в других вариантах процессора Pentium II может устанавливаться кэш меньшей емкости (256 Кб).
