Типы компьютерных процессоров Intel

Технические характеристики аппаратных компонентов определяют пределы возможностей компьютера. Сердцем любого компьютера является процессор. Наиболее доступные характеристики процессора – это его марка и тактовая частота.

Теоретически, марка определяет фирму, которая разработала и изготовила процессор, а тактовая частота дает оценку его производительности. Например, процессор маркирован как Pentium 4 – 1,6 ГГц. Здесь Pentium-4 - марка процессора. Модель выпускается фирмой Intel. Значение 1,6 ГГц – это тактовая частота, которая указывается в мегагерцах или гигагерцах. Например, при тактовой частоте в 1ГГц процессор способен изменить свое состояние миллиард раз за одну секунду. Такты - это кванты времени процессора. Любая выполняемая операция занимает целое число тактов, и в каждом такте процессор может начать выполнение только одной операции. Если два процессора различаются только тактовой частотой, то их производительность в отсутствие внешних задержек пропорциональна частоте.

Говоря о тактовой частоте процессора, часто употребляют термин "внутренняя частота". Процессор устанавливается на материнскую плату, поэтому частота его работы задается извне. Стандартные частоты материнской платы – 66; 100 и 133 МГц – намного меньше, чем тактовые частоты современных процессоров. Но процессор устроен таким образом, что каждый внешний такт преобразуется в несколько внутренних в соответствии с заданным коэффициентом умножения. Сегодня рост производительности процессоров обеспечивается как раз увеличением этого коэффициента. Впервые коэффициент внутреннего умножения частоты появился в процессорах i80486, где он имел значение 2 – 3 при внешней частоте 33 – 40 МГц.

У современных процессоров коэффициент умножения намного выше (до 24 у Pentium 4). Но предельная производительность работы достигается только в том случае, когда процессор выполняет все операции "внутри себя". Даже обмен данными с оперативной памятью в этом случае превращается в тормозящий фактор, не говоря уже о взаимодействии с другими устройствами.

1993 год - Intel Pentium

1995 год - Intel Pentium PRO

1997 год - Intel Pentium MMX

1997 год - Intel Pentium II

1999 год - Intel Pentium III

2000 год - Intel Pentium 4

2007 год - Intel Core

Intel 8086 (1978). Относится в 16-разрядным процессорам 1-го поколения. БИС МП микропроцессора с геометрическими размерами 5,5х5,5мм имеет 40 контактов, содержит около 29000 транзисторов и потребляет 1.7 Вт от источника питания +5В, тактовая частота 5,5; 8 или 10 МГц.

МП выполняет операции над 8- и 16-разрядными данными, представленными в двоичном и двоично-десятичном виде. Он имеет встроенные аппаратные средства умножения и деления.

МП имеет внутреннее сверхоперативное запоминающее устройство емкостью 14х16 байт. Шина адреса является 20-разрядной, что позволяет непосредственно адресовать 2²⁰=1048576 ячеек памяти (1 Мбайт). ШД=16 бит.

Пространство адресов ввода-вывода составляет 64 Кбайт. В БИС Intel 8086 реализована многоуровневая векторная система прерываний с количеством векторов до 256. Предусмотрено также организация прямого доступа к памяти.

Среднее время выполнения команды занимает 12 тактов. Особенностью МП является возможность частичной реконфигурации аппаратной части для обеспечения работы в двух режимах – минимальном и максимальном. Режимы работы задаются аппаратно. В минимальном режиме, используемом для построения однопроцессорных систем, МП самостоятельно формирует все сигналы управлениявнутренним системным интерфейсом. Максимальный режим используется для построения мультипроцессорных систем.

Сопроцессор i8087.

Intel 8088 (1979).Отличается от МП Intel 8086 тем, что имеет внешнюю 8-разрядную шину данных при внутренней 16-разрядной шине. Уменьшение разрядности ШД упрощает построение блоков памяти интерфейса с внешними устройствами, но производительность процессора снижается на 20-30%. Структурная схема Intel 8088 аналогична схеме Intel 8086, однако, длина очереди команд сокращена до 4 байт. С программной точки зрения процессоры идентичны, их система команд и набор регистров одинаковы. Сопроцессор i8087.

Intel 80286 (1982). Принадлежит ко 2-му поколению16-разрядных МП. Он выполнен по технологии 1,5 мкм, содержит 134 тыс. транзисторов работает с тактовой частотой 12,5 МГц. За счет усовершенствованной архитектуры быстродействие МП в 6 раз выше, чем i8086 с тактовой частотой 5 МГц. Разрядность регистров равна 16. ША 24-разрядная, что позволяет адресовать 16Мбайт памяти. ШД= 16 бит. Пространство адресов ввода-вывода составляет 64Кбайт. Система команд содержит все команды i8086, несколько новых команд общего назначения и группу команд управления защитой данных. МП имеет специальные средства для работы в системах с многими пользователями и в многозадачных режимах. Его наиболее существенным отличием от МП i8086/88 является механизм управления адресацией памяти, который обеспечивает 4-уровневую систему защиты данных и поддержку виртуальной памяти. Специальные средства предназначены для поддержки механизма переключения задач. МП имеет средства контроля перехода через границу сегмента, работающие в реальном режиме.

МП может работать в двух режимах:

- 8086 – реальный режим;

- защищенный режим (давал возможность запускать программы в отдельных сегментах памяти, что исключало их взаимное влияние).

Переключение в защищенный режим осуществляется быстро – одной командой, а в режим реальной адресации медленно – лишь через аппаратный сброс процессора. В MS-DOS используется реальный режим.

Был использован в ПК серии IBM PC/AT, он быстро установил новый стандарт мощности и производительности.

Сопроцессор i80287.

Intel 80386 (1985 год). Первый 32-разрядный процессор. Выполнен по 1,5 мкм технологии и содержит 275тыс. транзисторов. Разрядность регистров, ША, ШД равна 32. Емкость прямо адресуемой памяти составляет 4 Гбайт. Процессор может работать в 3-х режимах:

- реальном;

- защищенном;

- режиме виртуального процессора V86 (позволяло одному процессору запускать несколько программ реального режима как отдельные "виртуальные машины"). Другими словами, стандартные приложения DOS могли работать одновременно, причем считалось, что каждое из них имеет доступ ко всей памяти в 1 Мбайт.

Возможна параллельная работа нескольких виртуальных процессоров 8086 под управлением ОС защищенного режима. Переключение режимов происходит быстрее, чем в МП i80286. Процессор имеет механизмы страничной адресации, которые существенным образом повышают эффективность работы с памятью свыше 1 Мбайта. Очередь команд составляет 16 байт. МП имеет модификации DX – с 32-разрядными регистрами, ШД и ША; SX – с внешней 16-разрядной ШД и 24-разрядной ША; SL – отличается от модификации SX сниженным энергопотреблением и встроенным контроллером внешней кэш-памяти на 16 - 64 Кбайт.

Благодаря схеме адресации памяти, названной виртуальной, вся используемая процессором память могла превышать физический размер памяти компьютера. Процессор автоматически перемещал содержимое временно не используемых участков памяти на жесткий диск и предоставлял эту память другим программа. Именно этот процессор помог системе Microsoft Windows 3.0 достичь грандиозной популярности. ОС Windows позволяла пользователям работать и в защищенном, и в виртуальном режимах. В виртуальном режиме можно было запускать несколько больших приложений одновременно. Сопроцессор i80387.

Intel 80486 (1989г.).Характеризуется значительно более высоким быстродействием по сравнению с i80386. Он выполнен по 1 мкм технологии и содержит 1,2 млн транзисторов. Основные особенности МП – наличие внутренней кэш-памяти первого уровня объемом 8 Кбайт (для хранения последних используемых команд); встроенного арифметического сопроцессора, совместимого по командам с сопроцессором i80387. В МП i80486 увеличена очередь команд, ускорено выполнение операций, как в целочисленном АЛУ, так и в блоке арифметического сопроцессора, используется умножение тактовой частоты системной платы. В модификациях 486DX2 внутренняя частота равна удвоенной внешней, а в МП 486DX4 кратность может быть 2; 2,5; 3. В модификациях SX и в некоторых модификациях SL арифметический сопроцессор отсутствует. Процессоры DX4в зависимости от модификации могут работать при питании 5В и 3,3В и имеют режим управления системой энергопотребления. Начиная с МП i486, применяется внутреннее раздельное кэширование команд и данных.

В архитектуре процессора были использованы элементы высокопроизводительных процессоров RISC. Последовательность выполнения команд была изменена, режимы декодирования и исполнения могли работать одновременно, что позволяло выполнять многие команды всего за один такт. Это была первая серия процессоров, у которых блок вычислений с плавающей точкой находился с ядром процессора на одном кристалле, что и обеспечило значительный прирост производительности.

Pentium I – первые процессоры семейства P5 (март 1993 г.). Тогда Intel решила дать своему изделию имя, которое впоследствии стало нарицательным. Первое поколение Pentium носило кодовое имя P5, а также i80501, напряжение питания было 5 В, расположение выводов – "матрица", тактовые частоты – 60 и 66 МГц, технология изготовления – 0,80-микронная, частота шины равна частоте ядра. Процессоры содержали более 3.1 млн. транзисторов и выпускались по технологии 0.80 мкм, а позже – 0.60 мкм. Размер кэша первого уровня L1 составлял 16 Кб: 8 Кб на данные и 8 Кб на инструкции. Впервые она была разделена – 8 Кбайт на данные и 8 Кбайт на инструкции. Кэш второго уровня размещался на материнской плате и мог иметь объем до 1 Мб. Процессор выпускался для разъема Socket 4.

Развитием этого семейства стал P54, он же i80502, напряжение питания ядра было снижено с 5 В до 3,3 В, расположение выводов – "шахматная матрица", технология – 0,50 мкм, а затем 0,35 мкм. Тактовая частота ядра – 75-200 МГц, шины – 50, 60, 66 МГц. Объем кэш-памяти L1 – 16Кбайт (8+8). Разъем Socket 7. Архитектура IA32, набор команд не менялся со времен процессоров i386.

Согласно проведенным тестам, производительность процессора Pentium с ТЧ 90МГц почти вдвое превышала производительность процессоров i486. Pentium мог выполнять более одной команды за такт, потому что в нем использовалась суперскалярная архитектура с двумя конвейерами для команд. Другими словами, две команды могли одновременно декодироваться и выполняться. Конвейеры были надежным и испытанным способом повышения производительности, так как они уже давно использовались в процессорах архитектуры RISC для рабочих и графических станций. Способствовали успеху Pentium и такие особенности, как:

• встроенная кэш-память для команд и данных (отдельно) объемом по 8 Кбайт каждая;
• улучшенный блок конвейерных вычислений с плавающей точкой;
• блок предсказаний адреса перехода (предсказания ветвлений) позволял процессору анализировать последовательность команд. Когда встречались команды условия (например, цикл или команда условного перехода), процессор рассчитывал наиболее вероятный адрес очередной последовательности команд и загружал их для выполнения;
• он имел 32-разрядную шину адреса и 64-разрядную шину данных для внешних устройств;
• два 32-разрядных целочисленных АЛУ;
• буфера выборки с опережением.

Безусловно, Pentium стал большим шагом вперед. Тактовая частота первых процессоров 66МГц, но она быстро достигла отметки в 400 МГц.

Pentium MMX (P55, январь 1997 г.) стали следующими процессорами фирмы Intel. ориентированные на мультимедийное, 2D- и 3D-графическое и коммуникационное применения. В его архитектуру дополнительно введены:

- восемь 64-разрядных ММХ- регистров;

- 4 новых типа данных;

- 57 дополнительных команд;

- L1:2x16Кб;

- улучшенная логика предсказания переходов;

- расширенная конвейеризация;

- более глубокая буферизация памяти (удвоенный размер буфера отложенной памяти);

- 6-ступенчатые конвейеры.

Технология – 0,35 мкм. Напряжение питания ядра уменьшилось до 2,8 В. Процессоры потребовали изменения в архитектуре материнских плат, так как двойное электропитание потребовало установки дополнительного стабилизатора напряжения. Объем кэш-памяти L1 был увеличен в два раза и составил 32 Кбайта. Внутренняя тактовая частота – 166-233 МГц, частота шины – 66 МГц. Рассчитаны на Socket 7. Стали последними в линейке процессоров Pentium для компьютеров Desktop.

Pentium Pro – первые процессоры шестого поколения, выпущенные в ноябре 1995 г. Впервые применена кэш-память L2, объединенная в одном корпусе с ядром и работающая на частоте ядра процессора. Процессоры имели очень высокую себестоимость изготовления. Выпускались сначала по технологии 0,50 мкм, а затем по 0,35 мкм, что позволило увеличить объем кэш-памяти L2 с 256 до 512, 1024 и 2048 Кбайт. Тактовая частота – от 150 до 200 МГц. Частота шины – 60 и 66 МГц. Кэш-память L1 – 16 Кбайт (2x8Кб). Разъем Socket 8. Поддерживали все инструкции процессоров Pentium, а также ряд новых инструкций (cmov, fcomi и т.д.). В дальнейшем все новшества унаследовали Pentium II. Архитектура Pentium Pro значительно опередила свое время.

Применено динамическое выполнение команд, т.е. комбинация средств предсказания множественных ветвлений, анализа прохождения данных и виртуального выполнения, при котором в процессоре команды могут выполняться не в таком порядке, как предусмотрено программным кодом. При этом команды, которые не зависят от результатов предыдущих операций, могут выполняться в измененном порядке, но последовательность записи результатов в память и порты будет соответствовать начальному программному коду. Возможность выполнения команд с опережением (спекулятивное выполнение), переупорядочивание команд в случае, если команда в одном конвейере будет выполнена быстрее, чем предшествующая во втором конвейере, и предсказание переходов при динамическом выполнении повышает производительность вычислений. Архитектура процессора позволяет объединение в симметричную мультипроцессорную систему до 4-х процессоров на одной шине.

Важным отличием процессора является архитектура двойной независимой шины. Системная шина (frontside bus – шина переднего плана) работает на частоте материнской платы, чтосущественно снижает эффективное быстродействие ПК. С КЭШем L2 процессор обменивается информацией по высокоскоростной шине backside bus – шине заднего плана, отделенной от системной шины. Наличие отдельной шины заднего плана значительно ускоряет обмен с кэш-памятью, т.к. она работает на ТЧ процессора. Такое разделение шин позволяет в три раза ускорить обмен процессора с памятью.

Pentium II - первые процессоры с названием Pentium II появились 7 мая 1997 года. Эти процессоры объединяют архитектуру Pentium PRO и технологию MMX.

В МП Pentium PRO и Pentium II появилась качественно новая перспектива – начались внедряться SIMD-инструкции (Single instruction multiply data), в которых одно и тоже действие может совершаться над многими данными.

По сравнению с Pentium Pro удвоен размер первичного кэша (16 Кб + 16 Кб). В процессоре используется новая технология корпусов - картридж с печатным краевым разъемом, на который выведена системная шина: S.E.C.C (Single Edge Contact Cartridge). Выпускался в конструктиве Slot 1, что естественно потребовало апгрейда старых системных плат. На картридже размером 14 x 6.2 x 1.6 см установлена микросхема ядра процессора (CPU Core), несколько микросхем, реализующих вторичный кэш, и вспомогательные дискретные элементы (резисторы и конденсаторы).

Такой подход можно считать шагом назад – у Intel уже была отработана технология встраивания в ядро кэша второго уровня. Но таким образом можно было использовать микросхемы памяти сторонних производителей. В свое время, Intel считала такой подход перспективным на ближайшие 10 лет, хотя через непродолжительное время отказывается от него.

В то же время сохраняется независимость шины вторичной кэш-памяти, которая тесно связана с ядром процессора собственной локальной шиной. Частота этой шины была вдвое меньше частоты ядра. Так что Pentium II имел большой кэш, работающий на половинной частоте процессора.

Первые процессоры Pentium II (кодовое название Klamath), появившиеся 7 мая 1997 года, насчитывали около 7.5 млн. транзисторов только в процессорном ядре и выполнялись по технологии 0.35 мкм. Они имели тактовые частоты ядра 233, 266 и 300 МГц при частоте системной шины 66 МГц. При этом вторичный кэш работал на половинной частоте ядра и имел объем 512 Кб. Для этих процессоров был разработан Slot 1, по составу сигналов сильно напоминающий Socket 8 для Pentium Pro. Однако Slot 1 позволяет объединять лишь пару процессоров для реализации симметричной мультипроцессорной системы, либо системы с избыточным контролем функциональности (FRC). Так что этот процессор представляет собой более быстрый Pentium Pro с поддержкой MMX, но с урезанной поддержкой мультипроцессорности.

26 января 1998 году вышел процессор из линейки Pentium II с названием ядра – Deschutes. От Klamath отличался более тонким технологическим процессом – 0.25 мкм и частотой шины 100 МГц. Имел тактовые частоты 350, 400, 450 МГц. Выпускался в конструктиве S.E.C.C, который в старших моделях был сменен на S.E.C.C.2 - кэш с одной стороны от ядра, а не с двух, как в стандартном Deschutes и измененное крепление кулера. Последнее ядро, официально применявшееся в процессорах Pentium II, хотя последние модели Pentium II 350-450 шли с ядром, уже больше напоминавшим Katmai - только, естественно, с обрезанным SSE. Осталась поддержка MMX. Кэш первого уровня – все те же 32 Кб (16 + 16). Кэш второго уровня также не изменился – 512 Кб работающие на половинной частоте. Процессор состоял из 7.5 млн. транзисторов и выпускался для разъема Slot 1.

Pentium II OverDrive – так назывался процессор вышедший 11 августа 1998 года для апгрейда Pentium PRO на старых материнских платах, и работающий в разъеме Socket 8). Носил кодовое имя P6T. Имел частоту 333 МГц. Кэш первого уровня – 16 Кб на данные + 16 Кб на инструкции, кэш второго уровня имел размер 512 Кб и был интегрирован в ядро. Работал на частоте процессора. Шина 66 МГц. Содержал 7.5 млн. транзисторов и производился по техпроцессу 0.25 мкм. Поддерживал набор инструкций MMX.

Celeron - новой веткой в направлении технологии микропроцессоров для Intel был выпуск параллельных основным, "облегченных" и удешевленных вариантов. Таковой является серия Celeron. 15 апреля 1998 года был представлен первый процессор, носящий название Celeron и работающий на тактовой частоте 266 МГц.

Кодовое имя Covington. Этот процессор является “обрезанным” Pentium II. Celeron построен на базе ядра Deschutes без кэша второго уровня. Что, конечно же, сказалось на его производительности. Зато разгонялся он просто великолепно (от полутора до двух раз). Если разгон Pentium II ограничивала максимальная частота кэша, то здесь его просто не было!

Celeron работал на шине 66 МГц и повторял все основные характеристики своего предка – Pentium II Deschutes: кэш первого уровня – 16 Кб + 16 Кб, MMX, техпроцесс 0.25 мкм. 7.5 млн. транзисторов. Процессор выпускался без защитного картриджа - конструктив – S.E.P.P (Single Edge Pin Package). Разъем - Slot 1.

Начиная с частоты 300 МГц, появились процессоры Celeron с интегрированным в ядро кэшем второго уровня, работающим на частоте процессора, размером 128 Кб. Кодовое имя – Mendocino. Вышел 8 августа 1998. Благодаря полноскоростному кэшу имеет высокую производительность, сравнимую с Pentium II (при условии одинаковой частоты системной шины). Выпускались с тактовыми частотами от 300 до 533 МГц. 30 ноября 1998 года, вышел вариант процессора с конструктивом P.P.G.A (Plastic Pin Grid Array), который работал в разъеме Socket 370.

До 433 МГц выпускался в двух конструктивах: S.E.P.P и P.P.G.A. Некоторое время параллельно существовали Slot-1 (266 - 433 МГц) и Socket-370 (300A - 533 МГц) варианты, в конце концов, первый был плавно вытеснен последним.

Новый Celeron был шагом к Pentium III, но так как работал на шине 66 МГц, не мог показать все преимущества интегрированного высокоскоростного кэша. Так как кэш был интегрирован в ядро, значительно увеличилось количество транзисторов, из которых состоит процессор - 19 млн. Техпроцесс остался прежним – 0.25 мкм.

XEON - для мощных компьютеров предназначено семейство Xeon. Pentium II Xeon - серверный вариант процессора Pentium II, пришедший на смену Pentium PRO. Производился на ядре Deschutes и отличался от Pentium II более быстрой (полноскоростной) и более емкой (есть варианты с 1 или 2 Мб) кэш-памятью второго уровня и конструктивом. Выпускался в конструктиве S.E.C.C для Slot 2. Это тоже краевой разъем, но с 330 контактами, регулятором напряжения VRM, запоминающим устройством EEPROM. Способен работать в мультипроцессорных конфигурациях. Был выпущен 29 июня 1998 года.

Кэш второго уровня, как и в Pentium PRO, полноскоростной. Только здесь он находится на одной плате с процессором, а не интегрирован в ядро. Кэш первого уровня – 16 Кб + 16 Кб. Частота шины – 100 МГц. Поддерживал набор инструкций MMX. Процессор работал на частотах 400 и 450 МГц. Выпускался с применением техпроцесса 0.25 мкм. и содержал 7.5 млн. транзисторов.

На этом развитие линейки Pentium II заканчивается. Начиная с Pentium II, Intel выделяет три основных направления в производстве процессоров: Pentium – высокопроизводительный процессор для рабочих станций и домашнего применения, Celeron – бюджетный вариант пентиума для офиса или дома, Xeon – серверный вариант, обладающий повышенной производительностью.

Pentium III- первые процессоры с названием Pentium III мало чем отличались от Pentium II. Главное отличие – основанное на новом блоке 128-разрядных регистров расширение набора SIMD-инструкций (70 новых команд), ориентированных на форматы данных с плавающей запятой – SSE Streaming SIMD Extentions). При выполнении операции над двумя регистрами, фактически МП оперирует 4-мя парами чисел. Благодаря этому МП может выполнять до 4-операций одновременно, что является полезным при работе с:

- трехмерной графикой и моделированием с использованием вычислений в формате с плавающей точкой;

- обработкой сигналов и моделированием процессов с широким диапазоном изменения параметров;

- генерацией трехмерных изображений в программах реального времени;

- алгоритмами кодирования и декодирования видеосигналов с блочной обработкой;

- числовыми алгоритмами цифровой фильтрации, которые работают с потоками данных.

Они работали на такой же шине с частотой 100 МГц (позже, с 27 сентября 1999 года, появились модели, работающие на шине 133 МГц), выпускались в конструктиве S.E.C.C. 2 и были рассчитаны на установку в Slot 1.

Кэш память осталась прежней: L1 – 16 Кб + 16 Кб. L2 – 512 Кб, размещенные на процессорной плате, и работающие на половинной частоте процессора. Главным отличием является расширение набора SIMD-инструкций - SSE (Streaming SIMD Extensions). Также расширен набор команд MMX и усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Кодовое имя ядра Katmai. Вышел 26 февраля 1999 года. Процессор работал на частотах 450-600 МГц, содержал 9.5 млн. транзисторов. Также как предшественник - Pentium II Deschutes, выпускался с применением техпроцесса 0.25 мкм.

Coppermine– так называлось следующее ядро процессора Pentium III, пришедшее на смену Katmai 25 октября 1999 года. По сути, именно Coppermine является новым процессором, а не доработкой Deschutes. Новый процессор имел полноскоростной интегрированный в ядро кэш второго уровня размером 256 Кб (Advanced Transfer Cache).

Выпускался с использованием техпроцесса 0.18 мкм. Утоньшение технологии с 0.25 до 0.18 мкм позволило разместить на ядре большее число транзисторов и теперь их стало 28 млн., против 9.5 млн. в старом Katmai. Правда, основная масса нововведенных транзисторов относится к интегрированному L2-кэшу. L1 кэш остался без изменений. Поддерживал наборы команд MMX и SSE. Сначала выпускался в конструктиве S.E.C.C. 2, но так как кэш теперь встроен в ядро процессора, процессорная плата оказалась ненужной, и только повышала стоимость процессора. Поэтому вскоре процессоры стали выходить в конструктиве FC-PGA (Flip-Chip PGA). Как и Celeron Mendocino, они работали в разъеме Socket 370.

Правда со старыми материнскими платами была ограниченная совместимость. Так как теперь процессор работал на более высоких тактовых частотах, ядро было расположено сверху, и имело непосредственный контакт с радиатором. Coppermine был последним процессором для Slot 1. Работал на шине 100 и 133 МГц (в названии процессора 133-я шина обозначалась буквой B, например – Pentium III 750B). Процессоры с ядром Coppermine работали на тактовых частотах с 533 до 1200 МГц. Первые попытки выпустить процессор на этом ядре с частотой 1113 МГц закончились неудачей, так как он в предельных режимах работал очень нестабильно, и все процессоры с этой частотой были отозваны - этот инцидент сильно подмочил репутацию Intel.

Ядро Tualatin пришло на смену Coppermine 21 июня 2001 года. В это время на рынке уже присутствовали первые процессоры Pentium 4, и новый процессор был предназначен для испытания новой 0.13 мкм. технологии, а также для того чтобы заполнить нишу высокопроизводительных процессоров, так как производительность первых Pentium 4 была довольно низкой. Tualatin - это изначальное название глобального проекта Intel по переводу производства процессоров на 0.13-микронную технологию. Сами процессоры с новым ядром стали первыми продуктами, появившимися в рамках этого проекта.

Изменений в самом ядре немного - добавилась только технология "Data Prefetch Logic". Она повышает производительность, предварительно загружая данные, необходимые приложению в кэш. Кроме этого отличие этих ядер заключается в используемой технологии производства - Coppermine изготавливается по технологии 0.18 мкм, а Tualatin по 0.13 мкм. Разъем для нового процессора остался прежним - Socket 370, а вот конструктив сменился на FC-PGA 2, который использовался в процессорах Pentium 4. От старого FC-PGA он в первую очередь отличается тем, что ядро покрыто теплорассеивающей пластиной, которая также защищает его от повреждения при установке радиатора.

С выпуском Tualatin, линейка Pentium III "распалась" на два класса - настольных и серверных процессоров. У первых объем L2-кэша так и остался равным 256 Кб, у вторых - удвоился до 512 Кб; также у настольной версии нового P-III (так называемого Desktop Tualatin) отсутствовала поддержка SMP. Кэш первого уровня – 16 Кб + 16 Кб. Следует сказать, что Desktop Tualatin просуществовал недолго: он поставлялся только крупным сборщикам ПК, и был изъят с рынка, для того чтобы не составлять конкуренцию Pentium 4. А вот Pentium III-S, серверная версия процессора, должен был занять нишу мощных серверных процессоров, так как производительности процессоров Xeon уже не хватало, а Pentium 4 не имел поддержки SMP, да и вообще показывал довольно низкую производительность.

Как уже было сказано выше, процессоры Tualatin выпускались с применением более совершенного 0.13 мкм. техпроцесса, работали на шине с частотой 133 МГц и состояли из 44 млн. транзисторов. Поддерживали наборы инструкций MMX и SSE. Процессор работал на частотах от 1 ГГц до 1.33 ГГц (Desktop Tualatin), и от 1.13 ГГц до 1.4 ГГц (серверный вариант).

Pentium 4 – следующие после Coppermine принципиально новые IA-32 процессоры Intel для обычных PC. Процессор имеет площадь кристалла 217 мм², потребляет 52Вт при частоте 1500 МГц, содержит 42 млн. транзисторов, 0.18-микронная технология.Вместо традиционных GTL+ и AGTL+ используется новая системная шина Quad Pumped 100 МГц, обеспечивающая передачу данных с частотой 400 МГц и передачу адресов с частотой 200 МГц. Кэш-память L1 – 8 Кбайт.

В архитектуру введен ряд усовершенствований, направленных на увеличение тактовой частоты и производительности:

- добавлены 144 новые потоковые инструкции, расширяющие набор SIMD-инструкций, ориентированных на форматы данных с плавающей запятой. Модуль вычислений с плавающей запятой и потоковый модуль оптимизированы для работы с аудио- и видеопотоками, в том числе 3D-технологиями;

- имеется кэш L2 размером 256Кб, который работает на полной частоте МП и использует встроенную программу коррекции ошибок, обслуживается быстродействующей 256-разрядной шиной (32байта), работающей также на частоте МП;

- улучшена система динамического исполнения команд, что связано с наличием 20 ступеней конвейера, суперскалярной архитектуры, улучшенного предсказания ветвлений программы при условных передачах управления и параллельного «по предположению» (опережающего, спекулятивного) исполнения команд по нескольким предполагаемым путям ветвления;

-новая технология ускоренных вычислений использует два быстрых АЛУ, работающих на удвоенной частоте процессора, которые выполняют короткие арифметические и логические операции за 0,5 такта. Третье, медленное АЛУ, исполняет длинные операции (умножение, деление и др.);

Все новые процессоры Pentium 4 имеют микроархитектуру Intel Net Burst, поддерживающую ряд инновационных возможностей:

• технологию НТ;
• технологию гиперконвейерной обработки данных;
• частоту системной шины 800, 5433 или 400 МГц;
• кэш-память первого уровня с отслеживанием выполнения команд;
• расширенные функции выполнения операций с плавающей запятой и мультимедийных операций;
• набор потоковых SIMD-расширений SSE2 (добавлены новые 144 инструкции) или SSE3 (13 новых инструкций), повышающих производительность при работе с видео- и аудио-информацией. В том числе с речью и графикой.

Технология НТ (Hyper Treading) реализует многопотоковое исполнение программы: 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. НТ обеспечивает повышение производительность до 30% в многозадачных средах и при исполнении программ, которые допускают многопотоковое исполнение.

Технология гиперконвейерной обработки. Повышает пропускную способность конвейера, обеспечивая увеличение производительности и ТЧ. Так, один из основных конвейеров МП – конвейер предсказания ветвлений имеет глубину конвейерной обработки в 31 шаг (против 20 шагов в Pentium 4 с суперконвейерной обработкой).

Кэш L1 с отслеживанием выполнения команд. Поддерживается увеличенный до 16 Мб объем кэш-памяти данных и кэш-памяти 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.

Соревнуясь с AMD, Intel представила систему модельных номеров, которая позволит искусственно завышать производительность для потребителя. К примеру, линейке Celeron назначены номера 300, а Pentium 4 - 500.

21 февраля 2005 Intel представила 600-ю линейку процессоров, где размер кэша L2 был увеличен с 1 до 2 Мбайт. На основе планов Intel, эта линейка должна была заканчиваться 3,8-ГГц Pentium 4 680. Но, опять же, Intel решила отойти на шаг назад и выпустила в качестве топовой модели 3,6-ГГц Pentium 4 660.

Pentium 4 660 работает на 200 МГц медленнее, чем топовая модель линейки 500, причём задержка CAS кэша L2 была немного увеличена из-за его размера. В итоге процессор не слишком хорошо показывает себя в тестах. Кроме того, пользователям придётся поглубже залезать в свой карман - из-за увеличившегося числа транзисторов новые процессоры оказались дороже.

Параллельно с выпуском линейки 600 Intel представила новую версию Extreme Edition Pentium 4. Ядро процессора идентично линейке 6xx, однако шина FSB работает на 266 МГц (FSB1066). В результате, тактовая частота нового процессора составила 3,73 ГГц. Эффективная шина северного моста, с теоретической пропускной способностью 8,5 Гбайт/с, не слишком выигрывает из-за возросшего размера кэша L2. Производительность Extreme Edition, который на 133 МГц быстрее, не слишком превосходит Pentium 4 660. А цена сохранениа на уровне старого Extreme Edition.

В качестве общего обновления процессоров для Socket 775, 600-я линейка и процессор Extreme Edition получили 64-битные расширения EMT 64 (расширенная технология работы с 64-битовой памятью, она позволила увеличить объем адресного пространства до 2 Тбайт), бит запрета выполнения вредоносного кода NX и поддержку Speedstep. Если процессор загружен не на 100%, технология Speedstep снижает множитель до x14, чтобы уменьшить тепловыделение. Многие производители материнских плат поддерживают эту функцию, позволяя принудительно выставить x14 и "разогнать" процессор по FSB. Таким образом, повышая частоту FSB у Pentium 4 660 до 266 МГц, мы получаем Extreme Edition. Предусмотрен новый стандарт шины PCI Express и работа с микросхемами памяти типа DDR2.

2005г – первый выпуск многоядерных процессоров – Pentium D, Pentium EE 820, Pentium EE 830, Pentium EE 840.Имеют два процессорных ядра аналогичных, используемому в Pentium Extreme Edition. Каждое процессорное ядро имеет кэш L2 объемом 1 Мб. ТЧ – 2.8-3.2 Ггц.

Первые модели на основе ядра Willametteс тактовой частотой 1,4-1,5 ГГц выпущены 20 октября 2000 года, созданны по технологии 0,18 мкм. Разъем – Socket 423. Последняя модель рассчитана на частоту 2 ГГц, после чего ядро Willamette сменяет Northwood.

Northwood– наименование ядра процессоров Pentium 4, созданных по технологии 0,13 мкм; Socket 423 и 478. С внедрением этого ядра происходит окончательный переход на новый форм-фактор Socket 478. Объем кэш-памяти L2 увеличен до 512 Кбайт. Исходная тактовая частота – 2ГГц (маркировался как 2A ГГц, чтобы различался от 2 ГГц Willamate), позднее появилась и младшая версия с частотой 1.6 ГГц. В мае 2002 года Northwood стал поддерживать 533 МГц системную шину (133 МГц QPB).

Prescott— наследник ядра Northwood, изготавливается по 90 нм технологии, частота FSB=667 MHz (166 MHz QPB), поддержка Hyper-Threading, Socket 478.

Развитие: Tejas, Nahalem - 65 нм техпроцесс.

Foster – кодовое наименование ядра и процессоров Pentium 4 в серверном варианте, построенных по идеологии и архитектуре Willamette. Тактовая частота – 100 МГц при передаче данных с частотой 400 МГц. Как и в случае с Cascades, объем кэша L2 остался тем же, что у Willamette. Основные отличия Foster от обычных Pentium 4 на ядре Willamette заключаются в поддержке двухпроцессорных конфигураций и использовании разъема Socket 603. Тактовая частота первых процессоров Xeon на ядре Foster начинается от 1,7 ГГц. Основу систем составят чипсеты i860 и GC-HE от ServerWorks.

Prestonia – кодовое наименование ядра и процессоров Pentium 4 в серверном варианте, созданных по технологии 0,13 мкм. Продолжение линейки Xeon. Микроархитектура NetBurst.

Gallatin – кодовое наименование ядра и процессоров, 0,13 мкм – развитие ядра Foster.

Merced – кодовое наименование ядра и первого процессора архитектуры IA-64, аппаратно совместим с архитектурой IA-32. Включает трехуровневую кэш-память объемом 2-4 Мбайт. Производительность примерно в три раза выше, чем у Tanner. Технология изготовления – 0,18 мкм, частота ядра – 667 МГц и выше, частота шины – 266 МГц. Превосходит Pentium Pro по операциям FPU в 20 раз. Физический интерфейс – Slot M. Поддерживает MMX и SSE. Официальное наименование – Itanium.

McKinley – кодовое наименование ядра и моделей второго поколения процессоров архитектуры IA-64. Тактовая частота ядра процессоров начинается с 1 ГГц.

Itanium 2 –64-разрядный процессор, ранее известный под кодовым наименованием McKinley. Itanium 2 работают на частоте 1 ГГц, обладают 3 Мб кэша L3.

Madison – преемник McKinley. Построен по медной, 0,13 мкм технологии. Тактовые частоты первых процессоров Madison и Deerfield как минимум, 1,5 ГГц, при этом оба чипа имеют 6 Мб кэша L3.

Deerfield – кодовое наименование ядра и процессоров. Ядро является преемником Foster. Процессоры рассчитаны на Slot M и позиционируются как недорогие процессоры архитектуры IA-64 для рабочих станций и серверов среднего уровня.

Montecito — двухядерный чип на базе архитектуры IA-64.