Тема 3.4. Процессоры Pentium

На этом наш исторический экскурс завершен. Рассмотрев процессоры, которые сегодня уже стали историей, мы переходим с Вами к самому важному и интересному вопросу: современные процессоры. Изучая те процессоры, которые применяются в PC сегодня, мы будем подробно останавливаться на многих особенностях, которые интересуют пользователя. Начнем мы изучение современных процессоров с изучения процессора разработанного Intel после 486: с процессора Pentium. Разве, скажете Вы, процессоры Pentium сегодня еще кто-то применяет? Ведь они уже давно отправились на свалку истории? И да и нет. Да, действительно, процессоры Pentium сегодня не применяют в новых системах, но до сих пор присутствуют на рынке системы и процессоры, которые являются совместимыми по контактам с процессором Pentium. Кроме того, подробно рассмотрев процессор Pentium и конкурирующие с ним устройства, нам впоследствии будет проще и яснее, когда мы станем разбираться с самыми современными технологиями на рынке процессоров.

В октябре 1992 года Intel объявила, что х86 совместимые процессоры пятого поколения, которые разрабатывали под кодовым именем Р5, будут называться Pentium, а не 586, как предполагали многие. Хоть такое название и было бы вполне естественным, однако выяснилось, что обозначения, состоящие из цифр не могут быть зарегистрированы в качестве торговой марки, а Intel опасалась конкурентов, которые могли начать выпуск аналогичных микросхем под давно ожидавшимся не патентуемым названием. Первые процессоры Pentium были выпущены в марте 1993 года, а вскоре появились и первые компьютеры на их основе.

Pentium программно совместим с предыдущими процессорами фирмы Intel, но тем не менее сильно от них отличается. Одно из отличий можно назвать революционным: в новом процессоре было 2 конвейера, что позволяло ему выполнять 2 команды одновременно, все предыдущие процессоры выполняли только одну команду в один момент времени. Intel назвала это "суперскалярной технологией", и благодаря этому производительность Pentium, по сравнению с предыдущими процессорами, заметно возросла. Если стандартная микросхема 486 выполняет в среднем команду за 2 такта, то новый процессор может выполнять сразу две команды за 1 такт!

Процессор Pentium имеет 32-разрядную адресную шину, как и 486-ой, что позволяет ему адресовать 4 Гбайта памяти. При этом разрядность шины данных увеличена вдвое и составляет 64 бита, таким образом обмен данными между памятью и процессором происходит быстрее, чем в предыдущих процессорах. Однако, несмотря на то, что внешняя шина данных 64-разрядная, внутренние регистры процессора 32-разрядные и поэтому процессор Pentium является 32-разрядным процессором (как и 386, 486). Процессор Pentium имеет два встроенных кэша первого уровня по 8 кб: один для команд процессора, второй - для обрабатываемых данных. Кроме того, на материнской плате может быть расположена кэш-память второго уровня (L2-кэш). Ее объем обычно составлял 256-512 кб. Использование кэша L2 позволяет значительно повысить производительность системы при обмене с оперативной памятью. Кроме того, в процессоре Pentium, как и 486DX предусмотрен встроенный сопроцессор.

Благодаря совокупности всех рассмотренных фактов, производительность нового процессора была заметно выше, чем у всех предыдущих микропроцессоров, применявшихся в PC.

Существует две разновидности процессоров Pentium. Изначально Intel выпустила процессор Pentium, работающий на тактовых частотах 60 и 66 МГц, при том, что системная шина тоже работала соответственно на частотах 60 и 66 МГц, т.е. коэффициент умножения первых Pentium был равен 1. Технология производства первых кристаллов имела характерный размер элемента 0.8 мкм и питалась напряжением 5В. Первый Pentium сильно грелись, так как при таком питании потребляли большой ток. Производство кристалла оказалось слишком сложным, выход годных чипов был невысок. Кроме того в первых Pentium была обнаружена ошибка в сопроцессоре, так называемая fdiv. Эта ошибка приводила к тому, что результат операции типа: (123/111)*111 мог быть не точно равен 123, а, например, 123.0003!!!!

По совокупности этих обстоятельств Intel свернула производство первого поколения Pentium, и 7 марта 1994 года начала выпуск нового процессора все с тем же именем Pentium, но переработанного. Кстати, новые кристаллы Pentium были не совместимы по разъему со старыми Pentium, и, поэтому если вы хотели бы заменить в своем компьютере старый Pentium на новый Вам было бы необходимо заменить и материнскую плату. Старые Pentium успели получить весьма малое распространение, поэтому мы более останавливаться на них не будем, а подробнее рассмотрим процессор Pentium второго поколения, и, впредь, упоминая Pentium, будем иметь ввиду именно Pentium второго поколения.

Новые кристаллы Pentium устанавливались в процессорные разъемы Socket 5 и Socket 7. Причем разъем типа Socket 5 применялся только сначала, а затем использовали только разъем Socket 7. Из-за этого все процессоры, включая и сами кристаллы Pentium, и совместимую с ними продукцию конкурентов стали для краткости называть Socket 7 процессорами, а компьютеры на базе таких процессоров - Socket 7 - системами.

Новые Pentium изготавливались по технологии 0,5 мкм и питались напряжением 3.3В За счет этого удалось значительно повысить тактовую частоту процессоров, относительно 66 МГц первой модификации Pentium, при том, что новые процессоры значительно меньше грелись. Intel выпустил модификации Pentium на частотах 75, 90 и 100МГц. Затем последовательно появлялись процессоры, с тактовыми частотами 120, 133, 150, 166, 200 МГц. Естественно предположить, что кристаллы, работающие на более высокой частоте, показывают большую производительность. Но всегда ли это так безусловно? Давайте разберемся, а на какой частоте системной шины работали перечисленные модификации Pentium. Материнские платы для Pentium второго поколения поддерживали частоты системной шины 50, 60, 66 МГц. Давайте составим таблицу, в которой отобразим частоту процессора, соответствующую частоту системной шины, и множитель процессора.

Давайте разберемся. Если вы замените Pentium 75МГц на Pentium 90МГц, будет ли Вас upgrade безусловно хорош? Да, конечно. Ведь Вы ускоряете не только процессор, но так же и системную шину, что в совокупности означает, что и оперативная память и кэш второго уровня на материнской плате работают на более высокой частоте. А если Вы замените в своей системе Pentium 100 МГц на Pentium 120 МГц? Будет ли снова Ваш upgrade полезен? Это уже далеко не так очевидно. Заменяя 100 МГц процессор на 120 МГц, Вы получаете прирост скорости работы процессора на 20%. Но при этом Вы замедляете системную шину на 10%, оперативную память - на 10%, кэш L2 на материнской плате - на 10%. Так стоит ли менять 100 МГц Pentium на 120 МГц? Большой вопрос. Вероятно стоит, но Вы должны понимать что ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ прирост производительности первого описанного upgrade намного выше, чем относительный прирост производительности от второго upgrade. Нетрудно заметить, что начиная с процессора Pentium 150 МГц Intel больше не выпускает процессоров, работающих не на максимальной допустимой для данной системы частоте системной шины. Ведь процессоры, которые предназначены для более низкой частоты системной шины изначально менее эффективны.

А что будет, если вы приобретете процессор Pentium 120 МГц, т.е. предназначенный для частоты системной шины 60 МГц, а запустите его, установив на материнской плате частоту 66 МГц? Будет ли процессор работать, и на какой частоте? Разумеется, процессор запустится на частоте 133 МГц, так как процессор на самом деле не знает, на какой частоте он должен работать! Он лишь знает о том, НА СКОЛЬКО он должен умножить поданную на него частоту системной шины! А будет ли он работать на такой вот повышенной, не номинальной частоте? Это, разумеется, зависит от многих обстоятельств. Вполне естественно, что у процессора, который пошел в продажу с маркировкой, к примеру, 120 МГц есть еще некоторый запас, иначе он бы и на своей номинальной частоте мог бы работать не стабильно. И этот запас можно использовать!!!

Т.е., Вы приобретаете процессор, например, Pentium 120 МГц, и, обычно без труда запускаете его на 133 МГц, выигрывая при этом не только в производительности процессора, но и в производительности системной шины, оперативной памяти и кэша второго уровня! Не смотря на то, что покупка процессора, рассчитанного на меньшую чем допустимая частоту системной шины на первый взгляд кажется необоснованной, используя этот процессор на повышенной относительно номинала частоте системной шины, Вы получите процессор, который ничем не отличается от 133 МГц (в нашем примере), заплатив за это меньшие деньги. Такая ситуация называется разгоном процессора.