Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Pentium Pro
Общая информация
Запущен1 ноября 1995 г.
Снято с производстваИюнь 1998 г.
Общий производитель (и)
  • Intel
Спектакль
Максимум. Частота процессора От 150 МГц до 200 МГц
Скорость FSBОт 60 МГц до 66 МГц
Архитектура и классификация
Мин. размер элементаОт 0,35 мкм до 0,50 мкм
МикроархитектураP6
Набор инструкцийx86
Физические характеристики
Ядра
  • 1
Розетки)
История
ПреемникPentium II Xeon

Pentium Pro является шестым поколением x86 микропроцессора разработан и изготовлен Intel и представил на 1 ноябрь 1995 года [1] Он представил P6 микроархитектуру (иногда называют i686) и первоначально предназначался для замены оригинального Pentium в полном объеме спектр приложений. В то время как Pentium и Pentium MMX имели 3,1 и 4,5 миллиона транзисторов , соответственно, Pentium Pro содержал 5,5 миллиона транзисторов. [2] Позже он был сокращен до более узкой роли сервера и высокопроизводительного настольного процессора и использовался в суперкомпьютерах, таких как ASCI Red., первый компьютер, достигший отметки в терафлопсах . [3] Pentium Pro мог работать как в двух-, так и в четырехпроцессорной конфигурации. Он был только в одном форм-факторе - относительно большой прямоугольной Socket 8 . На смену Pentium Pro в 1998 году пришел Pentium II Xeon .

Микроархитектура [ править ]

Pentium Pro 200 МГц с кэш-памятью L2 512 КБ в корпусе PGA
Pentium Pro 200 МГц с кэш-памятью второго уровня 1 МБ в пакете PPGA .
Pentium Pro без ограничений 256 КБ
Pentium II Overdrive со снятым радиатором. Ядро Flip-chip Deschutes находится слева. Кэш 512 КБ находится справа. [4]

Ведущим архитектором Pentium Pro был Фред Поллак, который специализировался на суперскалярности, а также работал ведущим инженером Intel iAPX 432 . [5]

Резюме [ править ]

Pentium Pro включает новую микроархитектуру , отличную от микроархитектуры Pentium P5 . Он имеет развязанную 14-ступенчатую суперпайпайн-архитектуру, в которой используется пул инструкций. Pentium Pro ( P6 ) обладал множеством передовых концепций, отсутствующих в Pentium, хотя он не был первым или единственным процессором x86 , который их реализовал (см. NexGen Nx586 или Cyrix 6x86 ). В конвейере Pentium Pro были дополнительные этапы декодирования для динамического преобразования инструкций IA-32 в микрооперации с буферизацией.последовательности, которые затем могут быть проанализированы, переупорядочены и переименованы для обнаружения распараллеливаемых операций, которые могут быть переданы более чем одному исполнительному устройству одновременно. Таким образом, Pentium Pro отличался исполнением вне очереди , включая спекулятивное исполнение посредством переименования регистров . У него также была более широкая 36-битная адресная шина (используемая PAE ), что позволяло получить доступ к 64 ГБ памяти.

Pentium Pro имеет кэш команд размером 8 КБ , из которого в каждом цикле извлекается до 16 байтов и отправляется декодерам команд . Есть три декодера инструкций. Возможности декодеров не равны: только один может декодировать любую инструкцию x86, а два других могут декодировать только простые инструкции x86. Это ограничивает способность Pentium Pro одновременно декодировать несколько инструкций, ограничивая суперскалярное выполнение. Инструкции x86 декодируются в 118-битные микрооперации (микрооперации). Микрооперации RISC-подобно; то есть они кодируют операцию, два источника и место назначения. Обычный декодер может генерировать до четырех микроопераций за цикл, тогда как простые декодеры могут генерировать по одной микрооперации за цикл. Таким образом, инструкции x86, которые работают с памятью (например, добавляют этот регистр в это место в памяти), могут обрабатываться только обычным декодером, поскольку эта операция требует как минимум трех микроопераций. Точно так же простые декодеры ограничены инструкциями, которые могут быть переведены в одну микрооперацию. Инструкции, требующие большего количества микроопераций, чем четыре, транслируются с помощью секвенсора, который генерирует необходимые микрооперации за несколько тактов. Pentium Pro был первым процессором в семействе x86, который поддерживал обновляемый микрокод в BIOS.и / или управление операционной системой. [6]

Микрооперации выходят из буфера повторного заказа (ROB) и попадают на резервную станцию ​​(RS), где они ожидают отправки в исполнительные единицы. В каждом тактовом цикле до пяти микроопераций могут быть отправлены на пять исполнительных устройств. Pentium Pro имеет в общей сложности шесть исполнительных блоков: два целочисленных блока, один блок с плавающей запятой (FPU), блок загрузки, блок адреса хранения и блок данных хранения. [7] Один из целочисленных модулей использует те же порты, что и FPU, и поэтому Pentium Pro может отправлять только одну целочисленную микрооперацию и одну микрооперацию с плавающей запятой или две целочисленные микрооперации за цикл, кроме того. микрооперациям для остальных трех исполнительных единиц. Из двух целочисленных модулей только тот, который разделяет путь с FPU на порту 0, имеет полный набор функций, таких какбаррель-шифтер , множитель, делитель и поддержка инструкций LEA. Второй целочисленный блок, подключенный к порту 1, не имеет этих возможностей и ограничен простыми операциями, такими как сложение, вычитание и вычисление целевых адресов ветвления. [7]

FPU выполняет операции с плавающей запятой. Сложение и умножение являются конвейерными и имеют задержку в три и пять циклов соответственно. Деление и извлечение квадратного корня не конвейеризируются и выполняются в отдельных модулях, которые совместно используют порты FPU. Деление и извлечение квадратного корня имеют задержку 18–36 и 29–69 циклов соответственно. Наименьшее число предназначено для чисел с плавающей запятой одинарной точности (32-бит), а наибольшее - для чисел с увеличенной точностью (80-бит). Деление и извлечение квадратного корня могут работать одновременно со сложением и умножением, предотвращая их выполнение только тогда, когда результат должен быть сохранен в ROB.

После выпуска микропроцессора в модуле с плавающей запятой была обнаружена ошибка , обычно называемая «ошибкой FPU Pentium Pro и Pentium II», а Intel - «ошибкой флага». Ошибка возникает при некоторых обстоятельствах во время преобразования с плавающей запятой в целое число, когда число с плавающей запятой не помещается в меньший целочисленный формат, что приводит к отклонению FPU от задокументированного поведения. Ошибка считается незначительной и возникает при таких особых обстоятельствах, что затрагиваются очень немногие программы, если таковые имеются.

Микроархитектура Pentium Pro P6 в той или иной форме использовалась Intel более десяти лет. Конвейер будет масштабироваться от начальных 150 МГц до 1,4 ГГц с Pentium III "Tualatin" . Различные черты дизайна сохранятся и после этого в производном ядре под названием « Banias » в Pentium M и Intel Core ( Yonah ), которое само будет развиваться в микроархитектуру Core ( процессор Core 2 ) в 2006 году и позже. [8]

Набор инструкций [ править ]

Pentium Pro (P6) представил новые инструкции в линейке Intel; инструкции CMOVxx («условное перемещение») могут перемещать значение, которое является либо содержимым регистра, либо ячейкой памяти, в другой регистр или нет, в соответствии с некоторым логическим условием предиката xx в регистре флагов, где xx является кодом предиката флагов, как задано в условии для инструкций условного перехода. Так, например, CMOVNE перемещает указанное значение в регистр или нет в зависимости от того, истинно ли условие NE (не равно) в регистре флагов, т.е. Z flag = 0. Это позволяет оценивать операции if-then-else и, например, ? : операция в C. Эти инструкции повышают производительность, позволяя избежать дорогостоящих инструкций перехода и перехода. Например, в CMOVxx destreg1, source_operand2 первым операндом является регистр назначения,второй - исходный регистр или место в памяти. К сожалению, второй операнд не может быть непосредственным (встроенным постоянным) значением, и такая константа должна быть сначала помещена в регистр. Код предиката xx может принимать полный диапазон значений, разрешенных в условных переходах.

Вторым событием стало документирование незаконной инструкции UD2. Этот код операции зарезервирован и гарантированно вызовет исключение недопустимой инструкции на P6 и всех последующих процессорах. Это позволяет разработчикам легко аварийно завершить работу текущей программы с учетом требований завтрашнего дня при обнаружении ошибки программным обеспечением.

Производительность [ править ]

Несмотря на то, что в то время была продвинута, архитектура переименования регистров Pentium Pro не по порядку имела проблемы с запуском 16-битного кода и смешанного кода (8/16 бит или 16/32 бит), так как использование частичных регистров вызывает частый конвейер промывание. [9] Конкретное использование частичных регистров было обычной оптимизацией производительности в то время, так как не приводило к снижению производительности процессоров Intel до P6; Кроме того, доминирующими операционными системами на момент выпуска Pentium Pro были 16-битная DOS и смешанная 16/32-битная Windows 3.1x и Windows 95 (хотя последняя требует 32-битного процессора 80386, большая часть его кода по-прежнему 16-битный из соображений производительности, например USER.exe). Это вместе с высокой стоимостью систем Pentium Pro вызывало в то время довольно слабый прием среди энтузиастов ПК. Чтобы в полной мере использовать преимущества микроархитектуры P6 Pentium Pro , необходима полностью 32-разрядная ОС , например Windows NT , Linux , Unix или OS / 2 . Проблемы с производительностью унаследованного кода позже были частично устранены Intel с помощью Pentium II.

По сравнению с микропроцессорами RISC, Pentium Pro, когда был представлен, немного превосходил самые быстрые микропроцессоры RISC по производительности целых чисел при запуске теста SPECint95 [10], но производительность с плавающей запятой была значительно ниже, наполовину у некоторых микропроцессоров RISC. [10] Преимущество Pentium Pro в производительности в целых числах быстро исчезло, сначала его обогнали MIPS Technologies R10000 в январе 1996 года, а затем - вариант Alpha 21164 EV56 от Digital Equipment Corporation . [11]

Рецензенты быстро отметили очень медленную запись в видеопамять как слабое место платформы P6, при этом производительность здесь составляет всего 10% от системы Pentium с идентичной тактовой частотой в таких тестах, как VIDSPEED. Способы обхода этого включали установку отрисовки VESA в системную память вместо видеопамяти в таких играх, как Quake , [12] и более поздних версиях, таких как FASTVID, которые могли удвоить производительность в некоторых играх за счет включения функций комбинирования записи ЦП. [13] [14] MTRRустанавливаются автоматически видеодрайверами Windows, начиная с ~ 1997 г., и улучшенная подсистема кэш-памяти и производительность FPU позволили ей превзойти тактовую частоту Pentium в новых трехмерных играх середины-конца 1990-х годов, особенно когда используя NT4. Однако отсутствие реализации MMX снижает производительность мультимедийных приложений, использующих эти инструкции.

Кеширование [ править ]

Вероятно, наиболее заметным дополнением Pentium Pro была встроенная в него кэш-память L2, размер которой составлял от 256 КБ на момент внедрения до 1 МБ в 1997 году. В то время производственная технология не позволяла интегрировать большой кэш L2 в ядро ​​процессора. Вместо этого Intel поместила кристалл (ы) L2 отдельно в корпус, что по-прежнему позволяло ему работать с той же тактовой частотой, что и ядро ​​ЦП. Кроме того, в отличие от большинства схем кэширования на материнских платах, которые разделяют основную системную шину с ЦП, кэш Pentium Pro имеет собственную заднюю шину (называемую двойной независимой шиной.от Intel). Из-за этого ЦП мог одновременно читать основную память и кэш, что значительно уменьшало традиционное узкое место. Кэш также был «неблокирующим», что означало, что процессор мог выдавать более одного запроса кеша за раз (до 4), уменьшая штрафы за промахи в кэше. (Это пример MLP, параллелизма на уровне памяти .) Эти свойства объединились для создания кэша L2, который был намного быстрее, чем кеш-память на материнских платах старых процессоров. Один только этот кеш дал ЦП преимущество в производительности ввода / вывода по сравнению со старыми ЦП x86 . В многопроцессорных конфигурациях производительность встроенного кэша Pentium Pro резко возросла по сравнению с архитектурами, в которых каждый ЦП совместно использовал центральный кэш.

Однако этот гораздо более быстрый кеш L2 имел некоторые сложности. Устройство Pentium Pro «кэш на упаковке» было уникальным. Процессор и кэш находились на отдельных кристаллах в одном корпусе и были тесно связаны полноскоростной шиной. Две или три матрицы должны были быть скреплены вместе на раннем этапе производственного процесса, прежде чем стало возможным проведение испытаний. Это означало, что из-за одного крошечного изъяна на любой из кристаллов пришлось выбросить всю сборку, что было одной из причин относительно низкой производительности Pentium Pro и высокой стоимости. Все версии чипа были дорогими, особенно с 1024 КБ, поскольку для этого требовалось два кристалла кэш-памяти по 512 КБ, а также кристалл процессора.

Доступные модели [ править ]

Тактовые частоты Pentium Pro составляли 150, 166, 180 или 200 МГц с тактовой частотой внешней шины 60 или 66 МГц . Некоторые пользователи решили разогнать свои чипы Pentium Pro, при этом версия 200 МГц часто работает на частоте 233 МГц, версия 180 МГц часто работает на частоте 200 МГц, а версия 150 МГц часто работает на частоте 166 МГц. Микросхема была популярна в конфигурациях с симметричной многопроцессорной обработкой, при этом обычным явлением были двух- и четырехъядерные SMP-серверы и рабочие станции.

В схеме Intel «Семейство / Модель / Степпинг» Pentium Pro относится к семейству 6, модели 1, а его код продукта Intel - 80521.

ЧасыАвтобусКэш L2Макс. TDP
150 МГц60 МГц256 КБ29,2 Вт
166 МГц66 МГц512 КБ35 Вт
180 МГц60 МГц256 КБ31,7 Вт
200 МГц66 МГц256 КБ35 Вт
200 МГц66 МГц512 КБ37,9 Вт
200 МГц66 МГц1024 КБ44 Вт

Изготовление [ править ]

Процесс изготовления кристалла процессора Pentium Pro и его отдельного кристалла кэш-памяти изменился, что привело к сочетанию процессов, используемых в одном пакете:

  • Кристалл прототипа процессора Pentium Pro 133 МГц был изготовлен с использованием процесса BiCMOS размером 0,6 мкм. [15] [16]
  • Кристалл процессора Pentium Pro 150 МГц был изготовлен с использованием процесса BiCMOS размером 0,50 мкм . [16] [17]
  • Кристалл процессора Pentium Pro 166, 180 и 200 МГц был изготовлен с использованием процесса BiCMOS 0,35 мкм. [16] [17]
  • Кристалл кэш-памяти L2 объемом 256 КБ был изготовлен с использованием процесса BiCMOS размером 0,50 мкм. [16] [17]
  • Кристалл кэша L2 512 и 1024 КБ был изготовлен с использованием процесса BiCMOS 0,35 мкм. [16] [17]

Упаковка [ править ]

Pentium Pro (до 512 КБ кэш-памяти) упакован в керамический многокристальный модуль (MCM). MCM содержит две полости на нижней стороне, в которых находится кристалл микропроцессора и сопутствующий кристалл кэш-памяти. Матрицы прикреплены к тепловому стержню, открытая верхняя часть которого помогает теплу от матриц более напрямую передаваться охлаждающему устройству, например радиатору. Матрицы соединяются с корпусом с помощью обычного проводного соединения. Полости закрывают керамической пластиной.

Pentium Pro с 1 МБ кэш-памяти использует пластиковый MCM. Вместо двух полостей есть только одна, в которой находятся три матрицы, прикрепленные к корпусу вместо теплового стержня. Полости залиты эпоксидной смолой.

MCM имеет 387 контактов, из которых примерно половина расположена в матрице сетки выводов (PGA), а половина - в матрице сетки промежуточных выводов (IPGA). Упаковка была разработана для Socket 8 .

Пути обновления [ править ]

В 1998 году был выпущен процессор Pentium II Overdrive 300/333 МГц для Socket 8. Обладая 512 КБ полноскоростной кэш-памяти, он был произведен Intel в качестве дополнительного варианта обновления для владельцев систем Pentium Pro. Однако он поддерживал только двухстороннюю бесклеевую многопроцессорность, а не четырехпроцессорную или выше, что не делало ее пригодным для использования обновлением для четырехпроцессорных систем. Эти специально упакованные процессоры Pentium II Xeon использовались для обновления ASCI Red , который стал первым компьютером, достигшим отметки производительности терафлопс с процессором Pentium Pro, а затем первым компьютером, который превысил 2 терафлопс после обновления до процессоров Pentium II Xeon.

По мере того как материнские платы со слотом 1 стали преобладать, несколько производителей выпустили адаптеры для слотов , такие как Tyan M2020, Asus C-P6S1, Tekram P6SL1 и Abit KP6. Слоты позволяли использовать процессоры Pentium Pro с материнскими платами Slot 1. Набор микросхем Intel 440FX явно поддерживает процессоры Pentium Pro и Pentium II, но наборы микросхем Intel 440BX и более поздних версий Slot 1 явно не поддерживают Pentium Pro, поэтому слоты для Socket 8 не получили широкого распространения. Разъемы - в виде адаптеров Socket 370 - Slot 1 - вновь стали популярными, когда Intel представила процессоры Socket 370 Celeron и Pentium III .

Основные характеристики [ править ]

Pentium Pro [ править ]

  • Кэш L1 : 8, 8 КБ (данные, инструкции)
  • Кэш L2 : 256, 512 КБ (один кристалл) или 1024 КБ (два кристалла по 512 КБ) в многокристальном модуле с тактовой частотой процессора
  • Разъем: Разъем 8
  • Фронтальная шина : 60 и 66 МГц
  • VCore: 3,1–3,3 В
  • Изготовление: 0,50 мкм или 0,35 BiCMOS [18]
  • Тактовая частота: 150, 166, 180, 200 МГц (на некоторых материнских платах может достигать 233 МГц)
  • Первый выпуск: ноябрь 1995 г.

Pentium II Overdrive [ править ]

  • Кэш L1: 16, 16 КБ (данные + инструкции)
  • Кэш L2: внешний чип 512 КБ на модуле ЦП с тактовой частотой процессора
  • Разъем: Разъем 8
  • Множитель: зафиксирован на уровне 5 ×
  • Фронтальная шина: 60 ​​и 66 МГц
  • VCore: 3,1–3,3 В (имеет встроенный регулятор напряжения)
  • Изготовление: 0,25 мкм
  • Тактовая частота: на базе Pentium II поколения Deschutes
  • Первый выпуск: 1997 г.
  • Поддерживает технологию MMX

Возможности шины и мультипроцессора [ править ]

Pentium Pro использовал сигнализацию GTL + на своей внешней шине. [19] Pentium Pro может использоваться отдельно от четырехпроцессорных систем. Были также построены восьмиядерные компьютеры Pentium Pro, но они использовали несколько шин. [20]

На конструкцию шины Pentium Pro оказали влияние Futurebus , шина Intel iAPX 432 и элементы шины Intel i960 . [21] Futurebus задумывался как усовершенствованная шина для замены VMEbus, используемой с Motorola 68000 с конца 1970-х годов, но в комитете по стандартизации она оставалась в застое на протяжении более десяти лет, если учесть все изгибы и повороты. [21]Инициатива Intel iAPX 432 также потерпела коммерческую неудачу, но в процессе они узнали, как построить шину с разделенными транзакциями для поддержки многопроцессорной системы без кеша. В i960 была усовершенствована шина iAPX 432 с разделенными транзакциями, чтобы включить протокол когерентности кэша, получив в итоге набор функций, очень напоминающий первоначальные амбиции Futurebus. [21]

Ведущим архитектором i960 был специалист по суперскалярности Фред Поллак, который также был ведущим инженером Intel iAPX 432 и ведущим архитектором процессора i686, Pentium Pro. Без сомнения, он был хорошо знаком со всей этой историей. Pentium Pro был разработан, чтобы включить 4-стороннюю SMP-шину с когерентной кэш-памятью с разделением транзакций в качестве обязательной функции каждого производимого чипа. [21] Это также служило для запрета конкуренции в доступе к сокету для создания клонированных процессоров. [21]

Несмотря на то, что Pentium Pro не был успешным в качестве машины для широких масс из-за плохой поддержки 16-битной ОС Windows 95, он действительно стал очень успешным в области файловых серверов благодаря своей продвинутой интегрированной конструкции шины, [21] представившей множество продвинутых функции, которые ранее были доступны на рынке только в сегменте дорогих рабочих станций.

Конкуренты Pentium Pro / 6-го поколения [ править ]

  • AMD K5 и K6
  • Cyrix 6x86 и MII
  • IDT WinChip
  • Intel P5 Pentium (сосуществовал с Pentium Pro несколько лет)

См. Также [ править ]

  • Список микропроцессоров Intel Pentium II
  • Список микропроцессоров Intel Pentium Pro

Ссылки [ править ]

  1. ^ Фишер, Лоуренс М. (2 ноября 1995 г.). «Intel предлагает Pentium Pro для рынка рабочих станций» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 4 января 2012 года .
  2. ^ Брей, Барри (2006). Микропроцессоры Intel . п. 12.
  3. ^ "Красный ASCI: Национальная лаборатория Sandia" . ТОП500 суперкомпьютерных сайтов ».
  4. ^ Шнурер, Георг. «Следующий выход: Мендосино» . Архивировано из оригинального 19 -го февраля 2006 года . Проверено 24 апреля 2009 года .
  5. ^ Дворжак, Джон С. "Что случилось с iAPX432 - чипом мечты Intel?" . Дворжак Без цензуры .
  6. ^ Стиллер, Андреас; Пол, Матиас Р. (12 мая 1996 г.). "Prozessorgeflüster" . c't - магазин компьютерной техники . Тенденции и новости (на немецком языке). Heise Verlag . Архивировано 28 августа 2017 года . Проверено 28 августа 2017 года .
  7. ^ a b «Руководство по оптимизации архитектуры Intel» (PDF) . 1997. стр. 2-8. Архивировано из оригинального (PDF) 21 января 2007 года.
  8. ↑ Стоукс, Джон (5 апреля 2006 г.). «В ядро: микроархитектура Intel нового поколения» . Проверено 24 апреля 2009 года .
  9. ^ «Предупреждение о частичном останове регистра» . Онлайн-справка VTune Performance Analyzer .
  10. ^ a b Слейтер, Майкл (13 ноября 1995 г.). «Intel увеличивает Pentium Pro до 200 МГц». Отчет микропроцессора .
  11. ^ Гвеннап, Линли (1996-07-08). «Digital 21164 достигает 500 МГц». Отчет микропроцессора .
  12. ^ https://github.com/id-Software/Quake/blob/master/WinQuake/data/TECHINFO.TXT
  13. ^ "Файл технической информации Quake" .
  14. ^ "Полное руководство MDGx по UMBPCI.sys" .
  15. ^ Papworth, Дэвид Б. (апрель 1996). «Настройка микроархитектуры Pentium Pro». IEEE Micro , стр. 14–15.
  16. ^ a b c d e "Процессоры Intel Pentium Pro - Информационный бюллетень" . Intel. Архивировано из оригинального 7 -го декабря 2013 года .
  17. ^ a b c d Слейтер, Майкл (13 ноября 1995 г.), «Intel увеличивает Pentium Pro до 200 МГц», Microprocessor Report , MicroDesign Resources, vol. 9 нет. 15
  18. ^ sandpile.org Архивировано 1 сентября 1999 г. в Archive.today - реализация IA-32 - Intel P6
  19. ^ Shanley, Том (1998). Системная архитектура Pentium Pro и Pentium II . Эддисон-Уэсли Профессионал . п. 199. ISBN 978-0-201-30973-7.
  20. ^ Guruge, Anura (17 мая 2000). Связь Web-to-Host . CRC Press . п. 405. ISBN 978-0-203-99747-5.
  21. ^ a b c d e f Харденберг, Хэл У. (1 июня 1997 г.). «Назад в автобус будущего» . drdobbs.com . Журнал доктора Добба . Проверено 19 сентября 2020 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Backside Bus , searchstorage.techtarget.com
  • Изображения и описания Intel Pentium Pro , cpu-collection.de
  • CPU-INFO: Intel Pentium Pro, подробная история процессора , web.archive.org