Pentium

Intel Pentium 75

Pentium (произносится: Пентиум) — торговая марка нескольких поколений микропроцессоров семейства x86, выпускаемых корпорацией Intel с 22 марта 1993 года. Pentium является процессором Intel пятого поколения и пришел на смену Intel 80486 (который часто называют просто 486).

История

Intel Pentium 60, первая модель Pentium

В июне 1989 года Винодом Дэмом (Vinod Dahm) были сделаны первые наброски процессора под кодовым названием P5. Он и не подозревал, что именно этот продукт будет одним из главных достижений корпорации Intel. В конце 1991 года была завершена разработка макета процессора, и инженеры смогли запустить на нём программное обеспечение. Начался этап оптимизации топологии и повышения эффективности работы. В феврале 1992 года проектирование в основном было завершено, началось всеобъемлющее тестирование опытной партии процессоров. В апреле 1992 года принято решение о начале промышленного производства процессоров, в качестве основной промышленной базы была выбрана 5 Орегонская фабрика. Началось промышленное освоение производства и окончательная доводка технических характеристик. В октябре 1992 года Intel объявила, что процессоры пятого поколения, ранее носившие кодовое имя P5, будут называться Pentium, а не 586, как предполагали многие. Это вызвано тем, что многие фирмы, производящие процессоры, активно освоили производство «клонов» (и не только) процессоров 386 и 486. Intel собиралась зарегистрировать в качестве торговой марки название «586», чтобы больше никто не смог заниматься производством процессоров с таким названием, однако, оказалось, что зарегистрировать цифры в качестве торговой марки нельзя, поэтому было принято решение назвать новые процессоры «Pentium» (от «pent-» — пять), что также указывало на поколение данного процессора. 22 марта 1993 года состоялась презентация нового микропроцессора, через несколько месяцев появились и первые компьютеры на их основе.

Основные отличия от 486-ого процессора

• Суперскалярная архитектура. Благодаря использованию суперскалярной архитектуры процессор может выполнять 2 команды за 1 такт. Такая возможность существует благодаря наличию двух конвейеров — u- и v-конвейер. u-конвейер — основной, выполняет все операции над целыми и вещественными числами; v-конвейер — вспомогательный, выполняет только простые операции над целыми и частично над вещественными. Чтобы старые программы (для 486) в полной мере использовали возможности такой архитектуры, необходимо было их перекомпилировать. Pentium является первым CISC процессором использующим многоконвейерную архитектуру.
• 64-битная шина данных. Позволяет процессору Pentium обмениваться вдвое большим объемом данных, с оперативной памятью, чем 486 за один шинный цикл (при одинаковой тактовой частоте).
• Механизм предсказания адресов ветвления. Применяется для сокращения времени простоя конвейеров, вызванного задержками выборки команд при изменении счетчика адреса во время выполнения команд ветвления. Для этого в процессоре используется буфер адреса ветвления BTB (Branch Target Buffer), использующий алгоритмы предсказания адресов ветвления.
• Раздельное кэширование программного кода и данных. В процессорах Pentium используется кэш-память первого уровня (кэш L1) объемом 16Кб, разделенная на 2 сегмента: 8Кб для данных и 8Кб для инструкций. Это улучшает производительность и позволяет делать двойное кэширование доступным чаще, чем это было возможно раньше. Кроме того, изменён механизм кэширования.

• Улучшенный блок вычислений с плавающей запятой (FPU, сопроцессор).
• Cимметричная многопроцессорная работа (SMP).

Модели

Первоначально(22 марта 1993 года) было представлено только две модели, основанные на ядре P5 с частотами 60 и 66 МГц. Однако позже были выпущены и более производительные процессоры Pentium, но основанные на усовершенствованных ядрах. Кроме того, были представлены мобильные версии процессоров и процессоры Pentium OverDrive.

Процессоры Pentium для настольных компьютеров (desktop)

Кодовое имя ядра	P5		P54C			P54CS					P55C
Техпроцесс (нм)	800		600			350
Тактовая частота ядра (МГц)	60	66	75	90	100	120	133	150	166	200	166	200	233
Анонсирован	23 марта 1993		10 окт. 1994	7 марта 1994		27 марта 1995	12 июня 1995	4 января 1996		10 июня 1996	8 января 1997		2 июня 1997

P5

Процессоры Pentium первого поколения. Две (единственные) модели анонсированы 23 марта 1993 года и работали с тактовой частотой ядра 60 и 66 МГц, частота системной шины (FSB) была равна частоте ядра, то есть, множитель ядра был равен «1,0». Кэш второго уровня размещался на материнской плате и мог иметь размер до 1 Мб. Процессор выпускался в 273-контактном корпусе CPGA и устанавливался в корпус Socket 4 и работал от напряжения 5 В. Все процессоры Pentium относятся к классу SL Enhanced, это значит, что в них предусмотрена система SMM, обеспечивающая снижение энергопотребления. Ранние варианты процессоров, с частотами 60—100 МГц (ядра P5 и P54C) имели ошибку в модуле FPU (математический сопроцессор), которая, в редких случаях, приводила к уменьшению точности операции деления. Этот дефект был обнаружен в Линчберге (США, штат Вирджиния) в 1994 году и стал известен как «Pentium FDIV баг». Процессоры на ядре P5 изготавливались с использованием 800 нанометрового техпроцесса, по биполярной BiCMOS-технологии. Процессор содержит 3,1 млн. транзистора, а размер кристалла ядра составляет 294 кв. мм. Процессор Pentium 66 потребляет ток в 3,2 А, а потребляемая им мощность равна 16 Вт, что потребовало установки дополнительного вентилятора. Производство таких процессоров оказалось очень сложным, и процент выхода годных кристаллов оказался слишком мал. Многие специалисты, указывая на многочисленные недостатки (см. F0 0f c7 c8) процессоров Pentium первого поколения, не советовали покупать данные модели. Производство на время пришлось остановить. Однако вскоре началось производство усовершенствованных процессоров, основанных на ядре P54C.

P54C

7 марта 1994 года были выпущены процессоры Pentium второго поколения. Изначально были выпущены модели с тактовыми частотами 90 и 100 МГц, однако потом была выпущена модель с частотой 75МГц. Процессоры производились по 600 нанометровой биполярной BiCMOS-технологии, что позволило уменьшить размер кристалла до 148 кв. мм (ядро содержало 3,2 млн. транзисторов) и снизить потребляемую мощность до 10,1 Вт (для Pentium 100). Напряжение питания также было уменьшено до 3,3 В, ток, потребляемый процессором, составляет 3,25 А. Процессор выпускался в 296-контактном корпусе CPGA и устанавливался в Socket 5 или Socket 7 и был не совместим с Socket 4. В этих процессорах улучшена система SMM, добавлен усовершенствованный программируемый контроллер прерываний APIC.

В процессорах Pentium второго поколения используется умножение тактовой частоты, он работает быстрее системной шины. Для указания во сколько раз тактовая частота ядра процессора больше частоты системной шины больше частоты ядра используется множитель. Во всех процессорах, основанных на ядре P54C множитель равен 1,5.

P54CS

Первые процессоры, основанные на данном ядре, были выпущены 27 марта 1995 года. По большому счету, это ядро представляет собой ядро P54C изготовленной с использованием 350 нанометровой биполярной BiCMOS-технологии, что позволило ещё уменьшить размер кристалла ядра до 91 кв. мм (процессоры Pentium 120 и 133), однако вскоре в результате оптимизации ядра его размер удалось уменьшить до 83 кв. мм при том же количестве транзисторов. При этом Pentium 200 потреблял ток в 4,6 А, а его максимальная рассеиваемая энергия (тепловыделение) составляло 15,5 Вт.

Множители процессора Pentium второго поколения

Множитель	Процессор
1,5	Pentium 75, Pentium 90, Pentium 100
2,0	Pentium 120, Pentium 133
2,5	Pentium 150, Pentium 166
3,0	Pentium 200

P55C

Процессор Pentium MMX. Вид сверху

8 января 1997 года были выпущены процессоры Pentium, основанные на ядре P5 третьего поколения(P55C). Центром Разработок и Исследований Intel в Хайфе (Израиль) в ядро P55C был добавлен новый набор инструкций, названный MMX, существенно увеличивающие производительность компьютера в мультимедиа-приложениях (от 10 до 60 %, в зависимости от оптимизации). В результате чего новые процессоры теперь именуются Pentium w/MMX technology (обычно сокращается до Pentium MMX). Новый процессор включает в себя устройство MMX с конвейерной обработкой команд, кэш L1 увеличен до 32 Кб (16 Кб для данных и 16 Кб для инструкций). Состоит новый процессор из 4,5 млн. транзисторов и производится по усовершенствованной 350-нанометровой CMOS-технологии с использованием кремниевых полупроводников, работает на напряжении 2,8 В. Максимальный потребляемый ток равен 6,5 А, а тепловыделение равно 17 Вт (для Pentium 233 MMX). Площадь кристалла у процессоров Pentium MMX равна 141 кв. мм. Процессоры выпускались в 296-контактном корпусе типа CPGA или PPGA для Socket 7.

Pentium OverDrive

Было выпущено несколько поколений Pentium OverDrive.

• В 1995 году вышел первый Pentium OverDrive (использует ядро P24T). Он был предназначен для установки в гнезда типа Socket 2 или Socket 3 и работал с напряжением питания 5 В, то есть служил для модернизации систем использующих процессор 486 без замены материнской платы. При этом данный процессор обладал всеми функциями процессора Pentium первого поколения (на ядре P5). Было выпущено две модели, работающие на частотах 63МГц и 83МГц, старшая потребляла ток в 2,8 А и обладала рассеиваемой мощностью 14 Вт. Из-за высокой стоимости данный процессор ушел, не успев появиться. И хотя через некоторое время (4 марта 1996) на смену этим процессорам пришли Pentium ODP5V с частотами 120 и 133МГц, основанные на ядре P5T (по сути, представляет собой ядро P54CS) они также не стали популярны.
• 4 марта 1996 выходит следующая версия Pentium OverDrive (Pentium ODP3V) на ядре P54CT. Данное ядро построено на основе ядра P54CS. Процессор выпускался в 320-контактном корпусе CPGA для Socket 5 или Socket 7.
• 3 марта 1997 года выходят две модели Pentium ODPMT (с частотами 150 и 166 МГц), построенные на ядре P54CTB (аналог P55C), позже, 4 августа 1997 года выходят еще две модели на том же ядре (с частотами 180 и 200 МГц). Они выпускались в 320-контактных корпусах CPGA и были предназначены для Socket 5 или Socket 7 (Pentium ODPMT-200 MMX только для Socket 7).

Tillamook

Процессоры, основанные на данном ядре, предназначались для портативных компьютеров. Ядро Tillamook (названо в честь города в штате Орегон, США), представляет собой ядро P55C с пониженным напряжением питания — модель с частотой 300 МГц работала с напряжением 2,0 В, потребляя при этом ток в 4,5 А, и обладала тепловыделением в 8,4 Вт. Старшие модели (с частотой 233, 266 и 300 МГц) выпускались с использованием 250 нм техпроцесса и имели кристалл площадью 90 кв. мм, младшие (133 и 150 МГц) с использованием 280 нм техпроцесса и имели кристалл площадью 140 кв. мм, остальные выпускались с использованием обоих техпроцессов. В зависимости от типа корпуса (TCP или CBGA) процессор соответственно либо припаивался к материнской плате, либо устанавливался в специальный модуль MMC1. Первые модели были выпущены в январе 1997 года.

Другие процессоры, использующие марку Pentium

Процессоры Intel Pentium пользовались огромной популярностью, и Intel решила не отказываться от марки Pentium, называя так и последующие процессоры, хотя они сильно отличались от первых Pentium’ов и не относились к пятому поколению. Таковыми являются:

• Pentium Pro
• Pentium II
• Pentium III
• Pentium 4
• Pentium M
• Pentium D

Технические характеристики различных ядер

Данные относящиеся ко всем моделям

• Адресуемая память: 4 Гбайт
• Разрядность регистров: 32
• Разрядность внешней шины: 64
• Разрядность шины адреса: 32
• Размер кэша L2(Кбайт): внешний до 1 Мбайт

P5

• Дата анонса первой модели: 23 марта 1993 года
• Тактовые частоты (МГц): 60, 66
• Частота системной шины (FSB) (МГц): 60, 66
• Размер кэша L1 (Кбайт): 8 (для данных)+8 (для инструкций)
• Напряжение питания: 5 В
• Количество транзисторов (млн.): 3,1
• Площадь кристалла (кв. мм): 294
• Максимальное тепловыделение (Вт): 16
• Техпроцесс (нм): 800
• Разъём: Socket 4
• Корпус: 273-контактный PGA

P54C

• Дата анонса первой модели: 7 марта 1994 года
• Тактовые частоты (МГц): 75, 90, 100
• Частота системной шины (FSB) (МГц): 50, 60, 66
• Размер кэша L1 (Кбайт): 8 (для данных)+8 (для инструкций)
• Напряжение питания: 3,3 В
• Количество транзисторов (млн.): 3,2
• Площадь кристалла (кв. мм): 148
• Максимальное тепловыделение (Вт): 10,1
• Техпроцесс (нм): 600
• Разъем: Socket 5/ Socket 7
• Корпус: 296-контактный CPGA

P54CS

• Дата анонса первой модели: 27 марта 1995 года
• Тактовые частоты (МГц): 120, 133, 150, 166, 200
• Частота системной шины (FSB) (МГц): 60,66
• Размер кэша L1 (Кбайт): 8 (для данных)+8 (для инструкций)
• Напряжение питания: 3,3 В
• Количество транзисторов (млн.): 3,3
• Площадь кристалла (кв. мм): 90
• Максимальное тепловыделение (Вт): 15.5
• Техпроцесс (нм): 350
• Разъем: Socket 5, Socket 7 (150-200 - только Socket 7)
• Корпус: 296-контактный CPGA/PPGA

P55C

• Дата анонса первой модели: 8 января 1997 года
• Тактовые частоты (МГц): 166, 200, 233
• Частота системной шины (FSB) (МГц): 66
• Размер кэша L1 (Кбайт): 16 (для данных)+16 (для инструкций)
• Напряжение питания: 2,8/3.3 В
• Количество транзисторов (млн.): 4,5
• Площадь кристалла (кв. мм): 141
• Максимальное тепловыделение (Вт): 16
• Техпроцесс (нм): 350
• Разъем: Socket 7
• Корпус: 296-контактный CPGA/PPGA

Ссылки

• Подробный список процессоров Pentium с фотографиями (англ.)
• Большая и очень интересная статья о процессорах (рус.)
• Документация процессоров Pentium (англ.)
• Электротехнические параметры процессоров, в частности Intel Pentium (англ.)
• Подробные характеристики процессоров (англ.)