реклама
Процессоры и память

Pentium 4 и G4e: сравнение архитектур

⇣ Содержание

В ноябре 2000 года в продажу поступил новый процессор Pentium 4, который реализовал принципиально новую микроархитектуру x86 со времён Pentium Pro. До выхода P4 на рынке преобладало ядро P6, представленное процессорами Pentium II и Pentium III. За это время люди, обращавшие внимание на этот рынок, усвоили одну вещь: народ покупает мегагерцы. Intel учла этот факт и команда Willamette, работавшая в Санта-Кларе, руководствовалась именно гонкой мегагерц. Это можно увидеть как в рекламе Pentium 4, так и в технической литературе, где недавно были опубликованы детали разработки процессора. В нашей статье вы узнаете, что преемник наиболее успешной микроархитектуры x86 - это созданный с нуля процессор, работающий на запредельных частотах.

Мы рассмотрим возможные решения и варианты дизайна, взятые разработчиками при создании этого мегагерцового монстра. Особое внимание придется уделить инновациям, тому, как они вписываются в общую философию дизайна этого процессора и взаимодействуют с конечными приложениями. Мы рассмотрим сверх-длинный конвейер, структуру кэша с отслеживаниями (trace cache), арифметико-логическое устройство, работающее с удвоенной скоростью и другие аспекты процессора.

Лучше всего рассматривать данную статью, как статью о процессоре P4, где G4e используется лишь для сравнения и объяснения новых технологий. На примере G4е продемонстрировано как "стандартно" работает та или иная технология. Затем мы перейдем к отличиям ее реализации в P4.

Перед тем как детально рассматривать Pentium 4, полезно вспомнить основы дизайна процессоров.

Основной поток команд

Когда разговор идёт о процессорах, основными понятиями считаются препроцессор (front end) и постпроцессор (back end, execution engine). Когда инструкции забираются из кэша или из оперативной памяти, их необходимо декодировать и отправить на выполнение. Эти три операции (получение инструкций, декодирование и отправка на выполнение) происходят на препроцессоре (front end).


Так выглядит основной поток команд в процессоре

Команды приходят из кэша на препроцессор и поступают затем на постпроцессор, где и выполняются. Как только команды будут обработаны постпроцессором, результат их выполнения попадает обратно в оперативную память. Процесс, когда команды ЗАБИРАЮТСЯ из кэша, ДЕКОДИРУЮТСЯ во внутреннюю форму, понятную процессору, ВЫПОЛНЯЮТСЯ и результат ЗАПИСЫВАЕТСЯ в оперативную память, и составляет основной четырёхступенчатый конвейер. Примерно этому учат на различных курсах в ВУЗах разработчиков процессоров. Каждую из этих ступеней команда должна проходить ровно за один такт. Ровно за один такт каждая ступень выполняет всю свою логику и пересылает команду на следующую ступень. Поэтому чем быстрее каждая из ступеней выполняет свои функции, тем быстрее работает весь процессор и тем выше его тактовая частота.


Четырёхступенчатая конвейерная обработка

Эта схема представляет "стандартный" путь прохождения команд через процессор, и как мы только что заметили, на выполнение одной команды здесь требуется ровно один цикл. Большинство процессоров действительно выполняют команды за один цикл (в P4 даже существуют команды, выполняемые за половину цикла), но существуют сложные команды, которые проходят стадию ВЫПОЛНЕНИЯ за несколько циклов. Для согласования при выполнении таких сложных инструкций различные устройства задействуют свои собственные исполнительные конвейеры (некоторые - одноступенчатые, некоторые - многоступенчатые), так что они могут добавить ещё несколько ступеней к основному конвейеру процессора.


Четырёхступенчатая конвейерная обработка
с конвейерами на стадии ВЫПОЛНЕНИЯ

Поясним наши слова. Когда мы говорим о количестве ступеней в конвейере процессора, мы имеем в виду идеальный процессор, где каждая инструкция проходит ступень ВЫПОЛНЕНИЯ ровно за один такт, но большинство инструкций проходят несколько ступеней ВЫПОЛНЕНИЯ в различных функциональных устройствах.

Следующая страница →
 
⇣ Содержание
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Nvidia выпустила драйвер с поддержкой дополнения The Order of Giants к Indiana Jones and the Great Circle и DLSS 4 в Wuthering Waves 3 мин.
Автосохранение в Microsoft Word теперь включено по умолчанию — но копии сохраняются не на ПК 2 ч.
В Elden Ring Nightreign скоро появятся экспедиции повышенной сложности — анонсирован режим Deep of Night для самых смелых 3 ч.
Нелинейный шутер Judas от создателя BioShock вернулся из небытия с новыми подробностями и ключевой иллюстрацией 4 ч.
Xiaomi представила HyperOS 3 — углубленная совместимость с Apple, редизайн, Super Island и многое другое 4 ч.
Apple добилась удаления приложение iTorrent из альтернативного магазина AltStore PAL 5 ч.
Представлен Avanpost CA — российский аналог Microsoft Certificate Authority 6 ч.
Capcom добавила в Resident Evil Requiem вид от третьего лица потому, что Resident Evil 7 оказалась «даже слишком страшной» 7 ч.
Новые меры по борьбе с киберпреступниками могут ударить по «белым хакерам» в России 8 ч.
Разработчик Dread Delusion анонсировал Entropy — олдскульную пошаговую ролевую игру про актёра театра, на мир которого напали демоны 9 ч.
Видео: первые демо-полёты электролёта SkyDrive от компании Suzuki 31 мин.
Килограммовый ноутбук Honor MagicBook Art 14 (2025) дебютировал на международном рынке за £1500 36 мин.
Материнские платы ASRock наконец перестанут портить процессоры Ryzen 9000X3D, но это не точно 48 мин.
Honor представила глобальную версию тончайшего складного смартфона Magic V5 — от €1999 в Европе 3 ч.
xMEMS Labs показала прототип умных очков с ультратонким динамиком и твердотельным кулером 4 ч.
Foxconn инвестировала более $200 млн в производство в Мексике, вероятно — для выпуска ИИ-серверов 4 ч.
В России стартовали продажи крайне доступного смартфона Infinix Smart 10 4 ч.
Tokyo Electron открестилась от участия в краже секретных разработок TSMC 4 ч.
AMD прекратила выпуск коробочных кулеров Wraith Prism и Wraith Spire для Ryzen 5000, 7000 и 8000G 5 ч.
В России обвалились продажи ноутбуков — россияне выбирают дешёвые модели и всё чаще предпочитают маркетплейсы 5 ч.