Сегодня 20 ноября 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
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 🔥
Pornhub призвал Apple, Google и Microsoft встроить проверку возраста прямо в смартфоны и ПК 31 мин.
За несколько часов до официального анонса THQ Nordic проговорилась о дате выхода Reanimal — кооперативного хоррора от авторов Little Nightmares 54 мин.
Спустя всего месяц Battlefield 6 вырвалась в лидеры самых продаваемых игр за 2025 год в США 2 ч.
Windows 1.0 вышла ровно 40 лет назад — ей хватало 256 Кбайт ОЗУ и одной дискеты 3 ч.
Spotify анонсировала функцию SongDNA — она расскажет о сэмплах в треке и каверах на него 3 ч.
«Открыть ворота»: грандиозная кампания «Империи бессмертных» скоро станет доступна владельцам Total War: Warhammer и Total War: Warhammer II 3 ч.
Капитализация криптовалютного рынка рухнула на триллион долларов из-за падения биткоина 4 ч.
Nvidia латает последствия октябрьского апдейта Windows 11 — драйвер GeForce Hotfix 581.94 уберёт просадки FPS 5 ч.
VK похвалилась ростом выручки на 10 % — наибольший рост показали «VK Видео» и «VK Клипы» 5 ч.
ИИ стал чаще ходить на российские сайты — поисковый трафик от нейросетей вырос в девять раз 5 ч.
Производитель смарт-колец Oura Ring подал в суд на Samsung, Amazfit и других за кражу разработок 2 мин.
IBM и Cisco к концу 30-х годов создадут интернет для котов Шрёдингера — квантовый и запутанный 3 мин.
Leica представила камеру Q3 Monochrom исключительно для чёрно-белой съёмки — и она на $1055 дороже цветной версии 2 ч.
Redragon выпустила Impact M908 SE — игровую мышь за $33 с 18 программируемыми кнопками для поклонников MMO 3 ч.
Intel подтвердила, что представит процессоры Core Ultra 300 на выставке CES 2026 в январе 3 ч.
Nokia меняет стратегию развития, сделав ставку на ИИ, ЦОД и 6G 3 ч.
Nvidia зарабатывает $4,4 млн на сотрудника — Netflix и Apple тоже в топе 3 ч.
Brookfield, NVIDIA и партнёры направят $100 млрд на развитие ИИ-инфраструктуры и энергетики 4 ч.
Sunday представила похожего на лего-человечка робота Memo — он умеет загружать посудомойку и не только 4 ч.
PCIe 5.0, 14,5 Гбайт/с, до 30,72 Тбайт: Phison представила TLC SSD серий Pascari X201 и D201 5 ч.