Сегодня 01 июня 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 🔥
На долю взлома аккаунтов на «Госуслугах» приходится 90 % от общего числа преступлений с неправомерным доступом к данным 4 ч.
Новая статья: RoadCraft — восстановление разрушенного. Рецензия 11 ч.
Новая статья: Gamesblender № 728: SteamOS против Windows, анонсы Warhammer Skulls и вторая жизнь WRC 12 ч.
В Twitch появятся перемотка, вертикальные трансляции и не только 20 ч.
Суд склоняется к мягким мерам по устранению монополии Google в онлайн-поиске, но окончательное решение придётся подождать 22 ч.
Google запустила ИИ-генератор видео Veo 3 для мобильных устройств на Android и iOS 31-05 08:11
Microsoft добавила в «Блокнот» возможности форматирования текста почти как в Word 31-05 07:06
OpenAI хочет, чтобы ChatGPT стал личным секретарём для каждого 31-05 07:03
Новая статья: The Slormancer — Diablo без заморочек. Рецензия 31-05 00:01
Моддер уже добавил в Elden Ring Nightreign режим для двух игроков, о котором забыли разработчики 30-05 23:05
SpaceX вывела на орбиту очередную партию спутников Starlink и снова посадила первую ступень носителя 3 ч.
Intel и SoftBank намерены разработать более экономичную альтернативу памяти HBM 4 ч.
Huawei за время нахождения под санкциями вложила деньги в более чем 60 китайских компаний полупроводникового сектора 4 ч.
Тонкий Galaxy S25 Edge показал удивительную прочность в тесте на изгиб и других испытаниях 9 ч.
Intel представила EMIB-T — технологию упаковки многокристальных чипов с поддержкой HBM4 и UCIe 10 ч.
Hugging Face выпустила человекоподобного робота HopeJR всего за $3000 18 ч.
WSJ: план США по сдерживанию развития китайских технологий не работает 20 ч.
Dell получила рекордный объём заказов на ИИ-серверы и повысила прогноз по прибыли на год 21 ч.
Шум во благо: физики добились квантовой «гиперзапутанности» атомов при помощи лазерного пинцета 22 ч.
Скидки на iPhone сработали: продажи иностранных смартфонов в Китае слегка подросли в апреле 22 ч.