Pentium
La 19 octombrie 1992, Intel a anuntat ca cea de a cincea generatie a liniei sale de microprocesoare compatibile (codificata P5), se va numi procesor Pentium si nu 586 asa cum a crezut toata lumea. Ar fi fost normal sa se numeasca 586, dar Intel a descoperit ca nu il poate breveta cu un nume de forma numerica, iar compania vroia sa-i impiedice pe ceilalti producatori sa denumeasca la fel cipurile copii pe care le-ar putea proiecta.Cipul Pentium existent astazi, a fost lansat la 22 martie 1993. Sistemele care il utilizeaza au inceput sa apara doar la cateva luni mai tarziu.Cipul Pentium este integral compatibil cu procesoarele Intel anterioare, dar se si deosebeste de acestea in multe privinte. Cel putin una dintre aceste deosebiri este majora: cipul Pentium are doua canale identice de procesare a datelor, ceea ce ii permite sa execute doua instructiuni in acelasi timp. Intel numeste aceasta capacitate de a executa simultan doua instructiuni, tehnologie superscalara (procesare paralela). Aceasta tehnologie asigura performante suplimentare fata de cea a procesorului 486.Cipul standard 486 executa o instructiune, in medie, in doua perioade de tact, ajungand pana la o singura perioada pe instructiune prin introducerea multiplicarii interne a tactului, la procesoarele DX2 si DX4. Datorita tehnologiei de procesare paralela, cipul Pentium poa te executa mai multe instructiuni cu viteza de doua instructiuni pe ciclu de ceas. Arhitectura superscalara este de obicei asociata cu cipurile evoluate RISC (Reduced Instruction Set Computer procesoare cu set redus de instructiuni). Procesorul Pentium este unul dintre primele cipuri CISC (Complex Instruction Set Computer- calculator cu set complex de ins tructiuni), care functioneaza cu procesare paralela. Procesorul Pentium reprezinta practic doua opun 486 intr-o capsula. .Cele doua canale pentru executarea instructiunilor din interiorul cipului sunt numite canale u si v. Canalul u, care este canalul principal, poate executa toate instructiunile pentru calculul cu numere intregi si in virgula flotanta. Canalul v este canalul secundar si poate executa numai instructiuni simple de calcul cu numere intregi si unele instructiuni in virgula flotanta. Procesul prin care se executa doua instructiuni simultan pe canale diferite se numeste pairing(in pereche). Nu toate instructiunile secventiale se pot executa in pereche si, atunci cand nu este posibil, este utilizat doar canalul u. Pentru marirea eficientei, puteti recompila softul pentru a permite mai multor instructiuni sa se execute astfel.Procesorul Pentium este complet compatibil cu cipurile 386 si 486 si, desi toate programele soft existente in prezent ruleaza mult mai rapid pe Pentium, multi producatori doresc sa recompileze aplicatiile ca sa foloseasca mai mult din adevarata putere a acestui procesor. Intel a dezvoltat compilatoare noi care folosesc toate avantajele cipului. Firma a acordat licenta pentru aceasta tehnologie firmelor care produc compilatoare, astfel incat proiectan tii de soft ii pot folosi avantajele. Un soft optimizat ar trebui sa imbunatateasca performan tele calculatorului prin cresterea numarului de instructiuni care se executa simultan pe cele doua canale ale procesorului.Procesorul Pentium are un modul numit BTB (Branch Target Buffer) care utilizeaza o tehnica numita branch prediction (predictia salturilor) in scopul reducerii timpului de asteptare in canalele de procesare, cauzat de aducerea instructiunilor unei ramuri aflate la o alta locatie de memorie. Modulul BTB incearca sa prevada cand va apare o instructiune de salt si sa aduca in memorie instructiunile corespunzatoare ramurii la care se va face saltul. Utilizarea tehnicii de prevedere a ramificarii unui program permite procesorului sa mentina in functionare, la viteza maxima, cele doua canale ale sale. Figura de mai jos prezinta arhitectura interna a procesorului Pentium.Cipul Pentium are o magistrala de adrese pe 32 de biti si poate sa adreseze 4G de memorie ca si procesoarele 386DX si 486. Dar procesorul Pentium extinde magistrala de date la 64 de biti, ceea ce inseamna ca poate transfera sistemului de doua ori mai multe informatii decat procesorul 486, la aceeasi frecventa de ceas. Magistrala de date fiind pe 64 de biti, memoria sistemului trebuie accesata cu 64 de biti, deci fiecare banc de memorie este accesabil pe 64 de biti.Majoritatea placilor de baza au memoria alcatuita din module SIMM (Single In-Line Memory Modules), iar aceste module sunt disponibile in versiuni pe 9 si pe 36 de biti. Cele mai multe sisteme Pentium folosesc module SIMM pe 36 de biti (32 de biti de date plus 4 biti de paritate), cate 4 module intr-un banc de memorie. Placile de baza au 4 socluri pentru module SIMM pe 36 de biti, deci un total de doua bancuri de memorie. Desi cipul Pentium are o magistrala pe 64 de biti pentru comunicatia cu sistemul, registrele lui interne sunt de 32 de biti. Instructiunile fiind procesate in interior, ele sunt impartite in doua segmente, de instructiuni si de date, pe cate 32 de biti si executate la fel ca in interiorul cipului 486. Desi unii s-au gandit ca firma Intel i-a inselat atunci cand a afirmat ca Pentium este un procesor pe 64 de biti, totusi, transferuri pe 64 de biti se fac cu adevarat. In interior insa, cipul Pentium are registre de 32 de biti care sunt integral compatibile cu cele ale procesorului 486.Pentium are doua memorii cache interne, separate de cate 8K, in comparatie cu cipul 486 care are o singura astfel de memorie de 8 sau 16K. Memoria cache si controlerul care o gestioneaza sunt incluse in cipul CPU. Memoria imediata se comporta ca o oglinda a memoriei RAM, pentru ca pastreaza o copie a datelor si a programelor din diverse zone de memorie. De asemenea, memoria cache poate pastra informatii care vor fi scrise in memoria principala in momentul in care incarcarea unitatii centrale si a altor componente va fi mai mica. (Procesorul 486 face toate scrierile in memorie imediat.)Memoriile cache separate pentru date si instructiuni sunt organizate in cate doua blocuri asociate, fiecare dintre ele fiind impartite in cate doua linii de 32 de biti fiecare. Fiecare memorie cache are cate un modul TLB (Translation Lookaside Buffer) dedicat, care converteste adresele logice succesive in adrese fizice. Puteti configura memoria cache astfel ca datele sa fie tratate in modul Write-Backsau Write-Through, linie cu linie. In modul Write-Back, memoria cache pastreaza atat operatiile de scriere, cat si cele de citire, ceea ce imbunatateste mult performantele in comparatie cu modul Write-Through care memoreaza doar citirile. Folosirea modului Write-Back duce la reducerea volumului comunicatiei intre CPU si memoria sistemului, ceea ce reprezinta o imbunatatire majora, intrucat accesul unitatii centrale la memorie constituie o "strangulare' a sistemelor rapide. Memoria cache pentru instructiuni este, evident, protejata la scriere deoarece contine doar linii de program si nu date ce pot fi actualizate. Prin folosirea ciclurilor burst, transferurile cu memoria cache sunt foarte rapide.Memoriile cache de nivel 2 (secondary processor cache} de maxim 512K, compuse din cipuri foarte rapide (maxim 20 ns) de tipul SRAM (Static RAM), aduc mari beneficii sistemelor cu procesor Pentium. Atunci cand unitatea CPU are nevoie de date care nu exista inca in memoria cache de nivel 1, se introduc cicluri de asteptare care incetinesc procesarea. Daca datele necesare sunt deja prezente in memoria cache secundara, unitatea CPU poate continua sa lucreze fara sa mai foloseasca cicluri wait.Cipul Pentium este realizat in tehnologia BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxid Semiconductor) si are o arhitectura superscalara care permite atingerea performantelor ridicate, asteptate de la acest nou cip. BICMOS determina cresterea cu 10% a complexitatii cipului, dar, in acelasi timp, duce la o imbunatatire a performantelor cu 30 - 35%, fara un consum suplimentar de putere. Modelele BICMOS functioneaza la frecvente peste 66 MHz si, desi circuitele CMOS pot fi facute mai rapide, cele BICMOS pot ajunge si ele la frecvente de operare de 100 - 150 MHz sau chiar mai mult. Firma Intel va folosi probabil aceasta tehnologie la toate generatiile de procesoare pe care le va proiecta in viitor.Toate procesoarele Pentium sunt SL extinse, ceea ce inseamna ca incorporeaza modul de administrare SMM (System Management Mode) care asigura controlul complet al facilitatilor de gestionare a alimentarii, in scopul reducerii puterii consumate. Procesoarele Pentium din generatia a doua (cu frecventa de tact peste 75 MHz), contin un modul SMM imbunatatit care include si controlul ceasului, ceea ce va permite sa variati viteza de procesare, pentru controlul consumului de putere. Aceste versiuni imbunatatite de procesoare Pentium va permit chiar sa opriti tactul si sa suspendati deci functionarea procesorului, ceea ce duce la un consum minim. Generatia a doua de procesoare Pentium se alimenteaza la 3,3V (in loc de 5V), ceea ce reduce si mai mult atat consumul de putere, cat si caldura disipata. Ca si procesorul 486, cipul Pentium contine un coprocesor matematic incorporat (FPU). Unitatea de calcul in virgula mobila, FPU, a cipului Pentium a fost reproiectata si are performante semnificativ mai ridicate, in conditiile in care este integral compatibila cu unitatea FPU a cipului 486 si cu cipul 387. Se estimeaza ca unitatea FPU a procesorului Pentium este de 2 pana la 10 ori mai rapida decat cea a procesorului 486. in plus, cele doua canale standard de procesare a instructiunilor, asigura si doua unitati de calcul cu numere intregi. (Coprocesorul matematic executa doar calculele matematice mai complexe.) Celelalte procesoare, ca de exemplu 486, au un singur canal de executie a instructiunilor si deci, o singura unitate de calcul cu numere intregi. Procesorul Pentium din prima generatie In prezent, exista doua modele de Pentium, fiecare avand mai multe versiuni. Modelul de cip Pentium din prima generatie cuprinde procesoare care lucreaza la 60 si 66 MHz. Acest model foloseste o capsula PGA cu 273 de pini si »e alimenteaza la 5V. in aceasta varianta, procesorul lucreaza cu aceeasi frecventa a tactului ca si placa de baza, cu alte cuvinte, foloseste multiplicarea cu x1 a ceasului.Prima generatie de cipuri Pentium a fost realizata in tehnologia BiCMOS cu trasee de 0,8 microni. Din nefericire, utilizarea acestei tehnologii si numarul mare de tranzistoare (3,1 milioane) au facut ca pastila cipului sa fie foarte mare si dificil de fabricat. Intel nu a reusit sa le faca suficient de rapid. Ca urmare, cipurile s-au produs si au fost livrate in cantitati mici. Utilizarea traseelor de 0,8 microni a fost criticata de unii producatori de echipamente, intre care Motorola si IBM, care folosisera deja traseele de 0,6 microni in cipurile evoluate pe care le-au produs. Dimensiunea uriasa a pastilei, ca si alimentarea la 5V, au facut ca versiunile la 66 MHz sa consume pana la 3,2A (16W), ceea ce produce o cantitate imensa de caldura si creeaza dificultati sistemelor care nu utilizeaza tehnici speciale de protectie. Adesea, este necesar un ventilator separat care sa asigure racirea procesorului.Multe dintre criticile aduse firmei Intel pentru prima generatie de Pentium erau justificate. Unii au inteles ca prima generatie de cipuri nu mai putea fi schimbata; ei stiau ca vor apare noi versiuni de Pentium realizate cu tehnologie mai avansata. Multi dintre acestia (intre care si autorul aceste carti) va sfatuiesc sa nu achizitionati nici un sistem Pentium, pana cand nu veti avea la dispozitie generatia a doua de procesoare.O regula de baza in domeniul calculatoarelor este sa nu cumperi niciodata prima generatie a vreunui procesor. Desi in felul acesta ati putea astepta o vesnicie pentru ca exista mereu in perspectiva ceva mai bun, uneori este preferabil sa aveti putina rabdare.
Procesorul Pentium din generatia a doua. Intel a anuntat aparitia procesorului Pentium din a doua generatie, la 7 martie 1994. Acest nou procesor era produs initial in versiunile cu frecventa de 90 si 100 MHz si o versiune la 75 MHz pentru sistemele laptop si portabile in curs de proiectare. Cipul Pentium din generatia a doua utilizeaza tehnologia BiCMOS cu trasee de 0,6 microni care reduce dimensiunile pastilei si consumul de putere. Aceste noi procesoare se alimenteaza la 3,3V. Versiunea de procesor cu frecventa tactului delOO MHz consuma maxim 3,25A la 3,3V, ceea ce inseamna 10.725W. Versiunea mai putin rapida, la 90 MHz, consuma doar 2.95A la 3,3V, adica doar 9.375W. Versiunea avand frecventa tactului de 75 MHz va consuma probabilaproximativ 6W si va constitui o solutie rezonabila pentru calculatoarele laptop si portabile alimentate de la baterii.Procesoarele Pentium din a doua generatie sunt livrate in capsula SPGA cu 296 de pini (Staggered Pin Grid Array) care este incompatibila cu versiunile din prima generatie. Singura modalitate prin care se poate trece un sistem de la prima la a doua generatie de cipuri Pentium este schimbarea placii de baza. De asemenea, procesoarele Pentium din a doua generatie au 3,3 milioane de tranzistoare, ceea ce reprezinta o crestere fata de cipu rile mai vechi. Numarul suplimentar de tranzistoare se datoreaza extensiei SL cu controlul frecventei de ceas, controlerului de intreruperi APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) si interfetei pentru lucrul cu procesoare in pereche (dual-processor interface).Controlerul APIC si interfata pentru procesoare in pereche realizeaza armonizarea functionarii unui sistem in care doua cipuri Pentium din a doua generatie lucreaza simultan pe aceeasi placa de baza. Multe dintre noile placi de baza vor avea doua socluri de tip 5, care va permit sa folositi integral capacitatea de multiprocesare a acestor noi cipuri. Softul care permite ceea ce este cunoscut sub numele de multiprocesare simetrica (Symmetric Multi-Processing a fost integrat deja in sisteme de operare ca Windows sau OS/2.Procesoarele Pentium din generatia a doua au circuite de multiplicare a tactului pentru ca procesorul sa functioneze cu o viteza mai mare decat magistrala. Procesorul Pentium cu frecventa de tact de 90 MHz lucreaza cu o viteza de 1,5 ori mai mare decat placa de baza care functioneaza in general la 60 MHz. Se pare ca, versiunea viitoare de Pentium la 75 MHz va folosi de asemenea multiplicarea de 1,5 ori a frecventei si deci va functiona pe placi de baza care lucreaza la 50 MHz.In prezent, o placa de baza care sa functioneze la 66 MHz nu este realizabila din cauza limitarilor impuse de performantele memoriei si ale magistralei locale. Sistemele Pentium cele mai rapide ar trebui sa combine o placa de baza la 66 MHz cu un circuit de multiplicare a tactului de 1,5 ori si un procesor care functioneaza la frecventa de 100 MHz Daca va ganditi ca 66 inmultit cu 1,5 este egal cu 99 si nu cu 100, aveti dreptate, numai ca, aproape in toate cazurile, valoarea de 66 MHz inseamna de fapt 66,6666 MHz.Acum, cand au devenit disponibile procesoarele Pentium din generatia a doua, este timpi sa achizitionati un sistem Pentium. Calculatorul ideal ar fi acela care foloseste un cip Pentium la 100 MHz din generatia a doua si o placa de baza care functioneaza la 66 MHz.
Asigurati-va ca pe placa de baza a calculatorului Pentium pe care il doriti sunt montate doua socluri care au toate caracteristicile tehnice ale soclului Intel de tip 5 cu 320 de pini In soclul suplimentar puteti adauga un al doilea procesor Pentium pentru ca sa folositi avantajul multiprocesarii SMP (Symmetric Multi-Processing) din noile sisteme de operare.De asemenea, asigurati-va ca placa de baza poate fi configurata cu jumpere sau in orice mod, astfel incat sa va permita sa introduceti in sistem viitoarele procesoare Pentium Overdrive care vor putea lucra la frecventele mai mari ale placii de baza.Aceste recomandari simple va vor permite sa faceti unele modernizari importante, fara sa schimbati intreaga placa de baza.
