Grup Scolar Cu cls I-XII “Ioan N. Roman” Constanta

Atestat de competente profesionale

TEMA

MICROPROCESOARE INTEL

Maftei G. Ioana

Cls a XII-a C

1

Inventarea microprocesorului in 1971 de catre Ted Hoff in laboratoarele Fairchild a avut o importanta mult mai mare decat s-a prevazut initial, caci dincolo de aplicatiile imediate, de control, el a facut posibila aparitia microcalculatorului, un dispozitiv electronic folosit pentru prelucrarea informatiei cu ajutorul unor semnale electrice produse de circuite plasate pe o pastila de siliciu.

Complexitatea microprocesorului a crescut de la cateva circuite pana la circuitul integrat pe scara foarte larga (VLSI) de astazi, care aduna peste 100.000 de circuite pe aceeasi pastila. Microcalculatoarele moderne contin mai multe subsisteme conectate intre ele si circuite de suport VLSI. Constructorul de microcalculatoare are de ales dintr-o gama larga de microprocesoare, circuite de memorie, de interfata in variante constructive NMOS, CMOS, I2L, factorul primordial de alegere fiind raportul pret / performanta. Microprocesorul este, dupa cum am amintit, cea mai importanta componenta a sistemului. El prelucreaza aproape toate informatiile din interiorul unui microcalculator, citeste instructiuni si date din memorie, executa prelucrari asupra lor, le trimite sau le primeste catre / dinspre periferice prin instructiuni de intrare iesire. Cunoscut si sub numele de unitate centrala, microprocesorul este un circuit integrat digital care prelucreaza informatia in mod secvential.Toate microcalculatoarele de tip IBM si compatibilele IBM contin microprocesoare INTEL din familia 8086/8088,80286,80386SX, 80486. Microprocesoarele MOTOROLA 68000, 68020, 68030 stau la baza microcalculatoarelor APPLE Macintosh si a statiilor de lucru din prima linie.

Microprocesoarele se claseaza dupa numarul de biti din campul de adrese si largimea cuvantului. Modul in care datele sunt manevrate in interiorul microprocesorului depind de organizarea interna, de arhitectura cailor de date si de adrese. Viteza de prelucrare a microprocesorului este in mod direct legata de arhitectura acestuia si de calitatile tehnologice ale circuitelor componente. Dimensiunea campului de adrese determina marimea spatiului fizic de memorie care poate fi adresat de microprocesor. De exemplu, un microprocesor pe 8 biti are un camp de adrese cu largimea de 16 biti. Spatiul de memorie care poate fi adresat este de 216 locatii, adica 64 000 de locatii de memorie. 8086 dispune de un camp de adrese de latime de 20 de biti. Ca atare acesta poate accesa 220

locatii, adica pana la l milion de locatii de memorie. Magistrala de adrese de 24 de biti a lui 80286 permite adresarea a 16.000.000 de locatii; cea de 32 de biti a

2

lui 80386 adreseaza un spatiu liniar de memorie de 4 miliarde de biti. Largimea cailor de date influenteaza in mod direct performantele de viteza ale microprocesorului. Dimensiunea mai mare a cailor de date inseamna prelucrarea si manipularea unei cantitati mai mari de informatie pe unitatea de timp. Largimea bus-ului de date determina si rata de transfer din si catre unitatea centrala in lucrul cu perifericele. Un bus de date mai larg inseamna transferuri mai eficiente, deci o performanta de viteza mare. Spre exemplu, microprocesoarele 8086 si 8088 sunt functional identice. Difera insa sub raportul largimii bus-ului de date pentru operatiile de intrare / iesire. 8086 dispune de 16 biti de date pentru lucrul cu intrarea / iesirea, in timp ce 8088, de numai 8 biti. Ca o consecinta, 8086 este cu 20% mai rapid decit 8088.

Frecventa ceasului de baza este parametrul cel mai intim legat de tehnologia de realizare a microprocesorului.Viteza microprocesorului depinde in mod invers proportional de perioada de timp in care microprocesorul executa o operatie elementara. Cu cat aceasta este mai mica, cu atat numarul de operatii elementare executate intr-o unitate de timp este mai mare. Cum instructiunile microprocesorului sunt constituite din succesiunea unor operatii elementare, rezulta de aici implicatia directa asupra vitezei de lucru a microprocesorului. Dupa cum am mai spus, cresterea vitezei este limitata de caracteristicile tehnologice ale realizarii microprocesorului. In timp, aceste tehnologii au evoluat in sensul cresterii performantelor de viteza de la PMOS, NMOS, HCMOS etc. O privire asupra evolutiei microprocesoarelor INTEL in timp, releva evolutia acestor factori mentionati anterior.

4004

Primul microprocesor; aparut in 1971, realizat in tehnologie PMOS, inglobeaza 2.250 de tranzistoare pe pastila de siliciu. Prelucrare pe 4 biti, ceas de 740 KHz, viteza 60.000 de operatij/secunda, memorie adresabila 4 KB, set de 45 instructiuni orientate pe operatiuni aritmetice.Utilizatorul poate programa microprocesorul sa realizeze un numar mare de sarcini diferite, fiind un circuit versatil, spre deosebire de circuitele dezvoltate anterior care erau dedicate.

3

8008

A aparut in 1972, microprocesor pe 8 biti, tehnologie PMOS, grad de integrare 3.300 tranzistoare pe pastila de siliciu, ceas 800 KHz, viteza 30.000 operatii/secunda, memorie adresabila 16 KB, set de 48 de instructiuni. Proiectat initial pentru comanda unui display pe tub catodic pentru firma DATAPOINT Corporation, microprocesorul nu a fost acceptat, fiind considerat prea lent, fata de logica cablata clasica. Totusi, piata a absorbit curand circuitul, aplicatiile sale de manipulare date si caractere dovedind utilitatea sa. A devenit evident pentru INTEL ca un viitor deosebit era in fata acestor circuite.

4

8080

Tehnologie NMOS, grad de integrare 4.500 de tranzistoare pe capsula, capacitate de adresare 64 KB, frecventa ceasului 2,083 MHz, 200.000 de operatii/secunda, set de 72 de instructiuni.

Succesul deosebit al lui 8008, a determinat INTEL sa proiecteze si sa lanseze pe piata, in aprilie 1974, microprocesorul 8080. Prin versatilitate, acest microprocesor a determinat aparitia a nenumarate aplicatii care au inglobat circuitul. 8080 si-a gasit locul in industria electronica, a bunurilor de consum chiar si in cea a automobilelor. Dar poate cea mai importanta aplicatie, cu cele mai penetrante implicatii in viitor a fost realizarea pe baza lui 8080 a primului calculator personal ALTAIR 8800, produs in 1975 de catre firma Micro Instrumentation Telemetry Systems. Tot de 8080 este legata si aparitia primului calculator personal "comercial", APPLE II. Istoria nasterii si evolutiei firmei APPLE ilustreaza extraordinara putere a ideii novatoare in conditiile economiei de piata si intr-un fel mitul succesului american. Proiectat si realizat literalmente "pe genunchi", intr-un garaj, de doi studenti, Steve Wozniak si Steven Jobs, vindut, in 1976 direct din acelasi garaj; actiunea, la inceput cu putine sanse de reusita, a pus bazele unei firme APPLE CO, care avea sa parcurga triumfal calea succesului, devenind numai in 8 ani o corporatie internationala avand la activ multe miliarde de dolari. Si cum inovatia trebuia sustinuta si in domeniul software-ului, un la fel de tanar student, Bill Gates, a implementat un BASIC pe calculatorul ALTAIR. A fost prima actiune a unei mici companii, care va determina in mod decisiv software-ul de microcalculatoare. Microsoft are astazi mai mult de 89.809 angajati in 105 tari si un venit anual de peste 60 miliarde $.

5

8086

In 1978 INTEL a deschis seria microprocesoarelor pe 16 biti prin 8086, care inglobeaza circa 29.000 de tranzistoare pe capsula, lucreaza cu un ceas de 4 sau 8 MHz si executa 330.000 de operatii/secunda. Putand adresa fizic si virtual l MB de memorie cu o marime a segmentului de 64 KB, 8086 era un microprocesor cu adevarat puternic la momentul respectiv. Si totusi, piata 1-a acceptat cu greu, reticenta la 16 biti, nedispunand de circuite suport pe 16 biti.

8088

In 1979 INTEL corecteaza eroarea de apreciere a pietei lansand microprocesorul 8088, identic cu 8086 sub aspectul arhitecturii interne, dar mai bine adaptat la mediul foarte raspandit de 8 biti, comunicand cu exteriorul pe 8 biti, un hibrid perfect intre 8 si 16 biti. Optiunea gigantului IBM pentru acest microprocesor, pentru realizarea primului calculator personal IBM (IBM PC) a reprezentat un factor hotarator in sustinerea pe mai departe a firmei INTEL. Prin IBM PC cele doua microprocesoare 8086/8088 au constituit baza calculatoarelor personale acceptata ca standard industrial. Tot pe baza structurii IBM s-au dezvoltat programe devenite standard si produse standard disponibile astazi pe

6

piata de calculatoare personale. Tactica de "urmarire a leaderului" a facut, de asemenea, sa apara mii de calculatoare IBM PC. Prin aceasta si prin tactica sistemului deschis prin care utilizatorii aveau posibilitate sa dezvolte aplicatii (placi aditionale) care sa poata fi introduse in calculatorul personal IBM s-a multiplicat sansa proliferarii standardului IBM in domeniul calculatoarelor personale. Este exemplul unei stralucite reusite in domeniul marketing-ului. Evolutia lui IBM a fost legata pentru multa vreme de 8086/8088, in fapt o intreaga generatie de PC, IBM PC original, IBM PC XT, IBM 3270 PC, PC Jr, PC Portable (Hurricane) si PC Convertible. In scurt timp alternativa compatibilitatii IBM se deplaseaza din domeniul optiunii in domeniul necesitatii. Doar APPLE, credinciosi propriului mit si vocatiei originalitatii, continua sa supravietuiasca in mod miraculos, ca o stralucita exceptie care confirma regula, intr-o lume de compatibili IBM.

80286

In 1982, INTEL lanseaza 80286, un microprocesor realizat intr-o tehnologie superioara fata de predecesorul sau 8086. Insumand peste 135.000 de tranzistori pe capsula, lucrand cu frecvente de ceas de 6, 8, 10, 12 MHz, sau chiar 16 MHz, putand sa atinga pana la 2,1 milioane de instructiuni pe secunda, accesand un spatiu de memorie real de pana la 16 MB si un spatiu de memorie virtual de pana la l GB, 80286 reprezinta in domeniul celor 16 biti un salt deosebit. Pastrand compatibilitatea totala la nivel de cod obiect cu 8086,

7

realizeaza performante de 2,5 ori mai bune decat 8086, chiar daca se foloseste aceeasi frecventa de ceas si nici una din instructiunile sale suplimentare.

IBM a fost primul producator mare care a utilizat 80286 atunci cand a introdus PC AT in 1984. De atunci au urmat multe calculatoare compatibile AT. IBM a continuat sa utilizeze acest microprocesor in noua sa generatie de calculatoare personale IBM PS2, modelul 30 286, 50 si 60. Astazi vinzarile de PC 286 depasesc vinzarile de sisteme 8086/8088. Principalul atu al lui 286 este, desigur viteza. Arhitectura sa are in vedere un grad inalt de paralelism in executia instructiunilor, ceea ce ii confera caracteristici superioare predecesorului sau. Mecanismele intrinseci implementate in logica sa interna sunt mai bine adaptate lucrului sub controlul unui sistem de operare multitasking. Pentru prima oara, programe sofisticate, cum ar fi gestiunea bazelor mari de date, programe de proiectare automata (CAD), sau programe sofisticate de editare pot fi rulate independent de calculatoare mini sau medii, pe calculatoare personale. Dar, pe masura ce aplicatiile pe calculatoarele personale au depasit etapa procesarii de texte si a programelor de tip "spreadsheet" si au intrat in domeniul sofisticat al produselor bazate pe grafica de tip WINDOWS, arhitectura pe 16 biti a lui 80286 a inceput sa-si evidentieze limitarile. In anii 80, 8086/8088 pareau puternice. Limita adresarii a l MB de memorie parea o stacheta indepartata pentru programe ce solicitau 256K, 512K si in fine 640 KB de memorie. In momentul in care programe sofisticate au impins limita cerintelor peste l MB de memorie, au trebuit sa se imagineze tehnici complexe, asa cum sunt comutarea bank-urilor de lucru (EMS), sau programe de supra punere (overlay), sau terminate and stay resident (TSR). Aceste programe au prelungit viata lui 286, dar au impus limitari de performanta si de functionare asupra aplicatiilor.Compatibilitatea cu 8086 este asigurata la 80286 prin existenta a doua moduri de lucru: mod real (8086/8088) si mod protejat (80286). in mod real, 80286 se prezinta din exterior ca un 8086, putand accesa l MB de memorie. In mod protejat pozitionarea prin program a unui bit de stare permite adresarea unui spatiu de 16 MB. Dezvoltand sistemul de operare OS/2, MICROSOFT a intilnit o problema majora generata de inexistenta unui mecanism hardware de intoarcere din mod protejat in mod real, fapt care conducea la oprirea procesorului in aceste situatii. Microsoft a rezolvat problema printr-o comutare de moduri echivalenta cu un reset al sistemului. Dar cea mai mare constringere impusa software-ului este modul de programare

8

segmentat al familiei INTEL. Pentru a depasi bariera celor 64 KB proprie microprocesoarelor pe 8 biti, si pentru a pastra compatibilitatea pe mai departe cu acestea, INTEL a introdus arhitectura segmentata odata cu 8086/8088. Prin extinderea bus-ului de adrese de la 16 la 24 de biti, utilizind o tehnica de suprapunere, microprocesorul poate adresa l MB de memorie. Totusi, aplicatii utilizand structuri de date si programe lungi trebuie inca sa segmenteze memoria in felii de 64 KB. Acest lucru incomodeaza si forteaza programatorii sa partitioneze o aplicatie in segmente multiple de cod si de date. Programele si structurile de date care depasesc granita celor 64 KB solicita tehnici foarte complicate si nu pot elibera aplicatia, sau limbajul sursa de dificultatea de a manevra segmente de cod si date. In sfarsit, 80286 este lipsit de mecanisme hardware pentru implementarea efectiva a conceptului de memorie virtuala, o tehnica prin care capacitatea mare a discurilor de masa este vazuta ca si cum ar fi propria memorie RAM a calculatorului. El realizeaza aceasta prin programe sofisticate care, ele insele consuma timp si spatiu de memorie. Dar punctul slab al lui 80286 este ca incearca sa rezolve probleme de anvergura ramanand in domeniul celor 16 biti. Aceasta constringere il marcheaza in mod fatal.

9

80386

In 1985 INTEL a introdus microprocesorul 80386. Daca celelalte microprocesoare aduceau inovatii, mai mult sau mai putin importante, 80386 a reprezentat un salt calitativ revolutionar fata de predecesori, in conditiile pastrarii compatibilitatii cu programele dezvoltate pentru 8086/80286. Principala inovatie este faptul ca arhitectura procesorului este pe 32 de biti, atat interna cat si externa. 80386 este produs utilizand tehnologia CHMOS II, un proces care combina calitatile de inalta frecventa ale tehnologiei HMOS, cu cele de consum mic de putere proprii tehnologiei CMOS. Utilizind geometria de 1,5µ si 2 straturi metalice, produsul compacteaza pe placuta de 1/4" de siliciu mai mult de 275.000 de tranzistoare si un milion de componente electronice. Este o magistrala realizare a tehnologiei VLSI. Tehnica "pipe-line", prelucrarea paralela, precum si lucrul la 16, 25, 33 MHz ridica performanta microprocesorului la 3-5 MIPS = milioane de instructiuni pe secunda (7 MIPS la 25 MHz). Cu aceasta, performanta lui 80386 depaseste viteza multor minicalculatoare si egaleaza viteza calculatoarelor medii de acum 20 ani. Dar cele mai semnificative avantaje sunt oferite de 386 programatorilor inlaturand barierele intalnite de sistemele de operare si aplicatiile pe microprocesoarele precedente, cum ar fi lucrul pe 32 de biti, sistemul de paginare al memoriei, caracteristici de I/O superioare si spatiul de adresare liniar mult mai mare (4 GB). Foarte important este faptul ca toate aceste modificari structurale au fost implementate intr-un superset de functiuni, pastrand in acelasi timp compatibilitatea cu produsele software pentru 8086/8088 si 80286. Ca si in cazul lui 8086, care a fost urmat de un 8088 mai adaptat mediului existent de 8 biti, si 80386 a fost urmat de 80386SX, un element de tranzitie intre 80286 si 80386. Ca si 286, 386SX acceseaza pana la 16 MB de memorie; de asemenea are cai de date de 16 biti. Intern, insa, SX prelucreaza, ca si 386, 32 de biti. In plus, 386SX prezinta o compatibilitate perfecta cu toti predecesorii INTEL (8086/8088 si 80286) retinand modul protejat si virtual 8086 al lui 80386. 386SX, 386 si mai departe 486 sufera in prezent de inexistenta unui software care sa exploateze calitatile acestora. Dar calitatile exceptionale expuse anterior

10

dau software-ului sansa de a prinde din urma hardware-ul. Baza instalata in momentul acesta pe sisteme 386 este suficient de mare ca sa merite efortul dezvoltarii.

80486

In 1989 INTEL a lansat 80486, nu este esential diferit de predecesorul sau 386. Beneficiind de o tehnologie superioara, 486 este mai rapid si inglobeaza in structura sa circuite care in mod traditional erau circuite suport exterioare, cum ar fi: controller-ul pentru memoria cache, coprocesorul matematic si de periferie: porturile de comunicatie si suportul pentru grafica de mare viteza. In plus, circuitul poate sustine lucrul cu procesoare multiple. Avantajele unei viteze mai mari sunt legate in primul rand de reduceri de pret. De exemplu, un minicalculator VAX costa mai mult de 20.000 $. O masina

11

completa 486 poate sa se situeze in intervalul de pret de la 4.000 $ la 10.000 $, atingand performante competitive. Caracteristicile de protectie asigura integritatea sistemului de operare in fata interfetei utilizatorilor si a utilizatorilor intre ei insisi. Siguranta globala a unui sistem in mod PROTEJAT depinde in principal de robustetea sistemului de operare, nu de siguranta programului utilizator. Modul PROTEJAT 80386 este preferat datorita lucrului pe 32 de biti, suportul memoriei virtuale si securitatii acestuia. Oricum, modul protejat permite o flexibilitate deosebita. In aceasta privinta, modul 8086 virtual este interesant, intrucat permite rularea oricarui software existent 8086 sub controlul sistemului de operare in mod PROTEJAT pe 32 de biti. Aici nu exista nici un fel de restrictie. Software-ul de aplicatie 8086 implicat poate fi un program de aplicatie autohton, sau poate fi un intreg sistem de operare 8086, cum ar fi PC-DOS. Cand software-ul 8086 este executat in mod 8086 VIRTUAL, el "crede" ca lucreaza pe un 8086 fizic. De fapt, sistemul de operare 80386 master in mod PROTEJAT detine controlul tuturor resurselor sistemului. Combinarea compatibilitatii pe 16 biti si a functiilor aditionale de operare in mod protejat fac ideala utilizarea lui in sisteme de operare care suporta multitasking-ul intr-o varietate de medii de programare. Modul VIRTUAL 8086 este o solutie eleganta pentru asigurarea compatibilitatii software intre generatii de sisteme de la 8086 la 80386. In acest mediu, 80386 poate executa programe PC-DOS multiple neschimbate intr-un mediu protejat. Aceasta calitate confera lui 80386 o compatibilitate fara precedent cu membrii anteriori ai familiei INTEL. Modul virtual 8086 protejeaza investitiile deosebite facute in software-ul 8086/88 si furnizeaza o cale comoda de abordare a problemelor legate de memoria virtuala, multiprelucrare si lucrul insusi pe 32 de biti. In modul virtual, 80386 poate rula aplicatii PC DOS simultane separate si fara interferente intre programe. Aceasta deoarece fiecare masina virtuala are spatiul de adresa propriu, spatiul porturilor de adresa si tabela vectorilor de intrerupere. Un program 8086 ruleaza in acest mediu ca parte dintr-un task virtual 8086. Software-ul care ruleaza in modul nativ protejat pe 32 de biti 80386 si implementeaza un set de masini 8086, virtuale este denumit program de control 80386 sau monitor de masina virtuala. Diferenta esentiala intre Modul Real si Virtual 86 este faptul ca protectia memoriei, mecanismul de memorie virtuala si de verificare a privilegiilor sunt valide si atunci cand masina virtuala lucreaza. Anul 1990 a marcat aparitia unor calculatoare personale 486 foarte puternice, folosite indeosebi ca servere de

12

retele. Astfel COMPAQ SYSTEMPRO 486/840, IBM Model 95, DELL 433TE, AT&T STAR SERVER, Hewllett-Packard Vectra 486, sunt cateva nume mari inscrise in cursa pentru performanta.

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

13

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 poate 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 instructiuni), care functioneaza cu procesare paralela.

Procesorul Pentium reprezinta practic doua 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 proiectantii de soft ii pot folosi avantajele. Un soft optimizat ar trebui sa imbunatateasca performantele calculatorului prin cresterea numarului de instructiuni care se executa simultan pe cele doua canale ale procesorului.

14

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.

Cipul Pentium are o magistrala de adrese pe 32 de biti si poate sa adreseze 4GB 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 8KB, in comparatie cu cipul 486 care are o singura astfel de memorie de 8 sau 16KB.

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

15

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 Level 2 (secondary processor cache} de maxim 512KB, 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 Level 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

16

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.

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 se 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 µ. 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 µ a fost criticata de unii producatori de echipamente, intre care Motorola si IBM, care folosisera deja traseele de 0,6 µ 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

17

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 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 µ care reduce dimensiunile pastilei si consumul de putere. Aceste noi procesoare se alimenteaza la 3,3V. Versiunea de procesor cu frecventa tactului de 100 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).

18

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 timpul 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.

19

Pentium Pro

In Noiembrie 1995 INTEL a lansat Pentium Pro, reprezentand a sasea generatie de microprocesoare. Acesta a inglobat 5,5 milioane de tranzistoare si au introdus microarhitectura P6 (uneori mentionata ca i686) si sa dorit inlocuirea procesorului Pentium intr-o arie diversificata de aplicatii.

Procesorul ingloba pentru prima data in istorie pe langa memoria cache de Level 1 cu 8 KB pentru date si 8 KB pentru instructiuni, si o memorie cache de Level 2 cu 256 KB, 512 KB sau 1 MB (512 KB+512 KB).

20

Folosea un sistem complex de predictie a ramurii de executie (branch prediction) si executie speculativa (speculative execution) - in momentul in care executia programului ajungea la o bifurcatie, ramura corecta nu era stiuta pana in momentul in care se executa instructiunea conditionala. Pentru ca procesorul sa nu astepte pana in acea clipa, se alegea una din cele doua ramuri si se incepea executia instructiunilor respective; daca se dovedea ca ramura aleasa a fost cea corecta, aceasta reprezinta un castig important de viteza.

Din punct de vedere al performantei, a dat un randament foarte bun in comparatie cu predecesorul sau in cea ce privesc intructiunile pe 32 biti, insa la cele de 16 biti lucrurile nu au stat asa bine, ca urmare Pentium Pro nu sa bucurat de un succes prea mare din cauza pretului mare si datorita faptului ca in acel moment dominante erau pe piata sistemele de operare pe 16 biti MS-DOS, 16/32 biti Windows 3.1x si 32/16 biti Windows 95. Pentru a te putea bucura de avantajele lui Pentium Pro trebuia sa rulezi un sistem de operare pe 32 biti cum ar fi Windows NT 3.51 , Unix , Linux sau OS/2.

Procesoarele Pentium Pro au fost tactate la frecvente de 150 MHz, 166 MHz, 180 MHz si 200 MHz. Au fost folosite arhitecturile de 0,50 µm si 0,35 µm BiCMOS.

FSB-ul (Front Side Bus) este de 60 respectiv 66 MHz care sunt multiplicate de 2,5x pana la 3x ori.

Acest model foloseste o capsula Socket 8 care are 387 de pini.

21

Pentium MMX

Pentium MMX aparut in ianuarie 1997 si inglobeaza instructiunile MMX (Multi Media eXtensions). Acest set de 21 de instructiuni avea scopul de accelerare a jocurilor si aplicatiilor multimedia. De fapt, ele aveau efect numai in cazul aplicatiilor concepute special pentru ele si care suportau aceste instructiuni. Desigur, INTEL a convins multi dezvoltatori de jocuri/aplicatii sa le optimizeze pentru aceste instructiuni.

Noul Pentium MMX pornea de la 166 MHz pana la 233 MHz. Conceptul de overclocking permitea o frecventa mai mare, prin

modificarea factorului de multiplicare prin intermediul unor jumperi.

22

Pentium II

In 1997 apare INTEL Pentium II. Acesta folosea un nou design si avea nevoie de placi de baza noi, bazate pe slot 1 (procesorul se afla, impreuna cu memoria cache de Level 2 pe o placuta care se introducea intr-un slot special). Vitezele atinse de acest procesor s-au situat intre 233 si 450 MHz. Se folosesc arhitecturile de 0,35 µm (Klamath) respectiv 0,25 µm (Deschutes).

Spre deosebire de Pentium Pro, memoria cache de Level 2 nu rula la intreaga viteza a frecventei procesorului, ci numai la ½ din aceasta.

Pentium II este practic un Pentium Pro cu instructiuni MMX si performanta imbunatatita la instructiunile de 16 biti. Acesta inglobeaza numai putin de 7,5 milioane de tranzistoare.

In anul 1998, la numai un an de la aparitia lui INTEL Pentium II, apare INTEL Pentium II Xeon echivalentul Pentium II construit insa pentru servere.

Acesta era o varianta usor modificata a lui Pentium II, dispunand insa de o memorie cache de Level 2 integrata de pana la 2MB. Aceasta cantitate impresionanta a memoriei cache a dus insa si la preturi de vanzare foarte mari, un Pentium II Xeon fiind de 2-3 ori mai scump decat un Pentium II la aceeasi frecventa.

Tot in 1998 INTEL elaboreaza un procesor ieftin numit Celeron, care insa in stadiile preliminare nu dispunea de memorie cache de Level 2 si care mergea execrabil (FSB-ul fiind tot de 66 MHz).

INTEL dezvolta intre timp o noua varianta a lui Celeron, sub numele de Celeron A. Acesta va avea 128 KB cache de Level 2, fiind substantial mai rapid decat vechiul Celeron. FSB-ul va ramane insa la aceeasi frecventa de 66 MHz, si acest lucru deoarece INTEL nu dorea ca noul Celeron sa intre in concurenta chiar cu Pentium II. Chiar si asa, se pare ca Celeronul A a fost asa de bine conceput, incat el chiar a reusit sa fie un concurent redutabil al lui Pentium II. Un Celeron A la 366 MHz este putin mai slab decat un AMD K6-2 la 450 MHz la MegaFLOPI/s (Mega-Floating Operations /sec – Miloane de Operatii in Virgula Mobila/s). Celeronul A va fi denumit de oameni procesorul overclockerilor, deoarece el era foarte overclock-abil si suporta caldurile mari, frecventa i se ridica chiar cu 300 MHz!

23

Pentium III

INTEL Pentium III este lansat in 26 februarie 1999 sub numele de cod “Katmai”, care inglobeaza numai putin de 9,5 milioane de tranzistoare si va dispune de 512 KB cache de Level 2 pe procesor ce va functiona la ½ din viteza procesorului. Noul Pentium III va porni de la 450 MHz si va avea, pe langa instructiunile MMX, inca 67 de instructiuni denumite Katmai, de unde si codename-ul.

Pentiumul III Katmai (cu arhitectura 0,25 µm) va avea frecventa maxima de 650 MHz, el urmand sa fie inlocuit de un alt procesor, denumit Coppermine (cu arhitectura 0,18 µm), la frecvente mai mari, procesor ce va ingloba alte instructiuni, denumite Streaming SIMD Extensions (SSE).

SSE contiune 70 noi inscructiuni.Ei bine cu Coppermine este o mare bataie de cap. Teoretic, denumirea ii

vine de la faptul ca interconexiunile dintre tranzistorii cipului sunt din cupru. De fapt, se pare ca ele sunt tot din aluminiu. Este o adevarata pleiada de discutii in legatura cu acest subiect, destul de infantil in sine.

24

Ambele versiuni de Pentium III vor avea FSB-ul de 100 MHz, iar variantele cu “A” in coada vor avea 133 MHz.

In iulie 2001 apare predecesorul lui Coppermine acesta numinduse Tualatin (cu arhitectura 0,13 µm).

Tualatin dispune de memorie cache de Level 1 cu 32 KB si Level 2 cu 256 sau 512 KB , cu un FSB de 133 MHz si frecvente cuprinse intre 1,13 si 1,4 GHz.

In octombrie 1999 apare Pentium III Xeon echivalentul Pentium III construit pentru servere. Acesta la fel ca si predecesorul sau este o varianta putin modificata cu mai multa memorie cache de Level 2 (pana la 2 MB integrata) cu o latime de 64 biti si de o memorie adresabila de 64 GB.

INTEL va elabora incepand din martie 2000 a doua generatie a procesorului ieftin Celeron II , pentru inceput bazat pe arhitectura Coppermine cu frecvente de tact cuprinse intre 533 si 1100 MHz , apoi se va baza pe arhitectura Tualatin si va scoate produse cu frecvente mai mari cuprinse intre 1 si 1,4 GHz; desigur si aceasta generatie Celeron II va dispune de performante inferioare produsului din care a derivat Pentium III.

Pentium IV

25

Pentium IV cunoscut la inceput si sub numele de cod Willamette, este cel mai nou model al familiei de microprocesoare INTEL pe 32 de biti (x86), care lucreaza la frecvente mai mari si inregistreaza performante superioare fata de modelele precedente.

Noua microarhitectura a acestor procesoare a fost denumita de catre INTEL, NetBurst, in spatele acestei tehnologii aflandu-se urmatoarele noi facilitati:

FSB-ul la 400 MHz – utilizand noua tehnologie ‚quad pumped’ cu o latime a magistralei de 64 biti si ceas de 100 MHz, se ajunge la o rata de transfer intre procesor si memorie de 3200 MB/s, de 3 ori mai mare ca cea a procesoarelor Pentium III. Pentium III putea transfera doar 1,06 GB la o frecventa de 133MHz. Pentium IV lucreaza prin intermediul a doua canale de transmisie cu RDRAM, la o viteza de 3,2 GB/s.

Advanced Transfer Cache – se concretizeaza in marirea ratei de transfer a datelor intre memoria cache de Level 2 si nucleul procesorului. Dimensiunea memoriei cache de Level 2 este de 256 KB. La schimbul de date cu sistemul (memorie, AGP, PCI) se folosesc blocuri de 64 bytes, ceea ce asigura o performanta mare pentru transferurile in rafala, iar conexiunea cu nucleul se face prin intermediul unei interfete de 256 biti, care poate transfera date la frecventa procesorului. Se obtine o largime de banda de 44,8 GB/s pentru un Pentium IV la 1,4 GHz, aproximativ de 3 ori mai mult ca un Pentium III la 1 GHz.

Advanced Dynamic Execution – optimizari ale arhitecturii de prelucrare si stocare temporara a instructiunilor – mod speculativ si arbitrar de executie care impiedica procesorul sa aiba stari de stagnare cand instructiunile asteapta rezolvarea dependentelor, cum ar fi de exemplu incarcarea de date in memorie. Pot fi rulate astfel pana la 126 de instructiuni in curs de rulare, fata de 42 in cazul microarhitecturii Pentium III.

Execution Trace Cache – in cazul procesorului Pentium IV Level 1 de cache pentru instructiuni este pozitionat dupa unitatea de decodare. In acest caz nu mai este necesara redecodarea instructiunilor repetitive odata ce ele se afla in acest cache, in plus sunt mai usor de dedus dependentele in procesul de predictie. Poate contine pana la 12.000 de microinstructiuni (comparativ este de

26

6 ori mai mare ca Level 1 de cache al unui Pentium III ) si ofera spre executie 3 microinstructiuni la frecventa microprocesorului. Trace Cache-ul este un cache de instructiuni care incearca sa inregistreze instructiunile in ordinea lor de executie, ceea ce simplifica procesarea, asigurandu-se ca instructiunile sunt in ordinea corecta.

Un nou algoritm de predictie a instructiunilor, Enhancced Branch Prediction, cu un buffer in care se pot stoca 4096 de alternative, de 8 ori mai multe ca la un Pentium III, eliminandu-se astfel 33% din predictiile gresite in cazul procesorului mentionat anterior.

Unitatea de executie rapida asigura un numar mai mare de instructiuni – 126, dintre sare unitatile de executie pot alege; acest lucru permite microprocesorului sa evite asteptarile care apar atunci cand o instructiune foloseste datele furnizate de o alta instructiune. Unitatea aduce si o mai mare acuratete in predictia salturilor (ranch prediction), rata de predictie gresita fiind cu 33% mai mica. Acuratetea este posibila datorita implementarii unui buffer de 4 KB ce stocheaza mai multe detalii despre ramurile accesate anterior, dar si datorita unui nou algoritm de predictie.

Hiper Pipelined Technology – dublarea fata de arhitectura Pentium III a numarului de stadii pe care le parcurge o instructiune intre momentul intrarii in executie si obtinerea rezultatelor. Se obtine o crestere de performanta, dar avantajul principal este scalabilitatea in frecventa, procesoarele PentiumIV putand functiona la frecvente mult mai mari decat cele ale procesoarelor cu arhitecturi curente. Astfel, cu introducerea unei linii de asamblare in 20 de etape, INTEL a reusit sa faca procesorul sa mearga la viteze foarte mari. In cazul unei instructiuni plasata pe o linie de asamblare in 10 etape, in timpul fiecarui impuls de ceas, o zecime este prelucrata si este nevoie de 10 cicluri de ceas pentru a termina. Deci, unei benzi de asamblare de la Pentium IV ii trebuie 20 de cicluri de ceas pt a termina o instructiune, in fiecare etapa prelucrarea fiind destul de redusa ceea ce diminueaza durata dintre 2 impulsuri de tact. Numarul total de cicluri necesare procesarii unei instructiuni se numeste timp de latenta. O linie de asamblare mai lunga inseamna timp de latenta mai mare.

Rapid Execution Engine – combinand inovatii ale arhitecturii interne si proiectarii fizice ale circuitelor, s-a reusit ca cele 4 unitati logice aritmetice simple (ALU) care executa microinstructiunile simple, sa ruleze la de 2 ori frecventa procesorului. Se incarca astfel 2 microinstructiuni la fiecare ceas

27

procesor rezultand o durata totala de executie a unei instructiuni mult mai mica. Operatiile cu intregi sunt procesate de catre unitatile de executie pt intregi. In mod normal, o unitate proceseaza o instructiune numai in partea crescatoare a impulsului de tact, dar Pentium IV poate procesa si in partea descrescatoare a acestui impuls, reusind astfel sa dubleze viteza de lucru pentru anumite operatii cu intregi.

Streaming SIMD Extensions2 (SSE2) – extind capabilitatile MMX si SSE de la generatiile anterioare de procesoare cu 144 de noi instructiuni (SSE2) care pot opera cu pachete de date de 128 biti, numere intregi sau in virgula mobila cu dubla precizie. Aceste noi instructiuni reduc timpul necesar executarii programelor optimizate pentru ele. Ele accelereaza in special aplicatiile video, audio, procesarile de imagini, aplicatiile tehnice si stiintifice. SSE2 inseamna 76 de noi instructiuni SIMD, ai exista in total 144 de instructiuni pentru marirea performantei lucrului in virgula mobila si a aplicatiilor multimedia. Setul de instructiuni este destinat atat pentru intregi pe 128 biti cat si pt nr in virgula mobila dubla precizie, tot pe 128 biti. Datorita noilor instructiuni programatorul are o mobilitate mai mare deoarece acestea permit calculelor de tip SIMD sa fie efectuate in virgula mobila cat si pe intregi impachetati in registrele MMX. Prezentand o arhitectura cu totul noua, Pentium IV este destinat aplicatiilor multimedia si Internet, cum ar fi editare video, encodare si incarcare de materiale in format video pe Internet, encodare MP3 si aplicatii de vizualizare 3D. Pentru a rula astfel de programe, noua arhitectura a procesorului Pentium IV (NetBurst) contine o magistrala de date la 400 MHz, noi tehnologii de realizare a memoriei cache si a canalului de date, alaturi de un set imbunatatit de instructiuni interne si un coprocesor matematic optimizat pentru aplicatii multimedia. Modificarile de arhitectura care au dus la imbunatatirea performantelor obtinute in aplicatiile de tip Internet (viteza superioara, canal de comunicatie mai mare, set nou de instructiuni SSE2, dimensiune redusa a memoriei cache, magistrala de date marita) nu se dovedesc la fel de benefice in cazul aplicatiilor uzuale. Astfel de programe obisnuiesc sa depuna mari cantitati de date in memoria cache si in plus, marirea magistralei de memorie la 3,2 GB pe secunda nu este atat de semnificativa pt aplicatiile de birou, acestea accesand de foarte multe ori memoria cache si nu memoria principala.

28

Pe masura ce dispozitivele microelectronice devin mai integrate, cu functii marite si niveluri de performanta mai ridicate, complexitatea solutiilor de impachetare creste proportional.

Ca rezultat al maririi caracteristicilor de integrare, frecventelor ridicate si al cerintelor de alimentare ale ultimei generatii de microprocesoare, densitatea de interconectari intre chipul procesorului si substrat a crescut remarcabil. Un nou tip de tehnologie cu un nou substrat de impachetare (factor de forma) este necesar pentru a beneficia din plin de progresele tehnologiilor pe silicon. Acest lucru a creat o serie de provocari in designul factorului de forma, dezvoltarea designului de substrat si a procesului de asamblare. Pentru a asigura un factor de forma de inalta integrare si un cost redus, a fost propus Flip Chip Pin Grid Array (FCPGA) ca solutie inovativa de impachetare. Acest factor de forma a fost proiectat ca o solutie socket. Factorul de forma FCPGA ofera nu numai o impachetare de inalta performanta, pe un substrat eficient din punct de vedere al costurilor ci si foloseste in mod inteligent echipamentele de asamblare pentru a minimiza, per ansamblu, costurile de productie.

Willamette este codename-ul primului procesor Pentium 4 lansat pe piata in noiembrie 2000. Acesta a fost realizat cu arhitectura 0,18 µm (180 nm) , initial a utilizat Socket 423, ulterior trecand la Socket 478 si a utilizat un FSB de 400 MHz si o memorie cache de Level 2 de 256 KB. Aceste procesoare au fost tactate la frecvente cuprinse intre 1,3 si 2 GHz.

Northwood a fost lansat in octombrie 2001 si reprezinta a 2-a revizuire a platformei Pentium 4. Foloseste o arhitectura de 0,13 µm (130 nm). FSB-ul de 400 MHz si ulterior apar si versiuni de 533MHz. Cache-ul de Level 2 este de 512 KB. Procesoarele sunt tactate la frecvente cuprinse intre 1,6 si 3,06GHz; la acesta din urma este implementata si tehnologia Hyper-Threading . Atat Willamette cat si Northwood suporta instructiunile MMX, SSE si SSE2.

Hyper-Threading-ul (HTT-Hyper-Threading Technology) - este o tehnogie dezvoltata de INTEL si folosita pentru a imbunatati paralelismul intre calculele realizate de microporcesoare via multithreading simultan. Este o imbunatatie a super-threading-ului. Poate fi intalnit pe procesoarele

29

INTEL Xeon, Pentium 4, Atom si Core i7. Tehnologia imbunatateste performanta procesorului in anumite conditi de lucru. Un procesor cu Hyper-Threading activat este considerat de sistemul de operare ca si cum ar avea doua procesoare (core-uri) in loc de unul singur.

Gallatin (Extreme Edition) a fost lansat in septembrie 2003 si foloseste o arhitectura de 0,13 µm (130 nm). FSB-ul este de 800 MHz , exceptie facand modelul de top tactat la 3,46 GHz care va dispune de un FSB de 1066 MHz. Deasemenea primele modele sunt pe Socket 478 , apoi se face trecerea pe LGA775 (Land Grid Array ). Design-ul acestul cip este in mare aproape identica cu celelalte Pentium IV insa difera prin adaugarea a 2 MB de cache pe Level 3. Aceste procesoare suporta atat instructiunile MMX, SSE, SSE2, cat si Hyper-Threading. Au fost supranumite “Expensive Edition” sau “Extremely Expensive”. Procesoarele Gallatin E.E. au avut frecvente de lucru cuprinse intre 3,2 si 3,46 GHz.

Prescott a fost lansat in februarie 2004, foloseste o arhitectura de 90 nm si acesta reprezinta o restilizare majora a generatiei Pentium 4 , atat de mare incat, uni analisti au ramas surprinsi cum de INTEL nu la numit pe acesta „Pentium V”. Si aici sa facut trecerea de la Socket 478 la LGA775 cu un FSB la 800 MHz. Prescott dispune de memorie cache de Level 2 de 1 MB si frecventa de tact cuprinsa intre 2,8 si 3,8 GHz. Acesta dispune ca si predecesorii sai, de instructiuni MMX , SSE , SSE2 , Hyper-Threading dar si in premiera noile instructiuni:

Streaming SIMD Extension 3 (SSE3) - care adauga inca 13 intructiuni noi fata de SSE2. Cea mai notabila schimbare prin introducerea acestor instructiuni este capacitatea de a lucra orizontal intr-un registru. Astfel instructiunile care sa adauge sau sa sustraga valori multiple stocate intr-un singur registru au fost adaugate. Aceste instructiuni simplifica implementarea unui numar sau a unei operatii 3D.

XD bit ( INTEL’s NX bit implementation) - este o tehnologie utilizata in procesoare, pentru a izola parti din memorie pentru a fi utilizate ulterior pentru stocare de instructiuni sau stocarea datelor. Aceasta functie este intalnita doar in arhitectura Harvard. Cu toate acestea NX bit este utilizat si in arhitectura von Neumann din motive de securitate. Un sistem de operare care suporta

30

NX bit poate marca acele zone din memorie ca non-executabile. Procesorul apoi va refuza sa execute instructiuni din acele zone ale memoriei. Tehnica generala este cunoscuta sub numele de „executable space protecion” si este folosita pentru a impiedica anumite tipuri de soft-uri daunatoare sa preia controlul asupra PC-ului prin inserarea instructiunilor respective in spatiul altui program si rularea acestora din aceasta zona; acest lucru este cunoscut sub numele de „buffer overflow attack” . INTEL foloseste NX bit sub numele de XD bit ( e X ecutable D isable ) , in timp ce AMD il foloseste sub numele Enhanced Virus Protection.

INTEL 64 (INTEL's x86-64 implementation) - x86-64 este un superset al arhitecturii de instructioni x86. Procesoarele x86-64 pot rula programele pe 16 bit sau 32 bit la viteza maxima , totodata suportandu-le si pe noile programe scrise in spatiul de adresare de 64 biti. x86-64 a fost creata initial de Advanced Micro Devices (AMD) si au implementat-o sub numele AMD64, in timp ce INTEL o foloseste sub numele de INTEL 64.

Prescott 2M a fost lansata in noiembrie 2005, foloseste o tehnologie de fabricatie de 90 nm. Bus-us sitemului este situate la 800 MHz. Foloseste ca socket LGA775. Aceste procesoare dispun de 2 MB cache pe Level 2 si frecvente de tact cuprinse intre 2,8 si 3,8 GHz. Prescott 2M dispune de instructiuni MMX, SSE, SSE2, SSE3, Hyper-Threading, INTEL 64 (INTEL's x86-64 implementation), XD bit (an NX bit implementation) si ca noutati urmatoarele :

Virtualization Technology (x86 virtualization) - x86 virtualization este o metoda prin care sistemele de operare x86 „guest”, sunt rulate prin intermediul unui sistem de operare x86 „host” cu putine sau nici o modificare a sistemului de operare „guest”.

Enhanced INTEL SpeedStep Technology (EIST) - SpeedStep este o marca pentru o serie de tehnologi (SpeedStep, SpeedStep II si SpeedStep III), construite in unele microprocesoare INTEL, care ingaduie ca frecventa de tact a acestora sa fie modificate dinamic prin intermediul unor soft-uri. Acest lucru ii permite procesorului sa ajunga instantaneu la performantele dorite prin minimizarea puterii si a calduri disipate.

Cedar Mill reprezinta ultima revizuire a generatiei Pentium 4. El a fost lansat in ianuarie 2006 si foloseste o arhitectura de 65 nm. FSB-ul de

31

800 MHz , are 2MB memorie cache de Level 2 si frecvente cuprinse intre 3 si 3,6 GHz.

Cedar Mill dispune de urmatoarele instructiuni si functii: MMX, SSE, SSE2, SSE3, Hyper-Threading, INTEL 64 (INTEL's x86-64 implementation), XD bit (an NX bit implementation) si INTEL SpeedStep Technology (EIST).

Pentium M a fost lansat in martie 2003 si mai este supranumit „inima” sistemelor mobile Centrino. Acesta a fost lansat initial cu memoria cache de Level 1 cu 64 KB, Level 2 cu 1 MB (integrata) si frecvente de ceas de la 900 MHz pana la 1,7 GHz; ulterior memoria cache de Level 2 sa marit la 2 MB si frecventele de tact de la 1 la 2,26 GHz. Dupa Pentium M au aparut multe alte versiuni mobile mult mai performante cum ar fi Core , Celeron M, Pentium Dual Core si Core 2 .

32

Pentium D

Pentium D face referire la cele 2 core-uri ale microarhitecturii NetBurst fabricate de catre INTEL. Fiecare procesor comprima 2 placute single-core una langa alta , formand astfel un pachet Multi-Chip.

Pentium D a fost lansat in mai 2005 sub codename-ul Smithfield . Acest procesor are un FSB de 800 MHz dar si 533 MHz.

Cache-ul de Level 2 este de 2x1 MB , frecventele de tact ale acestui model fiind cuprinse intre 2,66 si 3,2 GHz. Acestea folosesc arhitectura de 90 nm. Smithfield dispune de instructiuni MMX, SSE, SSE2, SSE3, Hyper-Threading, INTEL 64 (INTEL's x86-64 implementation), XD bit (an NX bit implementation) si INTEL SpeedStep Technology (EIST).

Smithfield XE este versiunea Extreme tactata la frecventa 3,2 GHz

Presler reprezinrta a 2-a revizuire a generatiei Pentium D, acestea foloste arhitectura de 65 nm. Acest procesor are FSB-ul de 800 MHz , memoria cache de Level 2 de 2x2 MB si frecvente de tact cuprinse intre 2,8 si 3,6 GHz. Presler dispune in plus fata de Smithfield de Virtualization Technology.

Presler XE sunt versiuile Extreme care sunt tactate incepand cu 3,46 si terminand cu 3,73 GHz.

33

Core 2

Core 2 a fost lansat pe 27 iulie 2006 . Acesta cuprinde Solo (single-core), Duo (dual-core), Quad (quad-core) si Extreme (dual- sau quad-core pentru entuziasti). In tehnogogia Core 2 incorporeaza 2 „creere” (core-uri) interconectate pe o singura placuta de siliciu, aceste procesoare purtand numele de Core 2 Duo.

Core 2 Quad sunt formate printr-un MCM 2x2 (Multi Chip Module) care include in el doua procesoare Core 2 Duo unul langa altul intr-un pachet MCM quad-core.

Microarhitectura Core a fost introdusa la frecvente de tact mai mici, insa prin etape de decodare, unitati de executie, cache-ul si bus-ul mai mari sa realizat o eficienta superioare predecesorilor sai in cea ce priveste consumul de energie concomitent cu cresterea performantelor.

Procesoarele INTEL Core 2 dispun de urmatoarele instructiuni si functii: MMX, SSE, SSE2, SSE3, INTEL 64 (INTEL's x86-64 implementation), Virtualization Technology, XD bit (an NX bit implementation) si Enhanced INTEL SpeedStep Technology (EIST) la care se introduc urmatoarele:

Supplemental Streaming SIMD Extension 3 ( SSSE3) - reprezinta a 4-a generatie a instructiunilor INTEL SSE. Fata de versiunea precedenta SSE3 , INTEL a mai adaugat un “S” in loc sa schimbe numarul versiuni, deoarece au considerat ca este doar o reviziuire a versiuni SSE3. Instructiunea este introdusa prima data in seria de procesoare Xeon 5100 care este destinata serverelor, iar apoi si in procesoarele INTEL Core 2 (atat pentru laptop-uri cat si pentru desktop-uri).

SSSE3 contine 16 instructiuni discrete noi fata de SSE3. Acestea pot functiona atat pe registri MMX 64 bit cat si pe cei XMM 128 bit.

34

Trusted Execution Technology (TET sau TXT) - anterior cunoscuta sub numele de LaGrande Technology este o componenta cheie in initiativa INTEL pentru un „safer computing”. INTEL TXT este o extensie hardware a anumitor procesoare INTEL destinata sa dea utilizatorilor si companiilor un nivel inalt de incredere atunci cand acestea acceseaza, modifica sau creaza date importante. INTEL sustine ca TXT se va bucura de adoptie mai ales din partea companiilor, ca un fel de a se proteja impotriva atacurilor software tintite catre furtul de informatii importante.

INTEL Active Management Technology (iAMT) - este o tehnologie hardware pentru a controla si securiza computere de la distanta.

Iata o parte din functiile pe care le poate indeplini iAMT:- abilitatea unui PC(Personal Computer) conectat fizic la o retea inafara

firewall-ului companiei pe un LAN sa poate realiza un tunel securizat de telecomunicatii (via iAMT) inapoi la consola IT.

- aprinderea / stingerea de la distanta prin intermediul tehnologiei WOL (Wake On LAN)

- redirectionarea consolei via SOL (Serial Over LAN); si multe altele.Streaming SIMD Extension 4 ( SSE4) - este un set de insctructiuni

folosit in microarhitectura INTEL Core si AMD K10 si sunt in numar de 54. Din acestea 47 din ele sunt cunsocute sub numele de SSE4.1 si sunt folosite incepand cu procesoarele INTEL Core 2 Penryn , iar restul de 7 instructiuni ramase , cunoscute sub numele de SSE4.2 vor fi disponibile odata cu INTEL Core i7 (Nehalem). SSE4 contine instructiuni care executa operatii care nu sunt specifice aplicatiilor multimedia, deasemenea nu ofera suport pentru operatiuni pe registri MMX 64 biti. Operatiunile intregi SIMD pot fi efectuate numai in registri XMM 128 biti.

Conroe este codename-ul primului procesor Core 2 Duo lansat pe piata pe 27 iulie 2006. Acestea au fost realizate cu arhitectura de 65 nm, cu 2 MB sau 4 MB memorie cache de Level 2 si FSB de 1066 sau 1333 MHz. Aceste procesoare au fost tactate la frecvente cuprinse intre 1,86 si 3 GHz.

Pe 29 iulie 2006 a fost lansata o versiune Extreme a lui Conroe, denumita Conroe XE, tactata la 2,93 GHz, care a venit cu o functie noua, si anume deblocarea multiplicatorului bus-ului pentru a putea fi overclock-at procesorul peste specificatiile cu care acesta vine din fabrica.

35

Procesoarele Conroe dispun de urmatoarele instructiuni si functii: MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, INTEL 64 (INTEL's x86-64 implementation), Virtualization Technology, XD bit (an NX bit implementation), Enhanced INTEL SpeedStep Technology (EIST), INTEL Active Management Technology (iAMT) si Trusted Execution Technology.

Kentsfield este primul procesor quad-core produs de INTEL sub Core 2 Quad. Au fost lansate doua procesoare tactate la 2,4GHz respectiv 2,66 GHz cu un FSB de 1066 MHz si memorie cache Level 2 de 2x4 MB. Desigur dupa cum era de asteptat au fost lansate si variante Extreme: Kentsfield XE tactate la frecvente cuprinse intre 2,66 si 3 GHz; varianta de top dispunand de un FSB de 1333 MHz.

Procesoarele Kentsfield dispun de urmatoarele instructiuni si functii: MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, INTEL 64 (INTEL's x86-64 implementation), Virtualization Technology, XD bit (an NX bit implementation), Enhanced INTEL SpeedStep Technology (EIST), INTEL Active Management Technology (iAMT) si Trusted Execution Technology.

Allendale reprezinta a 2-a revizuire a generatiei Core 2 Duo , este lansat in ianuarie 2007. Acesta a fost realizat cu arhitectura de 65nm, cu 2MB sau 4MB cache de Level 2 , un FSB de 800MHz si frecvente de tact cuprinse intre 1,8 si 2,6GHz. In comparatie cu Conroe , Allendale dispune in mare de aceleasi instructiuni si functii mai putin Virtualization Technology.

Wolfdale reprezinta a 3-a revizuire a Core 2 Duo , este lansat pe 20 ianuarie 2008. In cazul acestuia se face trecerea de la arhitectura de 65 nm pe cea de 45 nm. Sunt lansate mai multe variante care pleca de la 2 MB apoi 3 MB si versiunile de top cu 6 MB cache de Level 2. FSB-ul pleaca de la 800 MHz si ajunge la 1333 MHz, iar frecventele de tact incep cu 2,5 GHz si ajung la 3,33 GHz. Odata cu trecerea pe tehnologia pe 45 nm sunt introduse si noile instructiuni SEE4.1, in plus fata de predecesorul sau Conroe.

Yorkfield reprezinta a 2-a revizuire a Core 2 Quad, este lansat in martie 2008. Acesta la fel ca si in cazul lui Wolfdale dual-core, trece pe arhitectura de 45 nm, si ca noutate fata de predecesorul sau Kentsfield apar instructiunile SSE4.1. FSB-ul de 1333 MHz , memoria cache de Level 2 variaza intre

36

2x3 MB si 2x6 MB in functie de model iar frecventele sunt cuprinse intre 2,5 si 3 GHz.

Exista si in cazul acestora procesoare Extreme denumite Yorkfield XE care se bucura de un FSB cuprins intre 1333 si 1600 MHz , o memorie cache de Level 2 de 2x6 MB si frecvente de tact de 3 pana la 3,2 GHz.

Succesorul lui Core 2 este Core i7, care este bazat pe noua microarhitectura Nehalem .

37

Core i7 a fost lansat oficial pe 17 noiembrie 2008 ca o familie de trei procesoare desktop quad-core. Nehalem este o schimbare majora in microarhitectura Core. Cele mai notabile schimbari ar fi :

- FSB-ul este inlocuit de QuickPath interface- integrarea in procesor a unui controller de memorie prin intermediul

caruia memoria este conectata direct la procesor- este inlocuit si socket-ul LGA775 cu noul LGA1366- suporta numai memorii DDR3- memoria este pe trei canale , fiecare din acestea suportand una sau doua

placute DIMM de memorie DDR3.- reimplementarea Hyper-Threading-ului, fiecare core(nucleu) putand

procesa doua thread-uri (fire de procesare) simultan- cache 8MB pe Level 3Frecventele de tact ale primelor trei modele Core i7 lansate sunt cuprinse

intre 2,66GHz si 3,2GHz

38

39