Особенности процессора Intel Pentium 4
Intel Pentium 4 – это первый процессор в семействе 32-битных процессоров седьмого поколения от Intel.
Несмотря на то что Intel Pentium 4 является процессором с архитектурой IA-32, характерной для 32-разрядных процессоров, последняя сильно отличается от архитектуры процессоров семейства P6 и даже получила специальное название – NetBurst.
Рассмотрим основные новшества, появившиеся в NetBurst.
Hyper-Pipelined Technology. Суть технологии Hyper-Pipelined (гиперконвейер) заключается в том, что Intel Pentium 4 имеет очень длинный конвейер, состоящий из 20 стадий. Для сравнения: конвейер у процессоров семейства P6 состоит всего из 10 стадий.
В Intel Pentium 4 интегрирован более совершенный механизм предсказания переходов. Количество ошибочно предсказанных переходов у него в среднем на 33% меньше, чем у процессоров с архитектурой P6.
Execution Trace Cache. Execution Trace Cache – это название и одновременно способ реализации кэша инструкций в архитектуре NetBurst. Смысловое содержание этого термина можно перевести как «кэш трассировки выполняемых микроопераций».
В Execution Trace Cache хранятся микрооперации, которые были получены в результате декодирования входного потока инструкций исполняемого кода и готовы для передачи на выполнение конвейеру. Емкость Execution Trace Cache составляет 12 Кбайт.
Execution Trace Cache устроен таким образом, что вместе с кодом каждой микрооперации в нем хранятся результаты выполнения ветвей кода для этой микрооперации – в той же строке кэша (cache line), что и сама микрооперация. Это позволяет легко и своевременно выявлять микрооперации, которые никогда не будут выполнены, и быстро удалять их из кэша инструкций, а также оперативно «вычищать» Execution Trace Cache от «лишних» микроопераций в случае обнаружения ошибочно предсказанного перехода. Последнее обстоятельство особенно важно, так как позволяет сократить общее время реинициализации конвейера после его остановки в результате выполнения перехода, который был «угадан» неправильно.
Rapid Execution Engine. Так, в архитектуре NetBurst назван блок выполнения арифметико-логических операций. Конструктив Rapid Execution Engine довольно оригинален: во-первых, он состоит из двух АЛУ-модулей, работающих параллельно; во-вторых, рабочая тактовая частота этих АЛУ-модулей в два раза выше тактовой частоты процессора – это достигается за счет регистрации как переднего, так и заднего фронта задающего тактового сигнала. Таким образом, каждый АЛУ-модуль способен выполнить до двух целочисленных операций за один рабочий такт процессора, а весь Rapid Execution Engine в целом – до четырех таких операций.
Advanced Dynamic Execution. Advanced Dynamic Execution – это обобщенное название механизма динамического выполнения команд, используемого в NetBurst. Аналогичный механизм используется в процессорах семейства P6, однако, в Intel Pentium 4 он улучшен.
Динамическое исполнение представляет собой комбинацию трех технологий обработки данных, обеспечивающих более эффективную работу процессора – множественное предсказание ветвлений, анализ потока данных и спекулятивное исполнение. Динамическое исполнение обеспечивает более эффективную работу процессора, позволяя манипулировать данными, а не просто исполнять последовательный список инструкций
Технология множественного предсказания ветвлений предсказывает прохождение программы по нескольким ветвям, процессор может предвидеть разделение потока инструкций, что дает возможность с 90%-ной точностью предсказать, в какой области памяти можно найти следующие инструкции.