Сегодня 02 июля 2026
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 🔥
Студия создателя Deus Ex и System Shock перестанет делать игры — после провала Thick as Thieves в OtherSide осталось меньше десяти человек 8 мин.
Google не смогла отбиться от рекордного штрафа в €4,1 млрд в Европе 16 мин.
Кризис Xbox поставил под угрозу закрытия Obsidian — студию в ответе за Fallout: New Vegas, Pillars of Eternity и South Park: The Stick of Truth 59 мин.
Toyota собирается при помощи ИИ навести порядок в своей документации и терминологии 2 ч.
Некоторые смартфоны Google Pixel перестали издавать звуки, когда на них звонят 2 ч.
В сервисе Apple Hide My Email обнаружена уязвимость, позволяющая раскрыть настоящий адрес почты 2 ч.
Anthropic удалила из Claude скрытую защиту от дистилляции ИИ-моделей китайскими разработчиками 3 ч.
Представлено решение Curator.Scanner для поиска уязвимостей во внешней IT-инфраструктуре 4 ч.
Власти США предложили разработчикам ИИ создать единые стандарты для моделей 4 ч.
Министерство юстиции Бразилии рассекретило продолжение легендарной серии Nintendo 5 ч.
Amazon запустила достаточно спутников для запуска конкурента Starlink 19 мин.
ИИ подрывает экологические цели: выбросы углекислого газа у Amazon подскочили на 16 % в 2025 году 22 мин.
«Яндекс» разрабатывает новые ИИ-устройства — «Пин», «Хронум» и другие загадочные продукты 28 мин.
Инвестиции с кешбэком: NVIDIA вкладывается в создание ИИ-инфраструктуры партнёров в обмен на доход от её эксплуатации 2 ч.
Weave представила бытового робота Isaac 1 — он будет наводить порядок, пока хозяев нету дома 2 ч.
Будущая Xbox Project Helix, вероятно, будет лишена дисковода 2 ч.
В центре Москвы открыли новый флагманский магазин Xiaomi Store 2 ч.
Getty Images отказалась поглощать Shutterstock — помешал британский регулятор 2 ч.
Intel без лишнего шума подняла рекомендованные цены Core Ultra 7 270K Plus и Core Ultra 5 250K Plus 2 ч.
Microsoft сняла с производства бюджетные Surface Go и Surface Laptop Go — вместо них предлагает Dell XPS 13 2 ч.