Микропроцессоры Pentium и Pentium Pro

Микропроцессор Pentium обладает модернизированной архитектурой, которая была в микропроцессоре 80486. Изменения включают: улучшенную структуру кэш-памяти, большую разрядность шины данных, более быстродействующий цифровой сопроцессор, процессор содержит два параллельно работающих конвейера обработки, реализован интерфейс построения двухпроцессорных систем и добавлена логика предсказания ветвления. Кэш-память первого уровня (Level 1) процессора Pentium состоит из двух частей по 8 Кбайт в каждой: одна — для кэширования данных, а другая — для команд. Разрядность шины данных увеличена с 32 до 64 разрядов. Цифровой сопроцессор функционирует в пять раз быстрее, чем цифровой сопроцессор микропроцессора 80486. Процессор содержит два параллельно работающих конвейера обработки, благодаря чему он часто выполняет одновременно две команды. Наконец, логика предсказания ветвления позволяет программам выполнять условные переходы более эффективно. Следует заметить, что эти изменения дополнительно встроены в процессор Pentium, что делает программное обеспечение совместимым снизу вверх со всеми предыдущими микропроцессорами Intel 80x86. Последнее существенное усовершенствование микропроцессора Pentium связано с добавлением команд ММХ.

Микропроцессор Pentium Pro является более быстродействующей версией микропроцессора Pentium. Он имеет усовершенствованную внутреннюю архитектуру, которая способна планировать выполнение до пяти команд, и более быстрый блок вычислений с плавающей запятой. Кроме того, микропроцессор Pentium Pro содержит кэш-память второго уровня (Level 2) объемом 256 или 512 Кбайт, дополнительно к кэш-памяти первого уровня (Level 1) объемом 16 Кбайт (8 Кбайт для данных и 8 Кбайт для команд). Микропроцессор Pentium Pro содержит в себе схему коррек­ции ошибок ЕСС (error correction circuitry), которая может исправлять ошибку в одном разряде и указывать на ошибку в двух разрядах. Также добавлены четыре дополнительные адресные строки, которые предоставляют микропроцессору Pentium Pro прямо адресоваться к огромному объему физической памяти, равному 64 Гбайтам.

Система памяти

Шина адреса микропроцессора Pentium позволяет адресовать 4 Гбайт физической памяти, как и в микропроцессорах 80386DX и 80486. Разница заключается в разрядности шины данных памяти процессоров. Микропроцессор Pentium использует 64-разрядную шину данных памяти, состоящую из восьми банков по 512 Мбайт данных в каждом. На рис. 6.8 представлена организация системы физической памяти микропроцессора Pentium.

Система памяти микропроцессора Pentium разделена на 8 банков, каждый из которых содержит байт данных с битом паритета. Микропроцессор Pentium, подобно микропроцессору 80486, использует внутреннюю генерацию сигнала паритета и логику проверки достоверности информации шины данных системы памяти. Следует заметить, что в большинстве систем, построенных на процессоре Pentium, не используют контроль паритета, но он доступен.

Память, имеющая 64-разрядную шину данных, является наиболее подходящей для данных с плавающей точкой удвоенной точности. Следует напомнить, что число с плавающей точкой удвоенной точности является 64-разрядным. Микропроцессор Pentium, благодаря переходу на 64-разрядную шину данных, способен извлекать данные с плавающей точкой за один цикл чтения, вместо двух, как это было в микропроцессоре 80486. За счет этого производительность микропроцессора Pentium выше, чем у микропроцессора 80486. Система памяти, как и в предыдущих микро­процессорах Intel, адресуется байтами: от байта 00000000Н до байта FFFFFFFFH.

Рис. 6.8. Организация банков памяти микропроцессора Pentium

Выбор банков памяти осуществляется при помощи сигналов разрешения байтов ВЕ7—ВЕ0 (byte enable). Такая организация памяти позволяет микропроцессору Pentium получать доступ к любому одиночному байту, слову, двойному слову или учетверенным словам за один цикл обмена данными памяти. Как и для предыдущей логики выбора памяти, для записи в систему памяти необходимо сформировать восемь отдельных стробов записи.

Новая особенность, добавленная в микропроцессор Pentium, заключается в его возможности в ходе выполнения отдельных операций контролировать и формировать бит паритета для шины адреса (А31—А5). Вывод АР обеспечивает систему информацией о паритете адреса, а вывод АРСНК указывает на ошибку паритета шины адреса. Микропроцессор Pentium сам не предпринимает никаких действий при ошибке паритета, он только указывает на ее наличие. Ошибку оценивает система и она же должна принимать при необходимости соответствующие меры (вызвать прерывание процессора).

Микропроцессор Pentium может работать с 32-разрядной системой памяти, но используя мультиплексор для преобразования 64-разрядной шины данных в 32-разрядную шину. При использовании такой схемы необходимо быть внимательным, поскольку программное обеспечение может получать доступ к двойному слову, которое пересекает границу между нижней и верхней частями шины данных. Все двойные слова должны находиться в пределах границ двойных слов. Следует заметить, что граница двойного слова — это адрес, кратный 4.