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 🔥
Microsoft разрабатывала ИИ ОС, отличную от Windows — с глубокой интеграцией Copilot и агентов 11 мин.
«Самое янское дополнение в истории»: геймплейный трейлер сюжетного аддона The Alters: Last Variable порадовал фанатов 2 ч.
Epic Games Store устроил раздачу классической игры I Have No Mouth, and I Must Scream о последних людях на Земле, которых пытает безумный суперкомпьютер 4 ч.
Авторитетный инсайдер опроверг закрытие Obsidian Entertainment и работу студии над новой Fallout 5 ч.
Правительство США снова взломали: хакеры проникли в федеральную платформу для обмена разведданными 5 ч.
«Не можешь — научим, не хочешь — заставим»: Microsoft мобилизует 6000 сотрудников для помощи клиентам во внедрении ИИ 5 ч.
Браузер Opera получил продвинутую защиту от ввода вредоносных команд через буфер обмена 5 ч.
ИИ оказался слишком дорогим: компании урезают сотрудникам доступ к ChatGPT и Claude 5 ч.
Студия создателя Deus Ex и System Shock перестанет делать игры — после провала Thick as Thieves в OtherSide осталось меньше десяти человек 6 ч.
Google не смогла отбиться от рекордного штрафа в €4,1 млрд в Европе 6 ч.
Новый кроссовер R2 вдохнул жизнь в Rivian: продажи превзошли ожидания, прогноз повышен 4 мин.
Philips анонсировала 27-дюймовые игровые мониторы Evnia M4 с тремя режимами работы: 1440p@275 Гц, 1080p@360 Гц и 720p@540 Гц 2 ч.
Anthropic ведёт переговоры с Samsung о создании собственного ИИ-чипа 4 ч.
У Tesla внезапно подскочили продажи электромобилей во втором квартале 5 ч.
Amazon запустила достаточно спутников для запуска конкурента Starlink 6 ч.
ИИ подрывает экологические цели: выбросы углекислого газа у Amazon подскочили на 16 % в 2025 году 6 ч.
«Яндекс» разрабатывает новые ИИ-устройства — «Пин», «Хронум» и другие загадочные продукты 6 ч.
Инвестиции с кешбэком: NVIDIA вкладывается в создание ИИ-инфраструктуры партнёров в обмен на доход от её эксплуатации 7 ч.
Weave представила бытового робота Isaac 1 — он будет наводить порядок, пока хозяев нету дома 7 ч.
Будущая Xbox Project Helix, вероятно, будет лишена дисковода 7 ч.