Pentium 4

Процессор Pentium 4 можно отнести к седьмому поколению, так как в нем использовано довольно много принципиальных новшеств. Для Pentium 4 Intel разработала новую архитектуру, которую назвала Intel NetBurst Micro-Architecture.

Для того чтобы процессоры могли работать на частотах порядка нескольких гигагерц, Intel увеличила длину конвейера Pentium 4 до 20 стадий (Hyper Pipelined Technology), за счет чего удалось даже при технологических нормах 0,18 мкм добиться работы процессора на частоте в 2 ГГц. Однако из-за такого увеличения длины конвейера время выполнения одной команды в процессорных тактах также сильно увеличивается. Поэтому компания серьезно поработала над алгоритмами предсказания переходов (Advanced Dynamic Execution). Количество предварительно загружаемых инструкций увеличилось до 126 по сравнению с 48 у Pentium III. Буфер, хранящий адреса условных переходов, также увеличился с 512 байт до 4 КБ. Все это позволило увеличить вероятность правильного предсказания переходов на 33%.

Для ускорения работы целочисленных операций в Pentium 4 применена технология удвоения внутренней тактовой частоты. Два блока АЛУ (арифметико-логическое устройство), выполняющих операции над целочисленными данными, работают на частоте вдвое большей, чем частота самого процессора.

Кэш 1-го уровня в процессоре также претерпел значительные изменения. В отличие от Pentium III, кэш которого мог хранить команды и данные, Pentium 4 имеет всего 8 КБ кэш-данных. Команды, поступающие на исполнение процессору, сохраняются в так называемом Trace Cache. Там они хранятся уже в декодированном виде, т. е. в виде последовательности микроопераций, поступающих для выполнения в исполнительные устройства процессора. Емкость этого кэша составляет 12000 микроопераций.

Кэш 2-го уровня (L2) в Pentium 4, сделанном на ядре Willamette, остался объемом 256 КБ. Ширина шины кэша L2 составляет 256 бит, но латентность кэша уменьшилась в два раза, что позволило добиться пропускной способности кэша в 48 ГБ при частоте 1,5 ГГц.

Самой интересной особенностью новых процессоров Pentium 4 является расширение набора команд процессора инструкциями Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2). В отличие от AMD, которая сильно переработала блок FPU, Intel решила оставить его практически без изменений, но зато дополнила его множеством команд для работы с потоками данных. К 70 инструкциям SSE1, работающим с потоковыми данными одинарной точности, добавились 144 инструкции для работы с числами двойной точности, а также с целыми числами длиной 1 —8 байт. Оптимизация программ под SSE2 должна увеличить их производительность в 2—5 раз.