Удвоенная внутренняя частота ALU

Арифметико-логические блоки (Arithmetical Logic Units) в Pentium 4 работают на удвоенной частоте. Так, к примеру, ALU у Pentium 4 1,5 GHz функционирует на частоте 3 GHz! Это позволяет выполнять многие операции фактически даже не за один, а за полтакта, или две операции за такт. А поскольку таких блоков у Pentium 4 два - в идеале за один такт работы процессора получается 4 операции с целыми числами!

Сопроцессор

Что касается блока для операций с числами с плавающей запятой у Pentium 4, то получившаяся картина, похоже, не устраивает даже саму Intel. Два таких модуля в операциях с плавающей запятой будут обеспечивать для 1.4 ГГц-процессора Pentium 4 пиковую производительность всего лишь 1.4 GFLOPS :-(. Реальную вычислительную работу выполняет только один модуль - операции типа FADD (сложения) и FMUL (умножения), второй же занимается подсобной деятельностью - операции типа FSTORE (обмен между регистрами и памятью). Не в пример Pentium 4, FPU процессора Athlon содержит три раздельных, полностью конвейеризированных модуля, способных принимать инструкции на каждом такте. При этом один из них предназначен только для инструкции FSTORE, остальные два состоят из устройств FADD и FMUL. Благодаря этому FPU может выполнять за каждый такт по две инструкции - одну сложения и другую умножения, т. е. 1 ГГц Athlon имеет пиковую производительность 2 GFLOPS. Получается, что у Athlon более совершенная архитектура сопроцессора, чем у Pentium 4.

SSE-2

Поскольку производительность нового процессора очень сильно зависит от скорости поступления команд в исполнительные блоки конвейера, "напрашивается" еще один способ ускорения его работы -- сократить количество команд, необходимых для выполнения ключевых операций. Однако в рамках существующего x86-набора это сделать попросту невозможно: если хоть что-то в нем изменить, CPU потеряет совместимость со старыми программами. Ведь то, что даже на самом современном процессоре до сих пор может исполняться код, написанный для родоначальника всего семейства -- Intel 8086, является особым предметом гордости Intel. Но если нельзя изменить, никто не запрещает дополнить. Так и сделали -- Pentium 4 поддерживает расширенный набор SIMD-команд под кодовым наименованием SSE-2. Во-первых, давайте разберемся с самим термином. SIMD (Single Instruction -- Multiple Data) -- это специальный тип инструкций, когда в качестве аргумента одной команды выступает достаточно большой массив данных. SSE-2 (Streaming SIMD Extensions 2, Потоковые SIMD Расширения 2) -- значительно расширенная версия набора SSE, знакомого нам по Pentium III Coppermine. Набор SSE-2 включает в себя 144 новые инструкции, специально ориентированные на обработку больших входящих потоков данных. Использование SSE-2, по заявлениям Intel, способно поднять на невиданные доселе высоты производительность в мультимедиа-приложениях и играх -- кодирование/декодирование аудио- и видеоданных, распознавание речи, трехмерные компьютерные игры -- вот область применения новых команд. Основной упор делается на то, что теперь многие операции, ранее требовавшие написания целого фрагмента программы, могут быть осуществлены с помощью одной-двух инструкций SSE-2.

Платформа для Pentium 4

Естественно, процессор с таким количеством архитектурных новшеств требовал и принципиально новой платформы. Ее роль на данный момент выполняет новый чипсет Intel i850. Основным моментом, который хотелось бы отметить, является организация работы с памятью в рамках всей связки Pentium 4 <--> i850. Высокоскоростная 400-мегагерцевая RDRAM связана с чипсетом через двухканальную шину, разрядность каждого канала -- 32 бита. Таким образом, в сумме имеем 64 бита и частоту 400 MHz, т. е. пропускную способность порядка 3,2 GBps. Дальше -- больше: полоса пропускания шины FSB, по которой процессор "общается" с чипсетом, также эквивалентна 400 MHz! А учитывая, что сам процессор -- 64-битовый, мы видим, что фактически шина, соединяющая процессор и чипсет, имеет такую же пропускную способность, как шина, соединяющая чипсет с памятью! И опять-таки хочется заметить, что при всей революционности подходов выглядит новая архитектура Intel весьма стройно -- в ней действительно все строго ориентировано на основные приоритеты Pentium 4: потоковое видео и аудио, Internet, мультимедиа, игры.

Системная шина

При все возрастающей производительности процессоров и подсистемы памяти, увеличение скорости уже достаточно пожилой системной шины GTL+ за последний год всего лишь на 33 МГц выглядит не слишком впечатляюще. Поэтому неудивительно, что с выходом Willamette Intel вводит новую системную шину, которая должна значительно повысить пропускную способность. Эта системная шина имеет 128-битные линии с 64-битным доступом, к примеру, у процессоров предыдущих поколений были 32-битные линии. А ее тактовая частота - всего 100 МГц, то есть даже ниже, чем у сегодняшней 133 МГц GTL+, но за счет передачи 4 пакетов за такт, эффективная частота возрастает до 400 МГц.

Таким образом плюсы новой шины очевидны: значительно выросшая пропускная способность - 3.2 Гб/с (400 МГц, 64 бит) против 1.064 Гб/с у сегодняшней GTL+ (133 МГц, 32 бит) и против 1.6 Гб/с у системной шины EV6 под Athlon (200 МГц, 64-бит).

А вот минусы получились замаскированными. 4 пакета данных за один такт - это, конечно, здорово, но только в том случае, когда удастся их предоставить к моменту выполнения очередного такта. Иначе пропускная способность шины будет использоваться далеко не полностью. В общем, 3.2 Гб/с - это максимум, на что мы можем рассчитывать. К тому же, использование новой шины требует применения нового чипсета, что также плюсом назвать достаточно трудно.