Der Pentium (auch i586 oder P5 Pentium genannt ) ist ein Mikroprozessor, der von Intel am 22. März 1993 vorgestellt wurde. Er ist die erste CPU der Marke Pentium . [ 4 ] [ 5 ] Als fünfte Generation der x86 -kompatiblen Prozessoren [ 6 ] und Nachfolger des i486 wurde seine Implementierung und Mikroarchitektur intern als P5 bezeichnet .

Wie der Intel i486 ist auch der Pentium befehlssatzkompatibel mit dem 32-Bit -i386 . Er verwendet eine sehr ähnliche Mikroarchitektur wie der i486, wurde jedoch so weit erweitert, dass er über eine duale Integer- Pipeline sowie eine fortschrittlichere Gleitkommaeinheit (FPU) verfügt, die zehnmal schneller als ihr Vorgänger sein soll. [ 7 ]

Der Pentium wurde im November 1995 vom P6 -basierten Pentium Pro abgelöst . Im Oktober 1996 wurde der Pentium MMX [ 8 ] eingeführt, der die gleiche grundlegende Mikroarchitektur des ursprünglichen Pentium um den MMX-Befehlssatz , größere Caches und einige weitere Verbesserungen ergänzte.

Intel discontinued the original Pentium (P5) processors, which were sold as a lower-cost option after the Pentium II's release in 1997. The Pentium line was gradually replaced by the Celeron processor, which also took over the role formerly held by the i486 (which were sold until 1998). New models continued to be introduced until July 1999.[1]

Overview

The P5 Pentium is the first superscalarx86 processor, meaning that it was often able to execute two instructions at the same time.[9] Some techniques used to implement this were based on the earlier superscalar Intel i960 CA (1989), while other details were invented exclusively for the P5 design. Large parts were also copied from the i386 or i486, especially the strategies used to cope with the complicated x86 encodings in a pipelined fashion.[10] Just like the i486, the Pentium used both an optimized microcode system and RISC-like techniques, depending on the particular instruction, or part of instruction. The dual integer pipeline design is something that had been argued being impossible to implement for a CISC instruction set, by certain academics and RISC competitors.

Other central features include a redesigned and significantly faster floating-point unit, a wide 64-bit burst-mode data bus (external as well as internal), separate code and data caches, and many other techniques and features to enhance performance. It contains 256-bit internal data buses and write-back caches.[11] It does contain System Management Mode that has been implemented since the Intel's SL architecture.[12]

The 66 MHz Pentium processor operates at 112 V1.1 Dhrystone MIPS and has SPECint92 rating of 64.5, a SPECfp92 rating of 56.9 and an iCOMP index rating of 567. The performance difference between 60- and 66-MHz version is about 10%.[13]

The P5 also has better support for multiprocessing compared to the i486 and is the first x86 CPU with hardware support for it, similar to IBM mainframe computers. Intel worked with IBM to define this ability and also designed it into the P5 microarchitecture. This ability was absent in prior x86 generations and x86 processors from competitors.

Um das volle Potenzial der Dual-Pipelines auszuschöpfen, wurden bestimmte Compiler optimiert, um die Parallelverarbeitung auf Befehlsebene besser zu nutzen. Allerdings profitierten nicht alle Anwendungen wesentlich von einer Neukompilierung. Die schnellere FPU verbesserte die Gleitkommaleistung im Vergleich zum i486 oder i387 jedoch stets deutlich. Intel investierte Ressourcen in die Zusammenarbeit mit Anbietern von Entwicklungswerkzeugen, unabhängigen Softwareanbietern und Betriebssystemherstellern , um seine Produkte zu optimieren.

Zu den Konkurrenten zählten der superskalare PowerPC 601 (1993), SuperSPARC (1992), DEC Alpha 21064 (1992), AMD 29050 (1990), Motorola MC88110 (1991) und Motorola 68060 (1994), von denen die meisten ebenfalls eine superskalare In-Order-Dual-Instruction-Pipeline-Konfiguration verwendeten, sowie der nicht-superskalare Motorola 68040 (1990) und MIPS R4000 (1991).

Etymologie

Der Name „Pentium“ leitet sich ursprünglich vom griechischen Wort pente ( πέντε ) ab, was „fünf“ bedeutet und sich auf die frühere numerische Namenskonvention der Intel 80x86-Prozessoren (8086–80486) bezieht. Mit der lateinischen Endung -ium , da der Prozessor nach dieser Konvention sonst 80586 genannt worden wäre.

Entwicklung

Intel Pentium A80501 66 MHz SX950 Chip-Bild

Die P5-Mikroarchitektur wurde vom selben Team der Santa Clara University entwickelt, das auch die Prozessoren 386 und 486 entworfen hatte. [ 14 ] Die Entwicklungsarbeiten begannen im Juni 1989; [ 15 ] 1988 entschied sich das Team für eine superskalare RISC-Architektur, die eine Konvergenz der RISC- und CISC-Technologie darstellen sollte, [ 16 ] mit On-Chip-Cache, Gleitkommaarithmetik und Sprungvorhersage. [ 17 ] Vinod Dham, damals Vizepräsident der Mikroprozessor-Produktgruppe und General Manager der Mikroprozessor-Abteilung 5/7, hatte die Idee, diese RISC-Technologie in die bestehende x86-Architektur zu integrieren, um auf dem Markt konkurrenzfähig zu sein. [ 18 ] Ihr Leistungsziel war eine drei- bis fünffache Steigerung der FPU-Leistung gegenüber der bestehenden Intel 486-CPU. [ 19 ] Der erste Entwurf wurde 1990 erfolgreich simuliert, gefolgt vom Layout . Zu diesem Zeitpunkt bestand das Team aus mehreren Dutzend Ingenieuren. Für die Vorab-Verifizierungstests, die das Starten und Ausführen gängiger Betriebssysteme und zahlreicher Anwendungen umfassten, waren rund 100 Millionen Taktzyklen erforderlich. Zur Durchführung des Vorab-Simulationsprogramms musste die Software von Quickturn Systems Inc. verwendet werden, die 30.000-mal schneller war als die bisherige Methode. [ 20 ] Ende 1990 stellte man fest, dass die geplante Funktion nicht auf den Chip passte. Daher musste die Schaltung verkleinert werden, um das gewünschte Design ohne Leistungseinbußen zu realisieren. Im Frühjahr 1991 wurde der Chip erneut verkleinert, bis Dham mit Größe und Funktion zufrieden war, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Ein Ingenieurteam führte Hunderte von Tests durch, um die entworfenen Funktionen zu validieren, und testete 5000 verschiedene Variablen. Von den 14 untersuchten Leiterplatten und Kabeln wurden nur wenige Fehler gefunden, wobei alle verfügbaren Betriebssysteme, einschließlich der Entwicklungsversionen, verwendet wurden. [ 21 ] Im Februar 1992 wurde das Design fertiggestellt , der Prozess war im April 1992 abgeschlossen, woraufhin die Beta-Tests begannen. [ 22 ] [ 23 ] In den folgenden Monaten wurde das Design an Intels Maskenabteilung weitergeleitet, die es in ein Maskenlayout für die Fertigung in der Fabrik Fab 5 in Oregon umwandelte. [ 24 ] Mitte 1992 umfasste das P5-Team 200 Ingenieure. [ 15 ] : 89 Intel plante ursprünglich, den P5 im Juni 1992 auf der Fachmesse PC Expo vorzuführen und den Prozessor im September 1992 offiziell anzukündigen. [ 25 ] Aufgrund von Designproblemen musste die Vorführung jedoch abgesagt werden, und die offizielle Markteinführung des Chips verzögerte sich bis zum Frühjahr 1993. [ 26 ] [ 27 ] Die ersten Computersysteme mit dem Pentium erschienen im Sommer 1993, darunter die Workstation Evolution V von Advanced Logic Research , die in der ersten Juliwoche 1993 auf den Markt kam. [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]

John H. Crawford , Chefarchitekt des ursprünglichen 386, leitete gemeinsam mit Donald Alpert , der das Architektenteam leitete, die Planung des P5 [ 31 ] . Dror Avnon leitete die Planung des FPU [ 32 ] . Vinod K. Dham war Generalmanager der P5-Gruppe [ 15 ] : 90

Intels Larrabee- Multicore-Architekturprojekt verwendet einen vom P5-Kern abgeleiteten Prozessorkern (P54C), der um Multithreading , 64-Bit-Befehle und eine 16 Byte breite Vektorverarbeitungseinheit erweitert wurde . [ 33 ] Intels energieeffiziente Bonnell-Mikroarchitektur, die in frühen Atom- Prozessorkernen zum Einsatz kam, verwendet ebenfalls eine In-Order-Dual-Pipeline, ähnlich dem P5. [ 34 ]

Intel verwendete die Bezeichnung Pentium anstelle von 586, da das Unternehmen 1991 einen Markenstreit um die Marke „386“ verloren hatte, weil ein Richter entschied, dass die Zahl eine Gattungsbezeichnung sei . Intel beauftragte daraufhin Lexicon Branding mit der Entwicklung eines neuen, nicht-numerischen Namens. [ 35 ]

Verbesserungen gegenüber dem i486

Die P5-Mikroarchitektur bringt gegenüber der vorherigen i486-Architektur mehrere wichtige Fortschritte.

  • Leistung :
    • Superskalare Architektur – Der Pentium verfügt über zwei Datenpfade (Pipelines), die es ihm ermöglichen, in vielen Fällen zwei Befehle pro Taktzyklus auszuführen. Die Hauptpipeline (U) kann beliebige Befehle verarbeiten, während die zweite (V) die gängigsten einfachen Befehle verarbeitet. Der erste Befehl wird an die U-Pipeline, der nächste an die V-Pipeline weitergeleitet. Beide Pipelines enthalten eine eigene ALU , eine Adressgenerierungsschaltung und eine Schnittstelle zum Datencache. [ 36 ] Einige Befürworter von RISC ( Reduced Instruction Set Computer ) argumentierten, dass der „komplizierte“ x86-Befehlssatz wahrscheinlich nie durch eine eng pipelinede Mikroarchitektur , geschweige denn durch ein Dual-Pipeline-Design, implementiert werden könne. Der 486 und der Pentium zeigten jedoch, dass dies durchaus möglich und machbar war.
    • Der externe 64-Bit -Datenbus im Burst-Modus verdoppelt die Menge der pro Speicherzugriff lesbaren oder schreibbaren Informationen und ermöglicht dem Pentium somit ein schnelleres Laden seines Code-Caches als dem 80486. Zudem beschleunigt er den Zugriff und die Speicherung von 64-Bit- und 80-Bit- Daten der x87- FPU . Intern verarbeitet diese CPU die Daten mit einer Breite von 32 Bit. Die externen Daten zum Speicher sind 64 Bit breit, wodurch sich die in einem Buszyklus übertragene Datenmenge verdoppelt. Es gibt verschiedene Buszyklustypen, darunter den Burst-Modus, der ebenfalls 256-Bit-Datenabschnitte in einem Buszyklus in den Datencache lädt. Mit dieser Datenbreite können bis zu 528 MByte pro Sekunde vom und zum Speicher übertragen werden. Diese Rate ist dreimal so hoch wie die maximale Übertragungsrate der 50-MHz-Intel486-DX-CPU. [ 37 ]
    • Die Trennung von Code und Daten in den beiden 8-KByte-On-Chip-Caches [ 38 ] verringert die Lese-/Schreibkonflikte beim Abrufen und bei Operanden im Vergleich zum 486. Ein Cache-Satz dient der Befehlsverwaltung, der andere der Datenverwaltung. [ 39 ] Um Zugriffszeit und Implementierungskosten zu reduzieren, sind beide Caches 2-fach assoziativ , anstatt des einzelnen 4-fachen Caches des 486. Die 64-Bit-Breite wird durch jeweils zwei 32-Byte-Zeilen des Caches an die Burstlänge von vier Chucks angepasst. Dieses Cache-Management entspricht dem MESI -Protokoll für Cache-Konsistenz. [ 40 ] Eine weitere Verbesserung des Pentium ist die Möglichkeit, einen zusammenhängenden Block aus dem Code-Cache zu lesen, selbst wenn dieser auf zwei Cache-Zeilen verteilt ist (mindestens 17 Byte im ungünstigsten Fall).
    • Deutlich schnellere Gleitkommaeinheit . Diese Komponente verfügt über eine achtstufige Pipeline, die in jedem Taktzyklus mindestens eine Gleitkommaoperation ausführt. Die ersten vier Stufen dieser Pipeline verarbeiten die Ganzzahlkomponenten, die letzten vier Stufen umfassen eine zweistufige Gleitkommaoperation, das Runden und Schreiben des Ergebnisses in die Registerdatei sowie die Fehlerberichterstattung. Diese Einheit besitzt außerdem neue Algorithmen, die die Geschwindigkeit dieser häufigen Operationen im Vergleich zur Vorgänger-CPU um den Faktor drei erhöhen. [ 41 ] Einige Befehle zeigten eine enorme Verbesserung, insbesondere FMUL, mit einem bis zu 15-fach höheren Durchsatz als in der 80486-FPU. Der Pentium kann zudem einen FXCH-ST(x)-Befehl parallel zu einem gewöhnlichen (arithmetischen oder Lade-/Speicher-)FPU-Befehl ausführen.
    • Vier-Eingangs-Adressaddierer ermöglichen dem Pentium eine weitere Reduzierung der Adressberechnungslatenz im Vergleich zum 80486. Der Pentium kann vollständige Adressierungsmodi mit Segmentbasis + Basisregister + skaliertem Register + unmittelbarem Offset in einem einzigen Taktzyklus berechnen; der 486 verfügt nur über einen Drei-Eingangs-Adressaddierer und muss solche Berechnungen daher auf zwei Taktzyklen aufteilen.
    • Der Mikrocode kann beide Pipelines nutzen, um automatisch wiederholende Befehle wie REP MOVSW in jedem Taktzyklus einmal auszuführen, während der 80486 drei Taktzyklen pro Iteration benötigte (und die frühen x86-Chips deutlich mehr als der 486). Die Optimierung des Zugriffs auf die ersten Mikrocode-Wörter während der Dekodierungsphasen trägt außerdem dazu bei, dass mehrere häufige Befehle deutlich schneller ausgeführt werden, insbesondere in ihren gängigsten Formen und typischen Anwendungsfällen. Beispiele hierfür sind (486→Pentium, in Taktzyklen): CALL (3→1), RET (5→2), Schiebe-/Rotationsoperationen (2–3→1).
    • Ein schnellerer, vollständig hardwarebasierter Multiplizierer macht Befehle wie MUL und IMUL um ein Vielfaches schneller (und besser vorhersagbar) als beim 80486; die Ausführungszeit wird von 13 bis 42 Taktzyklen auf 10–11 für 32-Bit-Operanden reduziert.
    • Virtualisierte Interrupts zur Beschleunigung des virtuellen 8086-Modus .
    • Dynamische Sprungvorhersage mittels Sprungzielpuffer -Methode mit kleinem Cache-Block. Die Benchmark-Methode „ Sieb des Eratosthenes“ benötigt auf der Intel486-CPU sechs Taktzyklen, auf dieser CPU hingegen nur zwei. [ 42 ]
  • Weitere Merkmale :
    • Erweiterte Debug-Funktionen durch die Einführung des prozessorbasierten Debug-Ports (siehe Pentium Processor Debugging im Entwicklerhandbuch, Band 1).
    • Erweiterte Selbsttestfunktionen wie die Paritätsprüfung des L1-Caches (siehe Cache-Struktur im Entwicklerhandbuch, Band 1). Weitere integrierte Funktionen umfassen eine IEEE 1149.1- konforme Zugriffsarchitektur zum Testen der externen Konnektivität zur CPU und einen Probe-Modus für den Zugriff auf die softwareseitig sichtbaren Register und den Prozessorstatus. [ 43 ]
    • Neue Befehle: CPUID, CMPXCHG8B, RDTSC, RDMSR, WRMSR, RSM.
    • Die Testregister TR0–TR7 und die MOV-Anweisungen für den Zugriff darauf wurden entfernt.
  • Der spätere Pentium MMX führte außerdem den MMX-Befehlssatz ein , eine Erweiterung des SIMD -Befehlssatzes ( Single Instruction, Multiple Data ) für einfache Ganzzahlverarbeitung, der speziell für Multimedia- Anwendungen entwickelt wurde. MMX konnte nicht gleichzeitig mit den x87 -FPU-Befehlen verwendet werden, da die Register wiederverwendet wurden (um schnelle Kontextwechsel zu ermöglichen). Wichtigere Verbesserungen waren die Verdopplung der Befehls- und Datencache-Größen sowie einige mikroarchitektonische Änderungen zur Leistungssteigerung.

Der Pentium war für eine Ausführung von über 100 Millionen Befehlen pro Sekunde (MIPS) ausgelegt [ 44 ] , und das 75-MHz-Modell erreichte in bestimmten Benchmarks 126,5 MIPS [ 45 ] . Die Pentium-Architektur bot in gängigen Benchmarks typischerweise knapp die doppelte Leistung eines 486-Prozessors pro Taktzyklus. Die schnellsten 80486-Prozessoren (mit leicht verbesserter Mikroarchitektur und 100-MHz-Takt) waren fast so leistungsstark wie die Pentium-Prozessoren der ersten Generation, und der AMD Am5x86 , der trotz seines Namens eigentlich eine CPU der 486-Klasse ist, war hinsichtlich der reinen ALU-Leistung in etwa mit dem Pentium 75 vergleichbar.

Errata

Die frühen Versionen der 60–66 MHz schnellen P5-Pentium-Prozessoren wiesen einen Fehler in der Gleitkommaeinheit auf, der bei einigen Divisionsoperationen zu falschen (aber vorhersehbaren) Ergebnissen führte. Dieser Fehler, der 1994 von Professor Thomas Nicely am Lynchburg College in Virginia entdeckt wurde, erlangte als Pentium-FDIV-Bug weite Bekanntheit und brachte Intel in Verlegenheit, woraufhin das Unternehmen ein Austauschprogramm für die fehlerhaften Prozessoren einrichtete.

1997 wurde ein weiterer Fehler entdeckt, der es einem Schadprogramm ermöglichte, ein System ohne besondere Berechtigungen zum Absturz zu bringen – der sogenannte „ F00F-Bug “. Alle Prozessoren der P5-Serie waren betroffen, und es wurden keine korrigierten Versionen veröffentlicht. Zeitgenössische Betriebssysteme wurden jedoch mit Workarounds versehen, um Abstürze zu verhindern.

Kerne und Schritte

Der Pentium war Mitte der 1990er-Jahre Intels wichtigster Mikroprozessor für PCs. Das ursprüngliche Design wurde in neueren Fertigungsprozessen neu implementiert und um neue Funktionen erweitert, um seine Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten und spezifische Märkte wie beispielsweise tragbare Computer zu bedienen. Daher entstanden mehrere Varianten der P5-Mikroarchitektur.

P5

Intel Pentium Mikroarchitektur

Der erste Pentium-Mikroprozessorkern trug den Codenamen „P5“. Seine Produktnummer war 80501 (80500 für die früheste Stepping-Version Q0399). Es gab zwei Versionen mit Taktraten von 60 MHz bzw. 66 MHz, die den Sockel 4 nutzten . Diese erste Pentium-Implementierung wurde im 273-Pin-PGA-Formfaktor ausgeliefert und benötigte eine 5-V - Spannungsversorgung (abweichend von den üblichen TTL-Kompatibilitätsanforderungen). Er enthielt 3,1 Millionen Transistoren und hatte Abmessungen von 16,7 mm × 17,6 mm, was einer Fläche von 293,92 mm² entspricht . [ 46 ] Die Fertigung erfolgte in einem 800-nm - BiCMOS -Prozess (Three-Layer Bipolar Complementary Metal–Oxide–Semiconductor ). [ 47 ] [ 48 ] Die 5-V-Auslegung führte im Vergleich zu den nachfolgenden Modellen zu einem relativ hohen Energieverbrauch für die Betriebsfrequenz.

P54C

Intel Pentium P54C Die Shot

Auf den P5 folgte 1994 der P54C (80502), der in Versionen mit 75, 90 oder 100 MHz Taktfrequenz und einer 3,3-Volt-Spannungsversorgung erhältlich war. Dieser Prozessor markierte den Übergang zum Sockel 5 und war der erste Pentium-Prozessor, der mit 3,3 Volt betrieben wurde. Dies reduzierte den Energieverbrauch, erforderte aber eine Spannungsregelung auf den Mainboards. Wie bei den höher getakteten 486-Prozessoren wurde fortan ein interner Taktmultiplikator eingesetzt, um die interne Schaltung mit einer höheren Frequenz als die externen Adress- und Datenbusse arbeiten zu lassen. Eine Erhöhung der externen Frequenz ist aufgrund physikalischer Beschränkungen komplizierter und aufwendiger. Der Prozessor ermöglichte zudem bidirektionales Multiprocessing, verfügte über einen integrierten lokalen APIC und neue Energiemanagementfunktionen. Er wurde in einem BiCMOS-Prozess gefertigt, der aufgrund unterschiedlicher Definitionen sowohl als 500 nm als auch als 600 nm bezeichnet wird. [ 49 ]

P54CQS

Auf den P54C folgte Anfang 1995 der P54CQS mit einer Taktfrequenz von 120 MHz. Er wurde im 350-nm -BiCMOS-Verfahren gefertigt und war der erste kommerzielle Mikroprozessor, der in diesem Verfahren hergestellt wurde. [ 49 ] Seine Transistoranzahl ist identisch mit der des P54C, und trotz des neueren Verfahrens wies er auch die gleiche Chipfläche auf. Der Chip wurde mittels Drahtbonden mit dem Gehäuse verbunden , was Verbindungen nur entlang der Chipkanten zulässt. Ein kleinerer Chip hätte eine Neugestaltung des Gehäuses erfordert, da die Drahtlänge begrenzt ist und die Chipkanten weiter von den Kontaktflächen des Gehäuses entfernt wären. Die Lösung bestand darin, die Chipgröße beizubehalten, den bestehenden Pad-Ring beizubehalten und lediglich die Größe der Logikschaltung des Pentium zu reduzieren, um höhere Taktfrequenzen zu ermöglichen. [ 49 ]

P54CS

Auf den P54CQS folgte rasch der P54CS, der mit 133, 150, 166 und 200 MHz arbeitete und den Sockel 7 einführte . Er enthielt 3,3 Millionen Transistoren, hatte eine Grundfläche von 90 mm² und wurde in einem 350-nm-BiCMOS-Prozess mit vier Verbindungsebenen gefertigt.

P24T

Die P24T Pentium OverDrive-Prozessoren für 486 -Systeme erschienen 1995. Sie basierten auf 3,3-V-Versionen mit 600-nm-Fertigung und einem Takt von 63 oder 83 MHz. Da sie den Sockel 2/3 nutzten, waren einige Modifikationen nötig , um den 32-Bit-Datenbus und den langsameren Onboard-L2-Cache der 486-Motherboards zu kompensieren. Daher waren sie mit einem 32  KB großen L1-Cache ausgestattet (doppelt so groß wie der der Pentium-Prozessoren vor dem P55C).

P55C

Intel Pentium MMX Mikroarchitektur
Pentium MMX 166 MHz ohne Gehäuse

Der P55C (oder 80503) wurde vom Intel-Forschungs- und Entwicklungszentrum in Haifa, Israel, entwickelt . Er wurde als Pentium mit MMX -Technologie (üblicherweise nur Pentium MMX genannt ) vertrieben. Obwohl er auf dem P5-Kern basierte, verfügte er über 57 neue „MMX“-Befehle, die die Leistung bei Multimedia-Aufgaben wie dem Codieren und Decodieren digitaler Mediendaten verbessern sollten. Die Pentium-MMX-Reihe wurde am 22. Oktober 1996 vorgestellt und im Januar 1997 veröffentlicht. [ 50 ]

Die neuen Befehle arbeiteten mit neuen Datentypen: 64-Bit-Vektoren, die entweder acht 8-Bit-Ganzzahlen, vier 16-Bit-Ganzzahlen, zwei 32-Bit-Ganzzahlen oder eine 64-Bit-Ganzzahl enthielten. Der Befehl PADDUSB (Packed ADD Unsigned Saturated Byte) addiert beispielsweise zwei Vektoren mit jeweils acht 8-Bit-Ganzzahlen elementweise. Jede Addition, die einen Überlauf verursachen würde, führt zu einer Sättigung und ergibt 255, den maximalen Wert einer vorzeichenlosen Zahl, der in einem Byte dargestellt werden kann. Diese speziellen Befehle erfordern in der Regel eine besondere Programmierung.

Zu den weiteren Änderungen am Kern gehören eine 6-stufige Pipeline (gegenüber 5 beim P5) mit Rücksprungstapel (erstmals beim Cyrix 6x86) und verbesserter Parallelität, ein verbesserter Befehlsdecoder, ein 16 KB großer L1-Datencache + 16 KB großer L1-Befehlscache mit jeweils 4-facher Assoziativität (gegenüber 8 KB L1-Daten/Befehls-Cache mit 2-facher Assoziativität beim P5), 4 Schreibpuffer, die nun von beiden Pipelines genutzt werden können (gegenüber je einem pro Pipeline beim P5), und eine verbesserte Sprungvorhersage, übernommen vom Pentium Pro [ 51 ] [ 52 ] , mit einem 512-Einträge-Puffer (gegenüber 256 beim P5). [ 53 ]

Es enthielt 4,5 Millionen Transistoren und hatte eine Fläche von 140 mm² . Es wurde in einem 280-nm-CMOS-Prozess mit denselben Metallisierungsabständen wie der vorherige 350-nm-BiCMOS-Prozess gefertigt, weshalb Intel es aufgrund der ähnlichen Transistordichte als „350 nm“ bezeichnete. [ 54 ] Der Prozess verfügt über vier Verbindungsebenen. [ 54 ]

Obwohl der P55C mit Sockel 7 kompatibel blieb , unterscheiden sich die Spannungsanforderungen für die Stromversorgung des Chips von den Standard-Sockel-7-Spezifikationen. Die meisten Mainboards, die vor der Einführung des P55C-Standards für Sockel 7 hergestellt wurden, erfüllen nicht die für den ordnungsgemäßen Betrieb dieser CPU erforderliche Dual-Spannungsschiene (2,8 Volt Kernspannung, 3,3 Volt Eingangs-/Ausgangsspannung ). Intel begegnete diesem Problem mit OverDrive-Upgrade-Kits, die einen Interposer mit eigener Spannungsregelung enthielten.

Tillamook

Die Pentium MMX Notebook-Prozessoren verwendeten ein Mobilmodul , das die CPU aufnahm. Dieses Modul war eine Leiterplatte (PCB), auf der die CPU in kompakter Bauform direkt befestigt war. Das Modul wurde auf das Motherboard des Notebooks aufgesteckt, und üblicherweise war ein Kühlkörper installiert, der Kontakt zum Modul herstellte. Beim 250-nm- Tillamook Mobile Pentium MMX (benannt nach einer Stadt in Oregon ) enthielt das Modul jedoch zusätzlich den 430TX -Chipsatz sowie den 512 KB großen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM) des Systems.

Modelle und Varianten

Pentium und Pentium mit MMX-Technologie
Codename P5 P54C P54C/P54CQS P54CS P55C Tillamook
Produktcode 80501 80502 80503
Prozessgröße 800 nm 600 nm oder 350 nm* 350 nm 350 nm (später 280 nm) 250 nm
Die Fläche ( mm 2 ) 293,92 (16,7 x 17,6 mm) 148 bei 600 nm / 91 (später 83) bei 350 nm 91 (später 83) 141 bei 350 nm / 128 bei 280 nm 94,47 (9,06272 x 10,42416 mm)
Anzahl der Transistoren (in Millionen) 3.10 3.20 3.30 4,50
Buchse Steckdose 4 Steckdose 5/7 Steckdose 7
Paket CPGA /CPGA+IHS CPGA/CPGA+IHS/ TCP * CPGA/TCP* CPGA/TCP* CPGA/ PPGAPPGA TCP* CPGA/PPGA/TCP* PPGA/TCP* TCP/TCP auf MMC-1
Taktfrequenz ( MHz ) 60 66 75 90 100 120 133 150 166 200 120* 133* 150* 166 200 233 166 200 233 266 300
Busgeschwindigkeit ( MHz ) 60 66 50 60 50 66 60 66 60 66 60 66 60 66
Cache-Größe der Ebene 1 8 KB 2-Wege-Satzassoziativer Code-Cache. 8 KB 2-Wege-Satzassoziativer Write-Back-Daten-Cache. 16 KB großer, 4-fach assoziativer Code-Cache. 16 KB großer, 4-fach assoziativer Write-Back-Daten-Cache.
Kernspannung 5.0 5.15 3.3 2,9* 3,3 2,9* 3,3 3,1* 2,9* 3,3 3,1* 2,9* 3,3 3,1* 2,9* 3,3 3,1* 2,9* 3.3 3.3 2,2* 2,45* 2,45* 2,8 2,45* 2.8 2.8 1,9 1,8* 1,8* 1,9 1,8* 1,9 2,0* 2,0*
E/A-Spannung 5.0 5.15 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
TDP (max. W) 14.6 (15.3) 16.0 (17.3) 8,0 (9,5) 6,0* (7,3*) 9,0 (10,6) 7,3* (8,8*) 10,1 (11,7) 8,0 bei 600 nm* (9,8 bei 600 nm*) 5,9 bei 350 nm* (7,6 bei 350 nm*) 12,8 (13,4) 7,1* (8,8*) 11,2 (12,2) 7,9* (9,8*) 11,6 (13,9) 10,0* (12,0*) 14,5 (15,3) 15,5 (16,6) 4,2* 7,8* (11,8*) 8,6* (12,7*) 13,1 (15,7) 9,0* (13,7*) 15,7 (18,9) 17,0 (21,5) 4,5 (7,4) 4,1* (5,4*) 5,0* (6,1*) 5,5* (7,0*) 7,6 (9,2) 7,6* (9,6*) 8,0*
Eingeführt 22.03.1993 10.10.1994 07.03.1994 27.03.1995 12.06.1995 04.01.1996 10.06.1996 20.10.1996 19.05.1997 08.01.1997 02.06.1997 1997-08 1998-01 1999-01
* Ein Sternchen kennzeichnet Chips, die nur als Mobile Pentium oder Mobile Pentium MMX für Laptops erhältlich waren .
Pentium OverDrive mit MMX-Technologie
Codename P54CTB
Produktcode PODPMT60X150 PODPMT66X166 PODPMT60X180 PODPMT66X200
Prozessgröße (nm) 350
Buchse Steckdose 5/7
Paket CPGA mit Kühlkörper, Lüfter und Spannungsregler
Taktfrequenz (MHz) 125 150 166 150 180 200
Busgeschwindigkeit (MHz) 50 60 66 50 60 66
Upgrade für Pentium 75 Pentium 90 Pentium 100 und 133 Pentium 75 Pentium 90, 120 und 150 Pentium 100, 133 und 166
TDP (max. W) 15.6 15.6 15.6 18
Stromspannung 3.3 3.3 3.3 3.3
Eingebettete Versionen von Pentium mit MMX-Technologie
Codename P55C Tillamook
Produktcode FV8050366200 FV8050366233 FV80503CSM66166 GC80503CSM66166 GC80503CS166EXT FV80503CSM66266 GC80503CSM66266
Prozessgröße ( nm ) 350 250
Taktfrequenz ( MHz ) 200 233 166 166 166 266 266
Busgeschwindigkeit ( MHz ) 66 66 66 66 66 66 66
Paket PPGAPPGA PPGA BGABGA PPGA BGA
TDP (max. W) 15.7 17 4,5 4.1 4.1 7.6 7.6
Stromspannung 2.8 2.8 1.9 1.8 1.8 1.9 2.0

Wettbewerber

Nach der Einführung des Pentium kündigten Konkurrenten wie NexGen [ 55 ] , AMD, Cyrix und Texas Instruments 1994 Pentium-kompatible Prozessoren an. [ 56 ] Das CIO-Magazin bezeichnete den Nx586 von NexGen als erste Pentium-kompatible CPU, [ 57 ] während das PC Magazine den Cyrix 6x86 als erste nannte . Darauf folgte der AMD K5 , dessen Markteinführung sich aufgrund von Designschwierigkeiten verzögerte. AMD kaufte später NexGen auf, um den AMD K6 mitzuentwickeln , und Cyrix wurde von National Semiconductor übernommen . [ 58 ] Spätere Prozessoren von AMD und Intel sind weiterhin mit dem ursprünglichen Pentium kompatibel.

Liste

Siehe auch

Referenzen

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Intel-Datenblätter

Intel-Handbücher

Diese offiziellen Handbücher bieten einen Überblick über den Pentium-Prozessor und seine Funktionen:

  • Entwicklerhandbuch zur Pentium-Prozessorfamilie Pentium-Prozessor (Band 1) (Intel-Bestellnummer 241428)
  • Entwicklerhandbuch für die Pentium-Prozessorfamilie, Band 2: Befehlssatzreferenz (Intel-Bestellnummer 243191)
  • Entwicklerhandbuch für die Pentium-Prozessorfamilie, Band 3: Architektur- und Programmierhandbuch (Intel-Bestellnummer 241430)