Μικροαρχιτεκτονική P6

Η μικροαρχιτεκτονική P6 είναι μια μικροαρχιτεκτονική των επεξεργαστών της οικογένειας Intel x86. Πρόκειται για μια μικροαρχιτεκτονική 6ης γενιάς, η οποία υλοποιήθηκε με την κατασκευή του επεξεργαστή Pentium Pro τον Νοέμβριο του 1995. Αναφέρεται και ως i686, ενώ την διαδέχθηκε το 2000 η μικροαρχιτεκτονική NetBurst, αλλά αναγεννήθηκε στη σειρά επεξεργαστών Pentium M. Οι επεξεργαστές Pentium M, οι οποίοι κατασκευάστηκαν με την μικροαρχιτεκτονική P6, διαδέχθηκαν από την μικροαρχιτεκτονική Core.

Από τον Pentium Pro στον Pentium III

Η πρώτη υλοποίηση του πυρήνα P6 ήταν ο επεξεργαστής Pentium Pro το 1995, ο οποίος ήταν και ο άμεσος διάδοχος της πρωτότυπης σχεδίασης των Pentium (P5). Μερικές καινοτομίες του πυρήνα P6 ήταν :

• "Σούπερ"-διοχέτευση, τα στάδια της οποίας αυξήθηκαν από 5 σε 14 στον Pentium Pro, και διαμορφώθηκαν τελικά σε 10 στον Pentium III ενώ ο Pentium M είχε 14 στάδια διοχέτευσης των εντολών.
• Διευρυμένος δίαυλος διευθύνσεων στα 36-μπιτ ενώ για πρώτη φορά ενσωματώθηκε η τεχνολογία Επέκταση της Φυσικής Μνήμης(Ε.Φ.Μ) έτσι ώστε να υποστηρίζονται μέχρι και 64 GB φυσικής μνήμης (ο γραμμικός χώρος διευθύνσεων μιας διαδικασίας ήταν ακόμα περιορισμένος μέχρι τα 4 GB).
• Μετονομασία των καταχωρητών, γεγονός που επέτρεψε την αποτελεσματικότερη εκτέλεση πολλαπλών οδηγιών κατά τη διοχέτευση.

Η μικροαρχιτεκτονική P6 είχε κύκλο ζωής 3 γενιών, από τον Pentium Pro μέχρι και τον Pentium III, και έγινα ευρύτατα γνωστός για την χαμηλή του κατανάλωση, τις άριστες επιδόσεις(για την εποχή του) και τον σχετικό μεγάλο αριθμό εντολών ανά κύκλο. Όταν επινοήθηκε η νέα μικροαρχιτεκτονική NetBurst (P68), αρχικά με τον πυρήνα Willamette, οι επεξεργαστές με τον πυρήνα P6 εγκαταλείφθηκαν αμέσως.

Αναγέννηση της μικροαρχιτεκτονικής στους επεξεργαστές Pentium M (Banias και Dothan)

Κατόπιν της κυκλοφορίας των Pentium 4-M και Mobile Pentium 4, έγινε γρήγορα αντιληπτό ότι οι νέοι φορητοί NetBurst επεξεργαστές δεν ήταν ιδανικοί για τους φορητούς υπολογιστές. Οι επεξεργαστές με την μικροαρχιτεκτονική NetBurst δεν ήταν τόσο αποδοτικοί ανά κύκλο ρολογιού ή ανά βατ κατανάλωσης, σε σύγκριση με τους προκατόχους τους (P6). Οι φορητοί Mobile Pentium 4 λειτουργούσαν σε πολύ μεγαλύτερες θερμοκρασίες απ 'ότι οι φορητοί Pentium III-M, και στην ουσία δεν προσέφεραν καμία σημαντική αύξηση επιδόσεων. Αυτή η αναποτελεσματικότητα επηρέασε όχι μόνο τη πολυπλοκότητα του συστήματος ψύξης, αλλά και της διάρκειας ζωής της μπαταρίας, ένα θέμα που ήταν και παραμένει ζωτικής σημασίας στα φορητά συστήματα. Συνειδητοποιώντας ότι η νεα μικρο-αρχιτεκτονική τους δεν ήταν και η καλύτερη επιλογή στον χώρο των φορητών συστημάτων, οι μηχανικοί της Intel επέστρεψαν στον σχεδιασμό ενός προϊόντος για αυτή την κατηγορία. Το αποτέλεσμα ήταν ένα υβρίδιο, ενός εκσυγχρονισμένου σχεδιασμού της μικροαρχιτεκτονικής P6 που ονομάστηκε Pentium M:

Επισκόπηση Σχεδίασης

• Με τον πυρήνα Banias, η Intel υιοθέτησε το FSB στα 400 ΜΗz, που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στους επεξεργαστές Pentium 4. Ο πυρήνας Dothan είχε FSB στα 533 ΜΗz, ακολουθώντας την εξέλιξη των Pentium 4.
• Μεγαλύτερη κρυφή μνήμη επιπέδου 2 (L2 cache). Αρχικά ήταν χωρητικότητας 1MB στον πυρήνα Banias, και στη συνέχεια αυξήθηκε σε 2MB στο πυρήνα Dothan. Δυναμική ενεργοποίηση κρυφής μνήμης κατά την επαναφορά από καταστάσεις αδράνειας.
• Υποστήριξη SSE2.
• 12 έως 14 στάδια διοχέτευσης εντολών για την επίτευξη μεγαλύτερων συχνοτήτων λειτουργίας από τους Pentium III-M.
• Εξειδικευμένοι καταχωρητές για τη διαχείριση των στοιβών.
• Προσθήκη του γενικού ιστορικού σε ειδικούς πίνακες.

Ο επεξεργαστής Pentium M ήταν ο πιο αποδοτικός x86 επεξεργαστής για φορητούς υπολογιστές για αρκετά χρόνια, με μέγιστη κατανάλωση τα 27 βατ στο μέγιστο φόρτο και 4-5 βατ σε κανονική κατάσταση. Η επεξεργαστική αποδοτικότητα αυτών των επεξεργαστών τους επέτρεψαν να ανταγωνιστούν τους Mobile Pentium 4 σε συχνότητες πάνω του 1 GHz εξοπλισμένοι με πολύ περισσότερη μνήμη και μεγαλύτερο εύρος ζώνης διαύλου.

Intel Core (Yonah)

Ο επεξεργαστής Yonah δόθηκε προς πώληση τον Γενάρη του 2006 με την επωνυμία Intel Core. Μονοπύρηνες και διπύρηνες εκδόσεις του, πουλήθηκαν με την επωνυμία Core Solo και Core Duo αντίστοιχα (o Core Solo ήταν ένας Core Duo με απενεργοποιημένο τον ένα πυρήνα). Οι εν λόγω επεξεργαστές συμπλήρωσαν τις ατέλειες των Pentium M, ενσωματώνοντας τα παρακάτω (στην μικρο-αρχιτεκτονική P6) :

• Υποστήριξη SSE3
• Τεχνολογία μονού και διπλού πυρήνα με κοινή κρυφή μνήμη επιπέδου 2
• Αύξηση της συχνότητας του FSB, σε ταχύτητες 533 ΜΗz ή 667 MHz
• 12 στάδια διοχέτευσης των εντολών

Intel Core 2

Οι επεξεργαστές Intel Core 2, που πρωτοεμφανίστηκαν στις 27 Ιουλίου 2006, είναι βασισμένοι στην μικροαρχιτεκτονική Core, μακρινός συγγενής της μικροαρχιτεκτονικής P6. Τα διπύρηνα μοντέλα επονομάστηκαν Core 2 Duo ενώ τα μονοπύρηνα μοντέλα πήραν την επωνυμία Core 2 Solo. Η τετραπύρηνη έκδοση προστέθηκε τον Γενάρη του 2007 με την επωνυμία Core 2 Quad ενώ προστέθηκε και ένα μοντέλο για τους ενθουσιώδεις χρήστες με την επωνυμία Core 2 Extreme. Οι Core 2 Quad χρησιμοποιούν μια ειδική διάταξη για την συνένωση πολλαπλών τσιπ(στην ουσία 2 διπύρηνα τσιπ ηλεκτρικά ενωμένοι μεταξύ τους) ενώ οι Core 2 Duo έχουν μονολιθική σχεδίαση(και οι 2 πυρήνες βρίσκονται στην ίδια επιφάνεια). Ο Core 2 Solo είναι ένας Core 2 Duo με τον ένα πυρήνα απενεργοποιημένο(ή και κατεστραμμένο) και έτσι δεν έχει κάποιο αντίστοιχο μοντέλο για τους σταθερούς υπολογιστές. Η σειρά Core 2 ήταν και η τελευταία σειρά μαζικής παραγωγής επεξεργαστών που κάνουν χρήση του FSB. Τα νέα μοντέλα των επεξεργαστών, μικροαρχιτεκτονικής Nehalem όπως και οποιαδήποτε νέα, κάνουν χρήση δύο νέων διαύλων, (ανάλογα με το μοντέλο)του QPI ή του DMI. Οι βελτιώσεις των Core 2 σε σχέση με τους Core ήταν :

• 14 στάδια διοχέτευσης των εντολών για την επίτευξη μεγαλύτερων συχνοτήτων λειτουργίας από τους προκατόχους τους.
• Υποστήριξη SSSE3 για όλα τα μοντέλα και υποστήριξη SSSE4.1 για όλα τα μοντέλα των Core 2 που κατασκευάζονταν με τη λιθογραφία των 45 νανομέτρων.
• Προσθήκη συνόλου εντολών 64-μπιτ (x86-64), επιτρέποντας σε όλους τους επεξεργαστές Core 2 να τρέχουν 64μπιτες εφαρμογές.
• Αύξηση της συχνότητας του FSB, με ταχύτητες από 533 ΜΗz μέχρι 1600 ΜΗz.
• Αύξηση της κρυφής μνήμης επιπέδου 2, με τη μνήμη αυτή να κυμαίνεται από 1 ΜΒ μέχρι 12 ΜΒ (οι πυρήνες των Core 2 Duo χρησιμοποιούν τη μνήμη αυτή από κοινού ενώ στους Core 2 Quad η μνήμη αυτή μοιράζεται εξ ημισείας σε κάθε τσιπ)
• Μερικές φορητές εκδόσεις των Core 2 Duo υποστηρίζουν μια τεχνολογία, με την οποία ο δίαυλος FSB λειτουργεί στη μισή από την κανονική του συχνότητα, με αποτέλεσμα η ταχύτητα του επεξεργαστή να μειώνεται στο μισό (Dynamic Front Side Bus Throttling και Super Low Frequency Mode). Αυτή η τεχνική επιτρέπει στον επεξεργαστή να καταναλώνει λιγότερη ενέργεια, αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
• Μερικές φορητές εκδόσεις των Core 2 Duo υποστηρίζουν μια τεχνολογία με την οποία γίνεται αυτόματα ένας μικρός υπερχρονισμός του ενός πυρήνα, ενώ απενεργοποιείται ο άλλος. Η ίδια τεχνολογία ενσωματώνεται και στα φορητά μοντέλα των Core 2 Quad με τους 2 πυρήνες να απενεργοποιούνται ενώ οι άλλοι δύο υπερχρονίζονται. Αυτό συμβαίνει αυτόματα όταν ο επεξεργαστής χρησιμοποιεί μόνο τον 1 ή τους 2 πυρήνες για να τρέξει ορισμένα προγράμματα. Για τον υπερχρονισμό του, ο επεξεργαστής αυτόματα ανεβάζει τον πολλαπλασιαστή του κατά 1 μονάδα.

Επεξεργαστές βασισμένοι στην P6

• Celeron
• Pentium Pro
• Pentium II Overdrive
• Pentium II
• Pentium II Xeon
• Pentium III
• Pentium III Xeon

Παράγωγα των Banias/Dothan

• Celeron M
• Pentium M

Παράγωγα του Yonah

• Celeron M 400
• Core Solo/Duo
• Pentium Dual Core T2060/T2080/T2130
• Xeon LV/ULV

Παρ όλο που οι παραπάνω επεξεργαστές τεχνικά αποτελούν παράγωγα του Pentium Pro, επήλθαν ριζικές αλλαγές από τον αρχική υλοποίηση.

Δείτε Επίσης

• Μικροαρχιτεκτονική Core