Говоря об архитектуре микропроцессоров,...
Таблица. Развитие системы команд процессоров архитектуры Intel
Pentium III идет на смену Pentium II

Говоря об архитектуре микропроцессоров,...

Говоря об архитектуре микропроцессоров, обычно подразумевают двr основых ее характеристики: внешнего логического интерфейса, представленного системой команд, доступных программисту, и физической реализацией микросхемы, которая включая и ее аппаратный разъем. Именно последнее понятие обычно соответствует термину "поколение" процессора.

На примере истории процессоров семейства x86 (или Intel и компании — AMD, Cyrix) легко увидеть, что модификация системы команд идет строго путем добавления новых инструкций. Этот момент представляется очень важным, учитывая то, что обеспечить поддерржку некоторых старых команд при модификации внутренней структуры микросхемы бывает порой не так-то просто. И еще несколько лет назад Intel подвергался серьезной критике за то, что многие ресурсы ее чипов тратятся вхолостую на поддержку явных рудиментов. Тем не менее развитие событий показало, что для успешного продвижения микропроцессров, обеспечение 100-процентной совместимости с уже созданным ПО гораздо важнее возможного выигрыша в аппаратном плане при отказе от некоторых команд.

В 1999 г. одним из ключевых направлений развития процессоров Intel семейства Pentium II станет переход на расширенную систему команд Katmai (продукты корпорации обязаны своими кодовыми именами названиям горных вершин в США). Это название соответствует кодовому имени первого процессора новой архитектурной линии, который должен появиться в первом квартале следующего года на смену сегодняшнего Pentium II. Модификация системы команд процессоров x86 выполняется всего в третий раз двадцатилетнюю историю существования этого семейства и уже это указывает на значимость предстоящего события, которое было в центре внимания прошедшей в сентябре конференции Intel Developer Forum (см. "Модус" 19/98, с. 14).

Повышенное внимание к переходу у новой системе команд со стороны Intel определяется в значительной степени тем, что ее успех на рынке полностью зависит от внешних факторов — поддержки сообщества разработчиков ПО. (Смену поколений процессоров на уровне физического разъема корпорация сама может поддержать, выпуская собственный чипсеты и материнские платы). В свою очередь особый интерес компьютерной индустрии к этому событию объясняется тем, что в прошедшем мае AMD реализовала собственный вариант дополнения существовавшего с 1997 г. стандарта de-facto — набор команд 3DNow! Таким образом, учитывая несовместимость между собой расширений 3DNow! и Katmai, сегодня можно говорить о реальности перспективы разделения некогда единого семейства x86 на две несовместимые на программном уровне архитектурные линии.

Перспективы такого "независимого" развития для AMD представляются не очень оптимистичными. Ведь ее стратегия деятельности всегда основывалась на следовании в фарватере "старшего брата", и всем понятно, что "ведущий и ведомый" — это два совершенно разных амплуа и финансовые затраты. В этом плане в новом году ситуация должна, конечно, проясниться: где просто слова, а где — реалии. Так что вернемся к Katmai.

Дополнительные 70 команд архитектуры Katmai можно разделить на три группы: новый набор команд SIMD-FP, дополнительные MMX-команды и команды оптимизации управления потоковым обменом данными с памятью.

Появление SIMD-FP команд (Single Instruction Multiple Data — обработка нескольких порций информации одной командой, FP — данные с плавающей запятой) связано с задачей повышения производительности при решении задач трехмерной графики. В целом SIMD-FP является механизмом параллельной обработки информации аналогичным технологии MMX (в последнем случае речь шла о целочисленных данных) и в Katmai этот набор полностью покрывает функциональность 3DNow!.

Принципиальным же отличием Katmai является появление в нем дополнительного блока из восьми 128-разрядных регистров для SIMD-FP команд, что позволяет параллельно обрабатывать 4 вещественных числа. Напомним, что MMX-инструкции (а также 3DNow!) используют давно существующий набор 64-разрядных регистров, где хранятся данные для обычных FP-команд. Результатом такого совместного использования ресурсов являются известные проблемы при смешанном применении MMX и FP команд, что, в частности, влечет необходимость MMX-программирования только на уровне ассемблера.

Собственный буфер памяти обеспечивает возможность совершенно независимой работы SIMD-FP и всех других команд процессора, что снижает издержки на время переключения между инструкциями разного типа и позволяет использовать языки высокого уровня при программировании. Интересным новшеством SIND-FP является также возможность автоматического отлеживания ситуаций с исчезновением порядка чисел (автоматическое обнуление очень малых величин), что часто бывает при работе с 3D-графикой.

Новые мультимедиа-команды просто расширяют состав уже существующего набора MMX-инструкций, в котором теперь появились операции для двух аргументов: вычисления минимума, максимума, среднего значение, модуля разности и др.

Интересным новшеством Katmai является набор команд, который позволят оптимизировать процесс обмена данными между процессором и памятью на программном уровне (Memory Streaming Architecture, SMA — архитектура потокового обмена данными с памятью).

В системной шине P6 изначально была реализована возможность передавать за раз четыре (с возможностью расширения в будущем до восьми) отдельные порции данных (bucket), что и лежало в основе конвейерной обработки информации. Однако ранее управление эти процессом автоматически управлял механизм "арбитра", алгоритм работы которого был не всегда оптимален для ряда специфических алгоритмов. Теперь же программист получил возможность взять функции "арбитра" на себя и задавать последовательность формирования блоков данных, который наилучшим образом подходит для его задачи.

Вторым элементом MSA является увеличение внешних буферов при выводе данных из процессора во внешние устройства. По мнению Intel это приведет к увеличению максимальной пропускной способности шины при этих операциях на 20%, что является очень важным учитывая появление высокоскоростных внешних разъемов AGP4 и 1394.

Третий компонент MSA — команды выборки с упреждением (prefetching) и потоковой записи данных (streaming store). Особенностью этих инструкций является возможность задания самим программистом режима сохранения или блокировки записи информации в кэш-память. До настоящего времени все управление кэш-памятью было фактически ограничено заданием на уровне установок BIOS: сохранение при чтении, сохранение при выводе, блокировка использования кэш-памяти.

Теперь разработчик ПО может сделать предварительную запись блока данных из ОЗУ в кэш-память или выполнить обмен информацией без ее временного сохранения (обращение к кэш-памяти требует временных затрат). Последний режим может быть полезен при обмене данными, используемыми в разовом режиме, например, при простой операции копирования элементов одного массива в другой.

Появление в Katmai двух новых архитектурных расширений — SIMD-FP/MMX и SMA — является не случайным. Ведь эффект от программного управления обмена данными может быть особенно высоким именно при решении специфических мультимедийных задачах и обработке 3D-графики с использованием технологии SIMD.

По заявлениям представителей Intel процессоры Katmai появятся на рынке уже в начале 1999 г. в варианте Slot 1 для настольных систем и в специальном корпусе для мобильных компьютеров, затем они будут выпускаться также в конфигурации Slot 2, которая предназначена для серверных платформ. Возможности новых процессоров должны проявиться в дальнейшем в большей мере при переходе к более производительным архитектурным решениями (использовании графической шины, повышении частоты системной шины, увеличении быстродействия оперативной памяти и пр.). К концу года должны также появится новые модели процессоров Intel на базе архитектуры Katmai с поддержкой частоты системном шины 133 МГц.

В начало статьи

Таблица. Развитие системы команд процессоров архитектуры Intel

Год	Тип процессора, где была реализована впервые	Общее число команд	Смысл расширения
1979	i8086	170	Исходный набор команд x86 [*]
1985	i386	220	50 новых команд необходимых для перехода к 32-разрядной архитектуре
1997	Pentium/MMX	277	57 MMX-команд для параллельной обработки видео- и аудио- информации
1999	Katmai	347	70 команд: SIMD-FP, дополнение MMX, управление потоковым обменом данными с памятью

[*] В базовый набор команд i8086 входили операции с плавающей запятой (FP), но до i386 включительно они выполнялись отдельным сопроцессором, которого могло в компьютере и не быть. Блок FP-функций был включен в состав основного процессора в i486, однако в варианте 486SX обращение к ним было заблокировано. Эти команды стали обязательной частью процессора, только начиная с Pentium.

В начало статьи

Pentium III идет на смену Pentium II

Корпорация Intel объявила, что микропроцессоры с архитектурой, которая ранее была обозначалась кодовым именем Katmai, будут выпускаться под товарным знаком Intel Pentium III. Как было известно еще летом 1998 г., процессоры Intel расширенной архитектуры должны появится в первом квартале текущего года: Pentium III (бывший Katmai) для ПК и Pentium III Xeon (бывший Tanner) для производительных рабочих станций и серверов.

Привязка названий новых изделий Intel к слову Pentium, отражает всемирное признание этого товарного знака, но при этом вносит определенную путаницу в классификацию поколений микропроцессоров, выпускаемых корпорацией. Впервые термин Pentium, появился в 1993 г. для обозначения микропроцессора, которые до этого был проходил под кодовым названием P5 и по традиции предыдущих 15 лет должен был бы получить безликое числовое имя i586. Смысл такой замены имен совершенно очевиден — звучное слово Pentium позволило Intel начать мощную компанию рекламы своей торговой марки среди широкой общественности, весьма далекой от проблем микроэлектроники.

В искусственном термине Pentium четко обозначен латинский корень "пять" — пятое поколение процессоров. Поэтому в 1995 г. все ожидали, что новый процессор Intel, имевший тогда кодовое название P6, получит имя с привязкой к латинскому корню "шесть". Однако корпорация тогда вполне разумно решила, что использование единой торговой марки, в тому времени уже весьма популярной в мире, важнее, чем завуалированное обозначение номеров поколений микропроцессоров (о смысле которых абсолютное большинство пользователей имеет смытное представление). В результате первый процессор семейства P6 получил название Pentium Pro, а последующие — Pentium II.

В связи с объявлением новой торговой марки Pentium III, следует подчеркнуть, что несмотря на серьезное расширение состава команд Katmai (см. PC Week/RE, N 42/98, с. 23), связанных в основном с решением задач трехмерной графики, данная архитектура является расширением тогоже семейства P6, а не новым поколением процессоров.

С новыми логотипами процессоров Intel можно познакомиться по адресу: www.intel.com/pressroom.

В начало статьи