Внутренняя архитектура процессора Pentium
В большинстве системных плат память строится на основе модулей SIММ или DIMM. Модули SIMM бывают 8- и 32-разрядными. В специальных версиях этих модулей применяются коды коррекции ошибок (Error Correction Codes — ECC). В компьютерах с процессором Pentium применяются в основном 36-разрядные модули SIММ (32 бит данных и 4 бит четности) — по два модуля на один банк памяти. На системной плате обычно устанавливается четыре гнезда для этих модулей, т.е. для двух банков памяти. В более новых компьютерах с процессором Pentium и Pentium II применяются 64-разрядные модули DIMM.
Несмотря на то что внешняя шина данных 64-разрядная, внутренние регистры Pentium — 32-разрядные. При выполнении команд и обработке данных внутри процессора они предварительно разбиваются на 32-разрядные элементы и обрабатываются почти так же, как в процессоре 486. Иногда говорят, что Intel вводит всех в заблуждение, называя Pentium 64-разрядным процессором. На это можно ответить, что внешний обмен данными все-таки 64-разрядный. Внутренние же регистры Pentium полностью соответствуют регистрам процессора 486.
Pentium имеет два встроенных кэша объемом по 8 Кбайт каждый, тогда как в процессоре 486 содержится один кэш объемом 8 или 16 Кбайт. Схемы кэш-контроллера и сама кэш-память размещены на кристалле процессора. В кэш-память копируется информация (данные и программные коды) из различных областей системной памяти. Кэш-память процессора Pentium может также хранить информацию, которая должна быть записана в память, до того момента, пока не снизится нагрузка на процессор и другие компоненты системы. (Процессор 486 выполняет все записи в память сразу.)
Отдельное кэширование кода и данных организовано по двухстраничной схеме; каждая страница разделена на строки по 32 байт. Для каждого кэша предусмотрен специальный ассоциативный буфер трансляции (преобразования) адресов (Translation Lookaside Buffer — TLB), предназначенный для преобразования линейных адресов в физические адреса памяти. Кэш-память может работать как в режиме сквозной записи, так и в двунаправленном режиме, т.е. с построчным опросом. Производительность процессора в двунаправленном режиме оказывается выше, поскольку в кэш-память записываются не только считываемые данные, но и результаты, в отличие от режима сквозной записи (при котором в кэш-память записываются только считываемые данные). В двунаправленном режиме значительно уменьшается количество обменов данными между процессором и системной памятью. В программном кэше предусмотрена защита от записи, поскольку в нем хранятся только программные инструкции, а не меняющиеся по ходу выполнения программ данные. Благодаря использованию укороченных циклов памяти данные в кэш-память (или из нее) могут быть переданы очень быстро.
Производительность компьютеров с процессором Pentium значительно повышается при использовании внешней кэш-памяти (второго уровня), которая обычно имеет емкость 512 Кбайт и выше и строится на основе быстродействующих микросхем статических RAM (время задержки — 15 нс и меньше). Если процессор пытается считать данные, которых еще нет во встроенной кэшпамяти (первого уровня), то состояния ожидания существенно замедляют его работу. Если же эти данные уже записаны во внешнюю кэш-память, процессор выполняет программу без остановок.