Компютърна система с процесор Pentium IІ процесорът Intel Pentium II

1. 
   Процесорът Intel Pentium II
   

Intel представят процесора Pentium II, известен и под името Klamath, през май 1997 година. В основата си Pentium II е същият процесор от шесто поколение като Pentium Pro, но с добавена ММХ технология, която включва удвоен размер на L1 кеша и 57 нови ММХ инструкции.

От физическа гледна точка този процесор променя линията на поведение на дотогавашните процесори. До появата му повечето процесори се инсталират в цокли, а при Pentium II – на специална карта, която се поставя в слот, наречен Slot 1. Причината за това е, че при Pentium II кеш паметта от второ ниво L2, на която Pentium Pro дължи до голяма степен своята производителност, вече не се намира в същия корпус, в който е ядрото на процесора, а в отделен чип. За разлика от Pentium Pro L2 кеша работи само с половината от тактовата честота на процесора, което се компенсира с удвояване на размера му от 256 КВ на 512 КВ. Процесорът, L2 кеш паметта (която се състои от 4 модула), както и TAG-RAM се монтират на малка печатна платка, запечатана в касета, изработена от метал и пластмаса (фиг .1). Тази касета се вмъква в специализиран слот на дънната платка, наречен Slot 1 (с 242 извода), който много наподобява на разширителен слот за адаптерни карти. Причината L2 кеш паметта да бъде изведена извън корпуса на процесора е главно поради производствени проблеми, водещи до високи разходи. При монтажа на Pentium Pro, когато се вгражда и свързва L2 кеша, ако се получи дефект трябва да се бракува целият чип. Когато паметта е отделно, модулите могат да се проверяват отделно и след това да се монтират чрез запояване върху платката и така значително се намалява брака.

фиг. 1 Процесорна платка за Pentium II (вътре в SEC касетата).

Ядрото на процесора се състои от 7,5 милиона транзистора и е базирано на усъвършенстваната Р6 архитектура на Intel. Производството на процесора започва по 0,35-микронен процес, но по-късните версии (от 333 MHz нагоре) използват 0,25-микронен процес. Това позволява размерът на кристала да се свие, което пък довежда до по-високи честоти на ядрото и по-ниска консумация на енергия. Един 333-мегахерцов Pentium II процесор е с около 75%-150% по-производителен спрямо един Pentium на 233MHz c ММХ технология, и е около 50% по-бърз при изпълнение на мултимедийните тестове. Вижда се, че по-високоскоростната версия на Pentium II всъщност използва по-малко енергия от най-бавната 233 MHz версия. Това се осъществява чрез използване на по-миниатюрния 0,25-микронен процес и работа на процесора при по-ниско напрежение – само 2.0 V. Pentium III и следващите поколения процесори продължават тази тенденция като използват процеси с все по-малки размери и по-ниски напрежения.

Спецификациите на процесорите Pentium II са дадени в Таблица 2.

Като оставим настрана бързодействието, най-добрият начин за характеризиране на Pentium II е като го считаме за Pentium Pro с ММХ технология и леко модифицирана конструкция на кеша. Той има същите възможности за многопроцесорна мащабируемост, както Pentium Pro, а също и интегриран L2 кеш. Добавени са 57-те ориентирани към мултимедийно съдържание нови инструкции, пренесени от ММХ процесорите, както и възможността за по-ефективна обработка на циклично повтарящи се команди. Като част от ММХ разширението е удвоен и размерът на вътрешният L1 кеш спрямо този на Pentium Pro (от 16KB до 32KB в Pentium II).

Процесорът Pentium II включва в себе си динамичното изпълнение (Dynamic Execution), което e уникална разработка за повишаване на производителността. За пръв път тази технология се използва в Pentium Pro. Главните характеристики на динамичното изпълнение са следните: предсказване на множество преходи - ускорява изпълнението чрез предсказване на хода на програмата по няколко различни пътища; анализ на потока от данни - анализира и променя реда на изпълнение на инструкциите в програмата, за да се изпълняват тези, които имат готовност за това; и спекулативно изпълнение, което гледа напред спрямо програмния брояч и изпълнява инструкции, които ще потрябват скоро.

Подобно на Pentium Pro, Pentium II също притежава DIB архитектура (Dual Independent Bus), която се характеризира с две независими шини в процесора - шината на L2 кеша и системната шина за връзка с главната памет. Pentium II процесорът може да използва и двете шини едновременно, като по този начин успява да прехвърля два пъти повече данни спрямо процесор с една шина. DIB архитектурата позволява на L2 кеша на 333-мегахерцовия Pentium II да работи 2,5 пъти по-бързо от L2 кеша на Pentium процесора. С растенето на скоростта на процесора, пропорционално расте и скоростта на L2 кеша (той работи на половината от честотата на процесора). Също така конвейерната системна шина позволява едновременни паралелни транзакции вместо единични последователни транзакции. Заедно, тези подобрения на DIB архитектурата предлагат до три пъти по-висока производителност спрямо архитектурата с една шина на обикновен Pentium.

Системната шина на Pentium ІІ осигурява безпроблемна поддръжка на до два процесора. Това позволява евтина двупосочна мултипроцесорност по шината на L2 кеша. Тези системни шини са конструирани специално за сървъри или други отговорни системи, където са от особено значение надеждността и целостта на данните. Всички Pentium ІІ процесори включват също така защитени по четност сигнали на системната шина за заявка и отговор на адреси с механизъм за повторение, осигуряващи висока надеждност и цялост на данните.

Таговата RAM памет, включена в L2 кеша, позволява кеширането на максимум 512MB основна памет при Pentium II процесорите от 233MHz до 333MHz. Версиите от 350MHz нагоре включват разширена тагова RAM памет, позволяваща кеширането на цели 4GB основна памет.

Pentium II генерира значително количество топлина, която трябва да бъде разсеяна. Това се постига чрез инсталиране на охладител върху процесора. Много от Pentium II процесорите използват активни охладители, включващи вентилатор. За разлика от вентилаторите на предишните Box процесори на Intel, тези се включват към конектор с три извода, разположен на дънната платка. Повечето дънни платки включват в себе си няколко конектора за вентилатори, за да осигурят необходимото захранване.

1.4 Особености на процесорите Celeron

Като отпор срещу конкуренцията (AMD, Cyrix), която предлага евтини алтернативи на Pentium II, Интел създават евтин „орязан” вариант на Pentium II, наречен Celeron. Повечето от възможностите му са същите като на Pentium II, тъй като той използва същото процесорно ядро. По отношение на L1 кеша също няма разлика. Основната разлика е, че Celeron няма L2 кеш, като не е възможно да се добави L2 кеш нито на модула на процесора, нито на дънната платка. Освен това Celeron работи с по-ниска тактова честота на системната шина - 66 MHz (до процесори на 766 MHz).

Сложният корпус на процесорния модул на Pentium II е заменен от платка, наречена SEPP (Single Edge Processor Package) – фиг. 2. Модулът Celeron е съвместим по изводи със Slot 1, но поради различия в закрепването не е възможно да се монтира на дънна платка, предвидена за Pentium II, както и обратно.

С цел сегментиране на пазара, Интел продължават да предлагат по-евтини варианти, наречени Celeron, и на следващите поколения процесори Pentium III и Pentium 4.

В по-късните версии на Celeron (след 300 MHz) Интел отново се връщат към закрепването на процесора чрез цокъл, тъй като това е по-евтиното решение. Цокълът е с 370 извода и е наречен Socket 370 (или PGA-370). Процесорите, произведени по 0,25-микронна технология, се опаковат в корпус PPGA (Plastic Pin Grid Array – пластмасов корпус с решетъчно разположение на изводите), а процесорите по 0,18-микронна технология – в FC-PGA (FlipChip Pin Grid Array – обърнат чип с решетъчно разположение на изводите) – фиг. 2. Между 300 MHz и 433 MHz съществуват процесори Celeron и в двата вариант – за Slot 1 и за Socket 370, докато над 466 MHz се използва само закрепване чрез цокъл.

фиг. 2 Процесори Celeron в FC-PGA, PPGA и SEP корпуси

Версиите от Celeron 300А нагоре включват интегриран L2 кеш – 128 KB. Обикновено интегрираният L2 кеш за следващите поколения Celeron е половината от L2 кеша на процесорното ядро, от което произлиза.

2. 
   Слот 1
   

Pentium II се отличава със своята SEC касета (фиг. 3). Процесорът, заедно с L2 кеш паметта се монтира на малка печатна платка. След това печатната платка се запечатва в касета, изработена от метал и пластмаса. Тази касета се поставя в специализиран слот на дънната платка, наречен Slot 1 (с 242 извода).

Съществуват два варианта на тази касета:

• 
  SECC (single edge contact cartridge - касета с печатни контакти);
  
• 
  SECC2 – използва се във всички по-късни Pentium II чипове (след 1999 г.), както и версиите на Pentium III за Слот 1. Версията SECC2 е по-евтина, защото има по-малко части. Освен това тя позволява по-добро топлоотвеждане на процесора.
  

фиг. 3 Процесор Pentium II / III в SEC касета и монтирането на касетата в Slot 1

3. 
   Компютърна система с процесор Intel Pentium ІІ
   

От системите с процесори Pentium и нагоре доминираща роля в пазара на чипсета има Intel. Заедно с разработването на процесори, те разработват и съответните чипсети за тях, което им позволява бързо внедряване и владеене на пазара. Чипсетите на Интел за процесори Pentium ІІ са от серията 440 хх.

На фиг. 2 е показана блок-схемата на компютърна система с процесор Pentium ІІ 450 MHz.

фиг. 2 Блок-схема на компютърна система с процесор Pentium ІІ

В сравнение с компютърните системи с Pentium Pro и Pentium MMX се забелязва различие в разположението на L2 кеша. Докато при Pentium MMX L2 кеш паметта е монтирана на дънната платка и работи на честотата на системната шина, а при Pentium Pro е вградена в процесора и работи на процесорната честота, то при Pentium ІІ вторичната кеш памет е монтирана на платката на SEC модула и работи на 1/2 от честотата на процесора.

В първите системи с Pentium II и чипсет 440 FX (Natoma) се използва памет EDO, но следващите системи най-често използват PC 100 SDRAM DIMM модули, които имат пропускателна способност 800МВ/сек. – точно колкото е и пропускателната способност на процесорната шина. По този начин се постига най-добра производителност.

Новост при Pentium II системите с чипсети от 440 LX и по-нови e поддръжката на AGP (Accelerated Graphics Port), което осигурява значително подобряване на производителността на видеосистемата. Базовата AGP шина е 32-битова и работи на 66 MHz (два пъти повече от тази на PCI), осигурявайки пропускателна способност 4Вх 66.67 = 266 MB/s, но повечето от тези системи включват AGP 2х, която работи два пъти по-бързо от стандартната AGP шина (като прехвърля два пъти данни на 1 такт), позволявайки пропускателна способност от 533 МВ/сек.

Има известна промяна и в южния мост на по-новите системи, като в него се вграждат функциите на часовник / CMOS-RAM, дотогава интегрирани в супер I/O чипа.

4. 
   Чипсети за компютърни системи с процесор Intel Pentium ІІ
   

Първият популярен масов чипсет за Pentium II дънни платки e 440FX, c кодово име Natoma. Това е същият чипсет, който се използва за системи с Pentium Pro, като разликата е, че при Pentium Pro се използва със Socket 8, а при Pentium ІІ – със Slot 1. Този чипсет е проектиран от Intel като по-евтина и по-мощна версия, заместник на чипсета 440КХ за работни станции.

Чипсетът 440FX предлага следните допълнителни възможности:

• 
  поддръжка на по-бързата EDO памет - до 1GB;
  
• 
  кеширане на целия 1GB основна памет (всъщност това е функция на процесора, тъй като L2 кешът и таговете се намират в него);
  
• 
  Пълна поддръжка на ЕСС/проверка по четност
  
• 
  поддръжка на стандарта PCI 2.1 (с едновременни операции). PCI архитектурата с едновременни операции увеличава производителността на системата, позволявайки паралелни действия по процесорната шина, PCI и ISA шината. Тя осигурява повишена пропускателна способност за по-добра поддръжка на 2D/3D графика, видео и аудио, както и обработка на всички приложения с интензивна дискова дейност.
  
• 
  Поддръжка на USB
  
• 
  Поддръжка на IDE контролер с управление на шината (Bus Master IDE)
  

През есента на 1997 г. се появяват първите дънни платки за Pentium II с наследника на 82440FX - 82440LX. 440LX е първият, който наистина използва пълните преимущества на процесора Pentium II. Сравнен с 440FX, чипсетът 440LX предлага няколко подобрения:

• 
  за първи път поддръжка за новата AGP (Accelerated Graphic Port) шина за видеокарти, чиято цел е ускоряването на ЗD-графиката;
  
• 
  поддръжка на 66MHz SDRAM памет;
  
• 
  поддръжка на IDE интерфейса Ultra-DMA;
  
• 
  поддръжка на USB.
  

Чипсетът 440ЕХ е проектиран като евтина и с по-слаба производителност алтернатива на чипсета 440LX. Той е представен през април 1998 година и е проектиран главно за системи от нисък клас, използващи процесора Celeron, макар че поддържа и Pentium II. Подобно на 440LX поддържа AGP, но няма съответен слот, а графиката се реализира с вградена графична карта с чип AGP на ATI.

На 440ЕХ му липсват някои характеристики, които притежава по-мощния 440LX като поддръжка на два процесора и поддръжка на памет с ЕСС или проверка по четност. Максималната системна тактова честота е 66 MHz. Поддържат се максимално 3 слота PCI вместо 5. Има само две места за модули DIMM.

4.4 Intel 440BX

Чипсетьт Intel 440BX e представен през април 1998 година и e първият, който управлява процесорната шина (често наричана front-side шина, или FSB) на 100MHz. Той поддържа Pentium II, който работи с тактова честота 400 MHz (или по-висока), докато предшественикът му LX може да използва максимално процесор 333 MHz-Pentium II. Северният мост носи наименованието 82443ВХ, а за PCI ISA Bridge тук се използва PIIX4 (РІІХ4Е).

Ето и главните характеристики на чипсета Intel 440BX:

• 
  Поддържа 100MHz SDRAM (PC100); по-новата РС133 памет също може да се инсталира, но просто ще работи на 100MHz;
  
• 
  Поддържа както 100MHz, така и 66MHz системна шина и памет;
  
• 
  Поддържа до 1GB памет в максимум четири банки (четири DIMM модула);
  
• 
  Поддържа ЕСС памет;
  
• 
  Поддържа ACPI 1.0.
  

Чипсетът 440ZX е проектиран като евтина версия на 440ВХ, която да се използва в системи от нисък клас (например такива, базирани на форм-фактора micro-ATX), при които поддръжката на повече памет, производителността и функциите за интегритет (ЕСС памет), налични в 440ВХ не са необходими. Той предоставя 66MHz или 100MHz системна шина за евтини Celeron-и (със или без L2 кеш) и Pentium II/III системи от нисък клас.

Основните разлики спрямо 440ВХ са:

• 
  Липсва поддръжка на ЕСС или проверка по четност за паметта;
  
• 
  Поддържат се само две банки памет (два DIMM слота);
  
• 
  Максимална памет само 256MB.
  

Intel 440GX е първият чипсет, оптимизиран за масови работни станции от среден клас, както и за евтини сървъри. По същество той е версия на 440ВХ с добавена поддръжка на процесорния слот Slot 2 (наричан също SC330) за процесорите Pentium П/Ш Хеоn. 440GX може да се използва в конструкции със Slot 1. Той поддържа до 2GB памет, което е два пъти повече спрямо 440ВХ. С изключение на тези неща 440GX на практика е абсолютно същият като 440ВХ.

Чипсетът Intel 450NX е проектиран за многопроцесорни системи и стандартни файлови сървъри, базирани на Pentium П/Ш Хеоn процесори. 450NX поддържа до четири Pentium П/Ш Хеоn процесори за Slot 2със системна шина 100MHz. Чрез разширителната шина (Expander Bus) могат да бъдат свързани два специално предназначени разширителни моста на PCI шината (РХВ мостове). Всеки РХВ чип осигурява две независими 32-битови PCI шини на 33 MHz, с опцията те да бъдат обединени в една 64-битова шина на 33 MHz.. С други думи, осигуряват се до четири 32-битови PCI шини или две 64-битови PCI шини. Чипсетьт Intel 450NX не поддържа AGP.

Освен Intel, няколко други компании също произвеждат чипове, предназначени да поддържат процесори от Р6 клас. Това са: ALi (Acer laboratories, Inc.), сега ULi Electronics; VIA Technologies и SiS

Повече информация за изброените чипсети може да се намери в Компютърна енциклопедия на Скот Мюлер, 14 или 15 издание, и на сайтовете на производителите.