A Pentium (más néven az i586 vagy P5-ös Pentium) egy mikroprocesszor, amit az Intel vezetett be 1993. március 22-én. A P5-ös architektúrájú processzor volt az első Pentium márkajelzésű CPU. Úgy tekintik, mint az ötödik generációt az x86 (8086) kompatibilis processzorok vonalában, az i486-ot követve, ennek implementációját és mikroarchitektúráját hívták belsőleg P5-nek.
Az Intel i486-hoz hasonlóan a Pentium utasításkészletében teljes mértékben kompatibilis a 32 bites i386-os processzorral. Az i486-hoz nagyon hasonló mikroarchitektúrát használ, de eléggé kiterjesztették ahhoz, hogy implementáljon egy kettős fixpontos (integer) futószalag-kialakítást, valamint egy fejlettebb lebegőpontos egységet (FPU), ami tízszer gyorsabbnak bizonyult, mint az elődje.
A Pentiumot 1995 novemberében követte a Pentium Pro. 1996 októberében jelent meg a Pentium MMX, mely az eredeti Pentium alapvető mikroarchitektúráját kiegészítette az MMX utasításkészlettel, nagyobb gyorsítótárakkal és néhány más továbbfejlesztéssel. Az Intel 2001. december 31-én leállította az eredeti Pentium (P5) processzorok gyártását, melyeket a Pentium II 1997-es kiadása után alacsonyabb költségű opcióként értékesítettek. Ez egybeesett azzal, hogy a Microsoft megszüntette a Windows klasszikus verziói, közöttük a Windows 95 támogatását. A Pentium termékvonalat fokozatosan felváltotta a Celeron processzor, mely a 80486-os márka szerepét is átvette.
Áttekintés A P5-ös Pentium az első szuperskalár processzor az x86-os processzorok sorában, ami azt jelenti, hogy gyakran képes volt végrehajtani két utasítást egyszerre. Ennek megvalósításához néhány technikát a korábbi szuperskalár Intel i960 CA (1989) terveiből vettek át, míg más részleteket kizárólag a P5 típus számára találtak fel. Nagy részeket emeltek át az i386 vagy az i486 terveiből, különösen a bonyolult x86-os utasításdekódolásnak a futószalagos technikában való felhasználását célzó stratégiákat. Az i486-hoz hasonlóan a Pentium is optimalizált mikrokódrendszert és RISC-szerű technikákat használt, az adott utasítástól vagy utasításrészlettől függően. A kettős fixpontos futószalag-kialakítás olyasmi, amiről egyes akadémikusok és RISC versenytársak azt állították, hogy lehetetlen megvalósítani egy CISC utasításkészletben.
További központi jellemzői közé tartozik egy áttervezett és jelentősen gyorsabb lebegőpontos egység, egy széles 64 bites adatlöket-módú (külső és belső) adatsín, külön kód- és adat-gyorsítótárak, sok más bevetett technika és funkció a teljesítmény fokozására. 256 bites belső adatsíneket és visszaíró gyorsítótárakat tartalmaz. Tartalmazza a System Management Mode üzemmódot is, aminek az Intel SL architektúrája óta létezik megvalósítása.
A -es Pentium processzor a Dhrystone V1.1 teljesítménytesztben 112 MIPS sebességet ér el, a SPECint92 minősítése , SPECfp92 minősítése és iCOMP indexe 567. A teljesítménykülönbség a 60 és -es változat között körülbelül 10%.
A P5 jobban támogatja a többprocesszoros feldolgozást, mint az i486, és az első x86 CPU, amely az IBM nagyszámítógépekhez hasonló hardveres támogatással rendelkezik ehhez. Az Intel az IBM-mel együttműködve fejlesztette ki ezt a tulajdonságot és be is építette a P5 mikroarchitektúrába. Ez a lehetőség nem létezett a korábbi x86 generációkban és a konkurens x86-os processzorokban.
A kettős futószalag teljes potenciáljának kihasználása érdekében egyes fordítóprogramokat úgy optimalizáltak, hogy jobban kihasználják az utasításszintű párhuzamosságot, bár nem minden alkalmazás számára előnyös az újrafordítás. A gyorsabb FPU azonban minden esetben jelentősen javította a lebegőpontos teljesítményt az i486-hoz (integrált matematikai társprocesszor) vagy az i387 külső társprocesszorhoz képest. Az Intel együttműködött a fejlesztőeszköz-gyártókkal, a független szoftvergyártó cégekkel (ISV-k) és az operációs rendszerek fejlesztőivel, a termékek Intel processzorokhoz történő optimalizálása érdekében.
A Pentium versenytársai a szintén szuperskalár PowerPC 601 (1993), SuperSPARC (1992), DEC Alpha 21064 (1992), AMD 29050 (1990), Motorola MC88110 (1991) és Motorola 68060 (1994) voltak, melyek legtöbbje szintén szuperskalár sorrendi kettős utasítás-futószalagos konfigurációt használt, valamint a nem szuperskalár Motorola 68040 (1990) és MIPS R4000 (1991) processzorok.
Valójában az Intel óriási áldozatokat hozott a teljesítmény, az energiafogyasztás és a költségek terén annak érdekében, hogy a Pentium visszafelé kompatibilis maradjon a régi x86-os kóddal, és ez a vállalat valaha meghozott stratégiai szempontból legfontosabb döntése volt.
Etimológia A „Pentium” név eredetileg a görög pente (πέντε) szóból származik, jelentése „öt”, ami az Intel 80x86 processzorainak korábbi numerikus elnevezési konvenciójára (8086 – 80486) történő utalás, a latin -ium végződéssel megtoldva (amelyet az újabban szintetizált kémiai elemek elnevezésénél alkalmaznak), mivel a fenti konvenciónak megfelelően a processzor neve 80586 lett volna. A "Pentium" védjegyet 1992. július 2-án regisztrálták.
Fejlesztés A P5 mikroarchitektúrát ugyanaz a Santa Clara-i csapat tervezte, amelyik a 386-os és a 486-os processzorokat is. A tervezési munka 1989 júniusában kezdődött; a tervezőcsapat úgy döntött, hogy egy szuperskalár RISC architektúrát implementálnak, ami az RISC és CISC technológia konvergenciája lenne, csipre integrált gyorsítótárral, beépített lebegőpontos egységgel és elágazásbecsléssel. Vinod Dham, aki a mikroprocesszor-termékcsoport akkori alelnöke és a mikroprocesszoros 5/7-es részleg ügyvezető igazgatója volt, vezette elő a RISC technológia felhasználásának koncepcióját és bevezetését a meglévő x86 architektúrába, aminek közvetlen célja a gyorsaság növelése volt, távolabbi indoka pedig az, hogy megőrizzék az x86-os processzorok piaci versenyképességét és felvegyék a versenyt a RISC kialakításokkal. Az egyik teljesítménycél az FPU teljesítményének három-ötszörösére növelése volt a meglévő Intel 486 CPU-ban lévő koprocesszorhoz képest.
Az előzetes kialakítást először szimulátoron tesztelték, sikeresen, 1990-ben, ezt követte a kialakítás integrált áramköri elrendezésének tervezése. Ekkorra a csapat már több tucat mérnökből állt. A szilíciumcsip előtti szimulációs ellenőrző tesztek futtatása néhány 100 millió órajelciklusnyi időt igényelt, amely magában foglalta a főbb operációs rendszerek és több alkalmazás indítását és futtatását. A szilíciumkonstrukciót megelőző szimulációs program futtatására végül a Quickturn Systems Inc. szoftverét használták, amely -szer gyorsabb volt, mint a korábban rendelkezésre álló technika. 1990 végére kiderült, hogy a tervezett funkciók összessége nem fér el a lapkán, ezért újra kellett tervezniük az áramköri funkciót, amelyet karcsúsítani kellett, hogy a teljesítmény feláldozása nélkül megoldható legyen az elhelyezés. 1991 tavaszán a lapka újabb karcsúsítási eljáráson esett át, amíg Dham elégedett nem lett a méretével és a tulajdonságaival, anélkül, hogy az befolyásolta volna a teljesítményt. Mérnökök egy csoportja több száz tesztet futtatott a tervezett funkciók kiértékelésére és 5000 különböző változót vett figyelembe a tervezés validálása során. A készlet 14 áramköri kártyáján és a csatlakoztatási rendszerben mindössze néhány hibát találtak, minden kéznél lévő operációs rendszert felhasználva, beleértve a fejlesztés alatt állókat is.
1992 februárjára a kialakítás a tape out folyamat (a csip fejlesztési ciklusának legutolsó, a fizikai gyártás megkezdését megelőző fázisa) szakaszába lépett, amely 1992 áprilisában fejeződött be, ekkor kezdődött a béta-tesztelés. A következő néhány hónapban a kialakítást elküldték az Intel maszkfeldolgozó részlegének (Intel Mask Operation), amely lefordította azt a megfelelő litográfiai maszk elrendezésre, az Oregon Fab 5 gyártóüzemében történő feldolgozáshoz. 1992 közepére a P5-ös csapatnak 200 mérnöke volt. Az Intel először úgy tervezte, hogy a P5-öt 1992 júniusában mutatja be a PC Expo szakkiállításon, és 1992 szeptemberében hivatalosan bejelenti a processzort, de tervezési problémák miatt a bemutatót törölni kellett, és a csip hivatalos bemutatása elhúzódott 1993 tavaszáig. Az első Pentiumra épülő számítógéprendszerek 1993 nyarán jelentek meg, elsőként az Advanced Logic Research jelentette meg az Evolution V munkaállomást, 1993 júliusának első hetében.
John H. Crawford, az eredeti 386-os fő tervezője, társirányító volt a P5 tervezésében, Donald Alperttel együtt, aki az architekturális tervezőcsapatot irányította. Dror Avnon irányította az FPU tervezését. Vinod K. Dham volt a P5 csoport általános (vezér-)igazgatója.
A törölt Intel Larrabee többmagos architektúra-tervezet egy P5 (P54C) magból származtatott processzormagot használt, többszálú, 64 bites utasításokkal és egy 16 bájt széles vektorfeldolgozó egységgel kiegészítve. Az Intel alacsony fogyasztású (megvalósult) Bonnell mikroarchitektúrája, ami a korai Atom processzormagokban található, szintén egy P5-éhez hasonló kettős sorrendi végrehajtású futószalagot alkalmaz.
Az Intel az újonnan alkotott Pentium nevet választotta a faék-egyszerűségű „586” helyett, mert 1991-ben elvesztett egy védjegyvitát a potenciális „386” márkanévvel kapcsolatban, melynek döntése értelmében a puszta számok általános fogalmat alkotnak és nem használhatók védjegyként. A vállalat ezután a Lexicon Branding céget bízta meg azzal, hogy alkosson egy új, nem numerikus nevet, sikerrel.
Fejlesztések az i486-hoz képest A P5 mikroarchitektúra számos fontos előrelépést jelentett a korábbi i486-os architektúrához képest. A teljesítmény terén: Szuperskalár architektúra – a Pentiumnak két adatútvonala van (futószalagok), ami lehetővé teszi, hogy sok esetben két utasítást hajtson végre órajelciklusonként (az eseteket az utasítások típusa és sorrendje határozza meg). Az ‘U’ jelű fő futószalag képes bármilyen utasítást kezelni, míg a ‘V’ jelű másik csak a leggyakoribb egyszerű utasításokat. A sorrendben első beérkező utasítás az U futószalagra, a következő pedig a V futószalagra kerül. Mindkét futószalaghoz tartozik egy saját ALU, címgeneráló áramkör és interfész az adat-gyorsítótárhoz. A RISC architektúrák néhány támogatója azzal érvelt, hogy a „komplikált” x86 utasításkészlet feltehetően soha nem lesz megvalósítható egy szorosan csatolt futószalagos mikroarchitektúrával, még kevésbé egy két futószalagos kialakítással. A 486-os és a Pentium megalkotása bizonyította, hogy ez lehetséges és megvalósítható. A 64 bites burst- (adatlöket-)módú külső adatsín megduplázza az olvasható vagy írható információ mennyiségét minden egyes memóriahozzáférésnél, ezáltal lehetővé teszi, hogy a Pentium a 80486-osnál gyorsabban töltse be az utasításokat a kód-gyorsítótárból, valamint lehetővé teszi a gyorsabb elérést és tárolást a 64- és 80 bites x87 FPU-adatokhoz. Belsőleg ez a processzor 32 bites adagokban dolgozza fel az adatokat. A memóriából az adatok a 64 bit széles sínen érkeznek, ami (elődjéhez képest) megduplázza az egy buszciklusban átvihető adatmennyiséget. A processzor többféle buszciklus-típust alkalmaz, melyekbe beletartozik a ‘burst’ mód is, ami egy buszciklusban 256 bitnyi (32 bájt) adatmennyiséget tölt be az adat-gyorsítótárába. Ez az adatszélesség másodpercenként akár adatátvitelre képes memóriából-memóriába történő adatátvitelnél. Ez az 50 MHz-es Intel 486 DX CPU maximális átviteli sebességének háromszorosa.