Intel Pentium III — x86-совместимый микропроцессор архитектуры Intel P6, анонсированный 26 февраля 1999 года (в России Pentium III поступили в продажу в том же месяце). Ядро Pentium III представляет собой модифицированное ядро Deschutes (которое использовалось в процессорах Pentium II). По сравнению с предшественником расширен набор команд (добавлен набор инструкций SSE) и оптимизирована работа с памятью. Это позволило повысить производительность как в новых приложениях, использующих расширения SSE, так и в существующих (за счёт возросшей скорости работы с памятью). Также был введён 64-битный серийный номер, уникальный для каждого процессора.
Общие сведения Процессоры Pentium III для настольных компьютеров выпускались в трёх вариантах корпусов: SECC2, FCPGA и FCPGA2.
Pentium III в корпусе SECC2 представляет собой картридж, содержащий процессорную плату («субстрат») с установленным на ней ядром процессора (во всех модификациях), а также микросхемами кэш-памяти BSRAM и tag-RAM (в процессорах, основанных на ядре Katmai). Маркировка находится на картридже. Процессор предназначен для установки в 242-контактный щелевой разъём Slot 1. В процессорах, основанных на ядре Katmai, кэш-память второго уровня работает на половине частоты ядра, а в процессорах на ядре Coppermine — на частоте ядра.
Pentium III в корпусе FCPGA представляют собой подложку из органического материала зелёного цвета с установленным на ней открытым кристаллом на лицевой стороне и контактами на обратной. Также на обратной стороне корпуса (между контактами) расположено несколько SMD-элементов. Маркировка нанесена на наклейку, расположенную под кристаллом. Кристалл защищён от сколов специальным покрытием синего цвета, снижающим его хрупкость. Однако, несмотря на наличие этого покрытия, при неаккуратной установке радиатора (особенно неопытными пользователями) кристалл получал трещины и сколы (процессоры, получившие такие повреждения, на жаргоне назывались колотыми). В некоторых случаях процессор, получивший существенные повреждения кристалла (сколы до 2—3 мм с угла), продолжал работать без сбоев или с редкими сбоями.
Процессор предназначен для установки в 370-контактный гнездовой разъём Socket 370. В корпусе FCPGA выпускались процессоры на ядре Coppermine.
Корпус FCPGA2 отличается от FCPGA наличием теплораспределителя (металлическая крышка, закрывающая кристалл процессора), защищающего кристалл процессора от сколов (однако, его наличие снижает эффективность охлажденияВ связи с этим среди энтузиастов некоторое время было распространено удаление теплораспределителя с процессоров.). Маркировка нанесена на наклейки, расположенные сверху и снизу от теплораспределителя. В корпусе FCPGA2 выпускались процессоры на ядре Tualatin, а также процессоры на поздней версии ядра Coppermine (известной как Coppermine-T).
Особенности архитектуры
Первые процессоры архитектуры P6 в момент выхода значительно отличались от существующих процессоров. Процессор Pentium Pro отличало применение технологии динамического исполнения (изменения порядка исполнения инструкций), а также архитектура двойной независимой шины (), благодаря чему были сняты многие ограничения на пропускную способность памяти, характерные для предшественников и конкурентов. Тактовая частота первого процессора архитектуры P6 составляла 150 МГц, а последние представители этой архитектуры имели тактовую частоту 1,4 ГГц. Процессоры архитектуры P6 имели 36-разрядную шину адреса, что позволило им адресовать до 64 ГБ памяти (при этом линейное адресное пространство процесса ограничено 4 ГБ, см PAE).
Суперскалярный механизм исполнения инструкций с изменением их последовательности
Принципиальным отличием архитектуры P6 от предшественников является RISC-ядро, работающее не с CISC-инструкциями x86, а с простыми внутренними микрооперациями. Это позволяет снять множество ограничений набора команд x86, таких как нерегулярное кодирование команд, переменная длина операндов и операции целочисленных пересылок регистр-память. Кроме того, микрооперации исполняются не в той последовательности, которая предусмотрена программой, а в оптимальной с точки зрения производительности, а применение трёхконвейерной обработки позволяет исполнять несколько RISC-инструкций за один такт.
Суперконвейеризация
Процессоры архитектуры P6 имеют конвейер глубиной 12 стадий. Это позволяет достигать более высоких тактовых частот по сравнению с процессорами, имеющими более короткий конвейер при одинаковой технологии производства. Так, например, максимальная тактовая частота процессоров AMD K6 на ядре (глубина конвейера — 6 стадий, 180-нм технология) составляет 550 МГц, а процессоры Pentium III на ядре Coppermine способны работать на частоте, превышающей 1000 МГц.
Для того, чтобы предотвратить ситуацию ожидания исполнения инструкции (и, следовательно, простоя конвейера), от результатов которого зависит выполнение или невыполнение условного перехода, в процессорах архитектуры P6 используется предсказание ветвлений. Для этого в процессорах архитектуры P6 используется сочетание статического и динамического предсказания: двухуровневый адаптивный исторический алгоритм () применяется в том случае, если буфер предсказания ветвлений содержит историю переходов, в противном случае применяется статический алгоритм.
Двойная независимая шина
С целью увеличения пропускной способности подсистемы памяти в процессорах архитектуры P6 применяется двойная независимая шина. В отличие от предшествующих процессоров, системная шина которых была общей для нескольких устройств, процессоры архитектуры P6 имеют две раздельные шины: Back side bus, соединяющую процессор с кэш-памятью второго уровня, и Front side bus, соединяющую процессор с северным мостом набора микросхем.
Модели
Первые процессоры Pentium III (Katmai) предназначались для настольных компьютеров и производились по 250-нм технологии. Дальнейшим развитием семейства настольных Pentium III стало 180-нм ядро Coppermine, а последним ядром, использованным в процессорах семейства Pentium III, стало 130-нм ядро Tualatin.
На базе ядра Katmai выпускался также процессор Xeon (ядро Tanner), на базе ядра Coppermine — Xeon (Cascades) и Celeron (Coppermine-128), на базе ядра Tualatin — Celeron (Tualatin-256).
+ Процессоры Pentium III на ядре Katmai Тактовая частотаМГц 450 500 533 550 600 Частота FSB 100 133 100 133Анонсирован 26 февраля 1999 27 сентября 1999 17 мая 1999 2 августа 1999 27 сентября 1999Цена, долл.Указана цена процессоров на момент анонса в партии от 1000 штук. 496 696 369 700 669 615
+ Процессоры Pentium III на ядре CoppermineТактовая частотаМГц 500 533 550 600 600 650 667 700 733 750 800 800 850 866 900 933 1000 1000 1100 1133 Частота FSB 100 133100 133 100 133100 133 100 133100133100133100133100133Анонсирован 25 октября 1999 20 декабря 1999 20 марта 2000октябрь 2000 24 мая 200031 июля 2000 8 марта 2000июнь 2001июль 2000Цена, долл. 239 305 368 455 455 583 605 754 776 803 851 851 н/д н/д н/д 744 н/д 990 н/д н/д Примечание: курсивом выделен отозванный процессор.
+ Процессоры Pentium III на ядре TualatinТактовая частота, МГц 1000 1133 1200 1266 1333 1400 L2-кэш, Кб 256 256 512 256 512 256 256 512 Анонсирован июль 2001
Pentium III
Katmai
Первое ядро, использованное в процессорах Pentium III, является эволюционным продолжением ядра Deschutes, на котором были основаны процессоры Pentium II последних ревизий.
В новом ядре расширен набор SIMD-расширений (добавлен блок вещественночисленных SIMD-инструкций SSE), усовершенствован механизм потокового доступа к памяти (новый механизм предсказания позволяет уменьшить задержки при последовательном доступе к памяти), а также введён уникальный серийный номер процессора, доступный для считывания программным обеспечением (с помощью инструкции cpuid).
Последнее нововведение вызвало недовольство у пользователей (серийный номер мог быть считан удалённо, что могло поставить под угрозу приватность работы в Интернете), поэтому компания Intel была вынуждена выпустить утилиту, блокирующую доступ к серийному номеру.
Кэш второго уровня объёмом 512 кБ работает на половине частоты ядра и выполнен в виде двух микросхем BSRAM (производства Toshiba и NEC), расположенных друг над другом справа от кристалла процессора. В качестве tag-RAM используется микросхема Intel 82459AD, расположенная на обратной стороне процессорной платы под микросхемами кэш-памяти.
Pentium III на ядре Katmai содержали 9,5 млн транзисторов, площадь кристалла составляла 128 мм2.
Первые процессоры на ядре Katmai работали с внешней частотой (частотой системной шины) 100 МГц. 27 сентября 1999 года были анонсированы процессоры с внешней частотой 133 МГц. Для того, чтобы различать процессоры, работающие на одинаковой частоте, но имеющие различную внешнюю частоту, в конце названия процессоров, имеющих внешнюю частоту 133 МГц, добавлялась английская буква «B» (от англ. Bus — шина).
Процессоры Pentium III на ядре Katmai выпускались в корпусе SECC2.
Coppermine
25 октября 1999 года корпорация Intel анонсировала процессор Pentium III, построенный на новом ядре, носящем кодовое имя Coppermine. Процессоры на ядре Coppermine выпускались по 180-нм технологии, имели интегрированную кэш-память второго уровня, работающую на частоте ядра. Кроме того, кэш-память имеет 256-битную шину (в отличие от процессоров на ядре Katmai, имевших 64-битную шину кэш-памяти), что значительно повышает её быстродействие. За счёт интегрированной кэш-памяти число транзисторов возросло до 28,1 млн.
Напряжение питания было снижено до 1,6 — 1,75 В, что позволило снизить тепловыделение. В сочетании со 180-нм технологией это позволило поднять максимальную частоту до 1 ГГц (Pentium III с частотой 1 ГГц был анонсирован 8 марта 2000 года, однако наладить выпуск таких процессоров удалось значительно позже). В июле 2000 года компания Intel анонсировала Pentium III на ядре Coppermine с частотой 1,13 ГГц, однако в августе он был отозван из-за нестабильной работы. Выпуск моделей, работающих на частотах 1,1 и 1,13 ГГц, оказался возможен лишь в 2001 году после обновления ядра Coppermine (ревизия D0).
По ходу выпуска в процессоры вносились изменения, направленные на исправление ошибок, а также на уменьшение площади кристалла процессора (что позволило поднять эффективность производства) и снижение тепловыделения (так как процессоры с высокой тактовой частотой имели более низкое напряжение питания). Процессоры ревизии A2 имели площадь кристалла 106 мм2, ревизии B0 — 104 мм2, ревизии C0 — 90 мм2, ревизии D0 — 95 мм2.
Процессоры работали с внешней частотой 100 и 133 МГц. Для различения равночастотных процессоров с разной внешней частотой по-прежнему использовалась литера «B» в конце названия. Кроме того, для различения равночастотных процессоров на ядрах Katmai и Coppermine использовалась английская буква «E» (от англ. Enhanced — улучшенный). Возможно также сочетание букв «B» и «E» (так, например, процессор Pentium III 600 основан на ядре Katmai и работает с внешней частотой 100 МГц, а Pentium III 600EB — это Coppermine с внешней частотой 133 МГц).
Процессоры Pentium III на ядре Coppermine выпускались в трёх вариантах корпусов: SECC2 — предназначены для установки в системные платы с разъёмом Slot 1. В данном корпусе выпускались процессоры ревизий A2, B0 и C0. FCPGA — предназначены для установки в системные платы с разъёмом Socket 370. В данном корпусе выпускались процессоры всех ревизий. FCPGA2 — предназначены для установки в системные платы с разъёмом Socket 370. В данном корпусе выпускались некоторые процессоры ревизии D0.
Процессоры, предназначенные для установки в разъём Socket 370, могли также устанавливаться в системные платы с разъёмом Slot 1 при помощи переходника Socket 370 — Slot 1 (Slot-to-FCPGA или Slot-to-FCPGA2).
Coppermine-T