Основные особенности архитектуры NetBurst.

Для того, чтобы ЦП могли работать на частотах порядка нескольких ГГц Intel увеличил длину конвейера Pentium IV до 20 стадий (Hyper Pipelined Technology) - для сравнения – длина конвейера Pentium III составляет 10 стадий. Чего же достиг Intel, так удлинив конвейер? Благодаря декомпозиции выполнения каждой команды на более мелкие этапы, каждый из этих этапов теперь может выполняться быстрее, что позволяет увеличивать частоту процессора. Так, если при используемом технологическом процессе 0.18 мкм предельная частота для Pentium III составляет 1 ГГц, то Pentium IV мог достигнуть частоты в 2 ГГц. Однако у чрезмерно длинного конвейера есть и свои недостатки. Первый недостаток - каждая команда, проходя большее число стадий, выполняется дольше. Второй недостаток длинного конвейера вскрывается при ошибках в предсказании переходов.

Из-за такого увеличения длины конвейера время выполнения одной команды в процессорных тактах также увеличивается. Поэтому компания осуществила модернизацию алгоритмов предсказания переходов.

Advanced Dynamic Execution - осуществляет минимизацию простоя процессора при неправильном предсказании переходов и увеличение вероятности правильных предсказаний. Для этого Intel улучшил блок выборки инструкций для внеочередного выполнения и повысил правильность предсказания переходов. Правда, для этого алгоритмы предсказания переходов были доработаны минимально, основным же средством для достижения цели было выбрано увеличение размеров буферов, с которыми работают соответствующие блоки процессора. Количество предварительно загружаемых инструкций увеличилось до 126 по сравнению с 48 у Pentium III. Буфер, хранящий адреса условных переходов, также увеличился с 512 байт до 4 КБ. Все это позволило увеличить вероятность правильного предсказания переходов на 33%.

Рис. 3.2. Архитектура процессора Pentium IV

Для ускорения работы целочисленных операций в Pentium IV применена технология удвоения внутренней тактовой частоты (Rapid Execution Engine). Два блока АЛУ, выполняющие операции над целочисленными данными, работают на частоте вдвое большей, чем частота самого процессора. Таким образом, например, в Pentium IV с частотой 1.4 ГГц АЛУ работает на частоте 2.8 ГГц. В АЛУ исполняются простые целочисленные инструкции, поэтому, производительность нового процессора при операциях с целыми числами очень высока. Однако, на производительности Pentium IV при операциях с вещественными числами, MMX или SSE двукратное ускорение АЛУ никак не сказывается.

Кэш 1-го уровня в процессоре также претерпел значительные изменения. В отличие от Pentium III, кэш которого мог хранить команды и данные, Pentium IV имеет всего 8 КБ кэш данных. Команды, поступающие на исполнение процессору, сохраняются в так называемом Trace Cach (кэш-память микрокоманд). Там они хранятся уже в декодированном виде, т.е. в виде последовательности микроопераций, поступающих для выполнения в исполнительные устройства процессора. Емкость этого кэша составляет 12000 микроопераций и по сравнению с обычным L1-кэшем он имеет много преимуществ, направленных на минимизацию простоев процессора при выполнении неправильных предсказаний переходов.

Особенностью новых процессоров Pentium IV является расширение набора команд командами SSE2. К 70-ти командам SSE, работающим с потоковыми данными одинарной точности добавились 144 команды для работы с вещественными числами двойной точности, а также с целыми числами длиной от одного до восьми байт. Дальнейшее расширение – командами SSE3, добавившее еще 13 новых команд. Наконец, заявленное расширение SSE4 еще на несколько десятков команд.