Intel Pentium Mikroişlemcisi Pentium, Intel x86 ailesinin beşinci nesil işlemcisi olarak 1993 yılında piyasaya sürüldü. Pentium’un, 80486’ya göre birçok gelişmiş özelliği bulunur. Bunlardan bazıları Daha geniş veriyolu (64-bit), iki tane tamsayı yürütme birimi,daha hızlı yeni tasarlanmış bir aritmetik işlemci birimi (FPU), gelişmiş önbellek (CACHE) yapısı ve dallanma tahmini mantık birimidir. Pentium FPU birimi tekrar tasarlanmıştır ve bazı işlemlerde 80486’dakine göre on kat daha hızlıdır.

Pentium’un temel özellikleri aşağıda özetlenmiştir. 32-bit CPU , 64-bit veriyolu ,32-bit adres yolu(4 GB’lık adres alanı). Superscalar mimari:Aynı anda bir saatte , iki tane iş-hatlı tamsayı birimi iki komutu ve bir tane iş-hatlı FPU birimi de bir tane kayan nokta komutu yürütebilmektedir. Ayrı ayrı 8 KB kod ve 8 KB veri önbellekleri 4 MB sayfalama, TLB’de veri bulma oranı artırmaktadır. Dallanma tahmini donanım birimi. Çok işlemcili çalışma için komutlar ve ikinci seviye önbellek için destek. Dahili hata bulma özellikleri. Güç yönetim özellikleri: Sistem yönetim modu ve saat kontrol. Tümleşik devre üzerinde APIC denetleyicisi: Kesme yönetimi ve 8259 ile uyumluluk. İlk Pentiumlar 0,8 Mikron, 5 Volt BICMOS teknolojisi ile 3,1 milyon transistör kullanılarak üretilmiştir. Daha sonra, 0,65 Mikron, 3,3 Volt teknolojisi ve daha çok transistör kullanılabilmiştir. İlk Pentiumlar 60/66 MHz hızına sahipti. Daha sonraları, 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 ve 200 MHz gibi çok değişik çekirdek hızlarında üretildi. Bu işlemcilerin sistem yolu hızları ise 50, 60 ve 66 MHz’dir.

Pentium mikroişlemcisinin harici veriyolu 64-bit ve adres yolu 32-bit’tir. Daha önceki 32-bit veriyoluna sahip 80486 ve 80386 işlemcilerinin iki katı hızında, kod ve veri, Pentium CPU’suna okunabilmektedir. Bununla beraber, 386 ve 486 mikroişlemcileri ile aynı 32-bit kaydedicilerine sahiptir. Diğer bir deyişle, DEC firmasının Alpha tümleşik devresinde yaptığı gibi, Pentium saklayıcılarının uzunluğu 64-bite çıkarılmadı.

Pentium mikroişlemcisinin iç mimarisi şekilde gösterilmiştir. Harici 64-bit uzunluğundaki veriyolundan, daha önceki işlemcilere göre iki kat verinin CPU’ya okunabilmesi için, Pentium içine üç yürütme birimi konmuştur. Bunlardan biri kayan nokta komutlarını yürütür, diğer ikisi ise tamsayı komutlarını yürütür. Bu donanım yapısı, aynı anda üç farklı komutun yürütülmesini mümkün kılar. Örneğin, bir yürütme sırasında, FADD ST, ST(2), MOV EAX, 10H ve MOV EBX, 25H komutları aynı anda çalışabilir. Çünkü, komutlar arsında bir bağımlılık yoktur. FADD ST, ST(2) komutu FPU işlemcisi tarafından yürütülürken, diğer MOV EAX, 10H komutu U-Pipe tarafından ve MOV EBX, 25H komutu V-Pipe tarafından yürütülebilir.

Pentium’un en önemli özelliği olan mimari yapısı, Superscalar olarak adlandırılır. Önceki örnekte olduğu gibi, Pentium’da bellekten komutlar okundukça bu üç birime gönderilir. Komutların farklı yürütme birimlerinde doğru olarak çalışabilmesi için, komut bağımlılıkları , donanım tarafından ele alınır. Pentium’un bu üç farklı yürütme biriminden yararlanılabilmesi için, bu özeliği göz önüne alıp o şekilde kod üreten özel Pentium derleyicileri kullanılmalıdır. Bu derleyiciler, bir programdaki birbirine bağımlı ve bağımsız komutları bulabilmekte, gereken değişiklikleri yapmakta ve ona göre kod üretmektedir. Bu tür kod üretimi ile çalışma, programın yürütme hızında yüzde kırklara varan iyileştirme yapar. Bunun için Pentium’un yeni Superscalar özelliği avantajından yararlanan derleyici ve diğer uygulamalar kullanılmalıdır.

Üç ayrı yürütme birimini Pentium içine koyabilmek için çok sayıda transistör kullanıldı. Pentium ilk çıktığında 60/66 MHz hızına sahipti. Daha sonraları, kısa bir sürede, daha hızlı ürünler piyasaya sürüldü. Pentium’lar, 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 ve 200 MHz gibi bir çok değişik hızlarda üretildi. APIC Pentium’un çok işlemcili ortamlarda kullanılabilecek ileri bir donanım özelliğidir. BTB dinamik dallanma tahmini mantığı tarafından kullanılır.

Intel Pentium Pro Mikroişlemcisi Pentium Pro, 8086/8088, 80286, 80386, 80486 ve Pentium işlemcilerinden sonra gelen altıncı nesil olduğu için, ilk çıkması sıralarında P6 kod adıyla anılmıştır. İlk Pentium Pro 150 MHz hızında olup bu hızda 23 Watt güç tüketmekteydi. Daha sonraları Pentium Pro tümleşik devreleri daha yüksek hızlarda ve değişen güç tüketimlerinde üretildi.

Temel olarak Pentium Pro daha önceki beş nesil ile uyumludur. Yani 8086/8088, 80286, 80386, 80486 ve Pentium için olan yazılım, Pentium Pro’da çalışmaktadır. 80386, 80486 ve Pentium mikro işlemcileri ile aynı 32-bit kaydedicilere sahiptir. 5,5 milyon transistöre sahip Pentium Pro, daha önceki 3,3 milyon transistör ile üretilen Pentium’a göre bir çok üstünlüğe sahiptir.

Pentium Pro’nun temel özellikleri aşağıda özetlenmektedir: 32-bit CPU, 64-bit veriyolu, 36-bit adres yolu (64 GB adres alanı) Beş fonksiyonel birimli Superscalar mimari: Aynı anda bir saatte, iki tane iş-hatlı tamsayı birimi iki komutu ve iki tane iş hatlı FPU birimi iki tane kayan nokta komutu yürütürken , diğer bir birimde bellek okuma veya yazma işlemi yapabilir. Komutları sıra dışı yürütme özelliği vardır. Ayrı ayrı 8 KB kod ve 8 KB önbellekleri vardır. Tümleşik devre üzerinde(256K,512K ve 1M ) L2 önbelleği vardır. 4 MB sayfalama, TLB’de veri bulma oranını arttırmaktadır.

Dallanma tahmini donanım birimi vardır. Çok işlemcili çalışma için ve ikinci seviye önbellek için destek vermektedir. Dahili hata bulma özellikleri vardır. Güç yönetim özellikleri:Sistem yönetim modu ve saat kontrol. Tümleşik devre üzerinde APIC denetleyicisi:Kesme yönetimi ve 8259 ile uyumluluk. Pentium Pro 5,5 milyon transistör kullanılarak üretilmiştir. Pentium Pro 150, 166, 180 ve 200 MHz gibi değişik çekirdek hızlarında üretilmiştir.

Başlangıcından beri CISC felsefesinde işlemciler üreten Intel firması, Pentium işlemcileri ile kullanmaya başladığı RISC kavramlarını, Pentium Pro devam ettirdi. Pentium Pro’da, CPU ‘ya getirilen bütün x86 komutları, yürütülmeden önce, daha küçük mikroişlemler olarak adlandırılan komutlara çevrilmektedir. Bu özellik önemli RISC kavramlarından biridir. Bununla beraber, bu yeni RISC özelliğinin yanında , Intel, CISC kavramlarından olan büyük ve karmaşık komut kümesini, eski x86 işlemcileriyle uyum için korumaktadır. Halbuki RISC makineleri küçük ve basit komut kümelerine sahiptir.

Pentium Pro’da derleyiciler tarafından üretilen x86 komutları, CPU içinde çalışması için mikro işlemlere çevrilir. Bu çevrilen komutlarda üç adresli format kullanılır. Yani komutlardaki ilk iki adres, iki kaynak için ve bir adres, hedef için kullanılır. Örneğin, ADD A, B,C gibi bir RISC komutunda, A ve B kaynak adreslerindeki veri toplanarak sonuç C’de saklanır. ADD AX, BX gibi bir x86 komutu düşünüldüğünde, ikinci kaynak bulunulmaz.

Pentium Pro mimarisinde kullanılan üç adresli komutlar, işlemcinin içinde kullanıcı tarafından erişilemeyen ve görülmeyen kaydedicilerin var olduğu anlamına gelir. Diğer bir deyişle, programcı veya bir derleyici düşünüldüğünde, klasik EAX, EBX, ECX gibi kaydediciler vardır ve Pentium Pro programcılarına görülebilir. Bu yapı, daha önceki X86 nesilleriyle uyumluluk sağlamaktadır.

Pentium Pro’ya eklenen ikinci L2 önbellek aynı silikon tümleşik devresi üzerinde değildir. Çünkü, 256 KB’a kadar bir SRAM için yaklaşık 2 milyon transistörün ve 512 KB’a kadar olan SRAM için 4 milyon transistörün tek bir silikon tümleşik devresi üzerine yerleştirilmesi mümkün değildi. Bunun için CPU ve SRAM için iki ayrı silikon alanı kullanıldı. CPU özel bir önbellek veriyolu ile SRAM’a bağlandı. Bu önbellek veriyolu CPU hızındadır. Bu mimari, üretim maliyetini artırmasına karşın sistem performansını büyük ölçüde daha iyileştirmektedir.

Komut yürütmede Pentium Pro’da birbirinden bağımsız çalışabilen beş fonksiyonel birim bulunur. İki birim (FPU I ve FPU II ) kayan nokta komutları için, iki birim (INT I ve INT II) tamsayı komutları için , bir birimde (MIU) bellek arabirim komutları içindir.

Intel Pentium MMX Mikroişlemcisi Sesli, görüntülü ve grafik özellikler içeren yüksek kaliteli multimedya uygulamaları çalıştırmak, çok hızlı ve karmaşık aritmetik işlemler gerektirir. Bu çeşit karmaşık işlemler normal olarak oldukça özel DSP tümleşik devreleriyle gerçekleştirilir. Bu özel işlemciler, 2D ve 3D grafikler, görüntü ve ses sıkıştırma, fax-modem, canlı resimli PC tabanlı telefon ve görüntü işleme gibi görevleri gerçekleştirmede kullanılır.

Bir PC’ye DSP özelliği eklemenin üç yaklaşımı vardır: Bilgisayarın anakartında, CPU ile beraber bir DSP işlemcisinin ortak kullanılması. Bu en iyi ve ideal bir yaklaşımdır. Çünkü, şu an piyasada çok güçlü DSP tümleşik devreleri bulunmaktadır. Bunda ana problem, Pc tasarımcıları tarafından takip edilecek, endüstri tarafından kabul edilmiş bir standardın olmayışıdır. Böyle bir standardın olmayışı, hem donanım hem de yazılımda uyumsuzluklara neden olur. DSP fonksiyonlarını taklit etmek için x86 işlemcisinin ve x87’in beraber kullanılması. Bu yöntem yavaştır ve performansı genellikle kabul edilemez ölçülerdedir. Bazı DSP fonksiyonlarını x86 mikroişlemcisine konulması. Bu yöntem uyumluluk ve tek bir yaklaşım gerektirmesine rağmen, piyasayı Intel’in tekeline bırakmaktadır. Bu yaklaşımın performansı, birinci yaklaşım kadar olamamasına rağmen, ikincisinden çok daha iyidir.

İntel firması bir PC’ye DSP özelliği kazandırmak için MMX olarak adlandırılan bir teknolojiyi, Pentium işlemcilerine 1997’den itibaren koymaya başladı. Bu yılda üretilen Pentium ve Pentium Pro işlemcileri MMX teknolojisi ile sınırlı DSP özelliği sunmaya başladı. MMX, örneğin, Teksas Instrument’ın 320x ailesinin işlemcileri gibi, DSP işlemcilerinde bulunan zengin komutlara sahip olmasına rağmen, bir çok DSP fonksiyonunu oldukça iyi yerine getirmektedir.

Pentium MMX’in temel özellikleri aşağıda özetlenmiştir: MMX teknolojisi için destek: Multimedya işlemleri için 56 tane yeni komut. 32-bit CPU, 64-bit veriyolu, 32-bit adres yolu (4 GB adres alanı). Superscalar mimari: İki tane iş-hatlı tam sayı birimi, bir tane iş-hatlı FPU birimi, iş-hatlı MMX birimi. Ayrı ayrı 16 KB kod ve 16 KB veri önbellekleri. 4 MB sayfalama, TLB de veri bulma oranını artırmaktadır. Dallanma tahmini donanım biriminin yapısı iyileştirilmiştir. Çok işlemcili çalışma için komutlar ve ikinci seviye önbellek için destek.

Dahili hata bulma özelikleri. EFLAGS saklayıcısında bulunan ID biti ile belirlenen ve CPUID komutu kullanılarak CPU tanıma özelliği. Güç yönetim özellikleri: Sistem yönetim modu ve saat kontrol. Tümleşik devre üzerinde APIC denetleyicisi: Kesme yönetimi ve 8259 ile uyumluluk. Pentium MMX 4,5 milyon transistör içerir ve Intel’in gelişmiş 0.35 mikron CMOS teknolojisi ile üretilmiştir. Bu teknoloji düşük gerilim ve yüksek yoğunluk sağlar. Pentium MMX 166, 200 ve 233 MHz gibi değişik çekirdek hızlarında üretildi. Bu işlemcilerin sistem yolu hızları ise 66 MHz’dir.

Pentium MMX işlemcisi Pentium işlemci ailesinde önemli bir gelişme olmuştur. İlk çıkan ürünler, 166, 200 ve 233 MHz frekanslarında çalışmış ve Intel’in MMX teknolojisini destekleyen ilk mikroişlemcileri olmuştur. Pentium MMX daha önceki Pentium işlemci ailesi ile, hem yazılım hem tümleşik devre uç uyumludur. MMX teknolojisi SIMD tekniği tabanlıdır. MMX komutları olarak 57 tane yeni komut x86 komut kümesine eklendi. MMX teknolojisi günümüzdeki bir çok Pentium işlemcisinde olmasına rağmen, bunları destekleyen yazılımlar ve derleyiciler azdır. İlk Pentium işlemcilerinde de bulunan, dinamik dallanma tahmini donanım yapısı, doğruluğu artıracak şekilde, Pentium MMX işlemcisinde daha iyileştirilmiştir. Ayrıca, Pentium MMX 4 taneye kadar kod sıralarını tutabilen, 4 tane ön okuma buffer’ı içerir. Pentium MMX’te iyileştirilen diğer donanım yapısı iş-hatlıdır.