Pentium III
Центральный процессор
Pentium3processor.jpg
Производство с 1999 по 2003
Разработчик Intel
Производитель
Частота ЦП 450 МГц — 1,4 ГГц
Частота FSB 100—133 МГц
Технология производства КМОП, 250—130 нм
Наборы инструкций IA-32, MMX, SSE
Микроархитектура P6
Разъёмы
Ядра
  • Katmai
  • Coppermine
  • Tualatin

Intel Pentium III (в русской разговорной речи — Интел Пентиум три) — x86-совместимый микропроцессор архитектуры Intel P6, анонсированный 26 февраля 1999 года. 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 платусубстрат») 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 охлаждения[1]). 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

Основная статья: Intel P6

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 (англ. Dual Independent Bus), 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 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[2]. 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 инструкций за один такт[3].

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 (англ. Bimodal branch prediction) применяется в том случае, если буфер предсказания ветвлений содержит историю переходов, в противном случае применяется статический алгоритм[3][4].

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[3].

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[5].

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)[6].

Процессоры Pentium III на ядре Katmai
Тактовая частота МГц 450 500 533 550 600
Частота FSB 100 133 100 133
Анонсирован 26 февраля 1999 27 сентября 1999 17 мая 1999 2 августа 1999 27 сентября 1999
Цена, долл.[7]. 496 696 369 700 669 615
Процессоры Pentium III на ядре Coppermine
Тактовая частота МГц 500 533 550 600 600 650 667 700 733 750 800 800 850 866 900 933 1000 1000 1100 1133
Частота FSB 100 133 100 133 100 133 100 133 100 133 100 133 100 133 100 133 100 133
Анонсирован 25 октября 1999 20 декабря 1999 20 марта 2000 октябрь 2000 24 мая 2000 31 июля 2000 8 марта 2000 июнь 2001 июль 2000
Цена, долл.[7] 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 Tualatin
Тактовая 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

Intel Pentium III Katmai снизу

Первое ядро, использованное в процессорах Pentium III, является эволюционным продолжением ядра Deschutes, на котором были основаны процессоры Pentium II последних ревизий[8].

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 отличать процессоры, работающие на одинаковой частоте, но имеющие различную внешнюю частоту, в конце названия процессоров, имеющих внешнюю частоту 133 МГц, добавлялась литера «B» (от англ. Bus — шина).

Процессоры Pentium III на ядре Katmai выпускались в корпусе SECC2.

Coppermine

Pentium III 733 МГц (SECC2)
Pentium III 1 ГГц (FCPGA)
Pentium III 866 МГц (FCPGA2)

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 с 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[6].

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 литера «E» (от англ. Enhanced — улучшенный). Возможно также сочетание литер «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)[9].

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

В 2000 году в планах компании Intel появились процессоры с кодовым именем Coppermine-T. Предполагалось, что эти процессоры станут переходным вариантом между Coppermine и новыми процессорами на ядре Tualatin. Единственным чипсетом, предназначенным для работы с процессорами на ядре Tualatin, должен был стать i830 (Almador), а недорогими процессорами для работы в системных платах на его базе — Pentium III на ядре Coppermine-T. Однако, в связи с тем, что компания Intel сосредоточилась на продвижении новых процессоров Pentium 4, в январе 2001 года выпуск чипсета i830, а вместе с ним и процессоров Pentium III на ядре Coppermine-T, был отменён[10].

Процессоры на ядре Coppermine-T представляют собой Pentium III на ядре Coppermine ревизии D0, способные работать как с шиной AGTL (1,25 В), используемой процессорами на ядре Tualatin, так и с шиной AGTL + (1,5 В), используемой остальными процессорами Pentium III.

Tualatin

Pentium III-S Tualatin

Процессоры Pentium III и Pentium III-S на ядре Tualatin были анонсированы 21 июня 2001 года. В связи с тем, что на тот момент на рынке уже присутствовал процессор Pentium 4, пришедший на смену процессорам Pentium III и активно продвигаемый компанией Intel, процессоры на ядре Tualatin не получили широкого распространения, несмотря на то, что они значительно превосходили Pentium 4 на равных частотах.

Основным отличием от процессоров на ядре Coppermine стало наличие аппаратной предвыборки данных (data prefetch logic), что позволило повысить производительность за счёт предварительной загрузки данных, необходимых для работы.

Процессоры Pentium III-S имели 512 Кб кэш-памяти второго уровня и предназначались для высокопроизводительных рабочих станций и серверов. В процессорах Pentium III на ядре Tualatin 256 Кб кэш-памяти были аппаратно отключены. Частота системной шины составляла 133 МГц для обеих модификаций.

Процессоры на ядре Tualatin выпускались по 130 нм технологии, содержали 44 млн транзисторов и имели площадь кристалла 80 мм² (вне зависимости от объёма кэш-памяти второго уровня). Напряжение ядра было снижено до 1,45—1,5 В. Также было изменено напряжение шины — в процессорах на ядре Tualatin использовалась шина AGTL с напряжением 1,25 В. Кроме того, было изменено назначение некоторых контактов разъёма Socket 370, поэтому процессоры на ядре Tualatin несовместимы с системными платами с разъёмом Socket 370, предназначенными для работы с Pentium III на ядре Coppermine, однако работоспособны в более старых системных платах с разъёмом Slot 1 за счёт использования переходника Socket 370 — Slot 1 (Slot-to-FCPGA2)[11]. Кроме того, платы и переходники могут быть модифицированы для работы с процессорами на ядре Tualatin[12].

Процессоры Pentium III на ядре Tualatin практически не встречались в розничной продаже и предназначались для рынка OEM (для использования в готовых компьютерах крупных производителей).

Существовали также встраиваемые (embedded) процессоры Pentium III-S, имевшие пониженное до 1,15 В напряжение питания, выполненные в корпусе BGA с 479 контактами. Они отличались от мобильных процессоров (Mobile Pentium III) отсутствием поддержки технологии Intel SpeedStep[13].

На основе ядра Tualatin разрабатывалось ядро для первых процессоров Pentium M, предназначенных для использования в ноутбуках, а архитектурные принципы, заложенные в процессорах семейства P6, легли в основу процессоров Intel Core 2, пришедших на смену процессорам Pentium 4 и Pentium D в настольных ПК[14].

Mobile Pentium III

Mobile Pentium III

Процессоры Mobile Pentium III, предназначенные для установки в ноутбуки, базировались на модифицированных ядрах Coppermine и Tualatin. Эти процессоры отличались пониженным до 0,95—1,7 В напряжением питания и поддержкой технологии Intel SpeedStep, которая динамически снижала частоту ядра процессора. В режиме энергосбережения также снижалось напряжение питания. Существовали модели Mobile Pentium III Ultra-Low Voltage (ULV) и Mobile Pentium III Low Voltage (LV), которые имели пониженное напряжение питания и обладали низким тепловыделением. Предназначались такие процессоры для установки в компактные ноутбуки[6].

Процессоры выпускались в нескольких вариантах корпусов:

  • mBGA2 и mFCBGA — предназначались для установки в компактные ноутбуки, для которых были критичны габариты процессора. Высота процессора в данном корпусе составляла около 2,5 мм. Возможность замены процессора в таких системах отсутствовала.
  • Pentium III являлся флагманским процессором компании Intel для настольных компьютеров с момента выхода в феврале 1999 года и до появления на рынке процессора Pentium 4 в ноябре 2000 года. После выхода процессора Pentium 4 выпускались процессоры Pentium III на ядре Tualatin, однако широкого распространения они не получили. Параллельно с Pentium III существовали следующие x86-процессоры:

    • Intel Celeron (Mendocino). Предназначался для рынка недорогих настольных компьютеров. В момент своего появления, младший в семействе, Celeron 300А при работе в разогнанном режиме на 100 МГц шине позволял получить производительность, сравнимую с самым производительным процессором Pentium II 450. Даже после выпуска процессора Pentium III на ядре Katmai, за счёт полноскоростного кэша, разогнанные Celeron 300А обеспечивали сравнимую производительность в приложениях, не поддерживающих расширения SSE[8].
    • Intel Celeron (Coppermine-128). Предназначался для рынка недорогих настольных компьютеров. Уступал как процессорам Pentium III на ядре Coppermine, так и конкуренту — AMD Duron — в основном за счёт использования медленной системной шины (66 / 100 МГц против 100 / 133 МГц у Coppermine и 200 МГц у AMD Duron). Уменьшенный до 128 Кб кэш второго уровня также не позволял процессорам Celeron приблизиться к конкурентам[15][16].
    • Intel Celeron (Tualatin). В отличие от процессоров Pentium III на ядре Tualatin, Celeron, представлявший собой Pentium III с 256 Кб кэш-памяти второго уровня и внешней частотой 100 МГц, получил широкое распространение, в частности, среди оверклокеров: так, например, процессоры Celeron 1.0A и 1.1A легко разгонялись до 1333 и 1466 МГц соответственно путём увеличения частоты шины до 133 МГц[17]. Уступал процессорам Pentium III и Pentium III-S за счёт менее скоростной системной шины, увеличенной латентности кэш-памяти второго уровня и меньшего её объёма (в случае с Pentium III-S), во многих задачах также уступал своим конкурентам — AMD Athlon XP и Duron[18][19].
    • Intel Pentium 4. Флагманский процессор компании Intel с ноября 2000 года. Серьёзно уступал как Pentium III, так и AMD Athlon XP на равных частотах, однако за счёт архитектуры NetBurst имел значительно более высокий частотный потенциал, позволявший получить преимущество в производительности[20][21].
    • AMD K6-III. Конкурировал с процессорами Pentium III на ядре Katmai. Значительно уступал в подавляющем большинстве задач (за исключением офисных приложений, а также игр, оптимизированных под расширения 3DNow!) из-за устаревшей архитектуры и инфраструктуры. Устанавливался в материнские платы с разъёмом Super Socket 7[22].
    • AMD Athlon (K7). Конкурировал с процессорами Pentium III на ядрах Katmai и Coppermine. Во многих задачах опережал Pentium III, в некоторых — уступал им из-за отсутствия поддержки расширений SSE и менее быстродействующей кэш-памяти второго уровня[23].
    • AMD Athlon (Thunderbird). Конкурировал с процессорами Pentium III на ядре Coppermine. В некоторых задачах опережал Pentium III за счёт архитектурных преимуществ, в некоторых — уступал им из-за отсутствия поддержки расширений SSE и 64-битной шины кэш-памяти (против 256-битной у Coppermine)[24].
    • AMD Duron (Spitfire). Предназначался для рынка недорогих настольных компьютеров. Конкурировал с процессорами Intel Celeron на ядре Coppermine, значительно опережая их в большинстве задач, приближаясь к значительно более дорогим Pentium III, работавшим на немного меньшей частоте, а в некоторых задачах опережал их[25].
    • VIA C3. Предназначался для компьютеров с низким энергопотреблением, имел крайне низкую производительность и уступал всем конкурирующим процессорам[26].
    • К концу 1999 года тактовые частоты процессоров, выпускаемых компаниями Intel и AMD, вплотную приблизились к отметке 1 ГГц. С точки зрения рекламных возможностей, первенство в покорении этой частоты означало серьёзное превосходство над конкурентом, поэтому Intel и AMD прикладывали значительные усилия для преодоления гигагерцового рубежа.

      Процессоры Intel Pentium III на тот момент выпускались по 180 нм технологии и имели интегрированный кэш второго уровня, работающий на частоте ядра. На частотах, близких к 1 ГГц, интегрированный кэш работал нестабильно.

      Процессоры AMD Athlon выпускались по 180 нм технологии и имели внешний кэш, работающий максимум на половине частоты процессора. На частотах, близких к 1 ГГц, использовались большие делители, что позволяло наращивать тактовую частоту процессоров.

      Это предопределило исход противостояния: 6 марта 2000 года компанией AMD был представлен процессор Athlon, работающий на тактовой частоте 1 ГГц. Кэш-память второго уровня в этом процессоре работала на частоте 333 МГц. Процессор появился в продаже сразу после анонса[28].

      8 марта 2000 года был анонсирован процессор Intel Pentium III 1 ГГц. При этом были пропущены более медленные модели: 850, 866 и 933 МГц, анонсированные 20 и 24 марта. Процессор с тактовой частотой 1 ГГц появился в продаже со значительной задержкой, а анонсированный в июне Pentium III (Coppermine) с частотой 1,13 ГГц был отозван из-за нестабильной работы[29][30]. Выпуск моделей, работающих на частотах 1,1 и 1,13 ГГц, оказался возможен лишь в 2001 году после обновления ядра Coppermine (ревизия D0).

    Интересные факты