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详解Pentium M处理器

Intel的NetBurst并不是一个成功的架构,尽管Intel在设计Pentium 4之初,目标是10GHz核心频率。但事实证明目标难以完成。工程师难以在提升频率的同时,将发热量控制到一个合理的范围。因此,Intel宣称NetBurst产品频率不提升到4GHz以上。毕竟谁都不想坐在一个“火炉”旁边,谁都不想听到嗡嗡作响的风扇声音。

 

  Intel为桌面处理器找到了一条新的开发方法,不提升时钟频率,而是集成多个计算核心。但先天的缺陷难以回避,如果不作任何改变的话,Pentium 4难以和其竞争对手相抗,在当前的处理器测试中,Pentium 4在大多数的测试项目中都落后于AMD。

  NetBurst架构的高发热量和高能耗,不仅让Intel手足无措,也给一些希望购买Intel产品的消费者当头一击。但Intel现在产品线中还是有好产品。尽管Pentium III早已退出了桌面市场,但它在移动市场很快又找到了新的位置,而现在移动市场中的Intel处理器就都是基于和Pentium III相似的架构,只不过采用了更先进的生产工艺和其他一些改进,实现了比Pentium III更小的发热量和更高的总体性能,Pentium III在移动市场获得重生,被命名为—Pentium M。
尽管采用了Pentium III相关的架构,不过Pentium M使用的却是QPB 4倍前端总线,这个总线和Pentium 4的总线是一样的,同时也为Pentium M通过转接卡在Pentium 4普通主板上面使用提供了理论基础。华硕的工程师所开发出来的专用于Pentium M的转接卡就实现了这个功能。
Pentium M处理器到底和其他的处理器架构上面有何不同?Intel一直都没有过多的谈论这款产品的架构。在所有发布的官方文档中,对其性能指标和命名方法的描述也只是只言片语,如:为移动电脑设计的架构,专用的堆栈管理,微操作融合技术(micro-ops fusion),以及增强的Intel SpeedStep技术(EIST)。但是这些描述并不能够将Pentium M的内部架构表述清楚。看来Intel好像并不想透露太过关于Pentium M的细节信息,这里面一定是有原因的,是什么呢?

  其实Pentium M根本就是根据P6架构作出的小幅修改而成的产品,P6架构是Intel很早以前所开发出来的架构,最早曾被用于Pentium Pro,后来Pentium II,Pentium III都使用的是这个架构。那么Pentium M看起来更像是广告铺天盖地的NetBurst架构的一种倒退哦?当然不是,你不能仅将Pentium M看作是一款过时的,已经不合时宜老架构。

  其实在实际的评测中,Pentium M在很多项目上得分都超过了Pentium 4。而P6架构也是Intel开发的最优秀,最成功的一款架构,仅仅从它在市场中存在的时间,以及所衍生出来的产品数量就可知一二。既然如此,同样使用此架构的Pentium M为什么就不能够继续实现其辉煌呢?现在就让我们来看看,相比于Pentium III,Pentium M所作出的具体改进有哪些?

管线和执行核心:

  Pentium M和Pentium III一样,都是基于RISC架构(精简指令集架构)的处理器,不过两款处理器的执行核心有稍有不同。例如:虽然两款处理器都只有5个执行单元,但是两款处理器的执行管线长度是不一样的。Pentium III的整数管线长度为10级,而Pentium M的管线要更长些。当然Pentium M的管线长度尚远远不及Pentium 4,毕竟需要保证Pentium M处理器的执行效率,但是为了今后能够进一步提升处理器的频率,Intel的工程师还是增加了管线长度。

  管线长度决定频率提升的潜力,同时会为处理器带来更多的能耗和发热量,因此管线长度的选定,对移动处理器来说尤其重要。因此通过一些使用经验数据判断,该处理器的管线大约在12-14级左右,也就是说要比Pentium III的管线长一点点。新增加的管线级数,除了用来推升处理器的时钟频率外,在Pentium M处理器中的微操作融合技术也需要更长的管线。这一点将在后文中提及。

  较长管线的缺点还颇多,在带来了更高能耗和更多发热量的同时,还会带来因为分支预测失败后的更多花销。尤其对于现在的超标量体系结构且拥有乱序执行能力的处理器而言,分支预测失败所带来的负面影响不容忽视,而且已经成为影响处理器性能的重要因素。在研发过程中,开发人员都会尽可能降低因为增加执行管线级数而带来的这种影响,那么现在就让我们来看看,Pentium M中是如何改进分支预测单元的。

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