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MO401 – Arquitetura de Computadores I

2º Semestre - 2005

 Prof. Responsável: Rodolfo J. de Azevedo

Processador Pentium 4

Sandro Rogério Pereira RA 028352

sandro.pereira@gmail.com

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PROCESSADORES História

Arquitetura Intel

Motor de execução rápida

Tecnologia de Hyper-Pipelined

Trace Cache

Cache de L1

Instruções SSE/SSE 2

Transferência avançada de cache nível 2

Barramento de sistema ( Front Side Bus )

Memória de Duplo canal

HyperThreading

Previsão de Desvios (Execução Dinâmica Avançada)

Métricas de Desempenho

Conclusão

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História

• Pentium 4: Sétima Geração da Arquitetura X86

AntecessoresPentium ProPentium IIPentium III Baseado no mesmo núcleo (Microarquitetura). Difere pelo tamanho de cache e técnicas de implementações. Presença de Instruções SSE. Mecanismos de proteção Clock de 8 MHz.

Novembro de 2000 : Pentium 4 “Willamette ”

CPU totalmente redesenhada. Clock de 1,4 GHz à 1,5 GHz. Motivação: Pouco ganho de desempenho com o aumento da frequência na CPU

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Motor de execução rápida : Capacidade de duplicar a velocidade das

ALU (Aritmetics Logic Unit) Maior performance e diminuição dos tempos e intervalos de execução entre cálculos e processamentos.

A Unidade Lógica Aritmética pode trabalhar com o dobro do clock interno do processador para aumentar o desempenho em cálculos usando números inteiros.

Duas ULAs processam instruções mais simples

Duas AGUs se encarregam de ler e gravar dados.

Uma terceira ULA é encarregada de decodificar/processar as instruções mais complexas.

Arquitetura Intel

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Arquitetura Intel

Tecnologia hyper-pipelined:

Vantagens Duplica a capacidade de sequência para 20 etapas. Execução comando é dividida em partes menores Mais fácil e mais rápido de

executar.

Desvantagens: Mais fases para se executar tempo global requerido para cada operação

aumenta. Pipeline mais profundo Maior tempo de recuperação de um desvio errado ou

perdido.

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Arquitetura Intel

Trace Cache: O Pentium 4 usa uma cache especial para armazenar instruções já decodificadas. Evita decodificação repetida das instruções de x86. Retêm a ordem de execução de micro-operações armazenadas.

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Cache de L1 : Write-through. 4-way set associative. Alteração no tamanho e retrição para armazenamento de dados apenas.

Objetivo:

“Torná-lo ainda menor por causa do grande tamanho do encapsulamento”. Novos algoritmos de acesso à cache de L1 Latência baixou para 2 clock

(Pentium III consumia 3 clock). Miniaturização do núcleo do processador Cache de L1 maiores.

Arquitetura Intel

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Arquitetura Intel

Instruções SSE/SSE 2 : Aumentam a tecnologia MMX™ e SSE existente no seu antecessor PIII, contem

ainda cerca de 114 novas instruções novas para a tecnologia MMX,  já existente.

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Arquitetura Intel

Tranferência Avançada de Cache L2 : Canal de comunicação de dados mais rápido entre a cache nível 2 e o núcleo do

processador. Armazena cópias da cache L1 em modo Imperativo (Não exclusivo). Planejado para processar fluxo de dados caminho de dados entre o cache L2 e

o núcleo do processador foi duplicado.

Resultados:

Pentium 4 de 1.4 GHz Taxa de transferência de dados de 44.8GB/s.

Pentium III de 1 GHz Taxa de transferência de dados de 16GB/s.

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Arquitetura Intel

Barramento de sistema (Front Side Bus) : Aumento de Performance em conjunto aos novos sistema de execução dinâmica

e calculo de ponto flutuante. Pentium 4 (Quad Pumped) Largura de Banda três vezes maior que a largura

da banda do barramento Pentium III. Reduz a latência da CPU enquanto espera pelos novos conjuntos de dados. Implementado fisicamente com uma freqüência básica (100 MHz) trabalhando de

forma quadruplicada 400 MHz.

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Arquitetura Intel

Memória de Duplo canal :

Novas versões do Pentium 4 possum FSB de 800 MHz.

Problema:

Memória ainda é lenta !

Solução:

Dois módulos de memória (400 MHz cada) operam em paralelo para para oferecer desempenho equivalente a 800 MHz.

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Arquitetura Intel

Suporte à tecnologia HiperThreading : Lançamento: Abril de 2003. Parceria entre Intel + Principled

TechnologiesSM (PT).

Vantagens:

- Maior utilização do tempo ocioso do processador ao executar instruções de um outro processo.

- Comportamento semelhante a uma máquina de dois processadores.

- Ganho de desempenho de até 30% no processador.

Desvantagens:- Alguns ambientes operacionais como

Windows 98/SE/ME e XP Home não fazem uso do Hyper Threading (recurso desativado).

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Arquitetura Intel

Previsão de Desvios (Execução Dinâmica Avançada) :

Pentium 4 adota uma política de previsão dinâmica de desvios, baseada num histórico das condições passadas, que é guardado no Branch Target Buffer (BTB).

Uma previsão de desvio errada provoca a perda de um nº maior de instruções (execução especulativa)

Considerando: 14% das instruções são de desvio errando 50% = desempenho 30% inferior ao Pentium III

Alterações feitas tentam diminuir a perda de desempenho trazida pelo maior nº de estágios.

Capacidade de previsão de desvio 33% maior que do Pentium III.

Média de 90-95% de predições corretas.

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Métrica de Desempenho

Um aumento de 40% a 50% na freqüência resultou em um de ganho de 20% no desempenho em testes com inteiros e de 20% a 70% de ganho em testes com ponto flutuante/aplicações multimídia .

Pentium 4 obteve maior ganho de performance que o seu antecessor Pentium III em função do aumento da freqüência, novos componentes e técnicas avançadas

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Conclusão

Aumento da velocidade do clock. Novos componentes. Novas técnicas Resultado: Diminuição da latência do processador Melhor

desempenho.

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Dúvidas ???