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Intel Pentium

Microprozessor von Intel
(Weitergeleitet von Pentium)

Intel Pentium ist der Markenname einer Reihe von Mikroprozessoren und Ein-Chip-Systemen (engl. Systems-on-Chip, SoCs), die von der Firma Intel entwickelt wurden. Die Marke wurde erstmals im Jahr 1993 für einen Mikroprozessor verwendet. Dieser erschien als Nachfolger des erfolgreichen i486; zwei der Hauptarchitekten waren Uri C. Weiser und John Crawford.

Inhaltsverzeichnis

NamensgebungBearbeiten

Nach dem zuvor bei Intel üblichen Namensschema hätte der Nachfolger des x86-Prozessors vierter Generation eigentlich 80586 oder kurz i586 heißen müssen. Ende 1992 ließ Intel dann aber verlauten, dass ihre zur CeBIT 1993 angekündigte Mikroprozessorneuentwicklung den Namen Pentium tragen solle. Der Name Pentium war abgeleitet von penta (πεντα) – dem griechischen Wort für „fünf“. Intel begründete diese Namenswahl mit der Unmöglichkeit, Zahlen markenrechtlich schützen zu lassen. Die Konkurrenten Cyrix und AMD hatten für die Benennung ihrer Klone des Intel i486 leichte Abwandlungen vom Intel-Namen, nämlich Cyrix Cx486 und Am486, verwendet.

Nachdem die Marke Pentium im Markt eingeführt war, verwendete Intel sie auch für Mikroprozessormodelle folgender Generationen. Bis zur Einführung der Marke Core im Jahr 2006 wurde Pentium stets zur Benennung von Modellen aus dem bezüglich Leistung und Preis oberen Teil des Intel-x86-Prozessorangebots verwendet.

Die Pentium-1-FamilieBearbeiten

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Logo für den Intel Pentium MMX
Produktion: 1992 bis 1999
Produzent: Intel
Prozessortakt: 60 MHz bis 300 MHz
FSB-Takt: 50 MHz bis 66 MHz
L1-Cachegröße: 16 KiB bis 32 KiB
Fertigung: 0,8 µm bis 0,25 µm
Befehlssatz: x86 (16 bit) und x86-32
Mikroarchitektur: P5
Sockel:
Namen der Prozessorkerne:
  • P5
  • P54
  • P54CS
  • P55C
  • Tillamook

TechnischesBearbeiten

 
Familie des Intel Pentium P5
oben: Pentium 166 (P54CS)
oben links: Pentium MMX 166 (P55C)
oben rechts: Pentium 120 (P54C)
mitte: Pentium 60 (P5)
unten links: Pentium 90 (P54C, mit integriertem Kühlkörper)
unten rechts: Pentium MMX 233 (P55C)
unten: Pentium 75 (P54C, Keramik-Variante)

Der 1993 vorgestellte Pentium-Mikroprozessor wurde Intel-intern P5 genannt. Das Design stammte vom selben Entwicklerteam, das auch schon den 486er entwickelt hatte. Dieser Pentium erschien als der erste superskalare CISC-Mikroprozessor der Welt. Man integrierte hier RISC-Technologie, ohne dabei die Abwärtskompatibilität zum 486 zu verlieren.

Der 486er besitzt eine gegenüber klassischem RISC-Design erweiterte 5-stufige Pipeline (Fetch, Decode 1, Decode 2, Execute, Write Back). Der Pentium hat auch diese erweiterte 5-stufige Pipeline, bekam aber zwei Execution-Units, U und V, die gewisse (paarbare) Befehle superskalar ausführen konnten[1].

Das Design implementiert zwei Integer-Execution-Units, eine Gleitkomma-Execution-Unit, dynamische Sprungvorhersage, getrennte Daten- und Code-Caches von jeweils 8 KByte und einen 64 Bit breiten externen Datenbus mit schnellen Burst-Modi, um den externen Cache schnell anbinden zu können. Hinzu kamen weitere Funktionen, wie ein System-Management-Mode (SMM), hardwareunterstütztes Performance-Monitoring und Execution-Tracing. Die beiden Pipelines erlauben es dem Pentium, zwei an der Befehlsausführung beteiligte Funktionseinheiten parallel arbeiten zu lassen, wenn sich die Möglichkeit bietet (Integer- und Gleitkomma-Operationen können weitgehend unabhängig voneinander ausgeführt werden). Die dynamische Sprungvorhersage gleicht einen konzeptionellen Nachteil der Pipeline-Architektur aus: Falls ein Sprung erfolgt, werden die Ergebnisse bereits abgearbeiteter Teilbefehle ungültig, weshalb der komplette Inhalt der Pipeline verworfen werden muss (so genannter Pipeline-Flush). Der Adressbus blieb im Gegensatz zum Pentium Pro 32 Bit breit (4 GiB Adressraum).

Allerdings deckte der Level-2-Cache der damaligen Pentium-Chipsätze nicht den gesamten Speicherbereich ab. Sie betrug beim Intel 430FX/TX/VX-Chipsatz 64 MByte, beim Intel 430HX-Chipsatz 512 MByte (zweiter Tag-RAM wurde dann benötigt)[2]. Speicher oberhalb dieser Grenze war benutzbar, allerdings langsamer.

Der FDIV-BugBearbeiten

Erst anderthalb Jahre nach seiner Vorstellung sorgte der Pentium mit dem FDIV-Bug für Aufsehen – wegen seiner Popularität manchmal auch etwas unspezifisch lediglich als Pentium-Bug bezeichnet. Neben dem Fehler selbst verunsicherte insbesondere der Umgang von Intel mit diesem Fehler viele Anwender. Intel versuchte anfangs, diesen Fehler herunterzuspielen. Prozessormodelle auf Basis des P55C und folgender Designs sind nicht vom FDIV-Bug betroffen.

Varianten des Pentium-1Bearbeiten

 
Intel Pentium: Funktionsblockschaltbild

Der P5-PentiumBearbeiten

Die erste Generation des Pentium, der P5, wurde auf der CeBIT 1993 vorgestellt. Die beiden einzigen Vertreter des P5 sind der Pentium 60 und der Pentium 66. Beide arbeiten mit einer Versorgungsspannung von etwa 5 Volt und sind von Haus aus nicht Multiprocessing-fähig. Sie unterstützen aber bereits das MESI-Protokoll zur Sicherstellung der Cache-Kohärenz im Mehrprozessorbetrieb. Ihr Kern wird – vergleichbar dem der ersten 486-Prozessoren – noch mit derselben Taktfrequenz betrieben wie das Businterface. Beide CPUs passen ausschließlich in den Sockel 4 und unterscheiden sich ansonsten funktional nur unwesentlich von ihrem Nachfolger, dem P54C.

Trotz seines fortschrittlichen Designs war der P5 kein großer wirtschaftlicher Erfolg für Intel. Das war aber keineswegs mangelnden technischen Qualitäten zuzuschreiben; vielmehr hatte sich Intel einen hausinternen Konkurrenten geschaffen, den mit 100 MHz getakteten i486-Prozessor DX4. Komplettsysteme mit dem DX4 waren in der Anschaffung deutlich günstiger und standen zumindest solchen mit Pentium 60 in Sachen Rechenleistung kaum nach. Zudem konnte der DX4 nachgerüstet werden, wenn bereits ein 486er-Mainboard vorhanden war, was keine guten Startvoraussetzungen für den neuen Prozessor bot.

Ein weiteres Problem ist die Versorgungsspannung von etwa 5 Volt. In Verbindung mit den damals oft zu knapp dimensionierten Kühlkörpern (die zur Zeit der Einführung des Pentium noch nicht immer erforderlich und daher wenig verbreitet waren) und Lüftern führt dies zu einer starken Erwärmung der CPU und oft sogar angrenzender Komponenten auf dem Mainboard (Wärmeleitung über die Leiterbahnen aus Kupfer), was meist zu einem instabilen Betrieb des Computers führt.

Der P54C-PentiumBearbeiten

Der P54C-Pentium, der auch als Pentium-S bezeichnet wird, wurde zur CeBIT 1994 vorgestellt. Er kam zuerst mit 90 und 100 MHz und kurz darauf auch mit 75 MHz auf den Markt. Bis ins Jahr 1997 folgten noch Versionen mit 120, 133, 150, 166 und 200 MHz. Im Gegensatz zum P5 hat der P54C einen On-Chip-APIC und ist somit von Haus aus Multiprocessing-fähig. Trotzdem garantierte Intel nicht bei allen CPUs für die Funktionsfähigkeit des APIC, weshalb auch Versionen verkauft wurden, die den Multiprozessorbetrieb nicht unterstützten. Darüber hinaus besitzt der P54C das verbesserte, so genannte SL-enhanced Power Management. Für den P54C war zunächst der Sockel 5, später auch der Sockel 7 vorgesehen. Die Versorgungsspannung konnte auf 3,3 V gesenkt werden.

Im Gegensatz zu seinem Vorgänger, dem P5, wurde der P54C ein großer Erfolg für Intel. Es sollte fast zwei Jahre dauern, bis konkurrenzfähige Pentium-Klone auf den Markt kamen. Während Intel den Pentium favorisierte, schlachtete die Konkurrenz – ebenfalls erfolgreich – die 486er-Plattform zunächst weiter aus. So brachten AMD und Cyrix weiterhin schnelle 486er-Prozessoren auf den Markt, Ende 1995 – unter dem Namen 5x86 – sogar solche, die es durchaus mit einem Pentium 75 aufnehmen konnten. Zu dieser Zeit war Intel aber bereits beim Pentium 133. Im Laufe des Jahres 1996 konterte AMD mit dem 5k86, dem späteren K5 und Cyrix mit dem 6x86. Letzterer schaffte es sogar, bei der Integer-Rechenleistung dem damals schnellsten Pentium gefährlich zu werden. Aber bevor der 6x86 sich richtig etablieren konnte, konterte wiederum Intel Anfang 1997 mit einer Weiterentwicklung des P54C, dem P55C.

Der P55C-Pentium (Pentium MMX)Bearbeiten

 
Intel Pentium MMX: Funktionsblockschaltbild

Der P55C wurde in Intels Forschungs- und Entwicklungszentrum in Haifa (Israel) entwickelt. Er ist der letzte und leistungsfähigste Prozessor aus der Pentium-1-Familie. Der Verkauf erfolgte unter der Bezeichnung Pentium MMX, da er als erster Prozessor mit Intels neuer MMX-Befehlssatzerweiterung ausgestattet ist. Den Pentium MMX gibt es mit Taktfrequenzen von 133 MHz (nur mobil), 166, 200 und 233 MHz (Desktop und mobil) sowie 266 und 300 MHz (nur mobil). Da beim P55C das Businterface mit 3,3 V, der CPU-Kern aber mit 2,8 V betrieben wird, benötigt er eine spezielle Form des Sockel 7, den so genannten Split-Voltage-fähigen Sockel 7, nicht zu verwechseln mit dem Super-Sockel 7.

Darüber hinaus wurde der P55C intern verbessert. Er behielt zwar im Wesentlichen die Architektur des P54C bei, optimierte und ergänzte sie aber an vielen Stellen. So besitzt der P55C doppelt so große Caches wie seine Vorgänger, hat eine deutlich verbesserte – vom Pentium Pro übernommene – Sprungvorhersage, vier statt zwei Schreib-Puffer und einen CPU-internen Return-Stack zur Beschleunigung von Unterprogramm-Rücksprüngen. Auch seine Pipelines wurden verbessert. So können sie nun auch mit Befehlskombinationen (so genannte Befehlspaarungen) parallel beschickt werden, die vorher nicht möglich waren, und eine zusätzliche Stufe wurde hinzugefügt.

Obwohl die Verbesserungen an der Pipeline hauptsächlich wegen der Erweiterung um die MMX-Befehle vorgenommen wurden, profitieren auch Nicht-MMX-Anwendungen davon. Unterm Strich machen sich die Verbesserungen in einer deutlichen Leistungssteigerung bemerkbar. Der P55C ist bei Nicht-MMX-Anwendungen im Mittel etwa 15 bis 20 Prozent schneller als ein gleichgetakteter P54C, wobei ein großer Teil dieser Steigerung dem größeren Cache zuzurechnen ist.

Als PentiumODPMT (P54CTB, P5-Overdrive-Prozessor) existierten Versionen des P5-MMX, die aufgrund eines integrierten Spannungswandlers auch auf Mainboards mit Sockel 5, also ohne geteilte Spannungsversorgung, einsetzbar waren.

ModellübersichtBearbeiten

Pentium und Pentium MMX
     
Codename P5 P54C P54CS (Pentium-S) P55C Tillamook*
Produktcode 80500 / 80501 80502 80503
L1-Cache
(Daten + Instruktionen)
8 + 8 KiB 8 + 8 KiB 16 + 16 KiB
Fertigungstechnik (µm) 0,80 BiCMOS 0,60 oder 0,35 BiCMOS* 0,35 BiCMOS 0,35 CMOS (später 0,28) 0,25 CMOS
Anzahl Transistoren (Mio.) 3,1 3,3 3,3 4,5 4,5
Die-Größe
(mm²)
294 148 bei 0,6 µm /
91 (später 83) bei 0,35 µm
141 bei 0,35 µm /
128 bei 0,28 µm
90 (Intel SmartDie***
9,063 mm·10,424 mm=94,47 mm²)
Sockel Sockel 4 Sockel 5 / 7 Sockel 5 / 7 Sockel 7
Gehäuse CPGA CPGA/TCP* CPGA/PPGA/TCP* CPGA/PPGA/TCP* TCP/TCP auf MMC-1
Taktfrequenz (MHz) 60 66 75 90 100 120 133 150 166 200 120* 133* 150* 166 200 233 166 200 233 266 300
FSB (MHz) 60 66 50 60 66 60 66 60 66 60 66 60 66 66
TDP (max. W) 14,6 16 8**
4,4*
9**
7,3*/**
10,1**
5,9*
12,8**
7,1*
11,2**
7,9*
11,6**
10,0*
14,5** 15,5** ? 7,8 8,6 13,1
9,0*
15,7 17 4,1 5,0 5,5,
max. 7
7,6 8,0
Vcore 5,0 3,3
2,9*
3,3
2,9*
3,3
3,1*
3,3 2,8 2,45 2,8
2,45*
2,8 1,8 2,0
Eingeführt 22. März
1993
10. Okt.
1994
7. März
1994
27. März
1995
Juni
1995
4. Januar
1996
10. Juni
1996
27. März–1. Nov.
1995
8. Januar
1997
2. Juni
1997
August
1997
Jan.
1998
Jan.
1999

* Diese sind nur verfügbar als Mobile Pentium oder Mobile Pentium MMX für Laptops.
** Nicht TDP, sondern Max. Active Power Dissipation
*** Intel SmartDie 27315402 (or 273154-002) Mobile Pentium® Processor MMX™ Technology 0.25 Micron SmartDie® Product Specification

Pentium MMX Overdrive
Codename P54CTB
Produktcode PODPMT60X150 PODPMT66X166 PODPMT60X180 PODPMT66X200
L1-Cache
(Daten + Instruktionen)
16 + 16 KiB
Fertigungstechnik (µm) 0,35
Sockel Sockel 5/7
Gehäuse CPGA mit Kühlkörper, Lüfter und Spannungsregler
Taktfrequenz (MHz) 125 150 166 150 180 200
FSB (MHz) 50 60 66 50 60 66
Upgrade für Pentium
75
Pentium
90
Pentium
100, 133
Pentium
75
Pentium
90, 120, 150
Pentium
100, 133, 166
TDP (max. W) 15,6 15,6 15,6 18
Vcore 3,3 3,3 3,3 3,3
Embedded Versionen des Pentium MMX
Codename P55C Tillamook
Produktcode FV8050
366200
FV8050
366233
FV80503
CSM66166
GC80503
CSM66166
GC80503
CS166EXT
FV80503
CSM66266
GC80503
CSM66266
Fertigungstechnik (µm) 0,35 0,25
Taktfrequenz (MHz) 200 233 166 166 166 266 266
FSB (MHz) 66 66 66 66 66 66 66
Gehäuse PPGA PPGA PPGA BGA BGA PPGA BGA
TDP (max. W) 15,7 17 4,5 4,1 4,1 7,6 7,6
Vcore 2,8 2,8 1,9 1,8 1,8 1,9 2,0

Weitere Intel-Produkte der Marke PentiumBearbeiten

Die Architekturen von Prozessoren, die unter der Marke Pentium veröffentlicht wurden, unterscheiden sich teilweise grundlegend (Intel® Pentium® III Processor 1.13 GHz[3] und Intel® Pentium® 4 Processor 1.30 GHz[4]), auf der anderen Seite gibt es Prozessoren, deren Kerne trotz völlig unterschiedlicher Namen in fast allen Belangen identisch sind (Intel® Pentium® Processor G4520[5] und Intel® Core™ i3-6100 Processor[6]). Die Marke Pentium nutzen u. a. folgende Intel-Produkte:

Siehe auchBearbeiten

LiteraturBearbeiten

QuellenBearbeiten

  1. http://oldhome.schmorp.de/doc/opt-pairing.html
  2. http://www.anandtech.com/show/72/5
  3. Intel® Pentium® III Processor 1.13 GHz, 256K Cache, 133 MHz FSB (englisch) Intel®. Abgerufen am 14. Mai 2019.
  4. Intel® Pentium® 4 Processor 1.30 GHz, 256K Cache, 400 MHz FSB (englisch) Intel®. Abgerufen am 14. Mai 2019.
  5. Intel® Pentium® Processor G4520 (englisch) Intel®. Abgerufen am 14. Mai 2019.
  6. Intel® Core™ i3-6100 Processor (englisch) Intel®. Abgerufen am 14. Mai 2019.
  7. N-series Intel® Pentium® Processors and Intel® Celeron® Processors (PDF; 2,3 MB)