續 ---


1.1-7　第六代的X86與多媒體時代


: Pentium Pro(P6)
1995年的Pentium Pro150/166/180/200可說是第六代的X86，核心技術包括了(1)三線道的超存量解碼／執行設計，可將三道傳統X86的指令轉譯成1~4個微指令，分配到五個執行單元去執行、(2)加大推測執行與非循序執行所需分歧預測點緩衝區、(3)暫存器動態命名、(4)內建二階層的快取記憶體(L2 Cache)。整個架構在32位元作業系統下達到最佳效能，但對於純16位元的環境下反而變慢，所以Windows NT才是Pentium Pro最佳平台。


: Pentium MMX與AMD K6
Intel自386CPU開發以來，X86指令即就不曾大幅增加過，但在1997年1月發表的Pentium MMX卻增加了57組MMX指令，若將程式以MMX指令改寫，可大幅提升音波合成與繪圖輸出的執行速度，正式面對多媒體時代的需求。
AMD K6是能與Pentium MMX 100%相容的CPU，K6具有四組X86解碼器，一個週期可以擷取2~3個X86指令，分割成六個RISC86的微指令去執行，內建64K的一階快取，資料與程式各為32K，是Pentium MMX的兩倍，在增加分歧預測率以及減少快取失誤方面為設計的重點，其卓越的性能成為1997風雲產品。
繼AMD K6之後，1998年Cyrix亦推出與Pentium MMX 100%相容的6×86MX，後更名為M II，設計路線與AMD K6相似。


1.1-8　價格與性能的競爭


1997年之後微處理機的發展，不再一味追求性能的改善，製造商希望能有低價位的產品符合一般使用者的需求，於是Intel於1997年的5月首先推出將CPU與L2快取晶片分開包裝的Pentium II，以求減少IC生產時的失敗率來降低成本，之後又在1998年4月推出了沒有L2快取晶片的Celeron，這種產品雖然價位雖低，但性能卻不能與其它廠商的低價位相比，因此IDT、AMD等公司有了一次搶攻市場的機會，例如IDT的WinChip C6可以完全與Pentium MMX指令集相容，在耗電量與較低表面溫度的優勢下，很容易將筆記型電腦升級。而AMD的K6-2(1998年5月)更是來勢洶洶，以優越的3D Now!技術改善了3D繪圖指令運算的速度，獨立兩個可以平行處理的MMX處理單元也優於Pentium MMX處理器。由於Pentium系列的微處理機採用獨家的插槽SLOT1、SLOT2，而AMD則採用Super7，從此市場區隔更為明顯。


1.1-9　速度突破GHz的年代


AMD在1997年推出的K6最高工作頻率為300MHz，1998年陸續推出K6-2/333MHz、350MHz、333MHz、500MHz、533MHz、550MHz。而Intel方面在1997年5月推出的Pentium II是233MHz，到了1998年的最高等級Pentium II/450，一年間的速度成長勉強稱為一倍。但是到了 1999年末間至2000年初微處理機處理速度卻有驚人成長，AMD於1999年6月發表工作頻率為600MHz的Athlon(K7)，2000年3月6日發表1GHz的Athlon(K75)，同年的8月14日發表的Athlon(Thunderbird)已是1.1GHz。Intel不甘勢弱在1999年6月發表600MHz的Pentium III，2000年3月8日也推出1G的Pentium III，並於7月31日趕在AMD之前發表了1.133GHz的Pentium III，也正因為Intel的操之過急，導致Pentium III在散熱不佳的情況下，執行某些版本的Linux作業系統發生了當機現象，而在8月28日宣佈全面回收。
雖然1.133GHz的Pentium III帶著瑕疵上市，但並不能改變2000年是CPU時脈速度突破1GHz的事實，關鍵之處在於Athlon/1.1G或Pentium III/1.13G都建立在0.18微米的製程(見1.5節2)。


1.1-10　新架構的出現


從1995年以來微處理機的架構都沿用Pentium Pro(P6)加以改良，但2000年Intel的Pentium 4與AMD的K8(Sledgehammer，大榔頭)卻有較大的突破。
Intel方面包括有：(1)將管線由P6的10階提昇至20階。(2)算數邏輯單元可在時脈正、負緣均產生結果，稱為雙倍頻算數邏輯單元（Double Pumped ALU）架構。(3)微碼追蹤快取(Trace Cache)架構，可以節省重複指令的解碼時間。(4)四泵浦匯流排(Quad Pumped Bus)架構，其資料匯流排介面可在同一時脈內同時傳輸四筆64位元的資料，在匯流排頻率為100MHz下的傳輸率高達3.2GB/S（100M×4×64/8=3.2G）。(3)多媒體指令集由Pentium III的68個增為144個，過去的MMX暫存器架構由64位元增為128位元。
AMD方面包括有：(1)K8同為一個真實的64位元架構，向下相容於32位元作業系統與應用程式，同時可以自動辨識32位元指令切換工作模式。(2)一個新設計的系統匯流排Lightning Data Transport (LDT)架構，可與系統晶片間做點對點的傳輸連接，支援並列PCI或串列SIO 規格，傳輸頻寬可高達6.4Gbps（800MB/S），之前的傳輸頻寬僅為266Mbps，適合於多CPU的平行處理系統。


1.1-11　結語


回顧微處理機歷史的發展其目標包括了（1）加速指令的處理資料的速度、（2）更小的單位功能晶片尺寸、（3）更少的功率消耗。在這些目的之下衍生出幾個重要的發展過程，包括了處理位元數的增加、工作時脈頻率的加快、數值運算器的改良、記憶體管理及快取技術的發展、多管線處理架構的提出、指令預解碼及預執行技術的應用、因應多媒體需求建立出新的指令集、新的晶片製程及包裝技術等等。然而以上各種發展可以歸納於兩種關鍵技術的演進，一為半導體技術的發展，使得晶片可以容下更多的電晶體(註 )，元件間的距離得以縮小，導致功能增加、使用電壓降低、電路反應速度得以加快。二為硬體架構設計上的改良，諸如多管線處理架構、微處理機內部快取架構、超存量處理、推測執行、微碼追蹤等等技術，其中管線分工是其他架構技術演進的首要功臣，此項技術如同將原本一個人的工作，同時分給多個人一起做，這正是微處理機時脈頻率無法提昇時，指令執行速率仍然還可以提昇的重要關鍵。


註 1971年4004使用2300個電晶體，2000年的Pentium 4有4200萬個電晶體。