Кэш-память первого уровня с отслеживанием выполнения команд Помимо кэш-памяти данных объемом 8 КБ, процессор Intel® Pentium® 4 имеет кэш-память первого уровня с отслеживанием выполнения команд, которая хранит до 12 000 декодированных микроопераций в порядке их выполнения. Это увеличивает производительность за счет исключения декодера из системы основных команд и делает более эффективным использование кэш-памяти, так как команды, имеющие ответвления, не отсылаются в память. В результате удается передать большой объем команд в исполнительные блоки процессора и уменьшить общее время, требуемое на возврат из тех ответвлений, которые были неправильно предсказаны.

Блок быстрого исполнения команд (Rapid Execution Engine) Два блока арифметической логики процессора Intel® Pentium® 4 работают с частотой, превышающей тактовую частоту процессора в 2 раза. Это позволяет выполнять основные целочисленные команды (сложение, вычитание, логическое И, логическое ИЛИ) с двойной тактовой частотой. Например, блок быстрого исполнения команд процессора Pentium® 4 с тактовой частотой 3,20 ГГц работает с частотой 6,4 ГГц.

Кэш-память с улучшенной передачей данных 2 уровня объемом 512 КБ Кэш-память с улучшенной передачей данных 2 уровня объемом 512 КБ реализована в процессорах с тактовыми частотами от 3,20 до 2,40 ГГц. Кэш-память с улучшенной передачей данных 2 уровня обеспечивает более высокую скорость обмена данными с процессорным ядром. Кэш-память с улучшенной передачей данных 2 уровня оснащена 256-разрядным (32-байтным) интерфейсом, передавая данные с частотой, соответствующей тактовой частоте процессора. Таким образом, скорость передачи данных в процессоре Pentium® 4 с тактовой частотой 3,20 ГГц составляет 102 ГБ/с. Сравните эту цифру с 16 ГБ/с процессора Pentium® III с тактовой частотой 1 ГГц. Среди характеристик кэш-памяти с улучшенной передачей данных можно отметить:

• Неблокируемая, полноскоростная кэш-память второго уровня
• 8-канальная организация
• 256-разрядная шина данных кэш-памяти второго уровня
• Ввод/вывод данных в кэш-память на каждом такте

Встроенная кэш-память третьего уровня объемом 2 МБ Встроенная кэш-память третьего уровня объемом 2 МБ имеется только в процессоре Intel® Pentium® Extreme Edition с тактовой частотой 3,20 ГГц. Дополнительная кэш-память третьего уровня расположена на кристалле процессора и рассчитана на удовлетворение потребностей самых требовательных пользователей, включая игроков в самые современные игры. Встроенная кэш-память третьего уровня объемом 2 МБ в сочетании с 800-МГц системной шиной обеспечивает высокопропускной канал доступа к памяти. Встроенная кэш-память третьего уровня предоставляет более быстрый доступ к крупным массивам данных, хранимых в кэш-памяти процессора. В результате в среднем снижаются задержки при обращении к памяти и повышается пропускная способность системы.

Улучшенное динамическое исполнение команд Блок улучшенного динамического исполнения команд представляет собой весьма сложное устройство, которое состоит из отдельных блоков, отвечающих за выполнение команд. Процессор Intel® Pentium® 4 может просматривать на лету 126 команд и обрабатывать в конвейерном режиме до 48 операций и 24 хранящихся в памяти команд. Он также имеет усовершенствованный алгоритм предсказания ветвлений, обеспечивающий уменьшение числа ложных предсказаний примерно на 33% по сравнению с аналогичным показателем процессоров поколения P6. Это осуществляется с помощью буфера ветвлений объемом 4 КБ, который хранит больше информации об истории ветвлений, имевших место ранее, а также более совершенного алгоритма предсказания ветвлений.

Улучшенный блок операций с плавающей запятой и обработки мультимедиа Процессор Intel® Pentium® 4 расширяет регистры операций с плавающей запятой до полных 128 бит и добавляет дополнительный регистр для передачи данных, что повышает производительность работы приложений с плавающей запятой и мультимедийных приложений.

Потоковые SIMD-расширения SSE2 С появлением SSE2 в микроархитектуре Intel NetBurst к набору SIMD-расширений, представленному технологиями MMX и SSE, были добавлены еще 144 инструкции. Эти инструкции включают 128-разрядные операции над целочисленными выражениями и 128-разрядные операции над числами с плавающей запятой двойной точности и уменьшают общее количество инструкций, требуемых для выполнения определенной задачи в программе, что способствует повышению общей производительности. Набор команд SSE2 ускоряет работу большого числа приложений, включая обработку видео, речи, изображений и фотографий, шифрование, а также финансовые, инженерные и научные приложения.

Логический блок с предварительной выборкой данных Логический блок с предварительной выборкой данных анализирует цепочку требуемых приложению данных и заранее загружает их в кэш-память с улучшенной передачей данных, еще больше повышая производительность процессора и приложения.

Средства тестирования и мониторинга системы

• Встроенный алгоритм самотестирования (BIST) осуществляет поиск ошибки в микрокоде и в больших логических матрицах, а также тестирование кэш-памяти команд, кэш-памяти данных, буферов ассоциативной трансляции (Translation Lookaside Buffers - TLB) и устройств постоянной памяти (ROM).
• Стандартный порт доступа к тестированию IEEE 1149.1 (Standard Test Access Port )и механизм сканирования границ обеспечивают тестирование процессора Intel® Pentium® 4 и системных соединений с помощью стандартного интерфейса.
• Внутренние счетчики контролируют работу процессора и проводят подсчет событий.
• Мониторинг термического состояния позволяет конструировать системные платы более экономно, учитывая не теоретически максимальные, а ожидаемые величины потребляемой энергии.

Сводная таблица процессора Pentium 4 Hyper-Threading.