Pentium — имя нарицательное. Часть 1 — Intel уходит от погони16.12.2020 11:02

В прошлый раз вашему вниманию предстал легендарный, но недоступный большинству пользователей процессор Pentium® Pro. Теперь заглянем немного глу… Нет, не глубже в пучину времен, скорее — шире. Герой этой статьи — не менее легендарный, чрезвычайно популярный и знакомый, пожалуй каждому процессор — Intel® Pentium®, вышедший на рынок 22 марта 1993 года. Он прожил очень долгую жизнь в период самого бурного развития компьютерных технологий — и дал жизнь последней универсальной платформе для ПК — Socket 7.

Последний настольный Pentium® появился четыре года спустя — в июне 1997, но в мобильных ПК (особенно в субноутбуках) он был востребован еще дольше — версия на 300 МГц вышла в 1999 году, тогда же появились и последние процессоры конкурентов, использовавшие ту же шину — AMD K6–3, IDT WinChip 2. Разработка Cyrix M-II и Rise MP6 завершилась годом ранее. И даже в 2000–2001 годах платформа сохраняла актуальность в бюджетном сегменте.
Как и в первой статье цикла, большое внимание будет уделено чипсетам и их эволюции. Объем получается много больший, поэтому разделим статью на две части. Первая, «Intel уходит от погони», будет посвящена ранним версиям Pentium® созданным для платформ Socket 4 и Socket 5 — времени, когда Intel вырвалась вперед и Pentium® был единственным настоящим процессором 5-го поколения.

Вторая часть — «Повстанцы наносят ответный удар» будет посвящена платформе Socket 7 (Super 7) и всему разнообразию процессоров для нее. Хронологическая граница: середина 1995 — начало 1996 года, когда Pentium® отправился покорять сегмент мейнстрим и у него начали появляться первые конкуренты.

Знакомый всем

Было время, когда в среде людей, увлеченных компьютерами (речь ни в коем случае не о профессионалах, а об околокомпьютерных обывателях) разговорной нормой было спросить «какой у тебя пентиум?». Правильным ответом долгое время было «Интел» — K5 и K6, Cyrix и других тоже считали «пентиумами». Особенно в этом помогли «средней честности» компьютерные фирмы, продававшие персоналки в стиле «Компьютер Pentium — K5–100, 8 RAM, 1.2 ГБ HDD, видео PCI».

Не-пентиумом соответственно считались 486 и более ранние машины. Лишь позднее (с переходом Pentium® II) в более доступный сегмент ответом стало число «два» («три», «четыре» — пятому не дано было случиться). Данная зарисовка относится примерно году к 1997–98, история же начинается намного раньше.

Разработка стартовала почти одновременно с выходом первых моделей 486 процессора в 1989 году. Вскоре остро встал вопрос именования нового продукта — Intel очень не нравилось, что многочисленные тогда конкуренты использовали те же обозначения для своей продукции — ведь цифровое обозначение нельзя было зарегистрировать как торговую марку. Особенно раздражал тот факт, что многие фирмы выпустили слегка улучшенные 386 под именем 486!

Само слово «пентиум» — стилизация греческого «пента» — пять под латынь — было придумано за немалую сумму нанятым для этого рекламным агентством. Однако по сей день жива версия, что имя дано было по фамилии одного из разработчиков процессора, выходца из России, Владимира Пентковского.

Самый первый

Pentium® (ядро P5) появился был анонсирован летом 1992 и стал доступен с 22 марта 1993 года. Это были всего две модели — 60 и 66 МГц, без умножения частоты (частота шины равна частоте ядра, таким образом, формально эти процессоры имели полноскоростной кэш L2, о чем упоминалось в статье о Pentium® Pro), с напряжением питания 5 вольт. Причем представители ранних серий требовали питания 5.27 вольт для модели на 66 МГц — для них выпускались особые версии материнских плат.

Впоследствии удалось добиться стабильной работы и на платах без дополнительного преобразователя питания. Процессор был выпущен с использованием 800 нм техпроцесса и являл собой вершину технической мысли своего времени:

3.1 миллиона транзисторов на ядре площадью 293 мм² (как правило чипы среднего сегмента имеют площадь порядка 100 мм²).
Первый суперскалярный процессор — обладал двумя арифметическо-логическими устройствами (АЛУ), позволявшими с некоторыми ограничениями выполнять две инструкции за такт.
64-битная шина данных (сам процессор оставался 32-битным).
Улучшенный блок вычислений с плавающей запятой (FPU).
Кэш-память первого уровня, разделенная для данных и инструкций.
Производительность до двух раз выше в сравнении с 486 той же частоты.
А еще — красивый процессор в керамическом корпусе с большой золотой крышечкой :)

Использовался разъем Socket 4 с 273 контактами — его поддерживали лишь первые представленные процессоры. Подобный трюк Intel повторит через 7 лет с платформой Socket 423 для Pentium® 4 (Willamette).

Одновременно с процессором был анонсирован и первый чипсет — Intel 430LX «Pluto». До этого момента Intel не проявляла большой активности на рынке чипсетов, занимая сравнительно небольшую долю на рынке. Например, чипсеты серии 420 вышли с немалой задержкой (420TX «Saturn» в 1992 году стал первым чипсетом с поддержкой PCI, 420EX «Aries» и вовсе появился в 1994, после выхода Pentium®).

Также и с материнскими платами — прежде Intel выпускала в основном «reference design» и небольшие объемы плат ему соответствующие, с Pentium® же вышла полностью готовая платформа — серия плат Intel Premiere/PCI, наиболее известными из которых были «Batman» и «Batman«s Revenge». Это позволило обеспечить доступность готовых компьютеров сразу после анонса процессора, что было недоступно ранее.

Чипсет состоял из четырех чипов и был довольно обычен функционально, но обеспечил значительный рост общей производительности ПК и серверов. Он получил поддержку:

процессорной шины с частотой 60 или 66 МГц;
однопроцессорных конфигураций;
шин PCI, ISA и EISA (с дополнительным EISA мостом);
до 128 МБайт FPM RAM (кэшировался весь объем памяти) с опциональным контролем четности;
до 512 КБайт внешнего кэша второго уровня.

Контроллер RZ-1000
Поддержка IDE в чипсете еще отсутствовала и реализовывалась внешними микросхемами, как правило одноканальными PCI контроллерами RZ-1000 или CMD-640, имевшими серьезные проблемы со стабильностью работы (повреждение данных при чтении или записи при активном DMA для другого устройства) — исправлялось соответствующими драйверами и ценой потери 10–15% производительности. Второй канал располагался на SuperIO микросхеме, подключенной к ISA, что ограничивало производительность устройств на нем. Впрочем, для работы 1–4х-скоростных CD-ROM этого было достаточно.

Одна голова хорошо, а две лучше

В наше время многопроцессорные системы прочно обосновались в верхнем сегменте предложений для серверов и рабочих станций. В начале девяностых же SMP (симметричная многопроцессорность) была еще в новинку — поэтому нет ничего удивительного в том, что даже флагманский чипсет ее поддержку не обеспечивал. Тем не менее, машины с двумя Pentium® 60/66 были, но строились они на проприетарных наборах микросхем или с использованием дополнительных заказных чипов.

Пример такой машины — сервер HP Netserver 5/66 LM2 (да, всем известный ProLiant придумал Compaq и несколько позднее) с двумя Pentium® 66. Он базировался на конструктиве модели 4/66 с процессором 486DX2 и имел одинаковую с ним «основную» плату. Отличие было в процессорной плате (процессор и контроллер кэш-памяти) — в зависимости от модели она содержала 486, один или два Pentium®. Во всех вариантах использовался EISA чипсет Intel 82350DT. Версия c 486 процессором в данный момент восстанавливается — считайте это небольшим спойлером.

Источник изображения

А теперь подумаем одним полушарием

Не успели цены на новинку упасть ($878 за 60 МГц модель и $964 за 66 МГц!), как началась борьба за снижение стоимости готовых машин. На рынок начали выходить чипсеты сторонних производителей — UMC, Opti и VLSI. SiS немного не успела и выпустила свой SiS 501, считающийся самым быстрым вариантом для Socket 4, в 1994. VIA и вовсе пропустила первый виток пентиумной гонки.

Первые решения бюджетные решения Opti (571/572) были фактически доработанными чипсетами для 486 процессоров и использовали лишь половину ширины процессорной шины — 32 бита. 32-битным был и контроллер памяти, что позволяло устанавливать модули SIMM по одному, а не парами, как в большинстве Pentium® и Pentium® Pro систем.

Некоторые платы на этом чипсете имели 8-битные 30-контактные слоты памяти — в такие платы память устанавливалась блоками по 4 модуля. В некоторых — отсутствовал кэш второго уровня. Производительность таких плат была ужасающей, но все равно выше, чем у систем с 486 процессором (точнее была близка к вышедшим позже Pentium® OverDrive для 486).

Тем не менее среди использовавших этот чипсет были даже такие крупные и, казалось бы, солидные компании, как Compaq. В защиту Opti нужно отметить, что у них были и высококлассные решения, например Opti 693/696, использовавший глубокую буферизацию запросов и поддерживавший серверную шину EISA.

Одной из интересных особенностей ранних чипсетов Opti и VLSI была поддержка локальной шины VLB. Более того, встречались платы только с ISA и VLB, без PCI (например — QDI V5P596P2 и неизвестная плата на фото). Фактически, в этих реализациях шина VLB уже перестала быть локальной, её работа обеспечивалась мостом в чипсете.

Фото найдено на просторах интернета, к сожалению без подписи.

Также для верхнеуровневых чипсетов Opti была заявлена поддержка двухпроцессорных систем, но обнаружить выпущенные на них платы с двумя сокетами не удалось.

Первое обновление

Как уже упоминалось, Socket 4 прожил совсем недолго — уже 7 марта 1994 года были объявлены новые процессоры семейства Pentium®, использовавшие Socket 5 и построенные с использованием техпроцесса 600 нм (ядро P54C, 163 мм²). Первые модели имели частоты 90 и 100 МГц, вскоре появился удешевленный вариант на 75 МГц. Все они имели коэффициент умножения 1.5 и частоты шины 60, 66 и 50 МГц соответственно. Напряжения питания процессоров уменьшилось с 5 В до 3.3 В. Помимо уменьшения напряжения, уменьшились и внешние габариты процессоров — благодаря переходу на шахматное расположение ножек, что позволило разместить их плотнее.

Появившийся год спустя (опять март!) Pentium® 120 стал последним процессором Socket 5. Он имел коэффициент умножения x2 и был построен с использованием техпроцесса 350 нм — при этом имел ту же площадь ядра, что и 600 нм вариант, хотя логика занимала уже около 90 мм². Такой трюк был проделан для того, чтобы сохранить внутреннюю структуру упаковки процессора, но при этом обкатать новый техпроцесс.

Шаг в сторону — OverDrive

Также в 1995 году увидели свет два довольно процессора серии OverDrive для обновления 486 систем с разъемом Socket 2 и Socket 3 (первые три сокета имели обратную совместимость). Процессоры были построены на основе 600 нм ядра P54C и имели удвоенный (32 КБайт) кэш первого уровня для компенсации вдвое более узкой шины данных.

Коэффициент умножения имел значение x2.5, напряжение питания — 3.3 В и 5 В. Первая модель предназначалась для обновления систем с 25 МГц шиной и имела частоту 63 МГц, вторая — для 33 МГц систем и работала на частоте 83 МГц. Процессоры имели высокую стоимость и не всегда были быстрее старших 100 и 133 МГц 486, но в задачах, оптимизированных для Pentium® или требовавших быстрый FPU они себя оправдывали.

Нас не догонят!

Конкуренты в это время, конечно, же тихо не сидели. Был анонсирован AMD K5, готовился Cyrix 6×86, но время их еще не пришло — они вышли на рынок в 1996 году и в первую часть статьи не попадают. В 1995 системы пятого поколения все еще дороги и только-только добираются до верхне-среднего сегмента.

На самом верху — обосновываются двухпроцессорные системы под управлением Windows NT 3.1 и 3.51 и OS/2. Linux еще не завоевал популярность — только-только начинается период его бурного развития (он даже еще не поддерживает SMP), основными Unix-like системами на х86 являются платная SCO Unixware и открытая FreeBSD.

Свободный выбор

С выходом Socket 5 наступило чипсетное изобилие — довели до ума свои продукты все, кто опоздал на Socket 4, вдобавок появились и новые. До невероятного количества вариантов, сопровождавших следующую итерацию — Socket 7, еще далеко, но даже из тех что есть, для приходится выбирать самые интересные.

Главный чипсет — Intel 430NX «Neptune». Все также четыре чипа и опциональная поддержка EISA. Новшества — в четыре раза больший объем памяти — аж 512 МБайт (по прежнему FPM, фактически работает и EDO память, как и на 450KX/GX), и, что пожалуй даже важнее, нативная поддержка двухпроцессорных конфигураций. Дорогой чипсет, в основном использовался в платах от Intel и брендовых компьютерах.

Самая известная плата на нем — Intel Premiere/PCI II «Plato» — очень похожая на «Месть Бэтмана». Одна из самых интересных — двухпроцессорная Intel Altserver «Altair» —, но о ней чуть позже. К сожалению, сейчас очень сложно найти документацию по старым продуктам Intel, но есть подозрение, что 430LX и 430NX совместимы по выводам.

SiS 501 и 5511 — первый стал самым быстрым решением для Socket 4, но среди Socket 5 плат показал средний результат. Поддерживает аж до двух мегабайт кэша второго уровня, но значительной прибавки произодительности от этого не получает. Каких либо примечательных особенностей не имел, состоял из трех чипов.

Личное мнение автора — начало конца качественных решений от SiS. Первый прорыв — SiS 496, потом эта парочка и последний интересный чип — 5597/98 (одночиповое недорогое решение, доступное в двух вариантах корпусировки с зеркальной распиновкой), поразивший удивительной для дешевого решения (плата PC Chips) стабильностью.

ALi 1451 «Aladdin» — первый из весьма успешного семейства чипсетов, сопровождавшего процессоры пятого поколения на протяжении всего их жизненного цикла. Классическая двухчиповая компоновка, до 1 Мбайт кэша.

UMC 8891BF — один из самых быстрых чипсетов для Socket 5, однако уступает новому поколению чипсетов, в том числе не самому быстрому Intel 430FX. Также поддерживает до 1 Мбайт кэша, хорошо реагирует на увеличение его объема.

Обратите внимание, что к этому моменту основными вариантами стали сравнительно простые функционально наборы микросхем. Небольшое число компонентов, отсутствие поддержки устаревшей VLB и нишевой EISA дали невысокую стоимость плат и готовых решений, а приемлемое быстродействие стало залогом популярности.

Epic fail

В 1994 году победное шествие Pentium® омрачил крайне неприятный инцидент. 24 октября, профессор Томас Найсли отправил Intel отчет об ошибке, приводящей к неправильным результатам математических вычислений при операции деления с плавающей запятой. Результат деления больших чисел отличался от верного на сотые доли процента — на первый взгляд немного, но не когда ожидаешь точности на порядки большей. По сообщению мистера Найсли, контактировавший с ним сотрудник Intel сообщил, что знакомы с проблемой с мая 1994 года, когда выявили ее при тестировании FPU для будущего Pentium® Pro.

Вскоре информация об ошибке стала достоянием публики (она получила имя FDIV Bug — по имени операции, в которой происходили сбои). Баг затронул все Pentium® с частотой до 100 МГц включительно (и был исправлен, начиная с ядра P54CQS — в моделях 120 МГц и выше) и стал одним из самых известных аппаратных багов за всю историю микропроцессоров.

Первоначально Intel согласилась на возврат процессоров только в случае, если покупатель подтвердит важность точности расчетов в его работе. Что и было ошибкой — даже когда компании пришлось согласиться на безусловный обмен дефектных процессоров, возвращенное количество было не таким большим, а вот потери репутации оказались куда значительнее. Особенно благодаря тому, что этим инфоповодом воспользовались конкуренты, включая даже IBM.

Кто кроме нас?

Как уже было упомянуто, до конца 1995 года никто из конкурентов не выпустил своего процессора, совместимого по платформе с Pentium®. Но один конкурирующий процессор все же появился, причем еще в 1994. Он использовал свою собственную платформу — Socket 463 (названный по количеству контактов) и использовал трансляцию команд набора х86 в RISC-подобные микрокоды. Микроархитектура получила имя RISC86, а процессор — NexGen Nx586.

Его разработка затянулась более чем на пять лет, он планировался еще как аналог 486 машин, но благодаря гибкости RISC86, он стал полноценным процессором пятого поколения. Благодаря упрощенным АЛУ, появилась возможность нарастить объем кэша первого уровня на кристалле. Но при этом не удалось разместить FPU — он планировался к выпуску как отдельный продукт, но выход его затянулся. Благо процессор был нацелен на офисный рынок, где доля операций с плавающей запятой крайне мала и можно было обойтись эмуляцией.

Сам процессор массовым не стал и сейчас является коллекционной редкостью, тем более редки платы и комплектные системы с ним. Если автору удастся пополнить такой машиной свою коллекцию — будет написана подробная статья и проведено обстоятельное тестирование. Коммерчески процессор успеха не снискал, но стал важной вехой в развитии микропроцессоров (на RISC-подобное ядро впоследствии перешли практически все производители x86 процессоров). Еще он спас будущее компании AMD — их K5 вышел не очень удачным в техническом плане и вместо разработки своего процессора с нуля, была приобретена компания NexGen со всеми ее наработками — так будущий Nx686 стал любимым многими AMD K6.

В руках коллекционера

В целом машины пятого поколения назвать редкими нельзя. Тот или иной Pentium®, а чаще несколько найдутся практически в любой коллекции. Среди ранних машин наиболее интересны Socket 4 системы на 430LX или с машины VLB (тем более варианты без PCI), а также различные кастомные системы и двухпроцессорные решения.

SERVERGHOST Electra P5/SE на базе Intel® Pentium®

Коллекция «Digital Vintage» не исключение. Не так давно была собрана машина с SERVERGHOST Electra P5/SE в близкой к максимуму конфигурации:

Intel® Pentium® 66 МГц Socket 4.
Intel Premiere/PCI «Batman«s Revenge» на основе чипсета Intel 430LX.
128 МБайт FPM DRAM памяти.
Adaptec AHA-2940U контроллер SCSI.
1 ГБайт жесткий диск Seagate SCSI.
Видеокарта 2 МБайт Matrox Millennium.
Звуковая карта на чипе Yamaha.
Сетевая плата Intel Pro/100 PCI.
2x CD-ROM Vertos 300SSD с мультимедиа-кнопками.
5.25» и 3.5» дисководы.
Безымянный корпус формата AT Full Tower.
Установлена Windows NT 3.51 Workstation.

Видеокарта Matrox Millennium

Постройка машины началась с подаренного другом процессора. Осенью был приобретен добротный, пусть и безымянный корпус в классическом для АТ систем дизайне, но несколько непривычных габаритов — среднее между совсем большим Big Tower и привычными Mini/Midi Tower — Full Tower под Full AT плату, выпущенный, согласно наклейке, в 1994 году. После недолгих сомнений было решено собрать в нем именно «Бэтмана».

Другим вариантом была двухпроцессорная машина на Socket 5/7 —, но плату подходящего формата найти оказалось куда сложнее, чем оригинальный Intel под Socket 4 (спойлер — пока и не удалось). В итоге, после месяца поисков, плата была приобретена и смонтирована в ящике. Еще пара недель на комплектацию (сложнее всего было найти маленький SCSI диск на 50-pin) и машина готова. Разве что подбор такого объема памяти оказался нетривиальным — не все 32 МБайтные планки полностью определялись в плате.

Занятная деталь — гарантийная наклейка на плате говорит о том, что продана она была в 1996 (сделана в 1994), что дает относительное понимание о сроках устаревания. Сама плата досталась в очень достойном состоянии — почти как новая, даже без пыли. Лишь один недостаток — сломанный зуб фиксации кулера на сокете, но для меня это оказалось не самое критичное — мой процессор был уже с приклеенным кулером.

Socket 5 машину хотелось построить по возможности нетривиальную, например двухпроцессорную. В руки автора успела попасть довольно необычная плата Intel Altserver «Altair» — сейчас идут поиски подходящего корпуса. Плата весьма оригинальна — она имеет размер 305×330 мм, что соответствует форматам Full AT или EATX, крепежные отверстия соответствуют именно EATX, хотя разъем для блока питания соответствует АТ стандарту.

Intel Altserver «Altair»

Имеется панель разъемов ввода-вывода, но уже и выше, чем стандартная АТХ, сами же порты не припаяны к плате, а выполнены на дочерней плате, вставляющейся в разъем DIMM 144-pin (слот и ключ в нем, что интересно, соответствуют обычным модулям памяти SIMM, физически можно воткнуть платку в разъем для памяти, но у слота для нее контакты расположены по обе стороны). Плата имеет два разъема Socket 5 для процессоров до 120 МГц, хотя джамперами можно задать частоту шины и множитель, соответствующие процессорам до 166 МГц, хотя физически установить их возможности нет (автор не проверял!).

Плата оборудована PCI и EISA слотами, на борту установлены видеочип (с 512 КБайт памяти и возможностью расширения до 1 МБайт) и SCSI контроллер. В имеющемся экземпляре разъем для вывода видео сломан, но плата отлично работает с внешней PCI видеокартой. На данный момент система укомплектована двумя Pentium® 120 МГц, 128 МБайт FPM DRAM (половина максимального объема) и видеокартой ATi Rage II PCI на 2 Мбайт.

Плата изначально предназначена для установки в корпус Intel Columbus (именно первая его версия, у автора есть Columbus III — у него классическая ATX панель), найти который пока удалось и видится задачей с низкой вероятностью успеха. Как основной вариант рассматривается установка ее в ранний АТХ корпус с доработкой задней панели, но и такой корпус нужно еще найти.

Заключение

Как часто бывает с прорывными технологиями, первая серия Pentium® не снискала должной популярности. Чего не скажешь о второй — один тот факт, что Intel Premiere/PCI II «Plato» стала первой платой Intel, выпущенной тиражом более миллиона экземпляров (и это только одна из нескольких моделей одного производителя) свидетельствует о многом.

Но настоящий успех пришел при переходе в мейнстрим-сегмент, с появлением на рынке доступного чипсета Intel® 430FX «Triton», успевшего поработать в платах и Socket 5, и Socket 7, с процессорами как от Intel, так и от подоспевших конкурентов и давшему обильное потомство! Об этом — читайте в продолжении статьи!

До новых встреч!