Zaprezentowane w świecie 1 listopada (w Polsce 2 listopada) Pentium Pro (o dawnej nazwie roboczej P6) jest z jednej strony kontynuacją całej linii procesorów Intela, zaś z drugiej strony zawiera wiele nowych rozwiązań technicznych i technologicznych. Intel oferuje obecnie ten procesor o szybkości zegara 150 MHz za 974 USD oraz przewiduje dostarczanie szybszych wersji jeszcze w tym roku i na początku roku 1996.

Architektura

Nadal jest to 32-bitowy procesor o złożonej liście rozkazów CISC, chociaż podobnie jak Pentium, zawiera sporo rozwiązań charakterystycznych dla procesorów RISC. Nowa superskalarna (co oznacza, że procesor wykonuje więcej niż jedną instrukcję w każdym cyklu zegara) architektura procesora, oparta na dynamicznej zmianie kolejności wykonywania instrukcji (Dynamic Execution), polega w wielkim skrócie na tym, że jednostka szeregowania stara się wykonywać instrukcje czekające na wykonanie w kolejności nie związanej z ich rzeczywistą kolejnością w programie, ale zgodnie z możliwościami jednostek wykonawczych i stanem danych (już dostępne czy nie). Proces wykonuje niejako "na zapas" wiele instrukcji, nie mając pewności, że ich wyniki będą użyte w dalszym przebiegu obliczeń. Dzięki temu wykorzystuje się optymalnie moc obliczeniową jednostek, ale jednocześnie nakłada duże wymagania na jednostkę zbierającą wyniki i tworzącą wyjściowe ciągi danych.

Procesor korzysta z przetwarzania potokowego (pipeline). Jeżeli długość potoku przetwarzania wynosi na przykład cztery stopnie, to pierwszy stopień dekoduje instrukcję, w drugim następuje pobranie argumentów rozkazu, w trzecim wykonuje się na nich operację, w czwartym następuje zapamiętanie w rejestrze. Po zapełnieniu "rury" przetwarzającej kolejne rozkazy pobierane są w kolejnych cyklach zegara; a w takim samym tempie otrzymuje się wyniki. Przy większej liczbie stopni przetwarzania potokowego, większa liczba instrukcji podlega różnym etapom ich wykonywania.

W procesorze Pentium Pro zwiększono długość potoku wykonawczego do 12 stopni (w Pentium było ich tylko 5), co ogromnie przyspiesza wykonywania prostych ciągów instrukcji, ale powoduje spore opóźnienie, jeśli źle przewidzi się kierunek wykonania pętli i trzeba zapełnić cały potok na nowo i uruchomić go.

W Pentium Pro prawdopodobnie zastosowano tę samą co w Pentium metodę przewidywania kierunku przebiegu pętli: jest to proces dynamiczny i polega na badaniu historii kierunku skoków w programie. Jeżeli więc jedną pętlę wykonuje się wielokrotnie - co następuje zwłaszcza w programach obliczeniowych - to wynik przewidywania jest praktycznie zawsze prawdziwy i potok działa non stop. Dopiero przy wyjściu z pętli trzeba potok zapełnić na nowo.

Mimo 32-bitowej architektury, dopuszczającej bezpośrednie adresowanie tylko 4 GB pamięci fizycznej z liniową przestrzenią adresową (bez stronicowania), w Pentium Pro możliwe jest linowe adresowanie 64 GB pamięci. Można się domyślać, że zewnętrznie adresuje się tylko "supersłowa" 128-bitowe, zaś dopiero w samym procesorze następuje ich ew. rozdzielanie na słowa i bajty.

Rozwiązania techniczne

Jak podaje Intel w procesorze Pentium Pro zastosowano najnowsze rozwiązania naukowe w zakresie architektury, technologii i konstrukcji. Jednym z większych osiągnięć jest zmieszczenie w procesorze ponad 20 mln tranzystorów.

Zawsze największą bolączką procesorów jest dostęp do pamięci. W ciągu ostatnich kilku lat wydajność procesorów wzrosła ponad 10 razy, zaś szybkość pamięci zaledwie o 60%. Aby zapobiec wąskim gardłom na tym styku stosuje się coraz większe pamięci podręczne (cache), tworzące bufor między pamięcią a procesorem. Do tej pory nikomu nie udało się zintegrować dużego bufora w kostce procesora, co zapewnia największą szybkość przesyłania danych. W Pentium Pro w tej samej obudowie (chociaż nie w tej samej kostce) znajduje się pamięć podręczna o pojemności 256 kB (a zapowiadana jest pamięć 512 kB). Pamięć ta ma ok. 16 mln tranzystorów, procesor 5,5 mln, a więc w sumie w Pentium Pro znajduje się ok. 21,5 mln tranzystorów. Jest to wielkie osiągnięcie technologiczne, zwłaszcza że zrealizowano je w dość starej technologii CMOS 0,6 mikrona. Niestety okupione to jest dużym poborem mocy - ok. 30 W.

Granice technologii

Intel przewiduje opracowanie w najbliższej przyszłości nowych, szybszych wersji tego procesora - 166, 180 i 200 MHz, ale wykonanych już w technologii 0,35 mikrona. Zmniejszenie rozmiaru elementów z 0,6 do 0,35 mikrona pozwala na zwiększenie częstotliwości zegara ze 150 na 200 MHz, przy zachowaniu tej samej mocy pobieranej (moc zmienia się proporcjonalnie do rozmiaru elementów i rośnie z kwadratem częstotliwości). Wydaje się, że jest to granica osiagnięć technologii CMOS.

Dalsze przyspieszenie działania procesorów będzie możliwe zapewne dopiero po wprowadzeniu nowych metod litografii za pomocą promieni rentgenowskich lub strumienia elektronów. Czy zatem mamy spodziewać się zastoju lub co najmniej zwolnienia tempa przyrostu mocy obliczeniowej procesorów? Nawet jeśli istotnie tak się stanie, to i tak moc obliczeniowa komputerów będzie rosła.

Wieloprocesorowość

Intel, podobnie jak inni producenci procesorów i sprzętu komputerowego, zdąża w kierunku systemów wieloprocesorowych. Nie ma specjalnej potrzeby zwiększania mocy obliczeniowej komputera dla użytkownika indywidualnego, gdyż i tak jest ona w znacznej mierze nie wykorzystywana. Obecnie całkowicie wystarcza mu moc procesora Pentium. Oczywiście większej mocy potrzebują inżynierowie czy specjaliści od grafiki komputerowej, korzystający na swych stacjach roboczych z programów intensywnie obliczeniowych.

Jako systemy wieloprocesorowe realizować się będzie wysoko wydajne stacje robocze, serwery aplikacji i serwery plików. Oznacza to ściślejszą współpracę z producentami systemów operacyjnych NetWare, Unix i Windows NT oraz silniejsze wchodzenie procesorów intelowskich do przedsiębiorstw do obsługi (wiarygodnych) aplikacji krytycznych dla ich działalności.

Intel mniejszą wagę przykłada do obsługi typowych biurkowych systemów operacyjnych typu Windows czy DOS, koncentrując się na systemach bardziej niezawodnych i bezpiecznych. Zapowiedziana podczas prezentacji Pentium Pro nowa wersja systemu operacyjnego Solaris (SunSoft) pokazuje, że firma koncentruje się na komputerach średnich i dużych dla przedsiębiorstw. Intel przewiduje, że na tym procesorze działać będą systemy operacyjne Windows NT, NetWare i różne wersje Unixa.