پردازنده
يك كامپيوتر از قسمتهاي مختلفي تشكيل شده است ولي هيچ كدام از آنها اهميت پردازنده، (CPU) را ندارند. اين واحد قطعه اي مربع شكل از جنس سيلسكون است كه به عنوان روح هر كامپيوتر شناخته مي شود. پردازنده نقش زيادي در كارآيي كامپيوتر دارد و توليدكنندگان، قيمت كامپيوتر خود را باتوجه نوع به سرعت پردازنده آنها تعيين مي كنند. اگر در صدد خريد كامپيوتر جديد و يا ارتقاي كامپيوتر قديمي خود هستيد، لازم است طرز كار پردازنده را بشناسيد تا بر اين اساس، تصميمات صحيح را اتخاذ نمائيد.
امروزه براي خريد يا ارتقا يك سيستم كامپيوتري انتخابهاي بسياري وجود دارند. البته اين جنبة مثبت قضيه است. جنبه منفي آن اين است كه تنوع زياد پردازنده ها، باعث گيج شدن خريداران مي شود. شركت Intel به تنهايي بيش از 30 نوع پردازندة مختلف توليد كرده است. AMD و cyrix هم بيش از اين مقدار، پردازنده وارد بازار نموده اند.
تكنوژي پردازنده ها به سرعت در حال پيشرفت است به طوري كه حتي عمر مفيد سيستمهاي داراي پردازنده هاي سريع، حداكثر 5 سال مي باشد. ممكن است اين زمان طولاني به نظر برسد، ولي آن روي اين قضيه، قانون Moor است كه توسط مؤسس اينتل يعني گوردن مورد مطرح شده است. اين قانون مي گويد كه قدرت پردازنده ها ) كه معياري است از تعداد مداراتي كه مي توان در داخل يك فضاي ثابت جاي داد) هر ساله دو برابر مي شود. اين فصل به شما كمك مي كنند تا طرز كار پردازنده هاي سازگار با X86 را بهتر درك نمائيد.
در اين قسمت، در مورد پردازنده هاي اينتل و پردازنده هاي سازگار با ردة X86 كه توسط شركتهاي چون Cyrix, AMD و IBM عرضه شده اند، بحث خواهيم كرد. همچنين پردازنده هاي تقويت شده مانند پردازنده هاي OverDrive  از شركت اينتل و محصولات مشابه از شركتهاي Evergreen و Kingstone و ديگران مورد بررسي قرار خواهند گرفت. با وجود اين كه اين پردازنده ها از نظر سرعت و طرز كار با هم تفاوت دارند، ولي همگي از قابليت اجراي سيستم عاملهاي مختلف از جمله DOS، ويندوز 1/3، ويندوز و ويندوز NT و نيز برنامه هاي كاربردي سازگار با آنها برخوردارند.
كاوش در پردازنده ها
پردازنده ها كارهاي خود را به كمك اعمالي ساده ولي با سرعت بالا انجام مي دهند. تنوع در طراحي پردازنده ها ثابت مي كند كه براي انجام يك عمل، بيش از يك راه وجود دارد.
به طور مثال، پردازنده هاي Power PC كه در كامپيوترهاي Power Mac مورد استفاده قرار مي گيرند، مجموعه اي از دستورالعمل هاي نسبتاً ساده، كوتاه و سريع را براي انجام محاسبات به كار مي برند. برعكس، پردازنده هاي P5 و P6 اينتل از مجموعة دستورالعمل هاي پيچيده اي استفاده مي كنند كه نياز به ترانزيستورهاي بسيار زيادي دارند.
با وجود تمامي اين تفاوتها، همه پردازنده ها از ترفندهاي ديگري نيز براي انجام سريع عمليات استفاده مي كنند و در يك زمان بيش از يك عمل را انجام مي دهند. علاوه بر آن، همان عناصري كه بر عملكرد دازنده تأثير مي گذارند برروي عملكرد تراشة تقويت شده آن پردازنده نظير OverDrive شركت Intel  تأثير مي گذارند.
نكته فني:
بهترين مشخصه عملكرد يك پردازنده، سرعت ساعت آن است كه نشان مي دهد پردازنده عمليات اصلي را چند ميليون بار در ثانيه مي تواند انجام دهد. براي سالهاي متمادي، يك قاعده كلي وجود داشت و آن اين بود كه هر چه سرعت ساعت پردازنده بيشتر باشد، پردازنده سريعتر خواهد بود. امروزه اين مفاهيم كمي پيچيده تر شده اند.
سرعـت ساعت (Clock speed) تقريباًَ به سرعت انجام عمليات در داخل پردازنده اطلاق مي گردد. اغلب پردازنده ها با 2/1 يا 3/1 سرعت داخلي خود با ساير اجزاي سيستم ارتباط برقرار مي كنند. پردازنده هاي پنتيوم 100، 133، 166 و 200 مگاهرتز همگي با سرعت 66 مگاهرتز با اجزاي خارج از خود در ارتباط هستند و اين بدين معنا است كه حتي با وجود سرعت بسيار بالاتر در پردازنده هاي پنتيوم 200 مگاهرتزي، سرعت دستيابي به حافظه و حافظه ثانويه، تغييري نكرده است. مسئله مهمتر اين است كه بعضي از پردازنده ها مي توانند در هر پالس ساعت، كارهاي بيشتري را نسبت به ساير پردازنده ها انجام دهند. به همين دليل است كه يك پردازنده Cyrix 6X86 با سرعت 150 مگاهرتز مي تواند از لحاظ كارآيي با يك پردازنده پنتيوم 200 مگاهرتز برابري نمايد. عجيب تر اينكه كارآيي يك پنتيوم پرو 220 مگاهرتزي از كارآيي يك پنتيوم 200 مگاهرتزي MMX بيشتر است، اما تحت سيستم عامل ويندوز اين موضوع برعكس مي شود. (پنتيوم پرو يك پردازنده 32 بيتي است كه كارآيي آن تحت ويندوز NT بيشتر است. به عبارت ديگر ارتباط عميقي بين سرعت كامپيوتر و آنچه كه كامپيوتر انجام مي دهد وجود دارد).
باتوجه به اين مسئله، رقباي اينتل، پردازنده هاي خود را با معياري به نام Performance Rating P-rating كه به اختصار گفته مي شود با بازار معرفي مي كنند. در اين معيار، توليد- كنندگان پردازنده، با استفاده از روشهاي متعارف، پردازنده هاي رده پنتيوم را با پردازنده خود مقايسه مي كنند تا خريدار بتواند به سرعت، پردازنده هاي اينتل را با پردازنده هاي غيراينتل X86 مقايسه كند.
به طور مثال، شركت Cyrix،پردازنده 150 مگاهرتزي 6X86 خود را 6X86P200+ نامگذاري كرده است آن هم به اين دليل كه P-rating، كارآيي آن را تقريباً مساوي يا بيشتر از كارآيي پنتيوم 200 نشان مي دهد. به همين ترتيب، پردازنده K5-PR166 از شركت AMO با سرعت 117 مگاهرتز كار مي كند، ولي آزمايش نشان داده كه كارآيي آن نزديك به كارآيي پنتيوم 166 مگاهرتزي اينتل مي باشد.
وظيفة معيارهاي Prating تعيين كارآيي پردازنده ها مي باشد ولي ممكن است سرعت ساعت واقعي كامپيوتر را نشان بدهيد. اين موضوع زماني مصداق مي يابد كه بخواهيد كارآيي پردازنده هاي مجهز به تكنولوژي MMX  را مورد مقايسه قرار مي دهد.
چون اينكه در حال حاضر محكي براي ارزيابي كارآيي پردازنده هاي MMX وجود ندارد، بنابراين در حال حاضر نمي توان گفت كه سرعت داخلي ضعيف پردازنده هاي 6×86 شركت Cyrix باعث مي شود كه اين پردازنده ها، عمليات MMX را بسيار كندتر از پنتيوم اينتل انجام دهند.
ساختار كلي يك پردازنده
يك پردازندة معمولي شامل ميليونها ترانزيستور كوچك است كه در داخل يك مدار به صورت مجتمع قرار گرفته اند. طول ضلع اين مدار مربع يا مستطيل شكل كمتر از 2 اينچ است.
آنچه كه شما مي بينيد يك قطعه از جنس سراميك است كه اين ترانزيستورهاي بسيار ريز را محافظت نموده و يك وسيلة ديگر به نام هيت سينك كه براي خروج حرارت از داخل پردازنده بروي آن قرار گرفته است.
روي اين جدار سراميكي ممكن است يك لاية SILK Screen مشاهده كنيد كه براي مشخص نمودن مدل پردازنده و كارخانة سازنده آن مورد استفاده قرار مي گيرد. شركت اينتل اخيـراً بـراي جلوگيـري از تقليـد برخي از شركتها، شماره سريال پردازنده را روي آن حك مي كند.
پردازنده هاي جديد، ساختماني عجيب و پيچيده دارند كه با عملكرد متقابل اجزاي درون اين ساختمان پيچيده، يك دستگاه كامپيوتر راه اندازي مي شود. اجزاي اصلي هر پردازنده عبارتند از:
• گذرگاه داده ها (Data bus)
• گذرگاه آدرس (Address bus)
• حافظه اصلي
• مجاري ارتباطي دستورالعملها (Instruction pipelines)
• واحد محاسبات اعشاري (Floating point Linit)
• دستورالعمل هاي (MMX Instructions) MMX
گذرگاه داده ها (Data Bus)
گذرگاه داده ها مجموعه اي از سيم ها و مدارات است كه وظيفة انتقال اطلاعات به داخل و يا خارج از پردازنده را به عهده دارند. همانند يك بزرگراه، هر چه اين گذرگاه عريض تر باشد، عبور داده ها روانتر شده و انتقال بيشتري صورت مي گيرد. امروزه پردازنده هاي پنتيوم و پنتيوم پرو داراي گذرگاه هاي خارجي 64 بيتي براي داده ها هستند كه مي توانند در يك زمان 8 بايت داده را منتقل كنند، در صورتي كه پردازنده هاي قديمي تر 486، از گذرگاه باريكتر 32 بيتي استفاده مي كردند. با افزايش سرعت ساعت، پهناي گذرگاه به مسئله اي بسيار حساس تبديل مي شود به طوري كه پردازنده ها در حالات خوب، قادر خواهند بود در يك زمان چندين كار مختلف را انجام دهند. در مادربردهايي كه با سرعت 60 تا 66 مگاهرتز كار مي كنند هر چه گذرگاه داده ها عريض تر باشد. مقدار بيشتري از داده ها مي توانند از حافظه به پردازنده منتقل شوند. بنابراين پردازنده باتوجه به سرعت ساعت داخلي بسيار بالاي خود بهتر مي تواند با داده ها و فرامين كار كند. علاوه بر آن، پردازنده هاي پنتيوم پرو براي نقل و انتقال داده ها از روشي به نام bursting استفاده مي كند تا در يك پالس، حجم زيادي از اطلاعات را وارد حافظة پنهان نمايد. به طور كلي عرض گذرگاه داده ها، در خارج و داخل پردازنده يكسان است. با اين حال، بعضي از پردازنده هاي قديمي نظير Intel 386SX و Cyrix 486 SLX براي كاهش هزينه از گذرگاه خارجي با عرض كمتري استفاده مي كردند، به طوري كه عرض گذرگاه داخلي آنها 32 و عرض گذرگاه خارجي آنها 16 بيت بود. نتيجة اين كار، مانند اين است كه در يك بزرگراه بعضي از خطوط حركت را مسدود نماييم كه اين كار باعث كندي ترافيك خواهد شد. برعكس، در پردازندة پنتيوم از يك جفت گذرگاه داخلي 32 بيتي استفاده مي شود كه مي تواند زوج خوبي براي گذرگاه خارجي 64 بيتي باشد، چون گذرگاه 64 بيتي مي تواند در يك عمل، هر دو مجرا را پر كند.
اگر گذرگاههاي داده اينقدر اهميت دارند چرا آنها را به صورت 128 بيتي يا حتي 256 بيتي نمي سازند؟ جواب اين سؤال هزينه است. در طراحي پردازنده، لازم است كه تعدادي از پين- هاي آن را به گذرگاه داده ها اختصاص دهند كه اين عمل باعث افزايش حجم مدار پردازنده و سوكت آن و همچنين افزايش خطوط ارتباطي روي مادربرد مي شود. به عنوان مثال، پردازندة 386DX داراي132 پين وپردازنده 386SX با گذرگاه خارجي 16 بيتي داراي 100 پين مي باشد. پردازندة پنتيوم 64 بيتي، از 296 پين براي اتصال به مادربرد استفاده مي كند. البته تمامي اين پين ها براي داده ها به كار نمي رود ولي عريض شدن گذرگاه به معناي بالارفتن كارآيي آن است.
سرعت گذرگاه نيز نقش مهمي دارد. درست مثل بزرگراه هايي كه مي توانند محدوديت سرعت داشته باشند، گذرگاه داده ها در داخل پردازنده هاي جديد، معمولاً سريعتر از گذرگاه داده ها در خارج پردازنده مي باشد. مدارات داخل پردازنده ها مي توانند با سرعت 200 مگاهرتز يا بيشتر كار كنند، اما سيم هاي طولاني روي مادربرد، قادر به كار با اين سرعت نيستند. امروزه اغلب مادربردها با سرعت 60 يا 66 مگاهرتز عمل مي كنند. البته بعضي از مادربردهاي جديد باسرعتي معادل 75 مگاهرتز كار مي كنند. سرعت انتقال اطلاعات و داده ها در داخل پردازنده ها، 2 يا 3 برابر سرعت انتقال اطلاعات در خارج پردازنده است. طراحان سيستـم به اين نتيجه رسيده اند كه جريان پيوستة داده ها از اتلاف وقت پردازنده جلوگيري مي نمايد. در حقيقت، مهندسين سخت افزار، يكي از صدها ترفند خود را براي تداوم حركت پيوسته داده ها به كار بردند و براي برطرف نمودن سرعت كم گذرگاه روي مادربرد نسبت به پردازنده، از حافظة سريع cache استفاده كرده اند.
گذرگاه آدرس (Address Bus)
اين گذرگاه همانطور كه از اسمش پيداست از يك سري سيم تشكيل شده است كه وظيفة آنها حمل بيتهايي است كه براي مشخص نمودن محل قرارگرفتن اطلاعات در حافظة سيستم مورد استفاده قرار مي گيرند. هر چه اين عدد (تعداد بيتها) بزرگتر باشد، پردازنده مي تواند به حافظة فيزيكي بيشتري دسترسي يابد. به منظور تعيين ظرفيت حافظة قابل دسترسي، عدد 2 رابه توان تعداد بيتها برسانيد. بدين ترتيب يك گذرگاه 32 بيتي (با عرض 32 بيت مي تواند به 232 بيت از حافظه يا 296 و 967 و 294 و 4 بيت دسترسي داشته باشد.
شركت اينتل در كلية پردازنده هاي خود، (از پردازندة 386 گرفته تا پنتيوم)، از 32 بيت براي گذرگاه آدرس استفاده كرده است كه امكان آدرس دهي تا 4 گيگابايت حافظه سيستم را فراهم مي نمايد. پنتيوم پرو و پنتيوم II كه اغلب در ايستگاه هاي كاري و سرويس دهنده هاي پرقدرت مورد استفاده قرار مي گيرند از گذرگاه ادرس 36 بيتي براي دستيابي به 64 گيگابايت حافظه سيستم استفاده مي كنند. پردازنده P7 كه احتمالاً در سال 1999 وارد بازار مي شود از 64 بيت براي گذرگاه آدرس استفاده مي نمايد كه در اين صورت مي تواند يك ترابايت (Tra byte) داده را آدرس دهي نمايد.
حافظة پنهان اوليه (L1 Cache)
از چند سال پيش، طراحي حافظة پنهان مورد توجه طراحان پردازنده قرار گرفته است. اين حافظة كوچك و سريع مي تواند با در دسترس نگه داشتن اطلاعات و دستورالعمل هايي كه اغلب مورد استفاده قرار مي گيرند، باعث افزايش كارآيي دستگاه گردد.
دو نوع حافظه پنهان وجود دارد. حافظة پنهان اوليه كه در داخل پردازنده قرار گرفته است و حافظه پنهان ثانويه كه در خارج پردازنده قرار گرفته و بزرگتر از حافظه پنهان اوليه است. حافظه هاي پنهان، بخش هاي ساده اي نيستند. حافظه پنهان اوليه مقدار زيادي از فضاي مفيد پردازنده را مصرف مي نمايد و با استفاده از الگوريتم هاي پيچيده خود، پيش بيني مي كند كه پردازنده، در مراحل بعدي پردازش به چه اطلاعاتي نياز خواهد داشت. چون اين موضوع باعث بالارفتن كارآيي سيستم مي شود، اشغال فضاي پردازنده توسط حافظه پنهان، ناديده گرفته مي شود. درك اينكه چرا از حافظة پنهان استفاده مي شود واضح است. پردازنده با سرعت بيشتري مي تواند بيتهاي اطلاعاتي را از فضاي داخل خود بدست آورد تا اينكه آنها را از حافظة اصلي سيستم بيرون بكشد. پس هر چه حافظة پنهان درون پردازنده بزرگتر باشد كارآيي نيز بيشتر است. اگر كد يا اطلاعات مورد نياز پردازنده در حافظة پنهان وجود نداشته باشد، پردازنده مدتي را براي اين جستجو از دست مي دهد. به همين دليل الگوريتم هاي پيچيده اي براي پيش مرور اطلاعات مورد نياز پردازنده به كار گرفته مي شوند تا بتوانند داده- هاي مناسب را در دسترس پردازنده قرار دهند.
اولين پردازنده شركت اينتل كه از يك حافظة پنهان داخلي استفاده نموده، 486 بود. در اين پردازنده يك حافظة پنهان 8 كيلوبايتي براي دستورالعمل ها و داده ها وجود داشت. در پنتيوم، اين مقدار حافظه پنهان دو برابر شده است و براي داده ها و دستورالعملها، يك حافظه 8 كيلوبايتي جداگانه در نظر گرفته شده است.
همين كار در پنتيوم پرو نيز انجام شد. حتي حافظه هاي پنهان بزرگتري نيز در تراشه هاي جديد وجود Cyrix AMD وجود دارد. پردازنده هاي K6 و 6x86Mx، ه ردو از 64 كيلوبايت حافظة پنهان اوليه استفاده مي كنند.
واحد محاسبات اعشاري (Floating-Point unit)
واحد محاسبات اعشاري  يك پردازنده مسئول محاسبة اعداد و مقادير اعشاري نظير 000001/3 مي باشد. از آنجا كه اكثر نرم افزارها از رياضيات اعشار (Floating-Point Arithmetic) استفاده نمي كنند، بنابراين واحد محاسبات اعشاري بيكار مي ماند، گرچه نرم- افزارهايي مانند ويرايش عكس (Photo Editig)، طراحي سه بعدي (3-D design) و CAD كه به عمليات اعشاري نياز دارند، شديداً به واحد محاسبات اعشاري وابسته هستند. همچنين بازيهاي سه بعدي كه به محاسبات اعشاري نياز دارند باعث شده است كه واحد محاسبات اعشاري از سوي اكثر كاربران به كار گرفته شود، ولي وجود آن براي اجراي بعضي از نرم افزارها لازم است. از همان ابتداي توليد پردازنده هاي رده پنتيوم، تمام پردازنده هاي اينتل داراي واحد محاسبات اعشاري بوده اند. گرچه پردازنده هاي رده 486 DX، اوليه پردازنده هايي بودند كه امكانات مربوط به محاسبات اعشاري را فراهم كردند، اما در 486 SX كه پردازندة ارزانتري بود واحد محاسبات اعشاري به كار گرفته نشد.
رقابت بين cyrix, IBM, AMD در طراحي پردازنده ها باعث شده كه آنها نيز امكانات مربوط به محاسبات اعشاري را در نظر داشته باشند.
دستورالعمل هاي MMX
اين مجموعه دستورالعملها كه به دستورالعمل هاي X86 اضافه شده اند، 75 دستورالعمل MMXمي باشند كه در داخل پردازنده هاي پنتيوم MMX، پنتيوم AMD K6, II و Cyrix 6X86MX وجود دارند وبراي تقويت تصاوير گرافيكي، ويديوئي و ساير عمليات چندرسانه اي در نظر گرفته شده اند. شركت اينتل ادعا مي كند كه اين دستورالعملها مي توانند در بعضي از عمليات، كارآيي را تا 400 درصد افزايش دهند ولي ابتدا بايد نرم افزار، براي كار با MMX نوشته شده باشد (شكل 2ـ 6) بسياري از شركتها، نرم افزارهايي توليد مي كنند كه مي توانند از دستورالعمل هاي MMX استفاده كنند مانند بازي كامپيوتري Pod racing از شركت Ubi Soft. اخيراً ميكروسافت نسخه هاي MMX نرم افزار Active Movie و نسخة API MMX هاي مربوط به توليد بازيهاي كامپيوتري مبتني بر Direct X را به بازار عرضه نموده است.
MMX علاوه بر دارابودن دستورالعمل هاي جديد، از يك طرح تك دستوري براي كار با انواع مختلف داده ها استفاده مي نمايد. بدين مفهوم كه يك دستورالعمل واحد، بر حجم زيادي از اطلاعات اعمال مي شود. اين روش باعث افزايش كارآيي در عملياتي نظير فيلتركردن تصوير مي شود زيرا پردازنده مجبور نيست كه يك دستورالعمل را براي داده هاي مختلف بفرستد.
بررسي اجمالي عملكرد يك پردازنده
در بيشتر حالات، پردازنده مانند يك كارخانه كوچك توليدكنندة «بيت» عمل مي كند كه مواد خام را در قالب يك سري داده ها و دستورالعمل ها از حافظة سيستم دريافت نموده و آنها را به بيتهاي قابل استفاده تبديل و به بيرون هدايت مي كند. همانند هر كارخانه اي پردازنده نيز خط توليد خود را براي تبديل مواد خام به محصول نهايي اختصاص داده است و از يك خط ويژه به نام گذرگاه براي انتقال مداوم بيتها استفاده مي نمايد. در تشابه كامل با يك كارخانه، پردازنده حتي آلودگيهايي به شكل اشعة الكترود مغناطيسي و حرارت توليد مي كند.
اگرچه هر عملي كه پردازنده انجام مي دهد بسيار كوچك است اما خط توليد يك پردازندة 200 مگاهرتـزي مي تواند عمليات را با سرعت 200 ميليون بار در ثانيه انجام دهد. در پردازنده هاي جديد بيش از يك خط توليد وجود دارد. به اين ويژگي، Superscalar pipelining مي گويند. و توسط آن، امكان پخش فيلم  و انجام چندين كار در يك زمان (Multitasking) براي كامپيوتر فراهم مي شود.
پردازندة پنتيومي كه در سال 1993 معرفي شد اولين پردازندة اينتل بود كه طراحي Superscalar در آن به كار برده شده اين ويژگي باعث گرديد كه پنتيوم 60 مگاهرتزي كارآيي بيشتري را نسبت به پردازندة 486 DX4 كه داراي سرعت ساعت 100 مگاهرتز بود از خود نشان دهد.
پنتيوم قديمي اينتل
هنگامي كه اينتل اولين پردازنده هاي پنتيوم خود را در ماه مارس سال 1993 به بازار عرضه نمود، تجارت بزرگي را شروع كرد. پردازنده پنتيومي كه در شكل (5ـ6) نشان داده شده، اولين پردازندة ردة X86 بود كه از طراحي superscalar pipling استفاده مي كرد. بدين معنا كه دو مدخل (pipe) براي دستور العمل ها وجود داشت و بدين ترتيب دو دستورالعمل در يك زمان قابل اجرا بود. همچنين، اين پردازنده، هم تراز هيچ يك از پردازنده هاي 286، 386 و 486 نبود. اينتل همچنين حكم دادگاه را مبني بر اين كه نمي تواند از نام پنتيوم به عنوان يك مارك تجاري استفاده كند را نيز پذيرفت.
اولين پردازنده هاي پنتيوم براي شروع كار، 16 وات توان مصرف مي كردند. در سال 1994 اينتل اين اشكالات را برطرف كرد به طوري كه پردازنده هاي بعدي توانستند با درجه حرارت كمتر و سرعت بالاتر 75، 90 و 100 مگاهرتزي كار كنند. در اين پردازنده هاي جديد همان روشي كه براي افزودن سرعت ساعت به پردازنده هاي 486 DX4 و OX2 شركت اينتل مورد استفاده قرار گرفت، به كار گرفته شد. در اين روش، پردازنده با 5/1 يا 2 برابر سرعت گذرگاه روي مادربرد كار مي كرد. در نتيجه اين عمل، كارآيي به حد قابل ملاحظه اي افزايش يافت بدون اينكه نيازي به طراحي مجدد مادربرد در بالابردن سرعت ساعت باشد.
شركت اينتل با در نظر گرفتن ضريب هايي براي سرعت گذرگاه مادربرد، نمونه هاي سريعتر پردازنده هاي پنتيوم را به صورت جفت جفت روانة بازار كرد. به طور مثال در سال 1995 پردازنده هاي پنتيوم 120 و 133 مگاهرتزي وارد بازار شدند كه با دو برابر سرعت مادربرد مربوط به خود كه 60 يا 66 مگاهرتز بود كار مي كردند. پنتيوم هاي 150 و 166 مگاهرتزي با سرعتي معادل 5/2 برابر و پنتيوم 200 مگاهرتزي با 3 برابر سرعت مادربرد مربوط به خود كار مي كردند.
توجه: شركت اينتل پرازنده هاي خود را به صورت جفت عرضه مي نمود زيرا كه سرعت ساعت آنها با سرعت مادربردهاي 60 و 66 مگاهرتزي مطابقت مي نمود.
در برخي مواقع، جفت سريعتر پردازندة اينتل، كمتر به بازار ارسال مي شد، چون اينتل مشغول برطرف ساختن معايب پردازنده اي خود مي گرديد و براساس نتايج بدست آمده، سرعت ساعت آنها را ميزان كرد.
به همين دليل است كه مثلاً در سيستم هاي پنتيوم 90 مگاهرتزي در حدود 2 سال پيش بسيار رايج بودند در حالي كه سيستم هاي 100 مگاهرتزي اينگونه نبودند، زيرا پردازنده هاي معدودي از كيفيت لازم براي انجام عمليات 100 مگاهرتزي برخوردار بودند.
درون پردازندة پنتيوم
مزيت پردازندة پنتيوم، تنها سرعت ساعت بالاي آن نسبت به پردازندة، 486 نيست. اين پردازنده يك گذرگاه 64 بيتي خارجي براي داده ها و 16 كيلو بايت حافظة پنهان اوليه دارد. (8 كيلو بايت براي داده ها و 8 كيلوبايت براي دستورالعمل ها) كه هر دوي اين عوامل نسبت به پردازندة نسل قبل، دو برابر شده اند.
از اين گذشته، حافظة پنهان پردازنده 486 از روش write-through استفاده نمود كه فقط داده هاي ورودي را ذخيره مي كرد. ولي در پردازنده هاي پنتيوم، حافظة پنهان از روش write-back استفاده مي نمايد. در اين روش داده هاي خروجي نيز ذخيره مي شوند و از اتلاف وقت پردازنده براي نوشتن دوبارة اطلاعات در حافظه اصلي سيستم، جلوگيري شود.
(توجه داشته باشيد كه حافظة پنهان اولية 8 كيلو بايتي كه مخصوص دستورالعملها است نمي تواند عمل write-back را انجام دهد زيرا كه دستورالعملها فقط قابل خواندن هستند).
موفقيت بزرگ اينتل، در اثر بكارگيري pipeline هاي زوجي بدست آمد كه به پردازندة پنتيوم اجازه مي دهد با دو مجموعه دستورالعمل به طور همزمان كار كند.
Pipeline پنج مرحله اي با مراحل پيش واكشي  رمزگشايي دستورالعمل  توليد آدرس  اجرا  پس نويسي  بدين معناست كه پردازنده مي تواند برخي از عمليات را در حين مرحلة پيش واكشي و جمع آوري بيتها (براي اجراي عمليات بعدي) اجرا كند.
پنتيوم از روش پيش بيني انشعاب  براي قراردادن بيتهاي صحيح در محلهاي صحيح خود استفاده مي كند.
Branch target buffer نيز با نظارت مستمر به كد برنامه و تصميم گيري براساس انشعابهاي قبلي برنامه، به اين فرآيند كمك مي نمايد.
شركت اينتل در پردازندة پنتيوم، به واحد محاسبات اعشاري نيز توجه خاصي نموده است و تجارب مربوط به واحد محاسبات اعشاري در پردازنده 486 را به كار گرفته است. FPU سريعتر باعث مي شود كه پنتيوم براي انجام محاسبات پيچيده اعشاري در برنامه هايي نظير ويرايش عكس و CAD، پيشرفت قابل ملاحظه اي داشته باشد.
اينتل براي تثبيت موقعيت پردازنده هاي پنتيوم در بازار، پردازنده هاي پنتيوم با مصارف خاص را نيز طراحي نمود. يكي از آنها پنتيوم موبايل (Mobile Pentium) است كه سرعت آن از 75 مگاهرتز شروع مي شود و به جاي پوشش سراميكي متعارفي كه در پردازندة كامپيوترهاي روميزي استفاده مي شود از يك بسته بندي خاص به نام Tape Carrier Packging كه داراي وزن كمتـر از يـك گرم و ضخامت كمتر از يك ميلي متر است، استفاده مي كند. اين پردازندة 3/3 ولتي، مستقيماً برروي مادربرد كامپيوترهاي كيفي (notebook) لحيم مي شود و حرارت را از پايين خود دفع مي كند و نياز به پنكه ندارد.
امـروزه كامپيوتـرهاي كيفي 133 مگاهرتزي پنتيوم با قيمت كمتر از 2000 دلار به فروش مي رسند.
پنتيوم MMX اينتل، طراحي كه روز به روز پيشرفت مي كند.
اگرچه پنتيوم از لحاظ محاسبات نسبت به كامپيوترهاي ردة X86 تحول زيادي پيدا كرده است، اما پنتيوم MMX اين مسئله را به اوج خود رسانده است. با پنتيوم MMX (كه با اسم رمز P55C نيز شناخته مي شود)، اينتل اميدوار است كه بتواند نيازهاي روزافزون نرم افزارهاي چند رسانه اي نظير بازيهاي كامپيوتري يا مرورگرهاي Web را برآورده سازد.
البته ساختار داخلي پردازنده، Pipeline دوبل، واحد محاسبات اعشاري و گذرگاه داده ها تغيير فاحشي نكرده اند ولي اينتل حافظه پنهان اوليه پردازنده MMX را دو برابر كرده و به 32 كيلوبايت رسانده است.
اولين پردازنده هاي پنتيوم MMX كه براي استفاده در كامپيوترهاي روميزي معرفي شدند با سرعت 166 و 200 مگاهرتز عرضه شدند. سرعت اين پردازنده ها سه برابر گذرگاه 66 مگاهرتزي سيستم بود. حداكثر سرعتي كه آخرين مدل پردازندة پنتيوم MMX دارد، 233 مگاهرتـز اسـت، اين پردازندة با سرعتي معادل 5/3 برابر سرعت يك مادربرد 66 مگاهرتزي مي تواند كار كند.
شكل 7ـ6ـ پنتيوم MMX با بكارگيري دستورالعمل هاي جديد و افزايش حافظه پنهان، كارآيي سيستم را بالا مي برد.
بررسي بيشتر  MMX
شركت اينتل مجموعه دستورالعمل هاي پردازنده هاي رده X86 را كه از زمان پيدايش پردازنده هاي 386 وجود داشت توسعه داد. يك پردازندة MMX داراي 57 دستورالعمل جديد است كه به دستورالعمل هاي قبلي اضافه شده اند و بيشترين تأثير آنها برروي عملياتي نظير گرافيـك، فشرده سـازي تصويـر، نمايش تصاوير سه بعدي، پخش صوت و پردازش علائم مي باشد. دستورالعملهاي جديد به پنتيوم MMX اجازه مي دهند عملياتي راكه با پنتيوم هاي قديمي در چند مرحله انجام مي شد در يك مرحله انجام دهد.
يكي ديگر از مزيت هاي مهم پردازنده هاي MMX، استفاده از روش SIMD يا Single Operation Multiple data مي باشد. اين روش به پردازنده امكان مي دهد كه يك دستور واحد را براي محدوده اي از داده ها به كار برد، بدون اينكه مجبور به صدور مجدد آن دستور براي هر قطعه از داده ها باشد. اين روش باعث افزايش سرعت در عمليات ويرايش تصوير  نظير فيلتركردن  مي شود. در اينگونه عمليات با حجم بالايي از داده هاي تصويري  سر و كار داريم كه با انجام يك عمل ساده مي توانيم آنها را update كنيم.
استفاده از امكانات MMX به راحتي ميسر نيست. برنامه نويسها بايد برنامه هاي خود را با دستورالعمل هاي جديد بنويسند در غير اين صورت نمي توانند از قابليت هاي چندرسانه اي پردازندة خود بهره جويند. مايكروسافت اخيراً اجزاي مختلف سيستم عامل ويندوز را به MMX تبديـل كرده و ابزارهاي پيشرفته  MMX را در اختيار طراحان بازيهاي كامپيوتري و نرم افزارهاي كاربردي قرار داده است. توليدكنندگان برنامه هاي مبتني بر CD-ROM نيز شروع به كار روي برنامه هاي كاربردي پيشرفته MMX نموده اند.
حتي در موقع اجراي يك نرم افزار غير MMX، چنانچه از پردازندة پنتيوم MMX استفاده شود، كارآيي آن نسبت به استفاده از يك پنتيوم قديمي بيشتر خواهد بود. در پردازنده جديد MMX، حافظة پنهان اوليه دو برابر شده است و 16 كيلو بايت براي داده ها و 16 كيلوبايت براي دستورالعملها در نظر گرفته شده است كه به طور قابل توجهي كارآيي سيستم را افزايش مي دهند. همچنين اينتل در پردازندة MMX، طراحي Pipeline را عوض كرده و طرح پيشگويي انشعاب  را به گونه اي تغيير داده كه بتواند افت سرعت Pipeline را به نحو قابل ملاحظه اي كاهش دهد.
نكته فني: به منظور اضافه كردن دستورالعملهاي جديد به پردازنده بدون افزايش تعداد ترانزيستورها، اينتل روش جديدي به كار برد و 8 رجيستر   64 بيتي MMX را برروي رجيسترهاي واحد محاسبات اعشاري قرار داد. اين روش جنبه هاي منفي نيز دارد. درست مثل اين است كه مغازه اي را در يك اطاق زير شيرواني تأسيس نموده و از آن براي زندگي و هم براي كار استفاده نمائيد. در اين صورت شما در هزينه اجازة يك دفتر كار صرفه جويي نموده- ايد ولي از آن طرف، مبالغي را بايد براي مبلمان و نظافت و كارهاي ديگر كنار بگذاريد. كارآيي واقعي وقت بدست مي آيد كه برنامه، بتواند از عملكرد از نوع MMX به عملكرد از نوع محاسبات اعشاري تغيير وضعيت دهد. پردازنده به حدود 100 پالس ساعت نياز دارد تا رجيسترها را از FPU به MMX (يا بلعكس) جابجا نمايد. كه اين مدت از نظر پردازنده، زمان زيادي است. در صورتي كه اغلب برنامه هاي كامپيوتري قادر به استفاده از واحد محاسبات اعشاري نيستند و آنهايي كه اين توانايي را دارند نيز به ندرت قادرند بين عملكرد محاسبات اعشـاري و MMX تغييـر وضعيت دهند. كاربردهاي چند وظيفه اي MMX كه نيازمند FPU مي باشند نيز، مشكل آنچناني به حساب نمي آيند زيرا كه سيستم عامل وقت بيشتري را براي جابجاشدن بين برنامه ها نياز دارد تا اين كه پردازنده مجدداً رجيسترهاي خود را براي اين كار تخصيص دهد.
طرح استفاده مشترك از رجيسترها بوسيلة اينتل، AMD و Cyrix به كار گرفته شده، اما پردازنده هاي اينتل تنها پردازنده هايي هستند كه از چندين MMX Pipeline استفاده مي نمايند. و همين امر باعث مي شود كه كارآيي پردازنده هاي اينتل در انجام عمليات MMX بالا برود.
پردازنده هاي پنتيوم MMX براي انجام عمليات داخلي به 8/2 ولت توان نياز دارند و با چنين مصرف پائيني، توليد حرارت در آنها كاهش مي يابد، در حالي كه در خارج از پردازنده يعني روي مادربرد با 3/3 ولت كار مي كنند. اين ولتاژ دوگانه، سازندگان را مجبور به توليد مادربردهايي مي كند كه بتوانند به كمك برخي از قطعات تنظيم كنندة ولتاژ، اين تغيير ولتاژ را تحمل كنند. يعني تجهيزاتي كه توليدكنندگان، ماهها قبل از ژانويه 1997 براي خط توليد پردازنده هاي خود در نظر گرفته بودند.
پنتيوم MMX به سرعت ثابت كرد كه بهترين و مناسبترين پردازنده در بكارگيري ويندوز 95 است. در موارد بسيار زيادي، كارآيي اين پردازنده حتي از كارآيي پردازندة پنتيوم پرو 200 مگاهرتزي نيز بالاتر است. پردازنده هاي پنتيوم پرو در محيط ويندوز NT كه يك محيط 32 بيتي واقعي است، كارآيي بسيار بالاتري دارند، عمليات تنظيم شده براي MMX. مزاياي بيشتر پردازنده هاي MMX را نشان مي دهند. ادعاي اينتل مبني بر كارآيي تا حدود 400 درصد در بعضي از محيط ها ممكن است به علت ايزوله شدن كد برنامه هاي مختلف باشد. (به شكل 8 ـ 6 توجه كنيد) اما برنامه هاي واقعي تر نظير Adobe Photoshop و Macromedia Director در موقع اجرا توسط پردازندة MMX، افزايش كارآيي را نشان مي دهند. كاملاً واضح است كه بار سنگين را  MMX به دوش مي كشد. اينتل همچنين نسخة موبايل پنتيوم MMX + را روانة بازار كرده است. اولين پردازنده هايي از اين نوع، پردازنده هاي 133 و 200 مگاهرتزي به خط توليد پردازنده هاي مربوط به كامپيوترهاي كيفي اضافه شدند. پردازندة كامپيوترهاي قابل حمل نظير پردازندة كامپيوترهاي روميزي هستند. با اين تفاوت كه از يك بسته بندي نواري نازك استفاده مي نمايند تا وزن و ضخامت آنها كاهش پيدا كند نكاتي براي خريد: اگر مي خواهيد يك كامپيوتر كيفي براي انجام كارهاي چندرسانه اي خريداري كنيد، ابتدا اطمينان حاصل كنيد كه پردازندة آن توانايي MMX را داشته باشد. به علت اندازه متراكم اين نوع كامپيوترها اغلب آنها فاقد كمك پردازنده هاي پيشرفته گرافيكي و صوتي هستند. افزايش حافظة پنهان، سرعت ساعت بالاتر و استفاده بهينه از pipeline در پردازنده هاي پنتيوم MMX تأثير زيادي در كارآيي كامپيوترهاي كيفي (Notebook) گذاشته است.
تكنولوژي MMX كه با سيستم عامل ويندوز بسيار عجين شده است (MMX يكي از اجزاي كليدي ويندوز 98 مي باشد) موجب شده كه كارآيي كامپيوترهاي كيفي به كارآيي كامپيوترهاي روميزي نظيرشان هرچه بيشتر نزديك شود. بزرگترين موردي كه پنتيوم MMX موبايل در آن بي رقيب است، دفع حرارت مي باشد. اغلب توليدكنندگان كامپيوترهاي كيفي از روش دفع حرارت انفعالي  پردازنده پنتيوم 150 مگاهرتزي MMX استفاده مي كنند. اما پردازندة 166 مگاهرتزي آنقدر گرما توليد مي كند كه نياز به يك خنك كننده دارند. مسئله توليد حرارت در پردازنده پنتيوم 166 مگاهرتزي MMX، باعث تأخير در توليد سيستمهاي كيفي شده و اين امر نهايتاً باعث افزايش قيمت آنها گرديد.
توجه: بعضي از توليدكنندگان كوچك، براي اينكه كامپيوتر كيفي خود را سريع ترين كامپيوتر كيفي موجود در بازار جلوه دهند، از پردازنده هاي مربوط به كامپيوترهاي روميزي استفاده مي كنند. شكي نيست كه كامپيوترهاي كيفي سرعت زيادي دارند. اما عمر كوتاه باطري آنها به همراه خطر افزايش درجه حرارت در پردازنده اي كه به نوبه خود ممكن است هم به پردازنـده و هـم به مادربـرد آسيـب وارد سازد، خريد اين نوع كامپيوترها كيفي را نامطمئـن مي سازد. اگر يك فروشنده، يك كامپيوتر كيفي به شما پيشنهاد كرد كه يك پردازنده با سرعت غيرمتعارف در آن قرار داشت، از نزديك پردازندة آن را بررسي كنيد. اگر آن پردازنده، پردازنده مخصوص كامپيوترهاي كيفي نبود از خريد آن كامپيوتر صرفنظر كنيد.
پنتيوم پرو (Pentium Pro)
ژانوية 1996، از برخي جهات، جالب ترين و از برخي جهات ديگر، نگران كننده ترين زمان براي اينتل بود. صحبت ها حاكي از اين بود كه مجموعة دستورالعمل هاي X86 با طول متغيرشان و اجراي ترتيبي شان راهي براي پيشرفت ندارند. اما پردازنده ديگري به نام PowerPC كه متولي آن، شركتهاي موتورولا، آي بي ام و اپل بودند، ستايش ديگران را در مورد ساختار پيشرفته اش، برانگيخت.
نكته فني: دو نوع ديدگاه در مورد طراحي پردازنده ها وجود دارد. اولي عبارتست از  RISC يا پردازنده هايي با مجموعه دستورالعمل هاي كاهش يافته كه كارآيي آن به لحاظ اجراي سريع دستورالعمل هاي ساده، بسيار بالاست و دومي عبارتست از CISC يا پردازنده هايي با مجموعة دستورالعمل هاي پيچيده  كه دستورالعملهاي بيشتري را براي اجراي هر مرحله بكار مي گيرد. امروزه بيشتر پردازنده ها (از جمله جديدترين پردازنده هاي اينتل) از تكنولوژي RISC استفاده مي كنند زيرا بهترين روش براي افزايش سرعت ساعت است.
پنتيوم پرو ثابت كرد كه بيشتر عقايد اشتباه هستند. اينتل طراحي superscalar خود را كه ابتدا در پنتيوم آن را به كار گرفت، گسترش داد و اجراي پويا  و پيش بيني تخميني انشعاب ها  را مورد استفاده قرار داد تا نقايص مربوط به تكنولوژي CISC را از ميان بردارد. درواقع، آنچه كه اينتل انجام داد، ايجاد يك هستة سريع RISC در داخل يك رابط  كاملاً سازگار با CISC بود.
همانطور كه در شكل (10ـ6) مشاهده مي كنيد پنتيوم پرو داراي يك شكل ظاهري بسيار بزرگ است. در داخل اين پردازنده، 5/5 ميليون ترانزيستور وجود دارد. علاوه بر آن، اينتل حافظة پنهان ثانويه را كه معمولاً روي مادربرد قرار دارد، در داخل پردازنده و در يك روكش سراميكي ديگر به نام PGA قرار داده است. يك حافظة پنهان ثانويه 256 كيلوبايتي از 5/15 ميليون ترانزيستور و يك حافظة پنهان ثانويه 512 كيلو بايتي از 31 ميليون ترانزيستور استفاده مي كند. نتيجه اين طراحي، يك پردازندة 387 پيني با 5/36 ميليون ترانزيستور است. اين تعداد پين، 10 برابر پين هاي پردازندة پنتيوم است.
نخستيـن نسخه هاي اين پردازندة عظيم الجثه مقدار زيادي گرما (در حدود 14 وات) توليد مي كردند و قيمتشان بيش از 100 دلار بود. ولي حافظة پنهان ثانويه آنها كه در پردازنده به صورت يكپارچه قرار گرفته از يك طرف و گذرگاه مربوط به اين حافظة پنهان از سوي ديگر، باعث جهش قابل توجهي در كارآيي اين پردازنده ها شد.
حافظة پنهان ثانويه ساير پردازنده هاي X86 با سرعت گذرگاه مادربرد (60 يا 66 مگاهرتز) كار مي كند ولي حافظة پنهان ثانويه درون پنتيوم پرو مطابق با سرعت CPU است. باعث پردازنده- هاي پنتيوم پروي 180 و 200 مگاهرتزي به خاطر استفاده از اين حافظه درون پردازنده اي بسيار بزرگ داراي سرعتي 3 برابر سرعت پردازنده هاي پنتيوم مشابه است. علاوه بر آن، حافظه پنهان ثانوية درون پنتيوم پرو به جاي اينكه همانند حافظه هاي پنهان متعارف و قديمي، از گذرگاه مربوط به پردازنده استفاده كند، از يك گذرگاه خاص خود استفاده مي كند.
اينتل در داخل هستة اين پردازنده، ترفندهاي جالبي را براي از بين بردن محدوديت هاي CISC به كار برده است. ابتدا مهندسين، Pipeline 5 مرحله اي پنتيوم را به 12 مرحله افزايش دادند و بدين ترتيب، وظايف را به بخشهاي كوچكتر تقسيم كردند. اين گسترش Pipeline، باعث افزايـش سرعـت ساعـت شده است (كاربرد اين عمل در پنتيوم II 300 مگاهرتزي مشاهده مي شود) همچنين اين پردازنده داراي يك واحد رمزگشا در ابتداي Pipeline است كه دستورالعملهاي پيچيده X86 را به يك سري دستورالعملهاي كوچك  همانند دستورالعملهاي RICS تبديل مي كند. اين دستورالعملهاي كوچك مي توانند سريعتر از كدهاي معمولي X86 در Pipeline قرار گيرند.