Pentium

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1993 stellte Intel den ersten Prozessor mit dem Namen Pentium vor. Er war der Nachfolger der erfolgreichen i486-CPU-Baureihe aus demselben Hause. Als die CPU angekündigt wurde, rechnete die Fachwelt mit der Fortsetzung des bis dahin üblichen Namensschemas bei x86-Prozessoren. Demnach hätte die CPU 80586 oder kurz i586 heißen müssen. Ende 1992 ließ Intel dann aber verlauten, dass die zur CeBIT 1993 angekündigte CPU den Namen Pentium tragen solle. Pente (πέντε) – das griechische Wort für fünf – sollte nun der fünften x86-Generation aus dem Hause Intel den Namen geben.

Intel begründete diesen Schritt mit der Unmöglichkeit, Zahlen markenrechtlich schützen zu lassen. Bei den 486-Prozessoren hatte Intel zu spüren bekommen, was es bedeuten konnte, wenn die Konkurrenz den gleichen Namen verwenden durfte wie das „Original“. Wahrscheinlich wollte man diesen Fehler nicht noch einmal machen.

[Bearbeiten] Die Familie der Pentium-Prozessoren

Pentium sollte dann aber nicht nur die fünfte, sondern auch die sechste und siebte x86-Generation aus dem Hause Intel heißen. Heute trägt eine ganze Prozessor-Dynastie diesen Namen. Dem Pentium folgten der Pentium Pro, der Pentium II, Pentium III, Pentium 4, Pentium M und der Pentium D. Obwohl diese Prozessoren außer dem Befehlssatz kaum Gemeinsamkeiten mit dem ersten Pentium haben, tragen sie seinen Namen.

Von vielen Leuten wird der Name Pentium deshalb heute synonym zum aktuellen Pentium-Prozessor benutzt, was eine begriffliche Abgrenzung vom ursprünglichen Pentium manchmal nicht ganz einfach macht. Aus diesem Grund hat sich für die erste Pentium-Familie später auch die Bezeichnung Pentium-1 eingebürgert, obwohl Intel ihn nie so bezeichnet hat.

[Bearbeiten] Die Pentium-1-Familie

Pentium-1-Familie

Auf dem Bild rechts kann man typische Vertreter aller drei Typen der Pentium-1-Familie sehen, zum Teil mit verschiedenen Gehäusevarianten. Im Zentrum liegt ein Pentium 60, darüber ein Pentium 200. Im Uhrzeigersinn folgen ein Pentium 120, ein Pentium 233 MMX, dann zwei Pentium 75 mit verschiedenen Gehäusevarianten und schließlich ein Pentium 166 MMX.

[Bearbeiten] Technisches

Alle Pentium-1-Prozessoren basieren auf dem Kern des Pentium-60/66, der Intel-intern auch als P5 bezeichnet wurde. Trotzdem hat sich P5-Familie – im Gegensatz zu P6-Familie – nie als Bezeichnung für die Pentium-1-Familie eingebürgert. Der Pentium war der erste superskalare CISC-Mikroprozessor der Welt. Er ist eine konsequente Weiterentwicklung des 486; anders als beispielsweise der Pentium Pro stammt der Pentium vom selben Entwicklerteam, das auch schon den 486er entwickelt hatte.

Bereits der 486er führte einfache Befehle in einer Art Pipeline aus. Im Gegensatz zum Pentium waren dessen Pipelinestufen aber eher geschickt zusammengeschaltete Funktionsgruppen, wie man sie bereits vom 386er kannte. So konnten das Befehlholen (instruction fetching, fetch), die Befehlsdekodierung (decode) und die Befehlsausführung (execute) zwar weitgehend parallel ablaufen, es war aber nicht möglich, die an der Befehlsausführung beteiligten Funktionseinheiten besser auszulasten, indem man sie einfach parallel arbeiten ließ, wenn die Befehlsabfolge es erlaubte.

Das sollte der Pentium ändern. Er besaß zwei Integer-Pipelines, eine Gleitkomma-Pipeline, dynamische Sprungvorhersage, getrennte Daten- und Code-Caches mit einer Größe von jeweils 8 kB und einen 64 Bit breiten externen Datenbus mit schnellen Burst-Modi, um den externen Cache schnell anbinden zu können. Hinzu kamen weitere Features, wie ein System-Management-Mode (SMM), hardware-unterstütztes Performance-Monitoring und Execution-Tracing. Die beiden Pipelines erlaubten es dem Pentium, zwei an der Befehlsausführung beteiligte Funktionseinheiten parallel arbeiten zu lassen, wenn sich die Möglichkeit bot (Integer- und Gleitkomma-Operationen konnten weitgehend unabhängig voneinander ausgeführt werden). Die dynamische Sprungvorhersage gleicht einen konzeptionellen Nachteil der Pipeline-Architektur aus, die so genannten Pipeline-Flushes (Ergebnisse bereits abgearbeiteter Teilbefehle werden ungültig, wenn ein Sprung erfolgt).

[Bearbeiten] Der FDIV-Bug

Erst anderthalb Jahre nach seiner Vorstellung sorgte der Pentium mit einem spektakulären Designfehler für Aufsehen. Der so genannte FDIV-Bug – wegen seiner Popularität manchmal auch etwas unspezifisch lediglich als Pentium-Bug bezeichnet – erschütterte das Vertrauen vieler Anwender in die noch junge Pentium-Familie, deren Mitglieder zur damaligen Zeit erst mit Taktfrequenzen von 60, 66, 75, 90 und 100 MHz verfügbar waren.

[Bearbeiten] Varianten des Pentium-1

[Bearbeiten] Der P5-Pentium

Pentium 60 (P5)

Die erste Generation des Pentium, der P5, wurde auf der CeBIT 1993 vorgestellt. Die beiden einzigen Vertreter des P5 sind der Pentium 60 und der Pentium 66. Beide arbeiteten mit einer Versorgungsspannung von etwa 5 Volt und waren von Haus aus nicht Multiprocessing-fähig. Sie unterstützten aber bereits das MESI-Protokoll zur Sicherstellung der Cache-Kohärenz im Mehrprozessorbetrieb. Ihr Kern wurde – vergleichbar dem der ersten 486-Prozessoren – noch mit derselben Taktfrequenz betrieben wie das Businterface. Beide CPUs passen ausschließlich in den Sockel 4 und unterscheiden sich ansonsten funktional nur unwesentlich von ihrem Nachfolger, dem P54C.

Trotz seines fortschrittlichen Designs war der P5 kein großer Erfolg für Intel. Das war aber keineswegs mangelnden technischen Qualitäten zuzuschreiben; vielmehr hatte sich Intel mit brachialer Megahertz-Gewalt einen hausinternen Konkurrenten geschaffen, den mit 100 MHz getakteten i486DX4. Komplettsysteme mit dem DX4 – wie der i486DX4 auch genannt wurde – waren in der Anschaffung deutlich günstiger und standen zumindest solchen mit Pentium 60 in Sachen Performance kaum nach. Und wenn ein 486er-Mainboard schon vorbereitet war, konnte man den DX4 sogar nachrüsten. Keine guten Startvoraussetzungen für den Newcomer.

[Bearbeiten] Der P54C-Pentium

Pentium 200 (P54C)

Der P54C-Pentium wurde zur CeBIT 1994 vorgestellt. Er kam zuerst mit 90 und 100 MHz und kurz darauf auch mit 75 MHz auf den Markt. Bis ins Jahr 1997 folgten noch Versionen mit 120, 133, 150, 166 und 200 MHz. Im Gegensatz zum P5 hat der P54C einen onchip-APIC und ist somit von Haus aus Multiprocessing-fähig. Trotzdem garantierte Intel nicht bei allen CPUs für die Funktionsfähigkeit des APIC, weshalb auch Versionen verkauft wurden, die den Multiprozessorbetrieb nicht unterstützten. Darüber hinaus besitzt der P54C das verbesserte, so genannte SL-enhanced Power Management. Für den P54C war zunächst der Sockel 5, später auch der Sockel 7 vorgesehen. Den P54C gab es im Desktop-Markt mit Taktfrequenzen zwischen 75 und 200 MHz.

Im Gegensatz zu seinem Vorgänger, dem P5, wurde der P54C ein großer Erfolg für Intel. Es sollte fast zwei Jahre dauern, bis konkurrenzfähige Pentium-Klone auf den Markt kamen. Während Intel den Pentium favorisierte, schlachtete die Konkurrenz – ebenfalls erfolgreich – die 486er-Plattform zunächst weiter aus. So brachten AMD und Cyrix weiterhin schnelle 486er-Prozessoren auf den Markt, Ende 1995 – unter dem Namen 5x86 – sogar solche, die es durchaus mit einem Pentium 75 aufnehmen konnten. Zu dieser Zeit war Intel aber bereits beim Pentium 133. Im Laufe des Jahres 1996 konterte AMD mit dem 5k86, dem späteren K5 und Cyrix mit dem 6x86. Letzterer schaffte es sogar, bei der Integer-Performance dem damals schnellsten Pentium gefährlich zu werden. Aber bevor der 6x86 sich richtig etablieren konnte, konterte wiederum Intel Anfang 1997 mit einer Weiterentwicklung des P54C, dem P55C.

[Bearbeiten] Der P55C-Pentium (Pentium MMX)

Pentium 166 MMX (P55C)

Der P55C wurde in Intels Forschungs- und Entwicklungszentrum in Haifa (Israel) entwickelt. Er war der letzte und leistungsfähigste Prozessor aus der Pentium-1-Familie. Der Verkauf erfolgte unter der Bezeichnung Pentium MMX, da er als erster Prozessor mit Intels neuer MMX-Befehlssatzerweiterung ausgestattet war. Den Pentium MMX gab es mit Taktfrequenzen von 133 bis 300 MHz, wobei 133, 266 und 300 MHz der mobilen Variante vorbehalten blieben. Da CPU-Kern und Businterface beim P55C mit verschiedenen Spannungen betrieben wurden, benötigte er eine spezielle Form des Sockel 7, den so genannten Split-Voltage-fähigen Sockel 7, nicht zu verwechseln mit dem Super-Sockel 7.

Darüber hinaus wurde der P55C intern erheblich verbessert. Er behielt zwar im wesentlichen die Architektur des P54C bei, optimierte und ergänzte sie aber an vielen Stellen. So besaß der P55C doppelt so große Caches wie seine Vorgänger, hatte eine deutlich verbesserte – vom Pentium Pro übernommene – Sprungvorhersage, vier statt zwei Schreib-Puffer und einen CPU-internen Return-Stack zur Beschleunigung von Unterprogramm-Rücksprüngen. Auch seine Pipelines wurden verbessert. So konnten sie nun auch mit Befehlskombinationen (so genannte Befehlspaarungen) parallel beschickt werden, die vorher nicht möglich waren, und eine zusätzliche Stufe wurde hinzugefügt.

Obwohl die Verbesserungen an der Pipeline hauptsächlich wegen der Erweiterung um die MMX-Befehle vorgenommen wurden, profitierten auch Nicht-MMX-Anwendungen davon. Unterm Strich machten sich die Verbesserungen in einer deutlichen Performance-Steigerung bemerkbar. Der P55C war bei Nicht-MMX-Anwendungen im Mittel etwa 15 bis 20 Prozent schneller als ein gleichgetakteter P54C, wobei ein großer Teil dieser Steigerung dem größeren Cache zuzurechnen ist.

Als PentiumODPMT (P54CTB, P5-Overdrive-Prozessor) existierten Versionen des P5-MMX, die aufgrund eines integrierten Spannungswandlers auch auf Mainboards mit Sockel 5, also ohne geteilte Spannungsversorgung, einsetzbar waren.

[Bearbeiten] Geschichtliche Bewertung

Aus heutiger Sicht ist der Pentium-1 ein Meilenstein der x86-Geschichte. Man kann sagen, dass x86 mit dem Pentium begann, erwachsen zu werden. Dass man es zwar noch besser machen konnte, zeigten schon zwei Jahre später der Pentium Pro aus eigenem Hause und der 6x86 von Cyrix, aber der Anfang war gemacht. Der Pentium implementierte als erster x86-Prozessor Techniken, die bei High-End-CPUs wie MIPS, SPARC, PA-RISC, PowerPC und Alpha zum Teil bereits lange vorher etabliert waren.

Nichtsdestotrotz begann erst der Pentium Pro in Bereiche vorzudringen und einen respektablen Marktanteil zu erringen, die bis dahin den klassischen Workstation- und Server-Herstellern wie Sun, DEC, IBM und HP vorbehalten waren.

[Bearbeiten] Modellübersicht

[Bearbeiten] P5 (A80501)

L1-Cache: 8 + 8 KB (Daten + Instruktionen)
L2-Cache: abhängig vom verwendeten Mainboard bzw. Chipsatz
Sockel 4 mit 60 und 66 MHz Front Side Bus
Spannungsversorgung (VCore): 5 Volt
Erscheinungsdatum: 22. März 1993
Fertigungstechnik: 0,8 µm BiCMOS
Die-Größe: 294 mm² bei 3,1 Millionen Transistoren
Taktraten: 60 und 66 MHz

[Bearbeiten] P54C (A80502)

L1-Cache: 8 + 8 KB (Daten + Instruktionen)
L2-Cache: abhängig vom verwendeten Mainboard bzw. Chipsatz
SMP
Sockel 5 und Sockel 7 mit 50, 60 und 66 MHz Front Side Bus
Spannungsversorgung (VCore): 3,3 und 3,52 Volt (Notebook-Version 3,1 Volt)
Erscheinungsdatum: 7. März 1994
Fertigungstechnik: 0,6 µm BiCMOS, später 0,35 µm BiCMOS
Die-Größe: 148 mm² bei 0,6 µm und 91 mm² (später 83 mm²) bei 0,35 µm bei 3,2 Millionen Transistoren
Taktraten: 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 und 200 MHz

[Bearbeiten] P55C (A80503)

L1-Cache: 16 + 16 KB (Daten + Instruktionen)
L2-Cache: abhängig vom verwendeten Mainboard bzw. Chipsatz
MMX, SMP
Sockel 7 mit 66 MHz Front Side Bus
Spannungsversorgung (VCore): 2,8 Volt
Erscheinungsdatum: 8. Januar 1997
Fertigungstechnik: 0,35 µm CMOS, später 0,28 µm CMOS, (Tillamook: 0,25 µm CMOS)
Die-Größe: 141 mm² (später 128 mm²) bei 0,28 µm und 90 mm² bei 0,25 µm bei 4,5 Millionen Transistoren
Taktraten: 133, 166, 200, 233, 266 und 300 MHz
- Desktop, (P55C): 133, 166, 200 und 233 MHz
- Desktop, (P54CTB, MMX Overdrive) 150, 166, 180 und 200 MHz (P55C-Varianten mit Spannungsversorgung wie P54C)
- Notebook (P55C, Tillamook): 166, 200, 233, 266 und 300 MHz (späte Variante des P55C für den Einsatz in Notebooks)

[Bearbeiten] Weitere Pentium-Modelle

1995: Pentium Pro, High-End-Prozessor für Workstations und Server
1997: Pentium II, Nachfolger des Pentium-1 im Massenmarkt, abgeleitet vom Pentium Pro
1999: Pentium III, Pentium II mit SSE-Befehlssatz
2000: Pentium 4, Nachfolger des Pentium III, vollkommene Neuentwicklung, basierend auf der Netburst-Architektur, unterstützt SSE2-Befehlssatz
2003: Pentium M, stromsparender Mobilprozessor, abgeleitet vom Pentium III
2005: Pentium D, Dual-Core-Version des Pentium 4