Процесор 80286

Процесори четвертого покоління мають в своєму розпорядженні єдиний конвейєр і називаються скалярними Одночасно на рівень декодування цього процесора може поступити тільки одна команда.

У деяких процесорах п'ять рівнів конвейєра діляться на багатоступінчаті операції, що дозволяє знизити складність кожного рівня. При цьому, на кожному рівні конвейєра скорочується число логічних операцій, завдяки чому легше перейти з рівня на рівень і підвищувати внутрішньопроцесорну тактову частоту. Така організація обчислень називається суперконвейєрною, вона характерна для мікропроцесорів клона Р5, а саме, AMD K5, NexGen NX586.

У базовій моделі Pentium задіяна інша методика обробки команд Він містить два конвейєри, званих u-pipe і v-pipe В першому з них (первинному) виконуються цілочисельні операції і команди з плаваючою точкою, а у повторному прості цілочисельні операції і певний тип команд з плаваючою точкою. Процеси в цих двох конвейєрах протікають незалежно один від одного одночасно з двома інструкціями. Такі процесори, що містять декілька незалежно працюючих конвейєрів, називаються суперскалярними (superscalar).

Процесор Pentium є двопотоковим по числу конвейєрів, але існують і чотирипотокові, наприклад, AMD K5. На одночасне виконання двох команд накладені деякі обмеження, пов'язані з комбінаціями команд і взаємозалежністю результатів. Всі команди, що поступають в конвейєри на обробку, повинні покидати їх точно в такому ж порядку, в якому вони на них і поступили Такий метод обробки називається впорядкованим надходженням (in-order issue), обробкою і впорядкованим завершенням (in-order completion) Якщо команда не може бути завершена в одному конвейєрі, то зупиняється і інший, що дещо знижує ефективність роботи процесора з точки зору продуктивності.

Існує і інший підхід неврегульоване завершення (out-of-order completion), характерний для процесорів AMD K5, Cyrix Ml, NexGen Nx586, що дозволяє одному з конвейєрів завершувати операцію навіть при «заторі» в іншому. У цьому випадку процесор може змінювати черговість надходження на виконання команд, обробляючи їх не в тому порядку в якому вони слідують в програмі, т. е. обробляючи готові до виконання і відкладаючи на більш пізній термін ті з команд, які не можуть бути виконані негайно, що називається неврегульованою обробкою (out-of order issue). Для реалізації подібного процесу в процесорі організуються додаткові апаратні вузли: буфери, вікна команд, накопичувачі команд.

Для підвищення продуктивності процесора широко застосовуються методи обходу (data bypassing) і просування даних (data forwarding). При обходах результати виконання однієї команди відразу пересилаються наступною, так що виключаються затримки на модифікацію і повторне читання з регістра процесора або ОЗП. Просування даних дозволяє процесору виконувати деякі команди паралельно, негайно передаючи результати однієї з них в іншу, якою вони не будуть потрібні до більш пізнього рівня конвейєрної обробки.Як відмічалося, всередині мікропрограм CISC-команд, що виконуються існує безліч переходів і розгалужень. Перехід - це зміна послідовності виконання команди, яка може бути пов'язана з додатковою інформацією (ознакою стану або умовою). Такий перехід називається умовним. Існують і безумовні переходи, явно обумовлені логікою мікропрограм. Як ті, так і інші переходи займають при виконанні команд певний час.

У процесорі Pentium застосовується спеціальний буфер прогнозування розгалужень (ВТВ, branch target buffer) на 256 позицій, що відстежує і що зберігає дані про результати 256 останніх розгалужень. Буфер – це місце для зберігання якої-небудь інформації, частіше за все буфери організовуються для вирівнювання швидкостей між двома, різними по швидкодії пристроями.

Спираючись на цю інформацію процесор намагається передбачити станеться або не станеться перехід. Зустрівши команду умовного переходу (по коду операції поля команди) процесор робить припущення про шлях розгалуження, яке може бути істинним (true) або помилковим (false). Процесор починає виконання команди не спочатку, а з передбаченої адреси мікрокоманди переходу у відповідності зі своїм припущенням Може забезпечуватися декілька рівнів прогнозування До остаточної ствердної відповіді на питання про перехід процесор не здійснює ніяких модифікацій своїх регістрів і ОЗП. У разі неправильного припущення всі установки команди відміняються, а буфер очищається, що помітно знижує продуктивність процесора.

Всі процесори виконані по дуже енергоекономічній технології BiCMOS (Bipolar CMOS), однак виділення тепла цим приладом дуже велике. Як правило, процесори Pentium розраховуються для роботи при робочій температурі до 85°З, при цьому нагрів корпусу без ефективного тепловідводу досягає температури понад 180°С.

При розробці і впровадженні продуктів, призначеній для роботи в середовищі з процесором Pentium подальший розвиток отримала система OverDrive. Pentium OverDrive містить додаткові блоки множення частоти, фільтр напруження, блок пониження напруження живлення з 5, 0В до 3, 3В, посилена система тепловідводу радіатором і вентилятором.