Các thế hệ của bộ xử lý máy tính Pentium
Pentium có ba thiết kế cơ bản, mỗi thiết kế với vài phiên bản. Thiết kế thế hệ đầu với tốc độ bộ xử lý 60MHz và 66MHz. Thiết kế dùng hệ số dạng PGA 273 chân và chạy nguồn 5V, tốc độ bộ xử lý cùng tốc độ bo mạch xung 1x.
Bộ xử lý thế hệ đầu tiên
Pentium thế hệ đầu được tạo ra bởi quy trình BiCMOS 0.8 micron. Không may là quy trình này kết hợp 3.1 triệu bóng bán dẫn dẫn đến khuôn quá khổ và trở nên phức tạp để sản xuất. Dù chịu giảm lợi nhuận nhưng Intel vẫn không đẩy được doanh số lên cao. Sản phẩm 0.8 micron bị chỉ trích bởi những nhà sản xuất như Motorola; IBM đã sử dụng công nghệ 0.6 micron cho những chip tiên tiến nhất của họ. Chip 66MHz khuôn to với điện áp hoạt động 5V tiêu thụ 3.2 amp hay 16W năng lượng tạo ra lượng nhiệt lớn và những sự cố trên một số hệ thống không hoạt động trên kỹ thuật thiết kế cũ. May thay sự cố nhiệt có thể giải quyết bằng thêm một quạt vào bộ xử lý.
Bộ xử lý Pentium thế hệ thứ hai
Intel ra mắt Pentium thế hệ thứ hai vào 7 tháng 3 năm 1994 gồm bộ xử lý 90MHz, 100MHz và một phiên bản 75MHz chậm hơn. Thực tế phiên bản 120MHz, 133MHz, 150MHz, 166MHz và 200MHz cũng được giới thiệu. Pentium thế hệ thứ hai dùng công nghệ BiCMOS 0.6 micron (75/90/100MHz) làm co khuôn lại và giảm công suất tiêu thụ năng lượng. Sản phẩm 120MHz (và cao hơn) kết hợp một khuôn nhỏ với quy trình BiCMOS 0.35 micron. Những khuôn nhỏ này không thay đổi từ mẫu 0.6 micron, cơ bản chúng là một sự giảm ảnh trên khuôn P54C. Khuôn cho Pentium này được thể hiện trong hình 3.29. Thêm nữa, những bộ xử lý này chạy ở 3.3V. Sản phẩm 100MHz tiêu thụ tối đa 3.25amp, 3.3V tương đương 10.735 Watt. Chip 150Mhz sử dụng 3.5 amp, 3.3V (11.6W). Chip 166MHz tiêu thụ 4.4 amp (14.5W) và 200MHz là 4.7A (15.5W).
Pentium thế hệ thứ hai dùng SPGA 296 chân không tương thích về mặt vật lý với Pentium đầu tiên. Cách duy nhất để nâng cấp từ Pentium đầu tiên lên Pentium thế hệ hai là thay bo mạch chủ. Các bộ xử lý Pentium thế hệ thứ hai có 3.3 triệu bóng bán dẫn. Số lượng bóng bán dẫn trội là do bổ sung Phần mở rộng SL quản lý đồng hồ (clock control SL enhancements) cùng với bộ điều khiển ngắt lập trình tiên tiến trên chip (APIC: advanced programmable interrupt controller) và giao diện bộ xử lý đôi.
APIC và các giao diện bộ xử lý đôi cần thiết cho cấu hình bộ xử lý đôi phối hợp trong đó hai chip Pentium thế hệ thứ hai cùng xử lý trên cùng một bo mạch chủ tại cùng thời điểm. Nhiều bo mạch chủ Pentium được thiết kế cho máy chủ tệp tin với kiến trúc hai socket 7 hoàn toàn hỗ trợ cho khả năng đã xử lý của những chip mới. Phần mềm hỗ trợ cho SMP (symmetric multiprocessing) được tích hợp thẳng vào hệ điều hành như Windows NT và OS/2.
Bộ xử lý Pentium thế hệ hai dùng hệ số nhân làm tốc độ bộ xử lý nhanh hơn bus. Thí dụ như Pentium 150MHz chạy nhanh gấp 2.5 lần tần số bus thông thường là 60MHz; Pentium 200MHz chạy tốc độ xung 3x trong hệ thống dùng tốc độ bus 66MHz.
Thục sự tất cả bo mạch chủ Pentium có ba thiết lập tốc độ: 50MHz, 60MHz và 66MHz. Các chip Pentium có nhiều hệ số nhân làm cho bộ xử lý hoạt động ớ nhiều tốc độ bo mạch chủ khác nhau.
Tỷ lệ tần số từ-nhân-đến-bus hay hệ số nhân được điều khiển trong bộ xử lý Pentium bởi hai chân trên con chip được dán nhãn BF1 và BF2. Bảng 3.20 thể hiện tình trạng của các chân BFx ảnh hưởng sự nhân đồng hồ trong bộ xử lý Pentium như thế nào.
Không phải tất cả chip đều hỗ trợ tất cả chân tần số bus (BF: Bus Frequency) hay các phối hợp thiết lập. Nói cách khác, một số bộ xử lý Pentium chỉ làm việc ở các phối hợp thiết lập cụ thể hay thậm chí có thể bị cố định bởi một thiết lập riêng biệt. Nhiều bo mạch chủ Pentium sau này có cầu nhảy (jumper) hay cần gạt (switch) cho phép điều khiển các chân BF, do đó thay đổi tỷ lệ hệ số nhân trong con chip. Trên lý thuyết chip máy tính Pentium 75MHz có thể chạy ở tốc độ 133MHz bằng cách đối các cầu nhảy trên bo mạch chủ. Việc này gọi là vượt xung và được đi sâu trong phần “Làm vượt xung” trong chương này.
Bộ xử lý Pentium MMX
Một thế hệ thứ ba của các bộ xử lý Pentium (tên mà P55C) được giới thiệu vào tháng 1 năm 1997, kết hợp cái mà Intel gọi là công nghệ MMX vào thiết kế bộ xử lý Pentium thế hệ thứ hai (xem hình 3.30). Những bộ xử lý MMX này có xung 66/166MHz; 66/200MHz; 66/233MHz và trong sản phẩm dành cho thiết bị xách tay 66/266MHZ. cấu hình cũng tương tự như Pentium thế hệ thứ hai: kiến trúc superscalar, hỗ trợ đa bộ xử lý, bộ điều khiển APIC nội bộ trên chip, tính năng quản lý nguồn. Các tính năng mới bao gồm bộ xử lý MMX, bộ nhớ đệm ghi lại mã 16KB và 4.5 triệu bóng bán dẫn. Chip Pentium được sản xuất trên quy trình silic CMOS 0.35 micron được mở rộng cho phép mức điện áp 2.8V. Bộ xử lý di động 233MHz và 266MHz được xây dựng ở quy trình 0.25 micron chạy ở mức điện áp 1,8V. Với công nghệ mới hơn này, bộ xử lý 266 thực sự dùng nguồn năng lượng ít hơn Non-MMX 133.
Để phối hợp được với chip MMX bo mạch chủ phải có khả năng cung cấp điện áp thấp hơn điện áp những bộ xử lý này dùng (2.8V hay ít hơn). Để có giải pháp cho bo mạch chủ khá phổ quát đối với những điện áp thay đổi. Intel phát triển bo mạch socket 7 với VRM. VRM là một module được cắm cạnh bộ xử lý và cung cấp lượng điện áp đúng. Do module này dễ bị thay thế, cần câu hình lại bo mạch chủ để hỗ trợ cho bất kỳ điện áp nào mà bộ xử lý mới cần.
MMX kết hợp với một quy trình mà Intel gọi là đa dữ liệu tập lệnh đơn (SIMD: single instruction multiple data) cho phép một tập lệnh thực hiện một chức năng trên nhiều mảnh dữ liệu. 57 tập lệnh mới được thiết kế cụ thể cho dữ liệu video, audio, hình ảnh được thêm vào chip và tích hợp vào các máy tính xách tay.