In的NetBurst并不是一個(gè)成功的架構(gòu)，盡管In在設(shè)計(jì)Pentium 4之初，目標(biāo)是10GHz核心頻率。但事實(shí)證明目標(biāo)難以完成。工程師難以在提升頻率的同時(shí)，將發(fā)熱量控制到一個(gè)合理的范圍。因此，In宣稱NetBurst產(chǎn)品頻率不提升到4GHz以上。畢竟誰都不想坐在一個(gè)“火爐”旁邊，誰都不想聽到嗡嗡作響的風(fēng)扇聲音。

　　In為桌面處理器找到了一條新的開發(fā)方法，不提升時(shí)鐘頻率，而是集成多個(gè)計(jì)算核心。但先天的缺陷難以回避，如果不作任何改變的話，Pentium 4難以和其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相抗，在當(dāng)前的處理器測(cè)試中，Pentium 4在大多數(shù)的測(cè)試項(xiàng)目中都落后于AMD。

　　NetBurst架構(gòu)的高發(fā)熱量和高能耗，不僅讓In手足無措，也給一些希望購買In產(chǎn)品的消費(fèi)者當(dāng)頭一擊。但I(xiàn)n現(xiàn)在產(chǎn)品線中還是有好產(chǎn)品。盡管Pentium III早已退出了桌面市場(chǎng)，但它在移動(dòng)市場(chǎng)很快又找到了新的位置，而現(xiàn)在移動(dòng)市場(chǎng)中的In處理器就都是基于和Pentium III相似的架構(gòu)，只不過采用了更*的生產(chǎn)工藝和其他一些改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了比Pentium III更小的發(fā)熱量和更高的總體性能，Pentium III在移動(dòng)市場(chǎng)獲得重生，被命名為—Pentium M。
盡管采用了Pentium III相關(guān)的架構(gòu)，不過Pentium M使用的卻是QPB 4倍前端總線，這個(gè)總線和Pentium 4的總線是一樣的，同時(shí)也為Pentium M通過轉(zhuǎn)接卡在Pentium 4普通主板上面使用提供了理論基礎(chǔ)。華碩的工程師所開發(fā)出來的于Pentium M的轉(zhuǎn)接卡就實(shí)現(xiàn)了這個(gè)功能。
Pentium M處理器到底和其他的處理器架構(gòu)上面有何不同？In一直都沒有過多的談?wù)撨@款產(chǎn)品的架構(gòu)。在所有發(fā)布的*文檔中，對(duì)其性能指標(biāo)和命名方法的描述也只是只言片語，如：為移動(dòng)電腦設(shè)計(jì)的架構(gòu)，的堆棧管理，微操作融合技術(shù)（micro-ops fusion），以及增強(qiáng)的In SpeedStep技術(shù)（EIST）。但是這些描述并不能夠?qū)entium M的內(nèi)部架構(gòu)表述清楚?？磥鞩n好像并不想透露太過關(guān)于Pentium M的細(xì)節(jié)信息，這里面一定是有原因的，是什么呢？

　　其實(shí)Pentium M根本就是根據(jù)P6架構(gòu)作出的小幅修改而成的產(chǎn)品，P6架構(gòu)是In很早以前所開發(fā)出來的架構(gòu)，zui早曾被用于Pentium Pro，后來Pentium II，Pentium III都使用的是這個(gè)架構(gòu)。那么Pentium M看起來更像是廣告鋪天蓋地的NetBurst架構(gòu)的一種倒退哦？當(dāng)然不是，你不能僅將Pentium M看作是一款過時(shí)的，已經(jīng)不合時(shí)宜老架構(gòu)。

　　其實(shí)在實(shí)際的評(píng)測(cè)中，Pentium M在很多項(xiàng)目上得分都超過了Pentium 4。而P6架構(gòu)也是In開發(fā)的zui，zui成功的一款架構(gòu)，僅僅從它在市場(chǎng)中存在的時(shí)間，以及所衍生出來的產(chǎn)品數(shù)量就可知一二。既然如此，同樣使用此架構(gòu)的Pentium M為什么就不能夠繼續(xù)實(shí)現(xiàn)其輝煌呢？現(xiàn)在就讓我們來看看，相比于Pentium III，Pentium M所作出的具體改進(jìn)有哪些？

管線和執(zhí)行核心：

　　Pentium M和Pentium III一樣，都是基于RISC架構(gòu)（精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)）的處理器，不過兩款處理器的執(zhí)行核心有稍有不同。例如：雖然兩款處理器都只有5個(gè)執(zhí)行單元，但是兩款處理器的執(zhí)行管線長(zhǎng)度是不一樣的。Pentium III的整數(shù)管線長(zhǎng)度為10級(jí)，而Pentium M的管線要更長(zhǎng)些。當(dāng)然Pentium M的管線長(zhǎng)度尚遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及Pentium 4，畢竟需要保證Pentium M處理器的執(zhí)行效率，但是為了今后能夠進(jìn)一步提升處理器的頻率，In的工程師還是增加了管線長(zhǎng)度。

　　管線長(zhǎng)度決定頻率提升的潛力，同時(shí)會(huì)為處理器帶來更多的能耗和發(fā)熱量，因此管線長(zhǎng)度的選定，對(duì)移動(dòng)處理器來說尤其重要。因此通過一些使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷，該處理器的管線大約在12-14級(jí)左右，也就是說要比Pentium III的管線長(zhǎng)一點(diǎn)點(diǎn)。新增加的管線級(jí)數(shù)，除了用來推升處理器的時(shí)鐘頻率外，在Pentium M處理器中的微操作融合技術(shù)也需要更長(zhǎng)的管線。這一點(diǎn)將在后文中提及。

　　較長(zhǎng)管線的缺點(diǎn)還頗多，在帶來了更高能耗和更多發(fā)熱量的同時(shí)，還會(huì)帶來因?yàn)榉种ьA(yù)測(cè)失敗后的更多花銷。尤其對(duì)于現(xiàn)在的超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)且擁有亂序執(zhí)行能力的處理器而言，分支預(yù)測(cè)失敗所帶來的負(fù)面影響不容忽視，而且已經(jīng)成為影響處理器性能的重要因素。在研發(fā)過程中，開發(fā)人員都會(huì)盡可能降低因?yàn)樵黾訄?zhí)行管線級(jí)數(shù)而帶來的這種影響，那么現(xiàn)在就讓我們來看看，Pentium M中是如何改進(jìn)分支預(yù)測(cè)單元的。
改進(jìn)分支預(yù)測(cè)和硬件數(shù)據(jù)預(yù)?。?br />
　　當(dāng)處理器中的管線開始全速運(yùn)轉(zhuǎn)，突然發(fā)生執(zhí)行了一個(gè)錯(cuò)誤的程序分支，那么處理器就要重新查找執(zhí)行正確的分支，這個(gè)過程中，一部分執(zhí)行單元會(huì)出于空閑狀態(tài)，執(zhí)行的延遲增加，進(jìn)一步影響了zui終的性能。分支預(yù)測(cè)邏輯的目的就是為了將這種情況出現(xiàn)的幾率zui小化。在Pentium M中，分支預(yù)測(cè)邏輯是主要的改進(jìn)部分。事實(shí)上，Pentium M的分支運(yùn)測(cè)和Pentium 4的很相象。

　　準(zhǔn)確的說，Pentium M的分支預(yù)測(cè)單元應(yīng)該和Prescott核心的Pentium 4處理器相似。它增加了兩個(gè)部分：一個(gè)是識(shí)別循環(huán)，另一個(gè)是預(yù)測(cè)間接分支。正因?yàn)槿绱?，Pentium M中的分支預(yù)測(cè)和Prescott之前的Pentium 4有明顯的不同，而且要比它們更加*。當(dāng)然，要想進(jìn)一步將原本基于使用分支歷史表的傳統(tǒng)靜態(tài)分支預(yù)測(cè)方式改進(jìn)的更好，難度非常大。但是通過下面幾個(gè)方面的分支預(yù)測(cè)單元的改進(jìn)，In的工程師將Pentium M的預(yù)測(cè)精度整整提高了20％，當(dāng)然這是和Pentium III相比。

　　*個(gè)改進(jìn)就是增加了循環(huán)識(shí)別邏輯。傳統(tǒng)的靜態(tài)分支預(yù)測(cè)方式，分支預(yù)測(cè)的循環(huán)結(jié)束條件老是出錯(cuò)。當(dāng)然能夠通過擴(kuò)大存儲(chǔ)分支信息的緩存器容量，使其存儲(chǔ)更多的分支信息，然后分析其中的數(shù)據(jù)來解決問題。但是這樣一一的分析數(shù)據(jù)會(huì)造成很長(zhǎng)的延遲。所以Pentium M使用了稍微不同的方法，將代碼中的循環(huán)識(shí)別邏輯和循環(huán)結(jié)論信息獨(dú)立開來。這樣能夠極大的提升結(jié)束循環(huán)的條件預(yù)測(cè)精度。

　　第二個(gè)就是改進(jìn)間接分支預(yù)測(cè)。所謂間接分支就是一個(gè)分支的分支地址，這個(gè)地址在程序編譯時(shí)是不知道的，而且是程序執(zhí)行時(shí)，由相關(guān)寄存器的狀態(tài)來決定的。傳統(tǒng)的靜態(tài)分支預(yù)測(cè)使用兩個(gè)表：分支歷史表和分支地址表，這有這兩個(gè)表而缺少間接分支地址表，讓預(yù)測(cè)的結(jié)果正確率不超過75％。因此開發(fā)人員在Pentium M中，新添加了一個(gè)間接分支表，專門用來存儲(chǔ)這類型的間接分支地址。

　　經(jīng)過上面兩方面的改進(jìn)之后，由于預(yù)測(cè)精度大為提高，管線全速運(yùn)行的情況比以前多了，執(zhí)行單元空閑等待的情況也變少了。正因?yàn)檫@樣，同頻率下的Pentium M整體性能比Pentium III高了大約7％。而且隨著分支預(yù)測(cè)單元的改進(jìn)，Pentium M也更新了硬件數(shù)據(jù)預(yù)取邏輯，用于從內(nèi)存中將數(shù)據(jù)取到緩存中去。Pentium M采用了和prescott核心Pentium 4處理器相類似的硬件數(shù)據(jù)預(yù)取算法，這種算法要比Pentium III的算法效率更高
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　　Pentium M和Pentium III、Pentium 4都一樣，是RISC處理器。這意味著執(zhí)行單元在處理內(nèi)部簡(jiǎn)化命令的時(shí)候，遠(yuǎn)比處理復(fù)雜的x86指令更有效率。換句話說，也就是在執(zhí)行RISC指令的時(shí)候，要比執(zhí)行通常由三個(gè)甚至更多操作數(shù)所組成的x86架構(gòu)更快捷流暢。因此，x86命令在經(jīng)過*之后，通常會(huì)被分解成兩個(gè)甚至三個(gè)微操作數(shù)。

　　例如：一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到內(nèi)存或一個(gè)處理內(nèi)存中數(shù)據(jù)的命令，被分別解碼成兩個(gè)指令。*種情況，由計(jì)算地址和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到緩沖器兩個(gè)指令所組成；第二種情況，由從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)兩個(gè)指令所組成。而現(xiàn)在的處理器都具備亂序執(zhí)行微操作數(shù)的能力，因此一條x86指令被分解成多個(gè)微操作數(shù)之后，能夠分別送到執(zhí)行管線中被處理。

　　如果這些微操作彼此之間無關(guān)，那么分開執(zhí)行起來自然沒有什么問題。但如果一個(gè)指令的執(zhí)行需要另外一個(gè)的執(zhí)行結(jié)果，那么管線就會(huì)出現(xiàn)等待現(xiàn)象，等待執(zhí)行單元將處理完成的結(jié)果發(fā)送過來，然后才能夠繼續(xù)處理。這種等待現(xiàn)象在NetBurst架構(gòu)中并不明顯，因?yàn)樗泻芏鄨?zhí)行單元，不過對(duì)于Pentium M這類型的處理器而言，性能的影響就相當(dāng)明顯了，而且等待狀態(tài)下的處理器繼續(xù)浪費(fèi)能源，這點(diǎn)對(duì)于移動(dòng)處理器來說也是不可接受的。這也是為什么Pentium M處理器要加入微操作融合技術(shù)的原因，它能夠盡可能避免出現(xiàn)執(zhí)行單元處于空閑狀態(tài)這一情形。

　　這項(xiàng)技術(shù)的工作非常簡(jiǎn)單，就是根據(jù)相關(guān)性將x86指令劃分成一些部分，然后通過*將所有的微操作都集中到一起，然后通過之前確定的相關(guān)性劃分微操作，從而形成x86指令的子集，有相關(guān)性的微操作被劃分在一起，由同一個(gè)執(zhí)行單元執(zhí)行，而不同執(zhí)行單元所執(zhí)行的微操作彼此是無關(guān)的。因此不會(huì)再出現(xiàn)等待某執(zhí)行單元的執(zhí)行結(jié)果的情況。雖然微操作融合需要多做一些工作，不過這對(duì)于性能提升是有好處的。通過測(cè)試，使用這項(xiàng)技術(shù)能夠讓整數(shù)數(shù)據(jù)的處理速度提升5％，浮點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理速度提升9％。

堆棧管理器：

　　Pentium M中的另一項(xiàng)改進(jìn)就是堆棧管理器。由于軟件使用堆棧非常頻繁，有其是當(dāng)其調(diào)用子程序時(shí)更是如此。讓執(zhí)行單元頻繁處理PUSH，POP，CALL和RET這樣的關(guān)于堆棧操作的指令，讓執(zhí)行單元時(shí)鐘處于運(yùn)行狀態(tài)，這不利于處理器控制發(fā)熱量和能耗。因此Pentium M中的堆棧管理器和堆棧指針寄存器一起工作，堆棧管理器能夠識(shí)別，像PUSH，POP，CALL和RET這樣的指令，在它們經(jīng)過*，但到達(dá)執(zhí)行單元以前預(yù)處理它們，從而降低執(zhí)行單元的負(fù)載。能夠在提升性能的同時(shí)，進(jìn)一步控制發(fā)熱量和能耗。根據(jù)測(cè)試表明，使用堆棧管理器能夠減少整數(shù)執(zhí)行單元5％的指令執(zhí)行數(shù)量。

處理器總線：

　　盡管Pentium M使用基于Pentium III的架構(gòu)，但Pentium M采用了*不同的總線。P6架構(gòu)的系統(tǒng)總線峰值帶寬僅為1GB/s，這對(duì)于現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來說太小了。同樣考慮到可能傳統(tǒng)的總線不太適合現(xiàn)在的應(yīng)用，因此In工程師決定讓Pentium M使用Quad Pumped Bus總線。這種總線正是Pentium 4的總線標(biāo)準(zhǔn)。

　　事實(shí)上，QPB總線也是Pentium M和Pentium 4*的相似之處。如果細(xì)加分析的話，兩者的總線架構(gòu)還是有一些細(xì)微的區(qū)別，Pentium M的QPB總線缺少一些功能。例如：zui顯著的特點(diǎn)就是Pentium 4的系統(tǒng)總線時(shí)800MHz，而Pentium M之后533MHz；然后Pentium M的系統(tǒng)總線只支持32位尋址，也就是說zui多僅支持4GB的內(nèi)存空間。zui后Pentium M的總線不支持多處理器配置。不過這些差異之處都不太重要，反而是Pentium M和Pentium 4在總線之間的兼容，才奠定了移動(dòng)處理器在桌面電腦中應(yīng)用的基礎(chǔ)。

SSE2指令集：

　　所有的Pentium M處理器都支持SSE和SSE2擴(kuò)展指令集。因此這也是Pentium M針對(duì)Pentium III的一次升級(jí)。不過Pentium M并不支持SSE3指令集，畢竟這是在Prescott核心處理器上*次采用的指令，推出的時(shí)間要比Pentium M處理器更晚。

L2緩存的節(jié)能措施：

　　Pentium M配備有非常大的L2緩存，容量達(dá)到2MB。使用大緩存有許多好處，例如能夠減少系統(tǒng)總線和內(nèi)存總線的負(fù)荷，達(dá)到降低能耗的作用。不過更為特別的一點(diǎn)是，In為Pentium M處理器本身也使用了特殊的節(jié)省能耗的方法。和In其他的處理器一樣，Pentium M中的緩存是8路相關(guān)，并且將L2緩存被進(jìn)一步細(xì)分為4個(gè)部分，每一個(gè)部分都可以被獨(dú)自訪問。

　　也就是說，處理器在工作時(shí)，不需要讀取一個(gè)緩存也運(yùn)轉(zhuǎn)整個(gè)緩存。因此這樣節(jié)省的L2能耗大約為4倍。不過采用這種方式L2緩存的延遲會(huì)增加1個(gè)周期，如果于Pentium III相比的話。另外Pentium M的L1緩存為64KB，其中代碼和數(shù)據(jù)容量各為32KB，是Pentium III L1緩存容量的兩倍。

SpeedStep III節(jié)能技術(shù)：

　　因?yàn)镻entium M是移動(dòng)處理器，那么自然會(huì)有專門的節(jié)能技術(shù)，Pentium M中的節(jié)能技術(shù)是speedstep III。根據(jù)使用中的經(jīng)驗(yàn)來看，處理器的能耗和處理器的頻率，處理器的工作量，以及處理器大電壓息息相關(guān)。換句話說，要想降低處理器的能耗，就要從這三個(gè)方面入手。

　　因此開發(fā)人員設(shè)定在處理器工作量較小的時(shí)候，通過降低工作頻率和電壓就可以減少處理器能耗。例如：處理器在處理辦公軟件的時(shí)候，就不是100％負(fù)載，而這也是大多數(shù)筆記本電腦zui常見的應(yīng)用。因此處理器能夠自動(dòng)下調(diào)頻率和電壓，這一過程十分平滑，不會(huì)讓使用者有絲毫察覺。這就是speedstep技術(shù)的主要任務(wù)。

　　在Pentium III-M的*代speedstep中，只提供了兩個(gè)處理器模式：全速模式和節(jié)能模式。當(dāng)電池電量低于某一個(gè)級(jí)別或處理器空閑時(shí)，就會(huì)進(jìn)入節(jié)能模式。在Pentium 4-M處理器中，采用了第二代speedstep，能夠自動(dòng)在三種模式中轉(zhuǎn)化。在這一代中，節(jié)能模式和全速模式之間的性能差異巨大，這依賴于處理器的工作量。

　　而且工作在節(jié)能模式下的處理器，一旦CPU的工作量突然加大或者用戶執(zhí)行了一個(gè)大型程序，那么處理器難以快速的提升性能和轉(zhuǎn)換狀態(tài)，從而使CPU的整體性能收到影響。在Pentium M處理器中的speedstep技術(shù)已歷三代，能夠提供7種不同的狀態(tài)，能夠根據(jù)處理器的工作量自動(dòng)降低頻率和電壓，而且不同模式之間的轉(zhuǎn)化迅速，不會(huì)給用戶帶來絲毫察覺
現(xiàn)在市面上的Pentium M處理器都基于Dothan核心。處理器核心采用90納米制造工藝和“應(yīng)變硅”技術(shù)，Dothan核心的制造工藝和Prescott核心Pentium 4處理器是一樣的。處理器核心面積為83.6平方毫米，內(nèi)部含有1億4千萬個(gè)晶體管。