Pentium: a quinta geração dos processadores x86 (Parte 5 – Instruções MMX e mais testes de desempenho)

Saudações caros amigos leitores! Nesta quinta parte do especial sobre o processador Pentium falarei sobre o conjunto de instruções MMX e demonstrarei mais uma rodada de testes de desempenho englobando também processadores Pentium com a tecnologia MMX. Como de costume, desejo-lhes uma boa leitura!

O conjunto de instruções MMX

Apresentado com toda a pompa e circunstância pela Intel em 1997, o conjunto de instruções MMX consiste em oito novos registradores de 64 bits adicionados à arquitetura x86, nomeados de MM0 a MM7. Além de uma instrução de 64 bits, cada um deles também pode processar duas instruções de 32 bits, quatro de 16 bits e oito de 8 bits simultaneamente. As instruções MMX processam apenas dados inteiros, que são os mais utilizados tanto por aplicações 2D quanto 3D – foi por este motivo que elas acabaram ganhando o nome não-oficial de MultiMedia eXtension, muito embora segundo a Intel o código MMX não significa nenhum nome em especial. 

Processadores Pentium-MMX de 233 MHz (a esquerda) e de 166 MHz (direita)

Como curiosidade, originalmente as instruções MMX foram desenvolvidas para o processador Intel i860 (que é um processador RISC) e para o chip gráfico Intel i750, o qual foi a primeira tentativa da Intel de entrar no mercado de chips 2D/3D. O primeiro processador CISC x86 a receber o conjunto MMX foi o Pentium, que passou a se chamar oficialmente de “Pentium with MMX technology” e recebeu o nome-código P55C.

Detalhe do processador Pentium-MMX 233

A principal vantagem do conjunto MMX era desafogar o processador para o cálculo de inteiros (usados intensivamente em aplicações multimídia, terno bastante utilizado no final dos anos 1990), porém para tanto as aplicações precisavam ser recompiladas para incluir suporte à tecnologia, o que fez com que o número de aplicações compatíveis fosse muito aquém do que a Intel desejava. Em aplicações não otimizadas, não haveria diferença de desempenho entre um Pentium (que passou a ser chamado de clássico) e um Pentium-MMX operando na mesma frequência – para evitar este tipo de comparação, a Intel também aumentou a memória cache L1 do Pentium-MMX de 16 KB para 32 KB e este fator é o que explica os ganhos de performance do Pentium-MMX sobre o Pentium clássico.

Pentium-MMX 166 instalado na placa mãe Asus P5A

Exemplo de jogo "Designed for Intel MMX"

Convém destacar que atualmente os chips gráficos modernos já realizam praticamente todas as operações que seriam destinadas ao conjunto MMX, tornando-o obsoleto. Os registradores MMX continuam presentes nos processadores atuais por motivos de retrocompatibilidade apenas.

O processador Pentium-MMX

O Pentium-MMX é bastante similar ao Pentium clássico em muitos aspectos: também utiliza o Soquete 7 e o seu barramento local é de 66 MHz e 64 bits. As diferenças fundamentais são as seguintes:

• Conjunto de instruções MMX (oito registradores de 64 bits, nomeados de MM0 a MM7);
• Memória cache L1 ampliada de 16 KB para 32 KB;
• Tensão de alimentação de 2,8 V, contra 3,3 V do Pentium clássico. Este detalhe é bastante importante pois muitas das primeiras placas mãe Soquete 7 não podiam fornecer esta tensão de alimentação e logo não são compatíveis com o Pentium-MMX;
• Estiveram disponíveis apenas nas frequências de 166, 200 e 233 MHz.

Pentium-MMX 233 instalado na placa mãe Asus P5A

Configuração de testes

Foram testados dois processadores Pentium-MMX, um de 166 MHz (barramento local de 66 MHz e multiplicador 2,5) e outro de 233 MHz (66 MHz e 3,5). O restante do hardware é o mesmo: placa mãe Asus P5A com chipset Ali Aladdin V, 512 MB de RAM PC-133, placa de vídeo Nvidia GeForce3 Ti de 64 MB AGP 4X e disco rígido Maxtor 541DX de 20 GB (5400 rpm e 2 MB de cache). O sistema operacional é o Windows XP Professional com o Service Pack 3. Foi tentado também a instalação do Windows 7 Home Premium, porém sem sucesso:

Tela Azul da Morte ao se tentar instalar o Windows 7 :-)

Detalhes da placa de vídeo GeForce3 Ti obtidas com o GPU-Z

É bom lembrar que o chipset Ali Aladdin V não permite ajustar uma frequência diferente para a interface com a memória RAM, que operará sempre na mesma frequência do barramento local. Ele também oferece o barramento AGP somente até o modo 2X.

Testes e overclock do Pentium-MMX 166

Tela de boot do Pentium-MMX 166

Um parêntese: como vocês podem observar ao longo do artigo, nesta avaliação não usei muito o CPU-Z pois ele estava retornando resultados bizarros. Desta forma, utilizei mais a tela de boot para mostrar a frequência dos processadores.

Pentium-MMX rodando a 332 MHz. Bizarrice do CPU-Z :-)

O tempo de boot do Windows XP com este processador foi de aproximadamente 2 minutos:

Quanto ao overclock, a minha metodologia de testes consiste em aumentar a frequência do barramento local dos processadores sem alterar o multiplicador e a tensão de alimentação, até mesmo pela gigantesca quantidade de combinações que seriam possíveis.

Sem muito esforço pude aumentar a frequência do barramento do Pentium-MMX 166 dos originais 66 MHz para 105 MHz com total estabilidade, resultando na frequência de operação de 262 MHz (105 X 2,5), nada menos do que um ganho de 57%!

Pentium-MMX 166@262

Testes e overclock do Pentium-MMX 233

Pentium-MMX 233

Com este processador o tempo de boot do Windows XP caiu para aproximadamente 1 minuto e 8 segundos:

Quanto ao overclock, pude subir a frequência do barramento externo deste processador para 83 MHz, o que resultou em uma frequência de operação arredondada de 285 MHz (considere que este processador possui multiplicador 3,5):

Pentium-MMX 233@285

Resultados

Segue a tabela de resultados compilada com todos os processadores testados aqui no blog até agora:

O Super Pi mede o tempo para o cálculo do Pi para um determinado número de casas decimais - no teste foi utilizado 1 milhão de casas decimais ou 1M. Para termos uma ideia de como o hardware evoluiu nos últimos anos, o meu ex-Core i7 2600K com overclock faz este cálculo na casa dos 8 segundos!

O Sandra Arithmetic mensura a performance da unidade de ponto flutuante (o coprocessador matemático), o Multimedia mede a performance com aplicações multimídia (tais como a manipulação de imagens) e o Memory Bandwidth calcula a banda de dados do barramento de memória. Logicamente que não faz sentido comparar um Pentium-MMX com um Athlon 600 – os resultados estão juntos pois concentrarei nesta tabela todos os processadores testados aqui no Blog, para efeito de ilustração (clique para ampliar).

Alguns comparativos interessantes

Antes de mais nada, lembro sempre que diferenças de até 3% não serão consideradas.

Ganhos em overclock do Pentium-MMX 166@262

• Super Pi: 33,93%
• Sandra Arithmethic: 62,63%
• Sandra Multimedia: 59,02%
• Sandra Memory: 184,09%
• 3DMark 2000: 49,01%
• 3DMark 2000 CPU:  44,44%
• 3DMark 2001 SE: 49,64%

Conforme podemos observar, os ganhos não são nada desprezíveis a um risco praticamente zero, pois a tensão de alimentação do processador não foi alterada. Apenas é recomendável utilizar um cooler capaz de manter a temperatura do processador sob controle (abaixo dos 65 ºC).

Pentium-MMX 166@233 VS Pentium-MMX 233

Nesta simulação ambos os processadores estão na mesma frequência, mas os resultados não foram os mesmos (com o vencedor entre parênteses):

• Super Pi: 8,96% (166@233)
• Sandra Arithmethic: 7,4% (166@233)
• Sandra Multimedia: 1,92% (166@233)
• Sandra Memory: 48,69% (166@233)
• 3DMark 2000: 41,13% (166@233)
• 3DMark 2000 CPU:  38,96% (166@233)
• 3DMark 2001 SE: 19,84% (166@233)

Mas o que foi o responsável pela vitória do Pentium-MMX 166 em overclock? Sem dúvida é a frequência do barramento externo, que no 233 original é de 66 MHz e que no 166@233 estava a 95 MHz. Este é o melhor meio de se fazer overclock em sistemas mais antigos, visto que o aumento da frequência do barramento frontal melhora o desempenho do sistema como um todo, principalmente o acesso à memória RAM.

Ganhos em overclock do Pentium-MMX 233@285

• Super Pi: 16,29%
• Sandra Arithmethic: 24%
• Sandra Multimedia: 22,05%
• Sandra Memory: 89,83%
• 3DMark 2000: 38,14%
• 3DMark 2000 CPU:  36,17%
• 3DMark 2001 SE: 26,98%

Novamente bons ganhos para um overclock com risco muito baixo, visto que também não foram alteradas quaisquer tensões.

Afinal de contas, o Pentium-MMX é muito melhor do que o Pentium clássico?

Para responder a esta pergunta fiz um teste inusitado: reduzi o multiplicador do processador Pentium-MMX 166 de 2,5 para 2X (o que resultou na frequência de 133 MHz), possibilitando uma comparação direta com o Pentium clássico 133 que eu havia testado anteriormente:

Pentium-MMX 133 :-)

• Super Pi: 27,81% (MMX)
• Sandra Arithmethic: 15,38% (MMX)
• Sandra Multimedia: 100% (MMX)
• Sandra Memory: 176,47% (MMX)

Não foi possível comparar os resultados das suítes 3DMark em função de elas não terem rodado no Pentium clássico, conforme vimos na parte anterior desta série. Podemos concluir que realmente para aplicações compiladas com suporte às instruções MMX a vantagem é significativa (vide o índice Sandra Multimedia) e o aumento da memória cache L1 de 16 KB para 32 KB traz ganhos ótimos no acesso à memória RAM (mensurado pelo Sandra Memory).

EDIT 06/10/2016: eis a peça publicitária do Pentium MMX:

Chegamos no final de mais uma bateria de testes aqui no Blog RETROWARE e, modéstia à parte, acredito que este foi um dos ensaios mais completos que já realizei! Espero que tenham gostado! Um grande abraço e até a próxima!

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