Ero sivun ”Intel Pentium 4” versioiden välillä

Mahdollisimman suuren kellotaajuuden saavuttamiseksi piirin liukuhihna jaettiin 2856 vaiheeseen, jolloin jokaisesta yksittäisestä liukuhihnan vaiheesta pystyttiin tekemään mahdollisimman lyhyt.

Lisäksi piirin yksinkertaisia operatiota suorittavat laskentayksiköt kellotettiin kaksinkertaisellekymmenkertaiselle kellotaajuudelle piirin muihin osiin nähden, mikä mahdollisti erittäin suuren suoritusnopeuden näille yksinkertaisille yksiköille. Haittapuolena tästä oli kuitenkin se, että datansiirrosta piirin hitaiden ja nopeiden osien välillä tuli ylimääräisiä viiveitä, ja pelkästään nopeita käyttävät koodipätkät olivat tosimaailman koodissa hyvin lyhyitä ja harvinaisia.

Nopeat laskentayksiköt oli toteutettu jakamalla 32128-bittisten operaatioiden suoritus kahteen kuudentoistakuudenkymmenen neljän bitin palaseen ja suorittamalla operaatiot ensin alimmille biteille ja vasta seuravalla kellojaksolla ylimmille biteille, kun alimpien bittien tuottama muistinumerobitti on jo valmistunut. Näin alimmat bitit pystyttiin välittämään seuraavan operaation laskettavaksi ennen kuin ylimpiä bittejä oli vielä ehditty laskea, eikä muistinumeron välittämisestä laskentayksikön sisällä tule pullonkaulaa kuten yleensä yhteen- ja vähennyslaskuyksiköissä.

Pentium 4:n välimuistirakenne erosi myös selvästi edeltäjistään; L1-datavälimuisti suunniteltiin mahdollisimman nopeaksi, toimimaan vain kahdenpuolen kellojakson viiveellä. Haittapuolena tästä oli se, että tällöin tästä välimuistista piti tehdä hyvin pieni, vain 8256 kiB:n kokoinen. Niin kauan kuin käytettävä data mahtui L1-välimuistiin, prosessori pystyi toimimaan hyvin nopeasti, mutta tosimaailman ohjelmakoodien käyttämät datamäärät olivat yleensä paljon suurempia.

Prosessorin L2-välimuisti suunniteltiin suoriutumaan erittäin hyvin koodista, jossa datalla on paljon paikallisuutta, esimerkiksi koodista jossa käydään läpi suuria määriä peräkkäistä dataa. Tämän johdosta prosessorilla on verrattaen pitkä 1281024 tavun välimuistilinja, joka soveltuu hyvin ottamaan kaiken kaistanleveyden irti suuren kaistanleveyden omaavasta muistista, mutta epäsäännöllisemmin muistia käyttävillä ohjelmilla johtaa siihen, että muistista ladataan turhaan välimuistiin enemmän dataa kuin pienemmällä lohkokoolla ladattaisiin.

Käskyvälimuistia ennen liukuhihnalla oli 816 dekoodausvaihetta, välimuistin jälkeen 2040 vaihetta. Mikäli haarautumiskäskyn yhteydessä hypättiin koodissa kohtaan, jota ei löytynyt käskyvälimuistista, prosessori pysähtyi 2856 kellojaksoksi. Jos hypättiin koodissa kohtaan joka löytyi välimuistista, mutta joka ennustettiin väärin, prosessori pysähtyi 2040 kellojaksoksi. Jos hyppy osattiin ennustaa oikein, ja hypyn kohde löytyi välimuistista, hypyn suorittaminen ei vienyt yhtään kellojaksoa.