thumb|Pentium 120 MHz thumb|Pentium 60 SX948. Widok od góry z metalową pozłacaną blachą miedzianą zmniejszającą rezystancję termiczną struktury krzemowej do radiatora thumb|Pentium MMX 200 MHz.Widok z dołu Intel Pentium – seria opartych na architekturze x86 32- i 64-bitowych mikroprocesorów firmy Intel produkowanych od 1993. Procesor miał premierę 23 marca 1993, na dzień przed rozpoczęciem targów CeBIT'93 w Hannoverze. Procesory miały premierę na polskim rynku 22 marca 1993. Zastąpiły serię 486.
Po sukcesie Pentium i znacznych sumach pieniędzy wydanych na promocję tego procesora, sama nazwa „Pentium” stała się na tyle znana, że Intel postanowił pozostawić ją dla następnych generacji procesorów x86, pomimo że wiele z nich nie ma prawie nic wspólnego z pierwszym Pentium. Aż do czasów premiery Intel Core 2 (2006) chipy „Pentium” stanowiły główną część produkcji i używane były w komputerach stacjonarnych i przenośnych, procesory Celeron stanowiły „niskobudżetową” część oferty Intela – były tańsze, ale i mniej wydajne, a procesory Xeon były przeznaczone do pracy w serwerach.
W ramach jednej generacji wszystkie modele i odmiany Pentium miały zazwyczaj tę samą podstawową mikroarchitekturę, ale różniły się zazwyczaj częstotliwością taktowania, wielkością cache i obudową. Zdarzają się jednak przypadki, że jedyną cechą łączącą jest nazwa, bo same chipy nie mają prawie żadnych innych cech wspólnych – tak jak pierwsze Pentium i Pentium Pro lub Pentium 4 i Pentium M.
Pentium I Pentium miał się oryginalnie nazywać 80586 lub i586, jednak ponieważ Intel nie mógł zarejestrować samych cyfr jako znaku towarowego, wybrano nazwę „Pentium”. Niemniej w pierwszych programach powstałych w tym czasie i w ich dokumentacji używano często nazwy „i586”. Nazwa wzięła się z greckiej cyfry „pięć” ( ‘pente’), gdyż była to piąta generacja procesorów, i końcówki łacińskiej -ium.
Główne zmiany w porównaniu z 486 Architektura superskalarna – Pentium został pierwszym procesorem CISC, w którym użyto typowego dla konkurencyjnej architektury RISC rozwiązania zwanego „potokami” (ang. pipelines). Jeden potok „U” potrafiący wykonać każdą instrukcję, a drugi – „V” potrafiący wykonywać jedynie najprostsze, najczęściej używane komendy, co pozwalało Pentium na wykonywanie więcej niż jednej instrukcji w czasie pojedynczego cyklu. Pierwsze połączenie architektury x86 i RISC sygnalizowało, że jest możliwe połączenie tych dwóch rozwiązań tworząc procesory „hybrydowe”. De facto Pentium był logicznie dwoma i486 korzystającymi ze wspólnego zestawu rejestrów i magistrali, wykonującymi pojedynczy program. Czasy wykonania większości operacji były podobne z i486 (większość instrukcji w 1 takt), jednak procesor był w stanie wykonywać efektywnie 2 instrukcje równocześnie, o ile nie były one złożone i od siebie zależne. W praktyce działo się tak przez 20–30% czasu przy niezoptymalizowanym kodzie. 64-bitowa szyna danych. Wszystkie główne rejestry pozostały 32-bitowe, ale podwojono ilość informacji pobieranej z RAM-u. Zestaw instrukcji MMX (dodane w późniejszych modelach) – prosty zestaw instrukcji SIMD pomocny w obsłudze aplikacji multimedialnych. mały|Rodzina procesorów Pentium 1 Rozdzielenie cache na cache instrukcji i danych i podwojenie jego wielkości (2×8 kB i 2×16 kB w wersji MMX). Bufory zapisu zwiększające prędkość współpracy z cache i magistralą (dodatkowo podwojone w wersji MMX). Dodatkowe 4 linie adresowe (praktycznie nieużywane); dopiero w Pentium Pro pojawiły się skuteczne mechanizmy adresowania z ich użyciem. Jednostka do przewidywania skoków (80% skuteczność, z powodu błędu; w Pentium MMX zmieniona na jednostkę z Pentium Pro z 90% skutecznością). Wyższa częstotliwość taktowania szyny (początkowo 60 i 66 MHz). Przeprojektowany koprocesor (5-6 razy wydajniejszy niż w i486). Przy włączonym stronicowaniu (zob. Page Size Extension, PSE-36 i Physical Address Extension) dostępne były, obok 4 kB, także strony o rozmiarze 4 MB. Wsparcie dla maszyn wieloprocesorowych: umożliwienie tworzenie maszyn dwuprocesorowych, APIC dla maszyn z większą liczbą procesorów.
Nowa architektura Pentium oferowała mniej więcej dwukrotnie większą moc obliczeniową w porównaniu z intelowskimi 486. Najszybsze modele 486 produkowane później miały prawie taką samą wydajność jak Pentium pierwszej generacji, a niektóre zaawansowane klony 486 produkowane przez AMD równały się wydajnością z Pentium 75.
Wczesne modele Pentium Dwa pierwsze modele Pentium miały częstotliwość taktowania 60 i 66 MHz. Były one kompatybilne z gniazdem Socket 4. Później pojawiły się wersje 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200 i 233 MHz oraz 266 MHz (233 tylko w wersji MMX, 266 tylko w wersji MMX Mobile), dla których stworzono gniazdo Socket 5, a później Socket 7. Później pojawiły się wersje socketowe procesorów Pentium o częstotliwości 300 MHz, jednakże były to jedynie 266-MHz procesory, które dzięki odpowiedniemu opakowaniu (stop metali był ponoć wynalazkiem rosyjskim) mogły działać z wyższą częstotliwością. Na bazie Pentium powstały także procesory Pentium OverDrive służące do upgrade’u systemów 486, miały one częstotliwości 63 i 83 MHz i dwukrotnie większy cache (2 × 16 kB) z uwagi na problemy z wydajnością spowodowane wolniejszą i węższą szyną.
Pierwsze Pentium (nazwa kodowa P5) były produkowane używając technologii 0,8 mikrometra. Następny model, P54, używał już technologii 0,6 µm i prędkość rdzenia procesora różniła się od szybkości magistrali FSB. Kolejna generacja, P54C, zbudowany był przy użyciu technologii 0,35 µm i całkowicie przy użyciu procesu produkcji CMOS (do tej pory używana była technologia Bipolar CMOS).
P55C, jak się nazywała następna wersja Pentium, została nazwana „Pentium with MMX Technology” (zazwyczaj nazywane po prostu „Pentium MMX”) i bazowała na rdzeniu P5 zbudowanym z użyciem technologii 0,35 µm, ale z dodatkowymi 57 nowymi instrukcjami MMX. Jednak aby procesor mógł skorzystać z tych instrukcji, potrzebne były programy specjalnie dla nich napisane i niewielka różnica w wydajności w porównaniu z rdzeniem P5 spowodowana była powiększeniem wielkości cache z 16 kiB na 32 kiB, zastosowaniem jednostki przewidywania skoków z Pentium Pro i zwiększeniem (z 2 do 4) buforów zapisu do pamięci, a nie dodatkowymi instrukcjami.
Pierwsze wersje Pentium, taktowane zegarem 60 i 66 MHz i budowane w technologii 0,8 µm, były bardzo delikatne i, jak na tamte czasy, wydzielały z siebie bardzo dużo ciepła.
Błąd FPU
Pomimo bardzo negatywnej prasy (do czego przyczynił się między innymi fakt, że Intel wiedział o problemie, ale go zatuszował do czasu aż stał się on powszechnie znany), bardzo niewiele osób skorzystało z oferty Intela, jako że wada ta w normalnym użyciu komputera nie powodowała żadnych problemów.
Pentium OverDrive mały|250x250px|Pentium Overdrive MMX bez wentylatora Pentium OverDrive (nazwa kodowa P24T) był przeznaczony do montowania na płytach głównych przeznaczonych dla platformy 486, posiadających złącza Socket 2 lub Socket 3. Pojawił się w dwóch wersjach: 63 (25 × 2,5) MHz i 83 (33 × 2,5) MHz. Posiadał 32 kB pamięci podręcznej (wersja standardowa Pentium miała tylko 16 kB cache’u) – głównie z uwagi na konieczność zniwelowania opóźnień spowodowanych wolniejszym działaniem szyny w architekturze i486.
Miał być rozwiązaniem dla użytkowników chcących uzyskać wydajność Pentium na płytach 486, jednak był mniej wydajny od konkurentów takich jak AMD Am5x86 czy Cyrix Cx5x86 oraz zbyt późno pojawił się na rynku. Charakterystyczną cechą tego procesora było nadmierne wydzielanie ciepła, które wymagało aktywnego chłodzenia oraz praktycznie uniemożliwiało przetaktowywanie układu.
Pentium MMX mały|250x250px|Pentium MMX Pentium MMX to pierwszy procesor firmy Intel posiadający zestaw instrukcji MMX. Pentium MMX był nieco tylko zmodyfikowanym procesorem Pentium:
zwiększono rozmiar pamięć cache do 16 kB (z 8 kB), dodatkowo usprawniono dostęp do pamięci podręcznej, dodano jednostkę BPU (ang. Branch Predicition Unit), zapożyczoną z Pentium Pro, zwiększono bufor zapisu z 2 do 4 bajtów, dłuższy potok przetwarzania instrukcji, dodano stos powrotu, dzięki czemu powrót z podprogramów (procedur) był krótszy; zysk szybkości nawet 20% w stosunku do zwykłego Pentium.
Procesor posiada dwie jednostki wykonawcze dla rozkazów MMX, co umożliwia w pewnych warunkach równoległe ich wykonywanie.
Procesor jest zbudowany z 4,5 miliona tranzystorów.
Maksymalna częstotliwość zegara to 233 MHz.
Pentium Pro mały|Procesor Pentium Pro 200 MHz, 256 kB cache, Socket 8 Pentium Pro zadebiutował w październiku 1995, a polską premierę miał 2 listopada w Warszawie. W oryginalnym zamierzeniu miał on zastąpić oryginalne Pentium jako główny procesor Intela, ale z różnych powodów był używany jako procesor do serwerów i w rzadkich tylko wypadkach jako procesor komputerów „z wyższej półki”. Używał stosunkowo dużej, podłużnej podstawki Socket 8. W późniejszym czasie został zastąpiony procesorem Xeon.
Pomimo swojej nazwy, wewnętrzna architektura Pentium Pro bardzo różniła się od wcześniejszych Pentium, bazował on na nowym rdzeniu P6 (który później w zmodyfikowanej formie został wykorzystany jako podstawa do Pentium II, Pentium III i Pentium M). Nowe cechy dodane do rdzenia P6, to:
Podział kodu x86 na mikrorozkazy (μops) – prostsze instrukcje (RISC) wykonywane w 6 jednostkach wykonawczych. Wykonywanie poza kolejnością (ang. out-of-order execution) – umiejętność wykorzystania „wolnego czasu” procesora (kiedy czeka on na przykład na jakieś dane z pamięci) na przetworzenie innych, czekających w kolejce instrukcji. Procesor przechowuje wyniki z takich operacji w ukrytych rejestrach do momentu aż są one potrzebne. Wykonywanie spekulatywne (ang. speculative execution) – zdolność procesora do przetwarzania kolejnej instrukcji czekając na wynik instrukcji skoku, który nie został jeszcze zrealizowany. Dodatkowy potok (pipeline) dla prostych instrukcji.
Speculative execution pozwala w wielu przypadkach na znaczne podniesienie wydajności procesora, ale jeżeli procesor „nie trafi”, zgadując w jakim kierunku ma się potoczyć wykonanie programu, może też poważnie zwolnić jego pracę – Pentium Pro otrzymał dużo bardziej skomplikowany i zaawansowany algorytm przewidywania rozgałęzień (ang. branch prediction) w porównaniu z pierwszym Pentium. Dodano też dodatkową instrukcję cmov (przesłanie warunkowe, realizujące działanie operatora warunkowego), która w niektórych przypadkach pozwalała zrezygnować z instrukcji skoku w ogóle.
Wydajność pracy z kodem 32-bitowym była znakomita, ale Pentium Pro był często wolniejszy od zwykłego Pentium przy wykonywaniu kodu 16-bitowego. Był to jeden z głównych powodów dlaczego procesor ten nie stał się bardziej popularny. Większość domowych komputerów używała wtedy jeszcze 16-bitowego środowiska operacyjnego Microsoft Windows 3.x oraz Microsoft Windows 95.
Pentium Pro miał w zależności od modelu – 256 lub 512 KB pamięci podręcznej (późniejszy model miał 1 MB), zaprojektowanej w unikatowy sposób. Procesor i pamięć podręczna były produkowane na osobnych rdzeniach i łączono je dopiero w momencie wkładania ich w obudowy. Niemożliwe było testowanie obu tych części osobno. Możliwe było to dopiero po ich połączeniu, co oznaczało, że ukryta wada jednej z części zmuszała do odrzucenia całości. Przez to produkcja Pentium Pro była bardzo kosztowna, wydajność aplikacji 16-bitowych niska, a ceny sklepowe bardzo wysokie (szczególnie modelu z 1 MB pamięci podręcznej).
Stosunkowa powolność Pentium Pro w wykonywaniu 16-bitowych programów była spowodowana umyślną decyzją Intela o zoptymalizowaniu tego procesora pod kod 32-bitowy po przeprowadzonych rozmowach z firmą Microsoft o przyszłych produktach tej firmy. Kiedy jednak okazało się, że Windows 95 jest wciąż częściowo 16-bitowe, Pentium Pro znalazł się na nie najlepszej pozycji. Intel postanowił sprzedawać go jako procesor do serwerów i komputerów z systemami operacyjnymi Unix i Windows NT.