Pourquoi un tel article ? C'est simple, dans les dossiers hardware j'en parle souvent mais au final, c'est qui, c'est quoi ?
La réponse est ici, mais attention, c'est technique et certains ne comprendrons pas grand chose. Cet article ne parlera que des CPU 8bits, 16bits, 32bits et 64bits, les plus connus. J'aborderai aussi les 2 technologies de calcul processeur CISC et RISC.
Quelques petites chose à savoir avant de commencer : CPU veut dire Central Processor Unit. En gros, CPU veut dire processeur (ou micro-processeur). MIPS veut dire Millions d'Informations Par Seconde. Plus un CPU effectue de MIPS et plus il est puissant. Le 'die' est la partie centrale du processeur. Pour simplifier, c'est le coeur, aussi appelé Core. Les processeurs au format "DIP" ressemblent à de simples puces. Leur format est allongé et généralement, ils sont soudés sur la cartes mère (rares sont les modèles à support interchangeable). Pour mieux comprendre, ça ressemble à ça :
A la différence du boitier DIP, le boitier type "Socket" est interchangeable. La forme du Processeur est généralement carrée et une carte mère à Socket peut être upgradée (mise à jour) en changeant par exemple le processeur. Voici un exemple de CPU type Socket :
Les CPU marquants, évoqués dans ce dossier :
Intel 8080
Intel - famille des x86 : 8086, 8088, 80286, 80386, 80486, 80586
Intel - famille des Pentium : Pentium/Pentium MMX/Pentium Pro, PII, PIII, Celeron, Xeon, PIV, Pentium M, Pentium D, Core2Duo
Zilog Z80
MOS 6502
Motorola 6800
Motorola famille des 68k : 68000, 6810, 68020, 68030, 68040
Générique mode7
AMD - famille des x86 et x64 : Am286, Am386, Am486, AMD 5x86, AMD K5, AMD K6, AMD K6-II, AMD K6-III, Duron, Sempron, Athlon, Athlon MP, Athlon 64, Athlon 64 FX, Athlon 64 X2, Turion 64, Opteron
Les CPU Cyrix
L'instruction CISC
CISC pour Complex Instruction Set Computer. Tout microprocesseur à jeu d'instruction étendu (ou Complex Instruction Set en anglais) servant en quelque sorte de système d'exploitation. Cette instruction désigne un microprocesseur possédant un jeu d'instructions comprenant de très nombreuses instructions mixées à des modes d'adressages complexes. L'architecture CISC est opposée à l'architecture RISC (Reduced Instruction-Set Computer).
Avantages :
L'empreinte mémoire du code est beaucoup plus dense (facteur 2 entre de l'ARM thumb et le x86), ce qui est intéressant pour minimiser la taille du cache instruction.
Possibilité de micro-programmation, donc de corriger le jeu d'instructions (cela peut être utile pour corriger des bugs).
Permet d'utiliser des instructions très complexes non (ou mal) gérées par les compilateurs mais très rapides (ex: instructions SIMD).
Les défauts :
Le microprocesseur est plus compliqué à accélérer (problème pour pipeliner le moteur d'exécution).
L'architecture est globalement plus complexe qu'un processeur RISC.
Les compilateurs ont des difficultés à générer des instructions complexes.
Famille de CPU :
Les x86
Les 68000
Le s390 (pour les mainframes d'IBM)
Le VAX
L'instruction RISC
Le microprocesseur à jeu d'instruction réduit (ou Reduced Instruction Set Computer en anglais). On l'a opposé à la fin des années 1980 et au début des années 1990 à l'architecture CISC. La sortie d'architectures hybrides comme le Pentium (CISC émulé par du RISC) a mis fin par disparition de repères à cette guerre, qui était devenue bien plus marketing que technique vers 1990.
L'idée d'origine provient de l'analyse des séquences de codes qui montrait que la grande majorité des instructions disponibles étaient très peu utilisées. Ainsi, seul un jeu très réduit d'instructions était majoritairement utilisées dans les programmes. Par conséquent, les microprocesseurs étaient dimensionnés pour de nombreuses instructions alors que très peu étaient effectivement utilisées. Ainsi, l'architecture RISC fait le choix de limiter le jeu d'instructions à seulement quelques unes, imposant en contrepartie à toutes les autres, un nombre identique de cycles pour s'exécuter. De cette manière, il est possible de débuter une nouvelle instruction à chaque cycle d'horloge, ceci constitue le «pipeline».
L'avantage de cette technique est que désormais, le processeur se comporte comme s'il y avait une instruction par cycle d'horloge. De plus, la division de chaque instruction en plusieurs étapes autorise une fréquence d'horloge plus grande puisque la profondeur combinatoire entre 2 registres est diminuée. Ces 2 caractéristiques ont pour conséquence une division du temps d'exécution pour toutes les instructions de base.
Mais cette performance se paye au prix d'une certaine diminution de lisibilité du code (surtout si on l'optimise), gênante si l'on programme en assembleur : l'instruction MVC (MoVe Character) du Système 360 (pas la console de Microsoft, rien à voir !) restait tout de même plus lisible que la séquence d'instructions faisant la même chose dans une machine RISC. Mais pour qui la codait en langage C, il n'y avait plus aucune différence. Et en temps d'exécution, le code C optimisé se montrait en général plus performant en vitesse pure grâce à des astuces d'usage de l'effet pipeline par le compilateur.
Mais il y a aussi des avantages. Du fait que chaque instruction était simple, le décodage et l'exécution par le processeur est très rapide et idéalement en un seul cycle. Le succès de l'architecture RISC a tenu à deux facteurs :
1- la mémoire avait baissée de prix à un point tel qu'a y concentrer des instructions compliquées, on perdait de sa rentabilité.
2- les temps d'accès de cette mémoire étaient devenus très faibles par rapport au temps de traitement d'une instruction complexe. Dans ces conditions, la mémoire passait l'essentiel de son temps à attendre le processeur.
C'est aujourd'hui l'inverse (le CPU est plus rapide que la RAM), c'est la raison pour laquelle on place des anté-mémoires (appelées mémoires caches) un peu partout, y compris dans les machines RISC. Le plus souvent elles en ont 2 (L1 et L2). Les premiers modèles proposait des caches externes mais aujourd'hui, elles sont directement intégrées au CPU.
L'unité de calcul des processeurs RISC, du fait de sa simplicité, est souvent plus petite. À taille de puce égale, on peut donc lui adjoindre un cache plus grand, et le plus souvent 2 caches : un pour les données et l'autre pour les instructions. En termes de performances, la comparaison CISC/RISC est difficilement quantifiable.
Historiquement, un processeur tel que le Transputer d'Inmos adopta la solution de remplacer les registres (dont la désignation consomme des bits dans les instructions) par une pile. D'autres machines RISC, au contraire, comme le RS/6000 d'IBM, multiplièrent les registres à un degré tel qu'on ne pouvait plus les programmer efficacement en assembleur, la mémoire du programmeur faisant toujours moins bien que les algorithmes d'optimisation des compilateurs de langage C. Les processeurs de la famille PowerPC, dérivés du RS/6000 et utilisés entre autres sur les Macintosh sont à architecture RISC, de même que les processeurs SPARC utilisés entre autres par Sun Microsystems pour leurs serveurs et stations de travail.
Les micro-ordinateurs de type compatible PC étaient animés jusqu'à la génération 486 par des microprocesseurs de type CISC (NEC, STMicroelectronics, AMD, Intel). Depuis la génération 586, l'architecture CISC est émulée dans les puces d'architecture IA-32 par la microprogrammation d'un processeur RISC sous-jacent. Dans le monde de l'électronique embarquée, les processeurs ARM présentent également une architecture RISC. De nos jours les CPU CISC sont rares, presque tous les appareils ou consoles de jeux depuis début 90, ont une technologie RISC, plus efficace.
L'Intel 8080
Le 8080 est l'un des premiers microprocesseurs conçus et fabriqués par Intel. Présenté en avril 1974, ce processeur 8bits fonctionnait à 2MHz. Il est généralement considéré comme le premier microprocesseur véritablement utilisable dans une unité centrale.
L'Intel 8080 est le successeur de l'Intel 8008 (avec lequel le langage en assembleur était compatible, car il utilisait le même ensemble d'instructions développé par la société Computer Terminal Corporation). Le 8080 était vendu dans un pack DIP à 40 broches, ce qui lui permettait d'utiliser un bus d'adresses sur 16bits et un bus de données sur 8bits, donnant un accès facile à 64Ko de mémoire. Il a 7 registres de 8bits (dont 6 peuvent être combinés dans 3 registres de 16bits), 1 pointeur de pile sur 16bits (remplaçant la pile interne des 8008), et 1 compteur de programme sur 16bits.
Le 8080 a 256 ports d'Entrées/Sorties (E/S), qui permettent aux unités d'E/S d'être reliées sans avoir besoin de lui assigner un espace mémoire (comme c'était requis pour les périphériques utilisant un espace mémoire) mais à condition de disposer de programmeurs traitant les instructions E/S séparées. Le premier micro-ordinateur à une seule carte-mère fut construit sur la base des 8080.
Très tôt, les 8080 ont été utilisés dans de nombreux ordinateurs, tels l'ALTAIR 8800 de MITS et l'IMSAI 8080, formant les bases pour des machines exploitant le système d'exploitation CP/M (dont profitera, plus tard, l'entièrement compatible et plus puissant processeur de Zilog Z80). Peu de temps après le lancement des 8080, le concurrent Motorola 6800 fut présenté, et après cela, le clone des 6800, le MOS Technology 6502.
Chez Intel, les 8080 furent suivis par les 8085, compatibles et électroniquement plus élégants, puis plus tard, par le 8086, compatible en assembleur 16bits. Les 8080, par l'intermédiaire de leur bus ISA, eurent un impact non négligeable sur l'histoire de l'informatique.
Intel : la famille des x86
La famille x86 est devenue une base architecturale, c'est pourquoi des CPU AMD ou Cyrix ont vus le jour, basé sur la technologie x86.
L'Intel 8086 est un microprocesseur CISC 16bits fabriqué par Intel en 1978 (vendu au tarif de 360$), qui fait partie de la famille des x86. Il est basé sur des registres 16bits, et dispose d'un bus externe lui aussi sur 16bits. Il contient 29.000 transistors, est gravé en 3 µm et peut adresser 1Mo de RAM. Sa puissance varie de 0.33 MIPS (lorsqu'il est cadencé à 4.77MHz comme dans l'IBM PC) jusqu'à 0.75 MIPS pour la version 10MHz. Il fut le coeur des premiers micro-ordinateurs commerciaux (le fameux PC qui veut dire Personal Computer : ordinateur personnel).
L'Intel 8088 est un microprocesseur 8/16bits conçu par Intel en 1979. Il est basé sur l'Intel 8086, dont il est une déclinaison économique et moins performante. Il est particulièrement connu pour avoir été employé dans le premier IBM PC. L'Intel 8088 a pour principale différence avec le 8086, un bus externe 8bits au lieu de 16. Il visait des systèmes économiques conçus avec des bus de 8bits, car les circuits imprimés avec un bus plus large étaient encore assez chers lors de sa sortie. La file d'attente de préchargement des 8088 est de 4 octets, alors que celle du 8086 est de 6 octets. Un autre facteur important pour l'utilisation d'une version 8bits d'un 8086 était que cela rendait possible l'utilisation des composants existants pour l'Intel 8085, et permettait de réutiliser le design des ordinateurs basés sur ce modèle.
L'Intel 80286 (officiellement nommé iAPX 286) est un microprocesseur CISC 16bits fabriqué par Intel qui fut présenté le 1er février 1982. Initialement cadencé à 6 et 8MHz, sa fréquence augmenta jusqu'à 20MHz. Il était très utilisé dans les PC du milieu des années 1980 jusqu'au début des années 1990. Le 80286 est 2 fois plus rapide que le Intel 8086 par cycle d'horloge et il est capable d'adresser jusqu'à 16Mo de RAM (contre 1Mo pour le 8086).
Sur les systèmes utilisant l'OS DOS, la mémoire additionnelle ne peut être utilisée qu'en émulant l'extended memory. Toutefois peu d'ordinateurs basés sur ce microprocesseur eurent plus d' 1Mo de RAM. L'iAPX 286 fut créé pour faire fonctionner des applications multi-tâches, y compris dans le domaine des télécommunications (tels les automates PBX), le contrôle de processus en temps réel et les systèmes multi-utilisateurs. Son successeur est l'Intel 80386.
Un 80286 fabriqué par AMD
L'Intel 80286 est un microprocesseur 32bits CISC fabriqué par Intel. Il fut utilisé dans de nombreux ordinateurs personnels de 1986 à 1994. Lors de sa création, le processeur était nommé « P2 », la 3e génération de processeurs dans la lignée des x86, mais il est souvent abrégé par i26.
Créé et construit par Intel, le processeur i386 est achevé en octobre 1985. Les premières puces fonctionnelles sont livrées au public en 1986. Le premier PC équipé de cette puce fut, à la surprise du public, le Compaq 386 Deskpro. IBM, en effet, travaillait à la préparation d'un bus 32bits afin de tirer un parti optimal de la machine.
Ce processeur représente une évolution significative dans la longue lignée des processeurs Intel (qui débute avec l'Intel 8008). Il ajoute par rapport à l'Intel 80286 une architecture 32bits adressant de façon continue jusqu'à 4 milliards d'octets (4Go, soit 1000 fois plus que les mémoires courantes de l'époque), une unité de pagination qui le rend plus facile à utiliser pour les systèmes d'exploitation utilisant de la mémoire virtuelle (tel qu'UNIX), un système de protection mémoire à 3 niveaux (mode système, mode application, mode utilisateur) qui reste encore inexploité de nos jours (les systèmes d'exploitation n'en utilisent toujours que deux) et une facilité de commutation du mode utilisateur vers le mode système.
Plus tard, Intel introduit le 80386SX (ou i386SX) qui est une version à bas prix du i386. La série SX utilise le 32bits en interne mais un bus externe à 16bits (de la même façon que le 8088 était une version à bas prix du 8086). Le 80386 originel est alors renommé en 80386DX afin d'éviter toute confusion.
Intel avait toujours permis à ses concurrents de devenir secondes sources de ses microprocesseurs moyennant licence (comme AMD), afin de rassurer ses clients sur la fluidité de leurs approvisionnements. Cela avait endormi la recherche chez Thomson et chez NEC, désormais plus enclins à acheter les licences Intel qu'à développer leurs propres puces compatibles. A la surprise générale, Intel sûr à la fois de l'avance technique de son 386 et d'avoir atteint la masse critique lui permettant de se passer des secondes sources, annonce qu'il ne rétro-cédera aucune licence aux autres fondeurs. Cette situation de monopole sur une architecture, propulsera Intel de façon durable dans les premiers rangs de l'industrie et de la bourse.
Intel introduisit ensuite le 80486 (ou i486) puis le Pentium, mais ni l'un ni l'autre ne représentent une avancée aussi importante que l'adressage 32bits rendu possible avec le i386. La plupart des logiciels utilisés sur les ordinateurs personnels en 2004, pourraient fonctionner avec, même si ce serait très lentement.
Abrégé i486, l'appellation désigne souvent tous les microprocesseurs compatibles, produits à la suite de ce dernier, notamment : Intel 80486, Intel Pentium (586), Intel Pentium Pro (686), Intel Pentium 4 (786), AMD K6, AMD Athlon (K7), AMD Athlon 64 (K8). D'autres fabricants dont Transmeta et Cyrix (racheté par VIA Technologies) ont également produit des microprocesseurs compatibles. Le fait d'écrire i386 exclut en revanche les microprocesseurs 16bits précédents de la famille x86, le i386 étant un CPU 32bits à part entière.
La famille des Pentium
Techniquement, lorsqu'on évoque le Pentium tout court (ou Pentium original), on désigne les microprocesseurs x86 de 5e génération, ceux qui auraient été appelés 80586 si Intel n'avait pas renoncé à sa numérotation. Le Pentium fut présenté pour la première fois le 22 mars 1993. Le Pentium MMX est une évolution mineure du Pentium qui proposait un jeu d'instruction multimédia étendue, servant notamment pour la vidéo et les jeux 3D, plus un cache passant de 16Ko à 32Ko. Le 1er modèle était cadencé à 60Mhz et sa fréquence est allée jusqu'à 233Mhz (266Mhz pour le MMX).
Dans les premiers Pentium, un problème dans le code de l'unité de calcul en virgule flottante (la FPU : Floating Point Unit) sur la division fut découvert en 1994, connu sous le nom de bogue de la division du Pentium. Ces premiers exemplaires de processeurs Pentium sont également connus pour leur fragilité et la production relativement élevée de chaleur. La 6e génération qui a suivi le Pentium a été introduite avec le Pentium Pro.
Sorti en 1995, et révolutionnaire pour l'époque, le Pentium Pro était orienté du fait de ses performances et de son coût, vers les serveurs haut de gamme. Il est fondé sur le coeur P6, qui a aussi servi de base aux Pentium II, Pentium III, et Pentium M, près de 10 ans après sa sortie.
Ce processeur a été conçu pour Windows NT 4.0 ou les véritables systèmes 32bits de l'époque comme Linux et OS/2. Il est prévu pour fonctionner sur une embase de type socket (socket 8) en montage mono, bi ou quadri processeur, et ce pour les serveurs ou les stations de travail haut de gamme de l'époque. Il compte 2 fois 8Ko de mémoire cache de premier niveau (L1) et est gravé en 0,35 µm pour les versions 133 à 200 MHz, 0,25 µm pour certains modèles 200MHz.
Une innovation par rapport au précédent Pentium consiste à avoir intégré la mémoire cache de second niveau (L2) dans le microprocesseur. Avant elle se trouvait sur la carte mère et était limitée à la fréquence du bus de cette dernière. Par exemple, pour un Pentium classique, la cache tournait de 33 à 66MHz en fonction du processeur utilisé. Le Pentium Pro, comme tous les CPU contemporains, possède sa propre mémoire cache qui fonctionne à la même fréquence que le processeur grâce à un double bus qui permet de communiquer à la fois avec la cache et avec la mémoire vive (RAM). Ainsi, la cache d'un Pentium Pro tourne à 133MHz sur les modèles les moins puissants soit déjà deux fois plus rapides que sur un Pentium classique.
Les Pentiums Pro, destinés aux stations de travail possèdent 256Ko de mémoire cache. Les modèles destinés aux serveurs intègrent 512Ko voire 1Mo (énorme pour l'époque !) pour le fameux Pentium Pro noir devenu très rare et très difficile à trouver.
Intel a sorti un overdrive destiné à augmenter les performances des serveurs de l'époque en passant leur fréquence de 200 à 333MHz. C'est d'ailleurs le dernier overdrive officiel à avoir vu le jour. Cette puce reprenait le concept du Pentium II mais en socket 8. C'était une petite carte en silicium comprenant une puce de Pentium II et deux puces de mémoire cache soudées juste à côté et travaillant à la même fréquence que le processeur soit 333MHz. En gros, on transformait son processeur Pentium Pro en Pentium II Xeon, avec MMX, pour un coût modeste par rapport au prix d'un serveur neuf.
Historiquement parlant, le Pentium Pro est apparu à peu près en même temps que Windows NT 4.0 et a eu beaucoup de succès grâce à ce système. En effet, le Pentium Pro est entièrement optimisé pour les applications 32bits et si on veut lui faire exécuter des programmes 16bits, il devient alors moins puissant que le Pentium. Un Pentium Pro à 200MHz sera à peu près aussi puissant qu'un Pentium à 133 MHz sous DOS ou Windows 95 tandis que sous Windows NT 4.0 il devient plus puissant qu'un Pentium 233MMX ou qu'un Pentium II 233. Certains logiciels prétendent même que les Pentium Pro 200MHz à 1Mo de cache seraient plus efficaces que des Pentium II à 300MHz. Ce processeur s'accommode sans problème de Windows 2000, pour peu qu'on lui donne suffisamment de mémoire.
Le Pentium II est un microprocesseur de la famille x86 produit par Intel. Sorti en mai 1997, il est de la sixième génération (comme le Pentium Pro dont il reprend le coeur). C'est le premier processeur de 6e génération a adopté les instructions étendues MMX de série. Il était à l'origine destiné à l'ensemble de la gamme PC et stations de travail.
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Les premiers Pentiums II (nom de code Klamath) fonctionnaient de 233 à 300Mhz avec un FSB (Front Side Bus) à 66MHz (gravure en 0,35 µm). Les suivants (dénommés Deschutes) furent gravés en 0,25 µm, se déclinaient de 266 à 450MHz, sur un FSB à 100MHz. L'autre particularité du Pentium II, c'est sa forme type "cartouche" (le Slot One). Délaissant les cartes mères à base de Socket, Intel voulu ainsi produire un processeur plus fiable car grâce à la place que prend le boitier du CPU, Intel a pu séparer le Core (coeur) des mémoires caches. Finalement ça s'est avéré être inutile en terme de puissance...
Celeron est une marque commerciale d'Intel pour les microprocesseurs bas de gamme de la famille x86. Elle a été annoncée le 4 mars 1998 et utilisée pour la première fois le 15 avril 1998 pour une version bas de gamme du Pentium II.
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Le Celeron constitue une version moins performante des Pentium II, III ou IV visant à remplir des besoins de puissance plus faible (par exemple utilisation de base d'Internet et de logiciels de bureautique), à un coût réduit. Des calculs économiques ont en effet montré que cette solution était plus simple et moins onéreuse pour le fabricant que de développer à partir de zéro, toute une nouvelle ligne de processeurs.
La réduction de performance provient généralement d'une réduction de la taille de la mémoire cache et de la fréquence d'accès à la mémoire vive. Parfois, quelques fonctionnalités avancées sont aussi désactivées. Les premiers Celeron ne comportaient pas du tout de mémoire cache, mais furent jugés trop peu performants. Ce choix a vite été abandonné, et une mémoire cache réduite a été introduite sur les suivants.
Pour les curieux de nature, voici la désignation de celui-ci : 600/128/66/15v veut dire = fréquence 600Mhz - mémoire cache de 128Ko - FSB de 66Mhz - tension d'utilisation de 1,5v
Le Celeron utilise les mêmes connecteurs que le Pentium dont il est la version bridée (Socket 370, Slot One, etc.). En janvier 2005, Intel a lancé le Celeron M qui est un Pentium M avec moins de mémoire cache, destiné aux PC portables bon marché (M pour Mobile).
Xeon est une marque commerciale d'Intel pour les microprocesseurs x86 conçus pour les stations de travail et les serveurs informatiques. Elle est apparue le 20 avril 1998 pour les Pentium II. D'abord utilisée en association avec la marque Pentium (Pentium II Xeon, Pentium III Xeon), elle fut utilisée seule à partir du Pentium 4 (Xeon 1.4, Xeon 3040, etc.).
Les versions Xeon tirent généralement leurs performances supérieures d'une mémoire cache plus grande que les versions grand public des microprocesseurs d'Intel. Certaines versions sont destinées aux plates-formes multiprocesseurs (notamment le Mac Pro et le Xserve d'Apple), ce sont les Xeon MP.
Le Pentium III est un microprocesseur de la gamme x86 d'Intel. Il est de la 6e génération, comme le Pentium II et le Pentium Pro. Cinquième processeur vendu sous la marque Pentium (après le Pentium, le Pentium MMX le Pentium Pro et le Pentium II), il est développé sous le nom de code Katmai et sort à la fin février 1999. Il se distingue de son prédécesseur le Pentium II par l'ajout de 70 nouvelles instructions, dites SSE à l'image des anciennes MMX.
Le Pentium III a connu toute une gamme de production avec des fréquences allant de 450MHz à 1,4GHz pour les derniers modèles sortis (Tualatin). Passant d'une gravure de 0,25 µm (Katmaï) puis 0,18 µm (Coppermine) et enfin 0,13 µm (Tualatin), son bus système (FSB) était de 100MHz puis de 133MHz.
D'abord proposé avec un circuit BX et la mémoire SDRAM (sur Slot One comme le Pentium II avec FSB 100Mhz), il fut plus tard proposé avec un circuit i820 associé avec de la RAMBUS (format Socket 370). Mais des problèmes de chipset et le coût de la mémoire exorbitant des barrettes de RAM (qui devaient toujours être par 2), ont fait de l'i820 un échec commercial. Son successeur, l'i810 eut un meilleur succès grâce à un retour de la SD-RAM (133Mhz), moins onéreuse.
Le Pentium III supporte la configuration multiprocesseur et certaines cartes mères commercialisées acceptèrent un maximum de 4 processeurs. Il existe pour serveur et station de travail, les Pentium III Xeon.
Le Pentium 4, produit par Intel, est un microprocesseur x86 de septième génération basé sur l'architecture NetBurst succèdant au P6 inauguré par le Pentium Pro. À la surprise générale, l'augmentation de la fréquence de fonctionnement apportée par le NetBurst ne s'est pas traduite par une amélioration significative des performances. En fait, le rendement par cycle est sacrifié pour obtenir des fréquences élevées.
La version professionnelle du Pentium 4 est le Xeon, destiné au marché des stations multi-processeurs. La version à bas prix est le Celeron (souvent appelée Celeron 4). L'architecture NetBurst est progressivement abandonnée pour des raisons de consommation électrique et de dissipation thermique : son utilisation dans les ordinateurs portables déclenche en effet trop souvent le ventilateur (plusieurs fois par minute).
Le Pentium IV a vu son Core (coeur) modifié 3 fois. Il eu donc les versions Willamette, Northwood, Prescott, Cedar Mill. 
Gravé en 0,18 µm, le premier Pentium 4 Willamette fut cadencé entre 1,3 et 2,0 GHz sur Socket 423, puis sur Socket 478. Le bus processeur tournait à 100MHz. La mémoire cache de niveau 1 est de 8Ko pour les données et de 12Ko pour les pour les instructions situées dans le trace cache (qui stocke les instructions sous forme décodées contrairement au cache de données classique). La mémoire cache de niveau 2 est de 256Ko.
La fréquence élevée est obtenue, entre autres, par l'allongement du pipeline d'exécution, qui passe de 10 étages pour un Athlon ou un Pentium III à 20 étages pour le Pentium 4. Le Willamette était très décevant à sa sortie car l'Athlon d'AMD était bien plus puissant sans être aussi rapide mais le Northwood a redoré le blason du NetBurst.
Passage à la gravure 0,13 micromètre, 21 étages de pipeline, 512Ko de cache de niveau 2, on distingue 3 versions Northwood :
A : de 1,3 à 2,6GHz (FSB : 100MHz).
B : de 2,26 à 3,06GHz (FSB : 133MHz + apparition de l'Hyperthreading à partir de la version 3,06GHz).
C : de 2,4 à 3,4GHz (FSB : 200MHz + Hyperthreading).
Le Pentium 4 Extreme Edition est un dérivé du Northwood avec 2Mo de mémoire cache de niveau 3 (L3). Il a pour cible les joueurs, mais est peu apprécié au profit de l'AMD Athlon 64 FX, bien moins cher et tout aussi performant. Le Pentium 4 Extreme Edition existe en 3,2GHz, 3,4GHz (bus processeur à 200 MHz) et 3,46GHz (bus processeur à 266MHz).
Sorti en 2004, le Prescott cache une évolution profonde du NetBurst, qui passe à 31 étages de pipeline et une modification au niveau des unités ALU (sur le Prescott les ALU sont simple vitesse, sur les Northwood les ALU sont double vitesse). Une fois de plus les fréquences et la température augmentent par rapport au Northwood, sans augmentation des performances.
Le cache de données de niveau 1 passe à 16Ko, le cache de niveau 2 à 1Mo (1024Ko) ou 2Mo (2048Ko). Apparaissent aussi les versions E du Pentium 4 sur socket 478 (de 2,26 à 3,4GHz), puis F avec technologie EM64T (de 3,2 à 3,8GHz, compatible avec les instructions 64bits afin de contrer sans succès, l'Athlon 64 d'AMD).
Un Pentium 4 Extreme Edition dérivé du Prescott est sorti, avec 2Mo de mémoire cache de niveau 2 (2048Ko de L2) et il est cadencé à 3,73GHz (bus processeur à 266MHz).
Les Cedar Mill sont des Pentium 4 utilisant une gravure à 65 nm, les Prescott en utilisant une à 90 nm. La dissipation thermique baisse avec cela. Ce fut pour Intel un test de sa nouvelle technologie de gravure. Une nouvelle dénomination des processeurs fait son apparition chez Intel, conjointement au socket 775 :
série 3xx : Celeron D et Celeron M
série 5xx : Pentium 4 avec 1Mo de cache de niveau 2, de 2,66 à 3,8GHz
5x1 pour les versions avec EM64T (compatible 64bits)
série 6xx : Pentium 4 avec 2Mo de cache de niveau 2, de 3,0 à 3,8GHz
o 6x1 pour les versions Cedar Mill (un Prescott en 0,65 µm)
o 6x2 pour les versions avec VT (Virtualization Technology)
série 8xx : Pentium D avec 2x1 Mo de cache de niveau 2, de 2,66 à 3,2 GHz
série 9xx : Pentium D avec 2x2 Mio de cache de niveau 2, de 2,8 à 3,6 GHz
La série 7xx désigne des processeurs Pentium M, basés sur une évolution du Pentium III-S, et donc sur l'architecture P6 modifiée. Pentium D est le nom d'une série de microprocesseurs développée par le centre de recherches et développement d'Intel en Israël. Il a été présenté pour la première fois au public au printemps 2005 au Forum des développeurs d'Intel. Une puce Pentium D consiste en l'association de 2 Pentium 4 Prescott gravés en un seul bloc.
Le Pentium D (D pour Dual) a été le premier microprocesseur multi-cœurs annoncé (avec sa version améliorée plus chère, le Pentium Extrème Edition). Les analystes pensent que la course à la fréquence d'horloge entre Intel et AMD est terminée et que l'augmentation du nombre de transistors incorporés dans les CPUs sera utilisée à d'autre fins comme l'ajout de noyau à la façon du Pentium D. Sa fréquence va de 2,6 à 3,2Ghz (modèle 805 à 840).
Début 2006, la génération suivante de processeur Pentium D est basée sur le noyau Presler, une paire de Cores «Cedar Mill». Presler utilise les mêmes chipsets que Smithfield (le Pentium D classique) et est gravé en 65 nm. Seul changement au programme, les 2 cores sont gravés séparément alors qu'ils étaient gravés en un seul bloc pour le Smithfield. Presler communique avec le système par un FSB à 800MHz. Il inclue la VT (Virtualization Technology, aussi nommée Vanderpool), EM64T, XD et EIST.
Les numéros de modèle sont 920 à 960 (de 2,8 à 3,6GHz). Tous les modèles, à part le 920, disposent de la technologie Intel SpeedStep améliorée. Des versions sans VT sont vendues sous les références 915, 925, 935 et 945 (de 2,8 à 3,4GHz).
Les Pentium ont étés remplacés début 2006 par les Core. Ayant réussi a rattraper son retard sur son concurrent AMD (Athlon 64), Intel n'a plus besoin de l'appellation Pentium pour faire reconnaitre la qualité de ses CPU. Ainsi, sont nés les Core solo et Core Duo (Core2Duo) entièrement compatible x86 (32bits) et 64bits. La fréquence est revue à la baisse (la dissipation thermique avec), la gravure est afinée et arrivent enfin les instructions SSE3 et une puissance de calcul digne de ce nom. La guerre entre AMD et Intel va pouvoir reprendre.