Ngày 3 tháng 3 năm 1992 Intel ra mắt bộ xử lý có tốc độ gấp đôi DX2. Ngày 26 tháng 5 năm 1992 Intel thông báo rằng bộ xử lý DX2 cũng có trong phiên bản bán lẻ có tên gọi là OverDrive. Chúng là sự khởi đầu của những gì được gọi là những bộ xử lý thế hệ thứ 5.
OverDrive của DX2
Vào 14 tháng 12 năm 1992 Intel giới thiệu phiên bản OverDrive 168 chân cho sự nâng cấp hệ thống 486DX. Những bộ xử lý này được bổ sung cho hệ thống 486 (SX hay DX) đã có như một sự nâng cấp, ngay cả khi nếu những hệ thống này không hỗ trợ kiến trúc 169 chân. Khi sử dụng bộ xử lý này như một nâng cấp, bạn lắp đặt chip mới này vào hệ thống máy tính, sau đó tốc độ sẽ nhanh gấp hai lần.
Những bộ xử lý DX2/OverDrive chạy gấp hai lần xung của hệ thống chủ. Thí dụ nếu đồng hồ bo là 25MHz thì chip DX2/OverDrive chạy ở 50MHz, nếu của bo mạch chủ là 33MHz thì chip sẽ là 66MHz. Gấp đôi tốc độ của chip không ảnh hưởng gì đến phần còn lại của hệ thống. Tất cả các thành phần trên bo mạch chủ vận hành tương tự như chúng làm việc với bộ xử lý 486 tiêu chuẩn. Do đó bạn không phải thay đổi các thành phần khác (như bộ nhớ chẳng hạn) để phù hợp với chip có tốc độ gấp đôi.
Bộ xử lý AMD 486 (5×86)
AMD tạo một dòng của những chip tương thích 486 được lắp đặt trên bo 486 tiêu chuẩn. Thực tế AMD tạo ra bộ xử lý 486 nhanh nhất có thể được gọi là Am5x86-P75. Cái tên làm nhiều người nghĩ nó là bộ xử lý loại Pentium dòng thứ năm. Trong thực tế nó là 486 được nhân xung (4x clock) chạy gấp bốn lần tốc độ của bo mạch chủ 486 33 MHz gắn nó.
5×86 cho các tính năng tốc độ cao như bộ nhớ đệm ghi lại 16KB được hợp nhất và xung nhân 133MHz; nó gần như có thể so sánh với Pentium 75, giải thích cho việc biểu hiện P75 ớ số sản phẩm. Nó là lựa chọn tuyệt vời cho máy tính nâng cấp 486 giá rẻ bởi thay đổi bo là khó hoặc không thể làm được.
Bộ xử lý thế hệ thứ năm
Sau khi những con chip thế hệ thứ tư như là 486, Intel và các nhà sản xuất chip tiến tới các kiến trúc mới và các tính năng mà họ sau đó kết hợp vào các chip thế hệ thứ năm.
Ngày 19 tháng 10 năm 1992 Intel thông báo thế hệ thứ năm của dòng vi xử lý tương tự (mã P5) gọi là bộ xử lý Pentium hơn là tên 586 như mọi người giả đoán. Gọi chip mới 586 là lẽ tự nhiên, nhưng Intel nhận ra rằng nó không thể đăng ký tên thương mại bằng một tên số và công ty muốn ngăn ngừa những nhà sản xuất khác dùng cùng tên cho bất kỳ chip nhái nào. Chip Pentium thực sự ra mắt ngày 22 tháng 3 năm 1993. Các hệ thống dùng những chip này xuất hiện chỉ vỏn vẹn vài tháng sau đó.
Pentium hoàn toàn tương thích với những bộ xử lý Intel trước đó chỉ khác một số điểm như có đường dữ liệu đôi cho phép thực thi hai tập lệnh cùng một lúc. 486 và những chip trước đó chỉ thực hiện được một tập lệnh tại thời điểm. Intel gọi khả năng thực thi hai tập lệnh cùng lúc là công nghệ superscalar. Công nghệ này cung cấp thêm hiệu năng máy tính hơn so với 486.
Với công nghệ superscalar chip Pentium có thể thực hiện nhiều tập lệnh tại một tốc độ của hai tập lệnh cho một chu kỳ. Kiến trúc superscalar thường kết hợp với những chip RISC hiệu suất cao. Pentium là một trong những chip CISC đầu tiên được tính đến superscalar. Pentium gần giống như là có hai chip 486 trong một gói.
Hai đường dẫn truyền tập lệnh trong chip được gọi là ống U và ống V. Ống U là đường đầu thực hiện tất cả tập lệnh dấu chấm động và số nguyên, ống V là đường thứ hai chỉ thực thi tập lệnh số nguyên đơn giản và tập lệnh dấu chấm động chắc chắn. Tiến trình của việc thực hiện hai tập lệnh đồng thời trong hai đường dẫn được gọi là cặp đôi (pairing). Không phải tất cả chỉ lệnh thực thi liên tục có thể được ghép đôi, khi cặp đôi không thể thực hiện chỉ có ống U được sử dụng. Để đạt tới hiệu suất của Pentium bạn có thể biên dịch lại phần mềm cho phép nhiều tập lệnh được ghép đôi.
Bộ xử lý Pentium có tầng đệm đích phụ (BTB: Branch Target Buffer) thực hiện một công việc gọi là dự đoán rẽ nhánh. Nó làm giảm tối đa sự ngưng trệ (Stall) trong một hay nhiều đường dẫn do trì hoãn trong việc lấy những tập lệnh phân nhánh tới những định vị bộ nhớ không định tuyến. BTB thử dự đoán liệu có nhánh chương trình được thực hiện và kế tiếp lấy những tập lệnh chính xác. Việc sử dụng dự đoán rẽ nhánh cho phép Pentium giữ hai đường dẫn hoạt động liên tục.
Pentium có dung lượng bus địa chỉ 32 bit cho nó khả năng định vị bộ nhớ 4GB như bộ xử lý 386DX và 486. Pentium mở rộng bus bộ nhớ dữ liệu lên 64 bit nghĩa là nó di chuyển nhanh gấp hai lần dữ liệu vào ra CPU. So sánh với 486 cùng xung. Bus dữ liệu 64 bit yêu cầu bộ nhớ hệ thống được truy cập 64 bit nên mỗi nhánh của bộ nhớ là 64 bit.
Mặc dù Pentium có bus dữ liệu 64 bit truyền thông tin 64 bit cùng thời điểm vào và ra bộ xử lý, nó chỉ có thanh ghi nội bộ 32 bit. Ngay khi những tập lệnh được xử lý nội bộ, chúng được bé thành những tập lệnh 32 bit và thành phần dữ liệu, được xử lý cùng cách như trong chip 486. Một số người nghĩ Intel lầm lẫn khi gọi Pentium là bộ xử lý 64 bit, nhưng việc truyền 64 bit là đúng. Tuy nhiên về nội bộ Pentium có các thanh ghi 32 bit hoàn toàn tương thích với 486.
Pentium giống như chip 486 chứa bộ hợp xử lý tính toán trong hay FPU. FPU trong Pentium được viết lại để thực hiện tốt hơn FPU trong 486 song vẫn hoàn toàn tương thích với bộ hợp xử lý 486 và 387. Pentium FPU nhanh hơn từ hai đến mười lần FPU trong 486. Thêm nữa, hai đương tập lệnh tiêu chuẩn trong Pentium là hai đơn vị dùng để xử lý toán số nguyên tiêu chuẩn. (Bộ hợp xử lý tính toán chỉ điều khiển những tính toán phức tạp). Những bộ xử lý khác, như là 486, chỉ có một đường dẫn tập lệnh và một bộ tính toán số nguyên. Thú vị là, Pentium FPU chứa một một lỗi đã được công bố rộng rãi.
