Những đặc điểm chính:

Intel Pentium là thế hệ kế tiếp của họ vi xử lý Intel 386TM và Intel 486TM

Thế hệ Intel Pentium đầu tiên này hoàn toàn tương thích với các dòng vi xử lý 8086/8088, 80286, Intel386 DX, Intel386 SX, Intel486 DX, Intel486 SX và Intel486 DX2.

Kiến trúc bộ xử lý Intel Pentium cũng dựa trên kiến trúc IA-32, nó bao gồm tất cả các tính năng của bộ vi xử lý Intel486, thêm vào đó một số tính năng như sau:

-Superscalar Architecture

-Dynamic Branch Prediction

-Pipelined Floating-Point Unit

-Improved Instruction Execution Time

-Separate 8K Code and Data Caches

Writeback MESI Protocol in the Data Cache

-64-bit Data Bus

-Bus Cycle Pipelining

-Address Parity

-Functional Redundancy Checking

-Execution Tracing

-Performance Monitoring

-IEEE 1149.1 Boundary Scan

-System Management Mode

-Virtual Mode Extensions

Điểm khác biệt lớn nhất và làm tăng khả năng xử lý của bộ VXL Intel Pentium so với các bộ VXL trước đó:

-Có thêm một hệ thống pipeline, do đó nó có thể xử lý 2 lệnh/1 xung clock (bao gồm cả xử lý hai lệnh số thực dấu chấm động/1 xung clock).

-Sử dụng 2 cache, một cache 8KB cho mã lệnh, và một cache 8KB cho dữ liệu.

-Bus dữ liệu ngoài lên tới 64 bit.

-Chế độ xử lý kép giúp hệ thống có thể hỗ trợ hai bộ xử lý.

5.2. Quá trình thực hiện lệnh nguyên theo ống 5 tầng

1.PF- PreFetch. Bộ xử lý đọc trước mã lệnh từ I-Cache và xếp mã lệnh vào vị trí byte đầu tiên của hàng để giải mã lệnh (lệnh tiếp theo đầu tiên).

2. D1- First Decode (giải mã lần đầu). Bộ VXL giải mã lệnh đầu tiên để tạo ra từ điều khiển. Một từ điều khiển thực hiện trực tiếp lệnh vừa giải mã. Những lệnh phức tạp sẽ đòi hỏi một chuỗi các vi lệnh điều khiển để thực hiện.

3. D2- Second Decode (giải mã lần thứ 2). Bộ xử lý giải mã từ tạo ra từ điều khiển từ (được tạo ra từ lần giải mã đầu tiên D1) để tạo ra kết quả cho tầng E sau. Các địa chỉ quy chiếu bộ nhớ cũng được tạo ra từ đây.

4. E- Excute (thực hiện). Lệnh được thực hiện trong ALU. Nếu cần thiết bộ dịch ống (barrel shifter) và các khối chức năng khác có thể tham gia thực hiện và nếu cần thiết D-Cache có thể truy cập ở tầng này.

5. WB- Write back (ghi trở lại). Bộ VXL cất giữ kết quả và tạo lập các cờ.

Các lệnh đơn giản của Pentium, như chuyển nội dung thanh ghi ngăn nhớ hay trực tiếp vào thanh ghi, chuyển thanh ghi hay trực tiếp vào ngăn nhớ, các lệnh số nguyên, tăng giảm nội dung thanh ghi, cất (push) hoặc phục hồi (pop) nội dung thanh ghi, nạp địa chỉ hiệu dụng, nhảy (jump), gọi (call), nhảy gần có điều kiện và không  phép toán (no operation) thường được thực hiện trong một chu kì nhịp như trong RISC. Các lệnh loại qui chiếu Register-to-Memory hoặc Memory-to-Register cần phải thực hiện tương ứng với 2 và 3 chu kỳ nhịp đồng hồ.

5.3. Quá trình thực hiện lệnh nguyên theo ống 8 tầng

1.PF- PreFetch. Bộ xử lý đọc trước lệnh từ I-Cache và xếp mã lệnh vào vị trí byte đầu tiên của hàng để giải mã lệnh (lệnh tiếp theo đầu tiên).

2. D1- First Decode (giải mã lần đầu). Bộ VXL giải mã lệnh đầu tiên để tạo ra từ điều khiển.

3. D2- Second Decode. Giống như ống nguyên.

4. E- Operand Fetch. Các toán hạng được đoc từ tệp thanh ghi hay từ D-Cache.

5. X1-First Execute. Bước đầu tiên FPU thực hiện lệnh.

6. X2-Second Execute. Bước thứ hai FPU thực hiện lệnh.

7. WF- Write float. FPU hoàn thành thực hiện lệnh và ghi kết quả vào tệp thanh ghi.

8. ER- Error Reporting. FPU yêu cầu thống kê xử lý bổ sung để hoàn thành quá trình thực hiện lênh và tạo lập từ trạng thái.