Mикропроцессоры Intel

Большинство микропроцессоров Intel относят к микропроцессорам типа CISC. Микропроцессоры фирмы Intel в значительной степени определяют направление развития компьютерной техники. Каждые несколько лет фирма Intel демонстрирует новые прорывы в своей технологии, существенно меняя наши представления о возможностях компьютеризации. Базовое семейство микропроцессоров Intel началось с первого в мире 4-битного микропроцессора 4004 (1971), ориентированного на применение в микрокалькуляторах. Затем фирма Intel выпустила 8-битные микропроцессоры 8008 (1972), 8080 (1974) и 8085 (1976), достаточно мощные для построения небольшого компьютера. Они могли выполнять двоичные и двоично-десятичные5 16-битные арифметические операции и адресовать память до 64 Кбайт с помощью 16-битной шины данных. Наконец, был выпущен 16-битный микропроцессор 8086 (1978) с его 8-битным вариантом 8088 (1979) и расширенными вариантами 80186 и 80286 (1982), обладающими более высоким быстродействием и дополнительными возможностями. Процессоры 8086, 8088 и 80186 могли оперировать с 32-битными двоичными и 16-битными двоично-десятичными числами и адресовать память до 1 Мбайт блоками по 64 Кбайт. Новое поколение микропроцессоров ознаменовалось появлением 32-битных процессоров 80386 (1985) и 486SX (1989), которые могли адресовать до 4 Гбайт памяти и выполнять несколько задач одновременно. За 18 лет производительность микропроцессоров фирмы Intel выросло от 60 тыс. до 41 млн операций в секунду. Процессор 486DX имел дополнительно встроенные кэш-память первого уровня и устройство обработки чисел с плавающей точкой, а следующие процессоры фирмы Intel – 64-разрядную шину данных, возможность обработки нескольких инструкций одновременно и набор дополнительных регистров и инструкций. Таковы процессоры Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II и т.д. Последние два из них также содержат в одном корпусе с процессором встроенную кэш-память второго уровня.

Процессор 80286, выпущенный фирмой Intel 1 февраля 1982 г., является усовершенствованным вариантом микропроцессора 8086, содержащим схемы управления памятью и её защиты для упрощения реализации мультизадачных систем. На кристалле процессора размещено около 134000 транзисторов новой 1,5-микронной технологии, позволившей оформить микропроцессор в таком же, как и у микросхемы 80186, корпусе с 68 контактами, расположенными в четыре ряда. Выпускались модели процессора 80286 с частотами синхронизации 6, 8, 10 и 12,5 МГц производительностью 0,9, 1,2, 1,5 и 2,6 млн операций в секунду соответственно. Все модели микропроцессора имели одно напряжение питания +5 В.

Процессор 80286 стал невероятно популярным: на его базе фирмой IBM летом 1984 г. был выпущен персональный компьютер IBM AT, с энтузиазмом воспринятый и деловыми кругами, и индивидуальными пользователями. К 1988 г., через 6 лет после выпуска процессора, по всему миру насчитывалось более 15 млн компьютеров на его базе. Микропроцессор 80286 показал, что персональные компьютеры могут быть также мощны, как и большие промышленные компьютеры.

В апреле 1987 г. фирма IBM объявила о создании нового семейства персональных компьютеров, названного PS/2. В компьютерах IBM PS/2-30 использовался микропроцессор 8088, как и в оригинальных IBM PC, а в компьютерах IBM PS/2-50/60 – новый микропроцессор 80286. Для последних фирмой Microsoft также была разработана мультизадачная операционная система OS/2. Эта система не имела графического интерфейса, в отличие от ОС Microsoft Windows, и потому была менее требовательна к ресурсам компьютера. Позже фирма IBM выкупила права на систему OS/2 и разрабатывала её самостоятельно.

Микропроцессор 80386, выпущенный 17 октября 1985 г., – «истинно 32-битный» процессор: ширина его шин адреса и данных, а также размер регистров, составляют 32 бита. Это упрощает вычисление адреса, так как весь адрес ячейки памяти может храниться в одном регистре. Кроме того, становится возможной адресация 4 Гбайт физической и 64 Тбайт виртуальной памяти.

Выпускались модели микропроцессора 80386, работающие на тактовой частоте 16, 20 (с февраля 1987 г.), 25 (с апреля 1988 г.) и 33 (с апреля 1989 г.) МГц; эти модели имели производительность 5,5, 6,5, 8,5 и 11,5 млн операций в секунду соответственно. На кристалле процессора содержалось около 275000 транзисторов. Для систем на базе микропроцессоров 80286 выпускались также отдельные микросхемы, приближающие её по производительности к системам с процессором 80386 и добавляющие некоторые из новых возможностей этого микропроцессора. Таковы микросхемы SOTA POP фирмы SOTA Technology и ALL ChargeCard фирмы ALL Computer; установленные в систему с процессором 80286, они добавляют возможности управления памятью, имеющиеся в процессоре 80386. Такие микросхемы представляют собой более дешёвый способ модернизации системы на базе процессора 80286, так как сами эти микросхемы не содержат процессора 386SX или аналогичного.

Для 32-битных микропроцессоров, таких, как 80386, были созданы операционные системы MicrosoftWindows NT и Microsoft Windows 95 (последняя известна также под названием «Chicago»). Обе системы являются мультизадачными; каждая из них может выполнять программы реального режима для ОС MS-DOS и программы защищённого режима ОС Microsoft Windows 3.x вдобавок к программам, написанным специально для этих систем. Эти системы называют 32-битными в том смысле, что они используют плоскую (несегментированную) модель памяти: содержимое сегментного регистра указывает лишь на права доступа к нему, а не на его местоположение в физической памяти; физический адрес, выдаваемый процессором на шину адреса, совпадает с 32-битным эффективным адресом. Такая модель памяти позволяет непосредственно адресовать до 4 Гбайт (232 байт) оперативной памяти. Система Microsoft Windows NT отличается большей степенью безопасности и потому применяется на рабочих станциях, объединённых в сеть, а Microsoft Windows 95 – преимущественно на домашних компьютерах, поскольку она обеспечивает большую совместимость с программами, разработанными для ОС MS-DOS и Microsoft Windows 3.x.

На основе микропроцессоров 80386 фирмой IBM были созданы персональные компьютеры IBM AT 386 (семейство PC) и IBM PS/2-80 (семейство PS/2). В первых из них применялась ОС PC-DOS, а во вторых – OS/2

10 апреля 1989 г. фирма Intel выпустила усовершенствованную версию процессора 80386 и назвала её 486. Вдобавок к ЦПУ класса 80386 на кристалле процессора 486 также располагались кэш-память первого уровня (объёмом 8 или 16 Кбайт) и устройство обработки чисел с плавающей точкой; длина очереди команд процессора была увеличена до 32 байт. Это был первый в мире ЦП со встроенным эквивалентом математического сопроцессора: больше не стояла проблема его эмуляции на системах без сопроцессора, а также удешевлялась и ускорялась система за счёт уменьшения общего числа контактов и корпусов микросхем. С другой стороны, нельзя было установить в систему другой сопроцессор, поскольку команды сопроцессора выполнялись встроенным устройством обработки чисел с плавающей точкой. Поэтому выпускались два варианта процессора 486 – 486DX и 486SX, идентичные по архитектуре, за исключением того, что процессор 486SX не содержал устройства обработки чисел с плавающей точкой.

Процессор 486DX содержал около 1,2 млн транзисторов, а процессор 486SX – около 1185 тыс. Выпускались модели процессоров 486, способные работать на тактовых частотах 25 и 33 (с мая 1990) МГц, а также модели процессоров 486SX, рассчитанные на частоты 16 (с сентября 1991) и 20 (с апреля 1991) МГц и модель процессора 486DX, работающая на частоте 50 МГц (с июня 1991). Соответственно производительность процессора 486DX составляла от 20 до 41 млн, а процессора 486SX – от 13 до 27 млн операций в секунду. Последние (с 1992 г.) образцы процессоров 486SX изготовлялись по новой 0,8-микронной технологии и содержали всего 900 тыс. транзисторов.

Совместимость корпусов микросхем 486 (все они вставлялись в одинаковые гнёзда 17×17 или 19×19 контактов) позволяла легко модернизировать систему простой заменой процессора в гнезде на более совершенный. Но отдел маркетинга фирмы Intel выяснил, что многие люди просто боятся вынимать центральный процессор из гнезда. Технология OverDrive, реализованная в процессорах 486SX, позволяла усовершенствовать центральный процессор добавлением на него так называемого «процессора OverDrive» в специально для этого предназначенное гнездо платы. Старый процессор при этом оставался в системе и выполнял вспомогательные функции. Фирмой Intel выпускались OverDrive-процессоры 486DX2, 486DX4 и Pentium.

Большинство процессоров 486 могли работать с двумя напряжениями питания – 3,3 и 5 В – и переключаться между ними во время работы. Эта возможность нашла применение в компьютерах-блокнотах, так как позволяла гибко регулировать энергопотребление процессора.

Процессор 486DX-50 МГц был выпущен незадолго до двадцатилетия со дня выпуска первого микропроцессора фирмы Intel. За эти двадцать лет быстродействие процессоров выросло в 500 раз, число транзисторов – в 522 раза, производительность – в 683 раза, адресуемая память – в 6,7 млн раз. Осенью 2001 г., через 30 лет после выпуска микропроцессора 4004, был выпущен процессор Xeon-2ГГц. Его тактовая частота превосходит частоту процессора 4004 в 20 млн раз; сотрудники фирмы Intel показывают, что если бы скорость автомобиля увеличилась в то же число раз, то путь от Сан-Франциско до Нью-Йорка занимал бы 10 секунд.

В 1992 г. фирмой Intel было объявлено о том, что новый процессор будет назван вопреки старой системе наименования (x86). Поскольку названия из цифр не защищаются авторским правом и законом о торговых знаках, конкуренты фирмы Intel выпускали собственные процессоры с названиями вроде 386 и 486.

Первые процессоры Pentium были выпущены 22 марта 1993 г. Они содержали 3,1 млн транзисторов, работали на тактовых частотах 60 и 66 МГц и имели производительность 100 и 112 млн операций в секунду соответственно. Эти процессоры выпускались в 273-контактных корпусах с сеткой контактов 21×21 и имели напряжение питания 5 В. Процессоры Pentium-60/66 МГц назывались также Pentium-1, а с большими тактовыми частотами – Pentium-2. Процессоры Pentium-1 не могли заменяться на процессоры Pentium-2, так как имели другое напряжение питания и другие размеры гнезда (сокета). Процессоры Pentium-2 имели производительность от 126,5 до 219 млн операций в секунду.

Процессор PentiumMMX был выпущен 8 января 1997 г., и его модели работали на тактовых частотах 166, 200, 233 (с июня 1997), 266 (с января 1998) и 300 (с января 1999) МГц. Так как процессор Pentium MMX выпускался в таких же 296-контактных корпусах, как и процессоры Pentium-2, системы на базе процессоров Pentium-2 можно было легко модернизировать простой заменой процессора на процессор Pentium MMX. Процессоры Pentium MMX содержали около 4,5 млн транзисторов. Выполненные по новой 0,25-микронной технологии, они упаковывались в 320-контактные корпуса особого вида, предназначенные для употребления в компьютерах-блокнотах.

Процессоры Pentium II содержат около 7,5 млн транзисторов. В отличие от процессоров Pentium Pro, в которых кэш-память второго уровня работает на той же частоте, что и ЦПУ, в процессорах Pentium II такая кэш-память работает только на половине частоты ЦПУ, что несколько снижает производительность процессора.

Для персональных компьютеров фирмой Intel выпускались процессоры Celeron, являющиеся «облегченными» вариантами Pentium II без внутренней кэш-памяти второго уровня. Выпускаемые в таких же односторонних картриджах, как и процессоры Pentium II, процессоры Celeron имели меньшую рабочую тактовую частоту, а именно 266 (с апреля 1998) и 300 (с июня 1998) МГц. Процессоры Celeron содержат, как и процессоры Pentium II, 7,5 млн транзисторов.

Дальнейшие разработки фирмы Intel включают процессоры Pentium III, Pentium 4, Xeon и Itanium. Последний из них – процессор Itanium – является полностью 64-битным и содержит на кристалле 2 или 4 Мбайт кэш-памяти третьего уровня; модели процессора Xeon могут работать на тактовых частотах до 2,4 ГГц. Об этих процессорах ещё сложно говорить что-то определённое, т.к. разработка новых моделей этих процессоров не завершена.

Сегодня корпорация Intel объявила о завершении пилотного этапа по выпуску процессоров с двумя ядрами и обнародовала планы по производству многоядерных процессоров, что знаменует собой начало новой эпохи в истории персональных компьютеров.

Во втором квартале 2005 г. корпорация Intel планирует представить два новых вида процессоров класса Intel Pentium, включая процессоры класса Intel Pentium Extreme Edition, которые располагают двумя ядрами и поддерживаются двумя новыми наборами микросхем. В процессорах класса Intel Pentium Extreme Edition будет использоваться технология Hyper-Threading (HT), что обеспечит возможность одновременной обработки четырех программных потоков.

В двухядерных и многоядерных процессорах содержится два или более полнофункциональных ядра ЦПУ, благодаря чему один процессор может одновременно выполнять несколько потоков программных инструкций. В сочетании с технологией HT, позволяющей операционной системе использовать один физический процессор как два логических, процессоры класса Intel Pentium Extreme Edition смогут обрабатывать до четырех программных потоков одновременно, максимально эффективно используя имеющиеся в наличии ресурсы.

                                                                                       07.02.05

http://cs.usu.edu.ru/study/chips.html http://news.proext.com/tech/16046.html

устройство_компьютера