Появление нового микропроцессора i80486SX можно считать одним из важнейших событий 1991г. Предварительные испытания показали, что i486SX с частотой 20 МГц работал примерно на 40% быстрее i486DX с частотой 33 МГц. Микропроцессор i486SX содержит на кристалле КЭШ память, а математический сопроцессор заблокирован. Если микропроцессор i486DX был ориентирован на применение в сетевых серверах и на рабочих станциях, то i486SX послужил отправной точкой для создания мощных настольных компьютеров. В семействе i486 предусмотрены несколько новых возможностей для построения мультипроцессорных систем: команды поддержки, механизм семафоров памяти. Аппаратно реализовано выявление недостоверности строки Кэш-памяти, обеспечивающее согласованность между несколькими модулями Кэш-памяти. Для микропроцессоров семейства i486 допускалась адресация физической памяти 4Gb и виртуальной памяти размером 64 Тб. К концу 1990г 32-разрядные микропроцессоры стали стандартными для компьютеров Notebook, однако, типичные микросхемы i386DX/SX не полностью отвечали требованиям разработчиков портативных компьютеров. В 1990г фирмой Intel был разработан i386SL, который представлял собой интегрированный вариант микропроцессора i386SX, базовая архитектура которого была дополнена еще несколькими контроллерами. Все компоненты, необходимые для построения портативного компьютера, сосредоточены в 2 микросхемах: микропроцессор i80386SL и периферийный контроллер i82360SL. В набор i386SL впервые введены новые прерывания SMI, которые могли быть использованы для обработки событий, связанных с управлением потребляемой мощностью. Вместе с мат. сопроцессором i80387SL данный набор микросхем позволял создавать компьютер на площади, ненамного превышающей размер игральной карты. Микросхема i80486SL представляет собой самый производительный процессор серии SL, разработанный Intel в конце 1992г. По производительности он уступает i80486DX, но, благодаря пониженному напряжению питания (3.3 V), он может эффективно использоваться в портативных компьютерах. Производительность систем такого типа повышается за счет 16-разрядной шины PI-интерфейса, который поддерживает быстрый интерфейс графического дисплея и устройств хранения информации на основе Flash-памяти.
В 1992 году Intel объявила о создании 2-го поколения МП, названных i486DX2. Они обеспечивали новую технологию, при которой скорость работы ядра МП в 2 раза выше скорости остальной части системы. Тем самым появилась возможность объединения высокой производительности МП с внутренней частотой 50МГц и эффективные по скорости 25/33МГц системы. Новые микросхемы по-прежнему включали в себя ЦП, математический сопроцессор и кэш-память на 8Кб. Компьютеры, построенные на базе i486DX2, работают приблизительно на 70% быстрее тех, что основаны на МП i486DX2 первого поколения. Несколько позже появились процессоры на базе i486SX2, в которых отсутствует встроенный сопроцессор. Следует напомнить, что технология умножения частоты стола использоваться на процессорах OverDrive. Основное отличие DX2 и OverDrive в том, что первые монтируются на системной плате еще при сборке машины, а вторые устанавливаются самим пользователем. Внутренние функциональные узлы используют удвоенную тактовую частоту, в то время как остальные элементы системной платы работают с обычной скоростью. Это позволяет увеличить производительность системы за счет хранения части данных и выполняемых кодов во внутренней кэш-памяти. Повышенная производительность сопровождается существенным увеличением потребляемой мощности. В настоящее время технология умножения частоты находит широкое применение практически во всех современных МП. Так фирма Intel выпускает серию МП DX4 (DX4-75,83,100,120). Напряжение питания этих МП 3.3В. Кол-во транзисторов 1.6 млн.
В марте 1995 г. Intel объявила о поставке 66,60МГц версии МП, известного ранее как 586. Эти системы полностью совместимы с МП i86, 286, 386, 486. Новая Микросхема содержит около 3,1 млн. транзисторов и имеет 32-х разрядную адресную и 64-х шину данных, что позволяет обмен данными с системной платой со скоростью 528 Мб/с. В отличие от 486, при производстве которого использовалась КМОП технология, при производстве PentiumIntel применила 0.8 микронную Bi-CSOS технологию. Р166 имеет производительность около 112 MIPS. Суперскалярная архитектура содержит 2 пяти ступенчатых блока исполнения, работающих независимо, и обрабатывающих 2 инструкции за 1 такт синхронизации. Pentium имеет 2 разделённых кеша по 8Кб для команд и данных. Одним из наиболее интересных новшеств является небольшая кэш-память, называемая буфером меток переходов, который позволяет динамически предсказывать переходы в исполняемых программах. По скорости оперирования с плавающей точкой Pentium оставил далеко позади всех своих собратьев по классу. Это достигается благодаря реализации оптимизированных алгоритмов, а также спец. аппаратных блоков сложения, умножения и деления с 8-и ступенчатой конвейеризацией, что позволяет выполнять операции с плавающей точкой за 1 такт. В настоящее время выпускаются версии Pentium с внутренним умножением частоты в 1.5/2 раза (75/50, 90/60, 100/66, 120/60, 133/66). Для снижения рассеиваемой мощности с 13 до 4 Вт напряжение питания снижено до 3,3В. Три режима потребления рассчитаны на максимальный ток в 1A, 50мА, 100мкА. Кол-во выводов возросло до 296. Для производства кристалла стала использоваться 0.6 микронная Bi-CMOS технология. Кол-во транзисторов возросло до 3.3 млн.
1 ноября 1995 года Intel объявила о начале коммерческих поставок МП нового поколения P6, в основе которого лежит комбинация технологии многократного предела ветвления, анализ потоков данных и эмуляция выполняемых инструкций. В корпусе Микросхема размещаются 2 кристалла: 256/512Кб кэш-память 2-го уровня и сам МП. На кристалле процессора располагается 16Кб кеш 1-го уровня. В семейство Р6 входит МП с тактовыми частотами 200, 166, 150 МГц. Производительность Р6 - 200 по тесту производительности соответствует 366, т.e. этот МП превосходит свой аналог в RISC. Число транзисторов МП 5,5 млн. а кеш памяти 31 млн. При напряжении питания около 3В МП вместе с кеш памятью рассеивает 14Вт. Изделие выполнено в квадратном корпусе с 387 выводами. Архитектура Р6 позволяет объединять между собой множество МП создавая таким образом непревзойденную масштабируемость. Специально для Р6Intel разработал 2 набора Микросхема для шины PCI. Развитие линии Р6 пойдет в направлении увеличения тактовой частоты и снижения размеров технических норм, а также увеличения емкость кэша 1-го уровня до 32Кб, кроме того предполагается совершенствование архитектуры с учетом технологии мультимедиа, в частности цифровой обработки видео. Совершенно новый и необычный МП Р7, совместно разработанный Intel и HP, появился в 1997 году. Он поддерживает длинные инструкции и имеет производительность 1млд. MIPS.
5 Производительность процессоров
До недавнего времени основной мерой производительности МП являлась их тактовая частота, однако по мере усложнения архитектуры (RISC-ядро, встроенный кеш, технология внутреннего умножения частоты) данный параметр работы МП хотя и остался одним из важнейших, но уже не был определяющим. В 1992 году Intel предложила индекс для оценки производительности своих МП iCOMP. Индекс представляет собой число, которое выражает производительность МП семейства i86. Производительность 486SX-25 принимается за 100. При вычислении индекса учитываются операции со следующими "взвешенными" компонентами: 16-разрядные целые 57%, 16-р вещественные 13%, 32-р целые 25%, 32-р вещественные 5%.
Таблица индексов iCOMP
| Модель | iCOMP |
| 486sx2-50 | 180 |
| 486dx4-100 | 435 |
| P60 | 510 |
| P166 | 1308 |
6 Сопроцессоры
Важной характеристикой любого ПК является его быстродействие. Для ряда компьютерных задач одним из самых критичных параметров выступает скорость выполнения операций с плавающей точкой. Даже самые мощные МП тратят на такие вычисления много времени, поэтому вполне логично было создание для этой цели специальных устройств - Микросхема математического сопроцессора. До недавнего времени сопроцессор представлял собой специализированную микросхему, работающую во взаимодействии с МП. Данная Микросхема была предназначена только для выполнения мат. операций. Во всех МП Intell от 486DX и выше сопроцессор интегрирован на кристалле МП. С другой стороны, хотя и компьютер определяется как "тот, кто вычисляет", масса современных программных приложений вовсе не требует выполнения сложных мат. операций. Если не затрагивать специальных физических или математических задач моделирования, можно однозначно сказать о необходимости сопроцессора для работы с 3-хмерной графикой, издательскими пакетами, электронными таблицами и т.д. При работе же с БД или обычными текстовыми редакторами использование сопроцессор вовсе не обязательно. По некоторым оценкам только 1/3 пользователей эффективно используют математический сопроцессор.
Первым математическим сопроцессором для ПК IBM стал i8087 производства Intell, который появился в 1980 году. Со временем, помимо чисто Intell-x сопроцессоров, появились сопроцессор и ряда других фирм. CYRIX предлагал один из самых быстрых сопроцессоров, основанных на классической архитектуре. Причем гарантировалась полная совместимость с сопроцессорами Intell. Производительность этой микросхемы несколько выше потому, что все критичные по времени выполнения операции реализованы в данной микросхеме с использованием жесткой логики (аппаратный умножитель, отдельное арифметико-логическое устройство для вычисления мантиссы и т.д.). Повышение производительности особенно заметно при вычислении квадратного корня или тригонометрических функций. Он еще и точнее Intell-го.
Weitek была основана в 1981 году несколькими инженерами, покинувшими Intell. Выполнение простых операций с одинарной точностью на сопроцессоре Weitek происходит менее чем за 200 нс., тогда как сопроцессор, использующий классическую архитектуру, выполняет подобные операции за 1.5 мкс. Обращение к сопроцессору происходит как бы через ОЗУ. Таким образом, загрузив операнды в область памяти, соответствующей сопроцессору, следующей командой можно уже считывать результат. Применение сопроцессора Weitek имеет смысл только тогда, когда он поддерживается программным обеспечением. В связи с этим сопроцессор Weitek находит достаточно ограниченное применение.
Список литературы
1. Уинн Л. Рош «Библия по техническому обеспечению Уинна Роша»
2. Н.Н. Щелкунов, А.П. Дианов «Микропроцессорные средства и системы», 1989г