Содержание.
Микропроцессоры………………………………………………………………….1
Процессоры-клоны…………………………………………………………………2
Микропроцессоры AMD………………………………………………………...…4
Микропроцессоры Cyrix (National Semiconductor)………………………………5
Микропроцессоры с умножением частоты……………………………………….8
Использованные сайты……………………………………………………...……15
Микропроцессоры.
Важнейший компонент любого персонального компьютера, его «мозг» — это микропроцессор (CPU, Central Processor Unit — ЦПУ, или центральное процессорное устройство), который управляет работой компьютера и выполняет большую часть обработки информации. Микропроцессор представляет собой сверхбольшую интегральную схему, степень интеграции которой определяется размером кристалла и количеством реализованных в нем транзисторов. Иногда интегральные микросхемы называют чипами (англ. chip). Базовыми элементами микропроцессора являются транзисторные переключатели, на основе которых строятся, например, регистры, представляющие собой совокупность устройств, имеющих два устойчивых состояния и предназначенных для хранения информации и быстрого доступа к ней. Количество и разрядность регистров во многом определяют архитектуру микропроцессора.
Выполняемые микропроцессором команды предусматривают, как правило, арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (между регистрами, оперативной памятью и портами ввода/вывода). С внешними устройствами микропроцессор может общаться благодаря своим шинам адреса, данных и управления, выведенным на специальные контакты корпуса микросхемы. Разрядность внутренних регистров микропроцессора может не совпадать с количеством внешних выводов для линий данных, например, микропроцессор с 32-разрядными регистрами может иметь только 16 внешних линий данных. Объем физически адресуемой микропроцессором памяти однозначно определяется разрядностью внешней шины адреса как 2N, где N — количество адресных линий.
Процессоры-клоны
Ряд крупнейших фирм — производителей электронных компонентов выпускает микропроцессоры, которые программно и аппаратно совместимы с продукцией Intel. Такие микропроцессоры обычно называют клонами. Производством клонов процессоров семейства x86 в различное время занимались компании AMD, Chips&Technologies, Cyrix (ныне подразделение National Semiconductor), IBM, IDT, IIT, NexGen, SGS Thomson, Texas Instruments, ULSI, UMC, а также отечественная радиоэлектронная промышленность. Точное воспроизведение процессоров Intel невозможно из-за патентных ограничений и запрещено законами об авторском праве, поэтому все процессоры-клоны в той или иной степени аппаратно и программно реализуют некую модель процессора Intel в том виде, в котором его представляют разработчики клона. Поскольку Intel не предоставляет своим конкурентам — производителям клонов всей проектной документации на процессор, то в этих представлениях иногда бывают изъяны, что не раз приводило к неполной совместимости клонов и продукции Intel (например, владельцы процессоров NexGen Nx586 — клонов Pentium, испытывали серьезные трудности с установкой Windows 95). Тем не менее определенный риск неполной совместимости процессора с лихвой компенсируется более низкой ценой клона, его более высокой производительностью или дополнительными возможностями по сравнению с аналогичным процессором Intel, поэтому для каждого поколения процессоров Intel существует рынок клонов. В нынешнем поколении процессоров, выпускаемых AMD и Cyrix/IBM, не обнаружено каких-либо существенных проблем с совместимостью.
На рынке клонов 486-х процессоров основную роль играли компании AMD и Cyrix. AMD выпускала процессоры Am486DX/DX2, а также наиболее производительные процессоры этого класса Am486DX4 и Am5x86-P75+, используя для этого доработанную и улучшенную технологию, лицензированную у Intel. Компания Cyrix производила процессоры собственной разработки Cx486DLC/DX/DX2/DX4 и более производительные Cx5x86. Менее значительными были доли остальных компаний: IBM (серия Blue Lightning), Texas Instruments (TI486SLC/SLC2/SXL/SXL2, TI486DX2/DX4) и UMC (U5S-Super или 486SX2). Существовали также клоны 8086/88-го, 286-го и 386-го процессоров, а также математических сопроцессоров к ним.
В настоящее время понятие «клон» несколько размыто и клоны в чистом виде встречаются редко. Некоторые процессоры компаний-конкурентов Intel реализуют функции, которых нет в процессорах Intel. Например, в процессоре AMD K6-3D набор инструкций 3DNow! реализован весной 1998 года, а Intel планирует ввести аналогичный набор команд KNI в процессор Katmai (см. Ближайшие планы развития процессоров Intel) лишь в начале 1999 года; Cyrix выпускает высокоинтегрированный процессор MegiaGX, аналога которому нет в номенклатуре изделий Intel. Процессоры фирм AMD, Cyrix (National Semiconductor) и IDT поколения P5 (т. е. конкуренты Pentium и Pentium MMX) и P6 (т. е. конкуренты Pentium Pro и Pentium II) правильнее называть не клонами, а аналогами соответствующих процессоров Intel.
Микропроцессоры AMD
Компания AMD имеет богатый опыт производства x86-совместимых процессоров. В настоящее время в эксплуатации можно найти процессоры четвертого, пятого и шестого поколений.
Процессоры четвертого поколения Am486DX/DX2 с тактовыми частотами 33, 40/66 и 80 МГц, рассчитанные на напряжение питания 5 В, имели размер кэш-памяти первого уровня 8 Кбайт. Такой же кэш имели процессоры Am486DX2/DX4, рассчитанные на напряжение 3,45 В и тактовые частоты 66, 80/100 и 120 МГц. Последняя волна 486-х процессоров AMD — Enhanced Am486 с тактовыми частотами 80, 100 и 120 МГц, у которых кэш-память первого уровня поддерживала режим обратной записи (Write Back). К этому же семейству относится и процессор Am5x86-P75+ с тактовой частотой 133 МГц (см. Семейство Am5k86).
Микропроцессоры Cyrix (National Semiconductor)
Компания Cyrix так же, как и AMD, имеет давние традиции производства x86-совместимых процессоров. Среди процессоров четвертого поколения можно отметить процессоры Cx486DX/DX2/DX4, а также скалярный вариант процессора пятого поколения M1, реализованный для архитектуры 486 под названием M1Sc, или Cx5x86 (см. Семейство 6х86).
Современные микропроцессоры — одни из самых сложных электронных устройств, для выпуска которых требуются сотни производственных этапов. Основой производства микропроцессоров является фотолитография: процесс создания схемы кристалла на подложке путем фотомеханического переноса изображений с масок (шаблонов) под воздействием ультрафиолетового освещения. При помощи масок в микропроцессоре слой за слоем создаются структуры с определенными характеристиками. Эти структуры создаются из фоторезиста — вещества, становящегося растворимым при облучении ультрафиолетом. Фоторезист наносится на поверхность кремниевой подложки и облучается через шаблон. На освободившуюся после растворения фоторезиста поверхность вводят примеси, обеспечивающие необходимую электрическую проводимость кремния. Если нужно сформировать непроводящую область, то на поверхности наращивается слой оксида кремния. Процесс повторяется при формировании каждого слоя микропроцессора.
Количественным показателем сложности технологического процесса при выпуске микропроцессоров служит проектная норма точности литографии. Первые процессоры выпускались по проектной норме 10 мкм, а в новейших процессорах Xeon используется уже 0,25-микронная технология. Исключительно жесткие требования предъявляются производственными процессами к чистоте помещений. Сверхчистые помещения, в которых изготавливаются микропроцессоры, называются «чистыми комнатами» первого класса (несколько пылинок на кубический метр). Работающие в этих помещениях люди должны быть такими же чистыми, поэтому персонал сверхстерильных производственных цехов использует специальные костюмы Bunny Suit, знакомые всем из рекламных роликов Intel.
Микропроцессоры семейства х88/x86 отличаются друг от друга внутренней архитектурой, тактовой частотой, разрядностью шин адреса и данных, но совместимы программно.
Микропроцессор i8088 был анонсирован Intel в июне 1979 года, а в 1981 году фирма IBM выбрала его для своего первого персонального компьютера. Этот чип содержал примерно 29 тысяч транзисторов. Благодаря 20 адресным линиям он мог физически адресовать область памяти в 1 Мбайт. Первоначально микропроцессор i8088 работал с частотой 4,77 МГц и имел быстродействие около 0,33 млн. инструкций в секунду (Million Instruction Per Second, MIPS), однако впоследствии были разработаны его клоны, рассчитанные на более высокую тактовую частоту (например, 8 Мгц).
Чип 8086, появившийся на год раньше i8088, стал популярен в основном благодаря компьютеру Compaq DeskPro. Эти микропроцессоры отличаются разрядностью внешней шины данных: 8 разрядов у i8088 и 16 разрядов у i8086. Выпускался также процессор i80186, нашедший применение в основном в микроконтроллерах.
В 1982 году фирма Intel выпустила новый микропроцессор — i80286. На кристалле было реализовано около 130 тысяч транзисторов. Этот чип появился практически одновременно с новым компьютером фирмы IBM — PC/AT. Наряду с увеличением производительности этот микропроцессор мог теперь работать в двух режимах — реальном и защищенном. 24 адресные линии нового микропроцессора позволяли в защищенном режиме обращаться уже к 16 Мбайтам памяти.
В 1985 году фирмой Intel был анонсирован первый 32-разрядный микропроцессор i80386. Новый чип содержал примерно 275 тысяч транзисторов. Первым компьютером, использующим этот микропроцессор, был Compaq DeskPro 386. Полностью 32-разрядная архитектура (32-разрядные регистры и 32-разрядная внешняя шина данных) в новом микропроцессоре была дополнена расширенным устройством управления памятью (Memory Management Unit, MMU). На тактовой частоте 16 МГц быстродействие нового процессора составило примерно 6 MIPS. 32 адресные линии микропроцессора позволяли физически адресовать 4 Гбайта памяти. Кроме того, был введен новый режим — виртуального процессора (V86). В этом режиме могли одновременно выполняться несколько задач, предназначенных для i8086.
Более дешевая альтернатива 32-разрядному процессору i80386 появилась только в 1988 году. Новый микропроцессор i80386SX имел внутреннюю полностью 32-разрядную архитектуру, но использовал 16-разрядную внешнюю шину данных и 24-разрядную адресную. Полагают, что индекс SX (который впоследствии был заменен на DX) произошел от слова SiXteen (шестнадцать) в соответствии с разрядностью шины данных.