Вступ
Перший 16-розрядний процесор 8086 фірма Intel випустила в 1978 році. Частота 5 МГц, продуктивність 0.33 MIPS, але інструкції вже з 16-бітними операндами (пізніше з'явилися процесори 8 і 10 МГц). Технологія 3 мкм, 29 тис. транзисторів. Пам'ять, що адресується - 1 Мб. Регістрова архітектура і система команд істотно відрізнялася від 8080, але, природно, простежуються загальні ідеї. Через рік з'явився 8088 - той же процесор, але з 8-бітною шиною даних. З нього почалася історія IBM PC, що наклала свій відбиток на подальший розвиток цієї лінії процесорів Intel. Масове поширення і відвертість архітектури PC привели до лавиноподібної появи програмного забезпечення, що розробляється великими, середніми і дрібними фірмами і ентузіастами-одинаками. Технічний прогрес вимагав (і зараз вимагає) розвитку процесорів, але маса програмного забезпечення PC, яке повинно працювати і на більш нових процесорах, в свою чергу вимагала забезпечення зворотної програмної сумісності. Таким чином, всі нововведення в архітектурі подальших процесорів повинні були прилаштовуватися до існуючого ядра. А тут ще і сама архітектура PC «підкинула», наприклад, складності з використанням векторів переривань. Фірма Intel зарезервувала перші 32 вектори «для службового користування», однак на них «наїхали» переривання BIOS PC. Один з результатів – додатковий спосіб обробки виключень співпроцесора, що застосовується в старших моделях PC.
Процесор 80286, що знаменує наступний етап архітектури, з'явився тільки в 1982 році. Він вже мав 134 тис. транзисторів (технологія 1,5 мкм) і адресував до 16 Мб фізичної пам'яті. Його принципові новини – захищений режим і віртуальна пам'ять розміром до 1 Гб - не знайшли масового застосування, процесор переважно використовувався як дуже швидкий 8088.
Клас 32-розрядних процесорів був відкритий в 1985 році моделлю 80386 (275 тис. транзисторів, 1,5 мкм). Розрядність шини даних (як і внутрішніх регістрів) досягла 32 біт, що адресує фізичну пам'ять 4 Гб. З'явилися нові регістри, нові 32-бітні операції, істотно допрацьований захищений режим, з'явився режим V86, сторінкове управління пам'яттю. Процесор знайшов широке застосування в PC. З цього часу стала помітна тенденція «позитивного зворотного зв'язку»: на появу нового процесора виробники ПО реагують випуском нових привабливих продуктів, подальшим версіям яких стає явно тісно в рамках цього процесора. З'являється більш продуктивний процесор, але після нетривалого захоплення і його ресурси «з'їдають» і т. д. Це «вічне зрушення», звичайно, природно, але є обгрунтована підозра, що великі ресурси розбещують (або, принаймні, розслабляють) розробника ПО, не примушуючи його напружуватися в пошуках більш ефективних способів рішення задачі. Історія процесора 386 нагадує історію 8086: першу модель з 32-бітною шиною даних (згодом названої 386DX) змінив 386SX з 16-бітною шиною. Він досить легко вписувався в архітектуру PC AT, що раніше базувалася на процесорі 286.
Процесор Intel486DX з'явився в 1989 році. Транзисторів 1,2 млн, технологія 1 мкм. Від 386-го істотно відрізняється розміщенням на кристалі первинного кэша і вбудованого математичного співпроцесора (попередні процесори мали можливість використання зовнішніх х87 співпроцесорів). Крім того, для підвищення продуктивності в цьому CISC-процесорі (як і в подальших) застосоване RISC-ядро. Далі з'явилися його різновиди, відмінні наявністю або відсутністю співпроцесора, застосуванням внутрішнього множення частоти, політикою запису кэша і іншими. Зайнялися енергозбереженням (з'явився режим SMM), що відбилося і в продовженні лінії 386 процесорів (з'явився процесор Intel386SL)).
У 1993 році з'явилися перші процесори Pentium з частотою 60 і 66 МГц- 32-розрядні процесори з 64-бітною шиною даних. Транзисторів 3,1 млн, технологія 0,8 мкм, живлення 5 В. Від 486-го принципово відрізняється суперскалярной архітектурою здатністю за один такт випускати з конвейєрів до двох інструкцій (що, звичайно, не означає можливості проходження інструкції через процесор за пів такта або один такт). Інтерес до процесора з боку виробників і покупців PC стримувався його дуже високою ціною. Крім того, виник скандал з виявленою помилкою співпроцесора. Хоч фірма Intel математично обгрунтувала невисоку імовірність її вияву (раз в декілька років), вона все-таки пішла на безкоштовну заміну вже проданих процесорів на виправлені.
Процесори Pentium з частотою 75, 90 і 100 МГц, що з'явилися в 1994 році, представили вже друге покоління процесорів Pentium. При майже тому ж числі транзисторів вони виконувалися по технології 0,6 мкм, що дозволило знизити споживану потужність. Від першого покоління вони відрізнялися внутрішнім множенням частоти, підтримкою мультипроцесорних конфігурацій і мали інший тип корпусу. З'явилися версії (75 МГц в мініатюрному корпусі) для мобільних застосувань (блокнотних ПК). Процесори Pentium другого покоління стали вельми популярними в PC. У 1995 році з'явилися процесори на 120 і 133 МГц, виконані вже по технології 0,35 мкм (перші процесори на 120 МГц робилися ще по технології 0,6 мкм). 1996- й називають роком Pentium - з'явилися процесори на 150, 166 і 200 МГц, і Pentium став рядовим процесором для PC широкого застосування.
Паралельно з Pentium розвивався і процесор Pentium Pro, який відрізнявся новинками «динамічного виконання інструкцій», спрямованими на збільшення числа інструкцій, що паралельно виконуються. Крім того, в його корпусі розмістили і повторний кэш, для початку об'ємом 256 Кб. Однак на 16-бітних додатках, а також в середовищі Windows 95 його застосування не дає переваг. Процесор містить 5,5 млн транзисторів ядра і 15,5 млн. транзисторів для повторного кэша об'ємом 256 Кб. Перший процесор з частотою 150 МГц з'явився на початку 1995 року (технологія 0,6 мкм), а вже в кінці року з'явилися процесори з частотою 166, 180 і 200 МГц (технологія 0,35 мкм), у яких кэш досягав і 512 Кб.
Після довгих обіцянок на початку 1997 року з'явилися процесори Pentium ММХ. Розширення ММХ передбачає паралельну обробку групи операндів однією інструкцією. Технологія ММХ покликана прискорювати виконання мультимедийных додатків, зокрема операції із зображеннями і обробку сигналів. Її ефективність викликає спори в середовищі розробників, оскільки виграш в самих операціях обробки компенсується програшем на додаткових операціях упакування-розпаковування. Крім того, обмежена розрядність ставить під сумнів застосування ММХ в декодерах MPEG-2, в яких потрібна обробка 80-бітних операндів. Крім розширення ММХ ці процесори, в порівнянні із звичайним Pentium, мають подвоєний об'єм первинного кэша і деякі елементи архітектури, запозичений у Pentium Pro, що підвищує продуктивність процесора Pentium ММХ і на звичайних додатках. Процесори Pentium ММХ мають 4,5 млн транзисторів і виконані по технології 0,35 мкм.
Технологія ММХ була сполучена з архітектурою Pentium Pro і в травні 1997 року з'явився процесор Pentium II. Він являє собою злегка урізаний варіант ядра Pentium Pro з більш високою внутрішньою тактовою частотою, в яке ввели підтримку ММХ. Труднощі розміщення повторного кэша в одному корпусі з процесором подолали нехитрим способом- кристал з ядром процесора і набір кристалів статичної пам'яті і додаткових схем, що реалізовують повторний кэш, розмістили на невеликій друкарській платі-картріджі. Всі кристали закриті загальною кришкою і охолоджуються спеціальним вентилятором. Тактові частоти ядра 233, 266 і 300 МГц.
Процесори, сумісні з сімейством х86, випускаються не тільки фірмою Intel. Традиційний конкурент AMD випускає сумісні процесори звичайно трохи пізніше, але помітно дешевше, іноді по ряду технічних властивостей вони навіть випереджають аналогічні процесори Intel. Фірма Cyrix славиться своїми швидкими співпроцесорами. Однак для процесорів, призначених для застосування в PC, всі вони в тій або іншій мірі прагнуть до сумісності з виробами фірми Intel - «законодавця мод».
Як вже згадувалося вище, за системою команд і архітектурі розрізнюють процесори RISC і CISC.
RISC - Reduced (Restricted) Instruction Set Computer - процесори (комп'ютери) з скороченою системою команд. Ці процесори звичайно мають набір однорідних регістрів універсального призначення, і їх система команд відрізняються відносною простотою. У результаті апаратна реалізація такої архітектури дозволяє з невеликими витратами виконувати ці інструкції за мінімальне (в межі 1) число тактів синхронізації.
CISC - Complete Instruction Set Computer - процесори (комп'ютери) з повним набором інструкцій, до яких і відноситься сімейство х86. Склад і призначення їх регістрів істотно неоднорідні, широкий набір ускладнює декодування інструкцій, на що витрачаються апаратні ресурси. Зростає і число тактів, необхідне для виконання інструкцій.
У процесорах сімейства, що розглядається, починаючи з 486-го, застосовується комбінована архітектура CISC-процесор має RISC-ядро.
Сімейство 80х86 фірми Intel почалося з 16-розрядного процесора 8086. Все старші моделі процесорів, в тому числі 32-розрядні (386-й, 486-й, Pentium, Pentium Pro) і з 64-розрядним розширенням ММХ, включають в себе підмножину системи команд і архітектуру нижчестоячий моделей, забезпечуючи сумісність з раніше написаним ПЗ.[4]
1.Загальна характеристика мікропроцесорів фірми Intel
Загальні принципи будови мікропроцесорів фірми Intel відображає процесор з архітектурою Pentium (див ГР). Уперше це покоління було представлене корпорацією Intel в жовтні 1992 р., але комерційне освоєння почалося з березня 1993. Процесори Pentium перших версій містили 32-розрядний регістровий файл РЗП і 32-розрядну шину адреси. Зовнішня шина даних 64-розрядна і утворюється внутрішнім мультиплексуванням шин даних процесора. Процесор підтримує звертання до 4 Гбайт фізичного адресного простору Він містить вбудований блок співпроцесора з плаваючою точкою (FPU), блок управління і стабілізації напруження живлення (SMM, system management mode). Блок FPU доопрацьований для виконання операцій з плаваючою точкою за один такт синхронізації і має в своєму розпорядженні множник, дільник і суматор. Блок SMM дозволяє CPU працювати на пониженому напруженні живлення 2, 9 і 2, 5В.