Кто изобрел процессор. История процессоров x86

Многие при покупке flash-накопителя задаются вопросом: «как правильно выбрать флешку». Конечно, флешку выбрать не так уж и трудно, если точно знать для каких целей она приобретается. В этой статье я постараюсь дать полный ответ на поставленный вопрос. Я решил писать только о том, на что надо смотреть при покупке.

Flash-накопитель (USB-накопитель) – это накопитель, предназначенный для хранения и переноса информации. Работает флешка очень просто без батареек. Всего лишь нужно ее подключить к USB порту Вашего ПК.

1. Интерфейс флешки

На данный момент существует 2 интерфейса это: USB 2.0 и USB 3.0. Если Вы решили купить флешку, то я рекомендую брать флешку с интерфейсом USB 3.0. Данный интерфейс был сделан недавно, его главной особенностью является высокая скорость передачи данных. О скоростях поговорим чуть ниже.

Это один из главных параметров, на который нужно смотреть в первую очередь. Сейчас продаются флешки от 1 Гб до 256 Гб. Стоимость флеш-накопителя напрямую будет зависеть от объема памяти. Тут нужно сразу определиться для каких целей покупается флешка. Если вы собираетесь на ней хранить текстовые документы, то вполне хватит и 1 Гб. Для скачивания и переноски фильмов, музыки, фото и т.д. нужно брать чем больше, тем лучше. На сегодняшний день самыми ходовыми являются флешки объемом от 8Гб до 16 Гб.

3. Материал корпуса

Корпус может быть сделан из пластика, стекла, дерева, метала и т.д. В основном флешки делают из пластика. Тут я советовать нечего не могу, все зависит от предпочтений покупателя.

4. Скорость передачи данных

Ранее я писал, что существует два стандарта USB 2.0 и USB 3.0. Сейчас объясню, чем они отличаются. Стандарт USB 2.0 имеет скорость чтения до 18 Мбит/с, а записи до 10 Мбит/с. Стандарт USB 3.0 имеет скорость чтения 20-70 Мбит/с, а записи 15-70 Мбит/с. Тут, я думаю, объяснять ничего не надо.

Сейчас в магазинах можно найти флешки разных форм и размеров. Они могут быть в виде украшений, причудливых животных и т.д. Тут я бы посоветовал брать флешки, у которых есть защитный колпачок.

6. Защита паролем

Есть флешки, которые имеют функцию защиты паролем. Такая защита осуществляется при помощи программы, которая находится в самой флешке. Пароль можно ставить как на всю флешку, так и на часть данных в ней. Такая флешка в первую очередь будет полезна людям, которые переносят в ней корпоративную информацию. Как утверждают производители, потеряв ее можно не беспокоиться о своих данных. Не все так просто. Если такая флешка попадет в руки понимающего человека, то ее взлом это всего лишь дело времени.

Такие флешки внешне очень красивы, но я бы не рекомендовал их покупать. Потому что они очень хрупкие и часто ломаются пополам. Но если Вы аккуратный человек, то смело берите.

Вывод

Нюансов, как Вы заметили, много. И это только вершина айсберга. На мой взгляд, самые главные параметры при выборе: стандарт флешки, объем и скорость записи и чтения. А все остальное: дизайн, материал, опции – это всего лишь личный выбор каждого.

Добрый день, мои дорогие друзья. В сегодняшней статье я хочу поговорить о том, как правильно выбрать коврик для мыши. При покупке коврика многие не придают этому никакого значения. Но как оказалось, этому моменту нужно уделять особое внимание, т.к. коврик определяют один из показателей комфорта во время работы за ПК. Для заядлого геймера выбор коврика это вообще отдельная история. Рассмотрим, какие варианты ковриков для мыши придуманы на сегодняшний день.

Варианты ковриков

1. Алюминиевые
2. Стеклянные
3. Пластиковые
4. Прорезиненные
5. Двухсторонние
6. Гелиевые

А теперь я бы хотел поговорить о каждом виде поподробнее.

1. Сначала хочу рассмотреть сразу три варианта: пластиковые, алюминиевые и стеклянные. Такие коврики пользуются большой популярностью у геймеров. Например, пластиковые коврики легче найти в продаже. По таким коврикам мышь скользит быстро и точно. И самое главное такие коврики подходят как для лазерных, так и для оптических мышей. Алюминиевые и стеклянные коврики найти будет немного сложнее. Да и стоить они будут немало. Правда есть за что – служить они будут очень долго. Коврики данных видов имеют маленькие недостатки. Многие говорят, что при работе они шуршат и наощупь немного прохладные, что может вызывать у некоторых пользователей дискомфорт.

2. Прорезиненные (тряпичные) коврики имеют мягкое скольжение, но при этом точность движений у них хуже. Для обычных пользователей такой коврик будет в самый раз. Да и стоят они намного дешевле предыдущих.

3. Двухсторонние коврики, на мой взгляд, очень интересная разновидность ковриков для мыши. Как понятно из названия у таких ковриков две стороны. Как правило, одна сторона является скоростной, а другая высокоточной. Бывает так, что каждая сторона рассчитана на определенную игру.

4. Гелиевые коврики имеют силиконовую подушку. Она якобы поддерживает руку и снимает с нее напряжение. Лично для меня они оказались самыми неудобными. По назначению они рассчитаны для офисных работников, поскольку те целыми днями сидят за компьютером. Для обычных пользователей и геймеров такие коврики не подойдут. По поверхности таких ковриков мышь скользит очень плохо, да и точность у них не самая хорошая.

Размеры ковриков

Существует три вида ковриков: большие, средние и маленькие. Тут все в первую очередь зависит от вкуса пользователя. Но как принято считать большие коврики хорошо подходят для игр. Маленькие и средние берут в основном для работы.

Дизайн ковриков

В этом плане, нет ни каких ограничений. Все зависит от того что Вы хотите видеть на своем коврике. Благо сейчас на ковриках что только не рисуют. Наиболее популярными являются логотипы компьютерных игр, таких как дота, варкрафт, линейка и т.д. Но если случилось, что Вы не смогли найти коврик с нужным Вам рисунком, не стоит огорчаться. Сейчас можно заказать печать на коврик. Но у таких ковриков есть минус: при нанесении печати на поверхность коврика его свойства ухудшаются. Дизайн в обмен на качество.

На этом я хочу закончить статью. От себя желаю сделать Вам правильный выбор и быть им довольным.
У кого нет мышки или хочет её заменить на другую советую посмотреть статью: .

Моноблоки компании Microsoft пополнились новой моделью моноблока под названием Surface Studio. Свою новинку Microsoft представил совсем недавно на выставке в Нью-Йорке.

На заметку! Я пару недель назад писал статью, где рассматривал моноблок Surface. Этот моноблок был представлен ранее. Для просмотра статьи кликайте по .

Дизайн

Компания Microsoft свою новинку называет самым тонким в мире моноблоком. При весе в 9,56 кг толщина дисплея составляет всего лишь 12,5 мм, остальные габариты 637,35х438,9 мм. Размеры дисплея составляют 28 дюймов с разрешением больше чем 4К (4500х3000 пикселей), соотношение сторон 3:2.

На заметку! Разрешение дисплея 4500х3000 пикселей соответствует 13,5 млн пикселей. Это на 63% больше, чем у разрешения 4К.

Сам дисплей моноблока сенсорный, заключенный в алюминиевый корпус. На таком дисплее очень удобно рисовать стилусом, что в итоге открывает новые возможности использования моноблоком. По моему мнению эта модель моноблока будет по нраву творческим людям (фотографы, дизайнеры и т. д.).

На заметку! Для людей творческих профессий я советую посмотреть статью, где я рассматривал моноблоки подобного функционала. Кликаем по выделенному: .

Ко всему выше написанному я бы добавил, что главной фишкой моноблока будет его возможность мгновенно превращаться в планшет с огромной рабочей поверхностью.

На заметку! Кстати, у компании Microsoft есть еще один удивительный моноблок. Чтобы узнать о нем, переходите по .

Технические характеристики

Характеристики я представлю в виде фотографии.

Из периферии отмечу следующее: 4 порта USB, разъем Mini-Display Port, сетевой порт Ethernet, card-reader, аудио гнездо 3,5 мм, веб-камера с 1080р, 2 микрофона, аудиосистема 2.1 Dolby Audio Premium, Wi-Fi и Bluetooth 4.0. Так же моноблок поддерживает беспроводные контроллеры Xbox.

Цена

При покупке моноблока на нем будет установлена ОС Windows 10 Creators Update. Данная система должна выйти весной 2017 года. В данной операционной системе будет обновленный Paint, Office и т. д. Цена на моноблок будет составлять от 3000 долларов.
Дорогие друзья, пишите в комментариях, что вы думаете об этом моноблоке, задавайте интересующие вопросы. Буду рад пообщаться!

Компания OCZ продемонстрировала новые SSD-накопители VX 500. Данные накопители будут оснащаться интерфейсом Serial ATA 3.0 и сделаны они в 2.5-дюймовом форм-факторе.

На заметку! Кому интересно, как работает SSD-диски и сколько они живут, можно прочитать в ранее мною написанной статье: .

Новинки выполнены по 15-нанометровой технологии и будут оснащаться микрочипами флеш-памяти Tochiba MLC NAND. Контроллер в SSD-накопителях будет использоваться Tochiba TC 35 8790.
Модельный ряд накопителей VX 500 будет состоять из 128 Гб, 256 Гб, 512 Гб и 1 Тб. По заявлению производителя последовательна скорость чтения будет составлять 550 Мб/с (это у всех накопителей этой серии), а вот скорость записи составит от 485 Мб/с до 512 Мб/с.

Количество операций ввода/вывода в секунду (IOPS) с блоками данных размером 4 кбайта может достигать 92000 при чтении, а при записи 65000 (это все при произвольном).
Толщина накопителей OCZ VX 500 будет составлять 7 мм. Это позволит использовать их в ультрабуках.

Цены новинок будут следующими: 128 Гб — 64 доллара, 256 Гб — 93 доллара, 512 Гб — 153 доллара, 1 Тб — 337 долларов. Я думаю, в России они будут стоить дороже.

Компания Lenovo на выставке Gamescom 2016 представила свой новый игровой моноблок IdeaCentre Y910.

На заметку! Ранее я писал статью, где уже рассматривал игровые моноблоки разных производителей. Данную статью можно посмотреть, кликнув по этой .

Новинка от Lenovo получила безрамочный дисплей размером 27 дюймов. Разрешение дисплея составляет 2560х1440 пикселей (это формат QHD), частота обновлений равна 144 Гц, а время отклика 5 мс.

У моноблока будет несколько конфигураций. В максимальной конфигурации предусмотрен процессор 6 поколения Intel Core i7, объем жесткого диска до 2 Тб или объемом 256 Гб. Объем оперативной памяти равен 32 Гб DDR4. За графику будет отвечать видеокарта NVIDIA GeForce GTX 1070 либо GeForce GTX 1080 с архитектурой Pascal. Благодаря такой видеокарте к моноблоку можно будет подключить шлем виртуальной реальности.
Из периферии моноблока я бы выделил аудиосистему Harmon Kardon с 5-ваттными динамиками, модуль Killer DoubleShot Pro Wi-Fi, веб-камеру, USB порты 2.0 и 3.0, разъемы HDMI.

В базовом варианте моноблок IdeaCentre Y910 появиться в продаже в сентябре 2016 года по цене от 1800 евро. А вот моноблок с версией «VR-ready» появится в октябре по цене от 2200 евро. Известно, что в этой версии будет стоять видеокарта GeForce GTX 1070.

Компания MediaTek решила модернизировать свой мобильный процессор Helio X30. Так что теперь разработчики из MediaTek проектируют новый мобильный процессор под названием Helio X35.

Я бы хотел вкратце рассказать о Helio X30. Данный процессор имеет 10 ядер, которые объединены в 3 кластера. У Helio X30 есть 3 вариации. Первый - самый мощный состоит из ядер Cortex-A73 с частотой до 2,8 ГГц. Так же есть блоки с ядрами Cortex-A53 с частотой до 2,2 ГГц и Cortex-A35 с частотой 2,0 ГГц.

Новый процессор Helio X35 тоже имеет 10 ядер и создается он по 10-нанометровой технологии. Тактовая частота в этом процессоре будет намного выше, чем у предшественника и составляет от 3,0 Гц. Новинка позволит задействовать до 8 Гб LPDDR4 оперативной памяти. За графику в процессоре скорее всего будет отвечать контроллер Power VR 7XT.
Саму станцию можно увидеть на фотографиях в статье. В них мы можем наблюдать отсеки для накопителей. Один отсек с разъемом 3,5 дюймов, а другой с разъемом 2,5 дюймов. Таким образом к новой станции можно будет подключить как твердотельный диск (SSD), так и жесткий диск (HDD).

Габариты станции Drive Dock составляют 160х150х85мм, а вес ни много ни мало 970 граммов.
У многих, наверное, возникает вопрос, как станция Drive Dock подключается к компьютеру. Отвечаю: это происходит через USB порт 3.1 Gen 1. По заявлению производителя скорость последовательного чтения будет составлять 434 Мб/сек, а в режиме записи (последовательного) 406 Мб/с. Новинка будет совместима с Windows и Mac OS.

Данное устройство будет очень полезным для людей, которые работают с фото и видео материалами на профессиональном уровне. Так же Drive Dock можно использовать для резервных копий файлов.
Цена на новое устройство будет приемлемой — она составляет 90 долларов.

На заметку! Ранее Рендучинтала работал в компании Qualcomm. А с ноября 2015 года он перешел в конкурирующую компанию Intel.

В своем интервью Рендучинтала не стал говорить о мобильных процессорах, а лишь сказал следующее, цитирую: «Я предпочитаю меньше говорить и больше делать».
Таким образом, топ-менеджер Intel своим интервью внес отличную интригу. Нам остается ждать новых анонсов в будущем.

История развития процессоров

Основные характеристики процессоров и ЭВМ

Характеристики ЭВМ:

· Быстродействие – количество операций в секунду.

· Ёмкость (объём памяти) – предельное количество информации.

· Точность вычислений – количество разрядов, используемых для представления одного числа.

· Система команд – перечень команд, которые способен выполнить процессор.

· Надёжность

Характеристики процессора:

· Тактовая частота

· Производительность

· Энергопотребление

· Нормы литографического процесса

· Архитектура

Базовая архитектура процессора (основные регистры и их назначение)

Счетчик команд (СК) служит для организации обращений к ячейкам памяти, в которых хранятся команды программы. После исполнения любой команды СК указывает адрес ячейки памяти, содержащей следующую команду программы. Так как команды могут размещаться в любой из 2048 = 211 ячеек памяти, то СК имеет 11 разрядов.

Регистр адреса (РА) 11-разрядный регистр, содержащий значение исполнительного адреса (адреса ячейки памяти, к которой обращается ЭВМ за командой или данными).

Регистр команд (РК). Этот 16-разрядный регистр используется для хранения кода команды, непосредственно выполняемой машиной.

Регистр данных (РД). Используется для временного хранения 16-рязрядных слов при обмене информацией между памятью и процессором.

Аккумулятор (А). 16-разрядный регистр, являющийся одним из главных элементов процессора. Машина может одновременно выполнять арифметические и логические операции только с одним или двумя операндами. Один из операндов находится в аккумуляторе, а второй (если их два) - в регистре данных. Результат помещается в А.

Регистр переноса (С) - это одноразрядный регистр, выступающий в качестве продолжения аккумулятора и заполняющийся при переполнении А. Этот регистр используется при выполнении сдвигов.

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) может выполнять такие арифметические операции, как сложение и сложение с учетом переноса, полученного в результате выполнения предыдущей операции. Кроме того, оно способно выполнять операции логического умножения, инвертирования, циклического сдвига.

Система команд базовой ЭВМ

Классификация команд. ЭВМ способна понимать и выполнять точно определенный набор команд. При составлении программы пользователь ограничен этими командами. В зависимости от того, к каким блокам базовой ЭВМ обращается команда или на какие блоки она ссылается, команды можно разделить на три группы:

· обращения к памяти (адресные команды);

· обращения к регистрам (регистровые или безадресные команды);

· команды ввода-вывода.

Команды обращения к памяти предписывают машине производить действия с содержимым ячейки памяти, адрес которой указан в адресной части команды.

Безадресные команды выполняют различные действия без ссылок на ячейку памяти. Например, команда CLA (табл. 1.1) предписывает ЭВМ очистить аккумулятор (записать в А код нуля). Это команда обработки операнда, расположенного в конкретном месте, "известном" машине. Другой пример безадресной команды - команда HLT.

Команды ввода-вывода осуществляют обмен данными между процессором и внешними устройствами ЭВМ.

Асинхронный обмен данными

Программа такого обмена строится так: сначала проверяется готовность ВУ к обмену и если оно готово, то дается команда на обмен. ВУ сообщает о готовности установкой флага.

Легко заметить, что при асинхронном обмене ЭВМ должна тратить время на ожидание момента готовности, а так как готовность проверяется командным путем (команда TSF), то в это время ЭВМ не может выполнять никакой другой работы по преобразованию данных.

Основные понятия защищенного режима

Защищенный режим предназначен для обеспечения независимости выполнения нескольких задач, что подразумевает защиту ресурсов одной задачи от возможного воздействия другой задачи (под задачами подразумеваются как прикладные, так и задачи операционной системы).

Основным защищаемым ресурсом является память, в которой хранятся коды, данные и различные системные таблицы (например, таблица прерываний). Защищать требуется и совместно используемую аппаратуру, обращение к которой обычно происходит через операции ввода-вывода и прерывания. В защищенном режиме процессор 80286 аппаратно реализует многие функции защиты, необходимые для построения супервизора многозадачной ОС, поддерживая и механизм виртуальной памяти.

Сегментация, дескрипторы

Защита памяти основана на использовании сегментации. Сегмент - это блок адресного пространства памяти определенного назначения. К элементам сегмента возможно обращение с помощью различных инструкций процессора, использующих разные режимы адресации для формирования адреса в пределах сегмента. Максимальный размер сегмента для процессоров 8086 и80286 составлял 64 Кб, в 32-разрядных процессорах этот предел отодвигается до 4 Гб. Сегменты памяти выделяются задачам операционной системой, но в реальном режиме любая задача может переопределить значение сегментных регистров, задающих положение сегмента в пространстве памяти, и “залезть” в чужую область данных или кода. В защищенном режиме сегменты тоже распределяются операционной системой, но прикладная программа сможет использовать только разрешенные для нее сегменты памяти, выбирая их с помощью селекторов из предварительно сформированныхтаблиц дескрипторов сегментов. Селекторы представляют собой 16-битные указатели, загружаемые в сегментные регистры процессора.

Дескрипторы - это структуры данных, используемые для определения свойств программных элементов (сегментов, вентилей и таблиц). Дескриптор определяет положение элемента в памяти, размер занимаемой им области (лимит), его назначение и характеристики защиты. Защита памяти с помощью сегментации не позволяет:

Использовать сегменты не по назначению (например, пытаться трактовать область данных как коды инструкций);

Нарушать права доступа (пытаться модифицировать сегмент, предназначенный только для чтения, обращаться к сегменту, не имея достаточных привилегий, и т. п.);

Адресоваться к элементам, выходящим за лимит сегмента;

Изменять содержимое таблиц дескрипторов (то есть параметров сегментов), не имея достаточных привилегий.

Переключение задач

Защищенный режим предоставляет средствапереключения задач. Состояние каждой задачи (значение всех связанных с ней регистров процессора) может быть сохранено в специальном сегменте состояния задачи (TSS), на который указывает селектор в регистре задачи. При переключении задач достаточно загрузить новый селектор в регистр задачи, и состояние предыдущей задачи автоматически сохранится в ее TSS, а в процессор загрузится состояние новой (возможно, и ранее прерванной) задачи и начнется (продолжится) ее выполнение.

Обмен данными по прерыванию

Аппаратные прерывания вызываются внешними устройствами и теми компонентами компьютера, которые требуют немедленной обработки своей информации и приходят асинхронно по отношению к исполняемой программе. Прерывание можно рассматривать как некоторое особое событие в системе, которое заставляет процессор приостановить выполнение своей программы для реализации некоторой затребованной деятельности. Программные обработчики аппаратных прерываний инициализируют блочный обмен или выполняют одиночную операцию пересылки по системной шине с внешним устройством. Практически это основной способ инициализации обмена. Прерывания существенно увеличивают эффективность вычислительной системы, поскольку они позволяют внешним устройствам "обращать на себя внимание" процессора только по мере надобности.

Основные понятия и концепции ввода-вывода. Режимы управления вводом-выводом

Программирование ввода-вывода является наиболее сложным и трудоемким, требующим очень высокой квалификации. Поэтому код, реализующий операции ввода-вывода, сначала стали оформлять в виде системных библиотечных процедур, а потом и вовсе вывели из систем программирования, включив в операционную систему. Это позволило не писать такой код в каждой программе, а только обращаться к нему - системы программирования стали генерировать обращения к системному коду ввода-вывода. Таким образом, управление вводом-выводом - это одна из основных функций любой операционной системы.

Самым главным является следующий принцип: любые операции по управлению вводом-выводом объявляются привилегированными и могут выполняться только кодом самой операционной системы. Для обеспечения этого принципа в большинстве процессоров даже вводятся режимы пользователя и супервизора. Последний еще называют привилегированным режимом, или режимом ядра. Как правило, в режиме супервизора выполнение команд ввода-вывода разрешено, а в пользовательском режиме - запрещено. Обращение к командам ввода-вывода в пользовательском режиме вызывает исключение, и управление через механизм прерываний передается коду операционной системы. Хотя возможны и более сложные схемы, в которых в ряде случаев пользовательским программам может быть разрешено непосредственное выполнение команд ввода-вывода.

Как известно, имеется два основных режима ввода-вывода: режим обмена с опросом готовности устройства ввода-вывода и режим обмена с прерываниями.

1)Режим обмена с прерываниями по своей сути является режимом асинхронного управления. Для того чтобы не потерять связь с устройством (после выдачи процессором очередной команды по управлению обменом данными и переключения его на выполнение других программ), может быть запущен отсчет времени, в течение которого устройство обязательно должно выполнить команду и выдать-таки сигнал запроса на прерывание. Максимальный интервал времени, в течение которого устройство ввода-вывода или его контроллер должны выдать сигнал запроса на прерывание, часто называют установкой тайм-аута. Если это время истекло после выдачи устройству очередной команды, а устройство так и не ответило, то делается вывод о том, что связь с устройством потеряна и управлять им больше нет возможности. Пользователь и/или задача получают соответствующее диагностическое сообщение.

2)Устройство ввода-вывода (или его устройство управления) выдает сигнал готовности, который сообщает процессору о том, что можно выдать новую команду для продолжения обмена данными. Однако поскольку быстродействие устройства ввода-вывода намного меньше быстродействия центрального процессора (порой на несколько порядков), то сигнал готовности приходится очень долго ожидать, постоянно опрашивая соответствующую линию интерфейса на наличие или отсутствие нужного сигнала. Посылать новую команду, не дождавшись сигнала готовности, сообщающего об исполнении предыдущей команды, бессмысленно. В режиме опроса готовности драйвер, управляющий процессом обмена данными с внешним устройством, как раз и выполняет в цикле команду «проверить наличие сигнала готовности». До тех пор пока сигнал готовности не появится, драйвер ничего другого не делает. При этом, естественно, нерационально используется время центрального процессора. Гораздо выгоднее, выдав команду ввода-вывода, на время забыть об устройстве ввода-вывода и перейти на выполнение другой программы. А появление сигнала готовности трактовать как запрос на прерывание от устройства ввода-вывода. Именно эти сигналы готовности и являются сигналами запроса на прерывание

Сигналы AWARD BIOS

Сигналов нет. Неисправен или не подключен к материнской плате блок питания.
Непрерывный сигнал. Неисправен блок питания.
1 короткий. Ошибок не обнаружено.
2 коротких. Обнаружены незначительные ошибки. На экране монитора появляется предложение войти в программу CMOS Setup Utility и исправить ситуацию. Проверьте надежность крепления шлейфов в разъемах жесткого диска и материнской платы.
3 длинных. Ошибка контроллера клавиатуры. Перегрузите компьютер.
1 длинный+1 короткий. Проблемы с оперативной памятью.
1 длинный+2 коротких. Проблема с видеокартой -- наиболее часто встречающаяся неисправность. Рекомендуется вытащить плату и заново вставить. Также проверьте подключение монитора.
1 длинный+3 коротких. Возникла ошибка инициализации клавиатуры. Проверьте качество соединения последней с разъемом на материнской плате.
1 длинный+9 коротких. Возникла ошибка при чтении данных из микросхемы постоянной памяти. Перегрузите компьютер или перепрошейте содержимое микросхемы.
1 длинный повторяющийся. Неправильная установка модулей памяти.
1 короткий повторяющийся. Проблемы с блоком питания. Попробуйте убрать накопившуюся в нем пыль.

Доступ к памяти

§ DMA - доступ к памяти, в этом режиме основной памятью считается встроенная видеопамять на карте, текстуры копируются туда перед использованием из системной памяти компьютера. Этот режим работы не был новым, по тому же принципу работают звуковые карты, некоторые контроллеры и т. п.

§ DME - в этом режиме основная и видеопамять находятся как бы в общем адресном пространстве. Общее пространство эмулируется с помощью таблицы отображения адресов блоками по 4 Кб. Таким образом копировать данные из основной памяти в видеопамять уже не требуется, этот процесс называют AGP-текстурированием.

Очередь запросов:

Передача данных из основной памяти в видеопамять карты осуществляется в два этапа, сначала передаётся 64-битный адрес, откуда данные нужно считать, затем идут сами данные. Шина AGP предусматривает два варианта передачи:

§ первый - совместим с шиной PCI - запросы данных и адреса происходят по одному каналу;

§ второй - в режиме SBA (SideBand Addressing), по отдельной боковой шине, таким образом, можно посылать запросы на новые данные, не дожидаясь получения предыдущих.

Первое поколение

Ранние компьютерные шины были группой проводников, подключающей компьютерную память и периферию к процессору. Почти всегда для памяти и периферии использовались разные шины, с разным способом доступа, задержками, протоколами.

Одним из первых усовершенствований стало использование прерываний. До их внедрения компьютеры выполняли операции ввода-вывода в цикле ожидания готовности периферийного устройства. Это было бесполезной тратой времени для программ, которые могли делать другие задачи. Также, если программа пыталась выполнить другие задачи, она могла проверить состояние устройства слишком поздно и потерять данные. Поэтому инженеры дали возможность периферии прерывать процессор. Прерывания имели приоритет, так как процессор может выполнять только код для одного прерывания в один момент времени, а также некоторые устройства требовали меньших задержек, чем другие.

Некоторое время спустя компьютеры стали распределять память между процессорами. На них доступ к шине также получил приоритеты.

Классический и простой способ обеспечить приоритеты прерываний или доступа к шине заключался в цепном подключении устройств.

Второе поколение

Компьютерные шины «второго поколения», например NuBus

Решали некоторые из вышеперечисленных проблем. Они обычно разделяли компьютер на две «части», процессор и память в одной и различные устройства в другой. Между частями устанавливался специальный контроллер шин (bus controller ). Такая архитектура позволила увеличивать скорость процессора без влияния на шину, разгрузить процессор от задач управления шиной. При помощи контроллера устройства на шине могли взаимодействовать друг с другом без вмешательства центрального процессора. Новые шины имели лучшую производительность, но также требовали более сложных карт расширения. Проблемы скорости часто решались увеличением разрядности шины данных, с 8-ми битных шин первого поколения до 16 или 32-х битных шин во втором поколении. Также появилась программная настройка устройств для упрощения подключения новых устройств, ныне стандартизованная как Plug-n-play.

Однако новые шины, так же как и предыдущее поколение, требовали одинаковых скоростей от устройств на одной шине. Процессор и память теперь были изолированы на собственной шине и их скорость росла быстрее, чем скорость периферийной шины. В результате, шины были слишком медленны для новых систем и машины страдали от нехватки данных.

Третье поколение

Шины «третьего поколения» обычно позволяют использовать как большие скорости, необходимые для памяти, видеокарт и межпроцессорного взаимодействия, так и небольшие при работе с медленными устройствами, например, приводами дисков. Также они стремятся к большей гибкости в терминах физических подключений, позволяя использовать себя и как внутренние и как внешние шины, например для объединения компьютеров. Это приводит к сложным проблемам при удовлетворении различных требований, так что большая часть работ по данным шинам связана с программным обеспечением, а не с самой аппаратурой. В общем, шины третьего поколения больше похожи на компьютерные сети, чем на изначальные идеи шин, с большими накладными расходами, чем у ранних систем. Также они позволяют использовать шину нескольким устройствам одновременно.

Прерывание (англ. interrupt ) - сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.

В зависимости от источника возникновения сигнала прерывания делятся на:

§ асинхронные или внешние (аппаратные) - события, которые исходят от внешних источников (например, периферийных устройств) и могут произойти в любой произвольный момент: сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя, нажатие клавиш клавиатуры, движение мыши. Факт возникновения в системе такого прерывания трактуется как запрос на прерывание

§ синхронные или внутренние - события в самом процессоре как результат нарушения каких-то условий при исполнении машинного кода: деление на ноль или переполнение, обращение к недопустимым адресам или недопустимый код операции;

§ программные (частный случай внутреннего прерывания) - инициируются исполнением специальной инструкции в коде программы. Программные прерывания как правило используются для обращения к функциям встроенного программного обеспечения (firmware), драйверов и операционной системы.

Термин «ловушка» (англ. trap ) иногда используется как синоним термина «прерывание» или «внутреннее прерывание». Как правило, словоупотребление устанавливается в документации производителя конкретной архитектуры процессора.

В зависимости от возможности запрета внешние прерывания делятся на:

§ маскируемые - прерывания, которые можно запрещать установкой соответствующих битов в регистре маскирования прерываний (в x86-процессорах - сбросом флага IF в регистре флагов);

§ немаскируемые (англ. Non maskable interrupt, NMI ) - обрабатываются всегда, независимо от запретов на другие прерывания. К примеру, такое прерывание может быть вызвано сбоем в микросхеме памяти.

Обработчики прерываний обычно пишутся таким образом, чтобы время их обработки было как можно меньшим, поскольку во время их работы могут не обрабатываться другие прерывания, а если их будет много (особенно от одного источника), то они могут теряться.

До окончания обработки прерывания обычно устанавливается запрет на обработку этого типа прерывания, чтобы процессор не входил в цикл обработки одного прерывания. Приоритезация означает, что все источники прерываний делятся на классы и каждому классу назначается свой уровень приоритета запроса на прерывание. Приоритеты могут обслуживаться как относительные и абсолютные.

§ Относительное обслуживание прерываний означает, что если во время обработки прерывания поступает более приоритетное прерывание, то это прерывание будет обработано только после завершения текущей процедуры обработки прерывания.

§ Абсолютное обслуживание прерываний означает, что если во время обработки прерывания поступает более приоритетное прерывание, то текущая процедура обработки прерывания вытесняется, и процессор начинает выполнять обработку вновь поступившего более приоритетного прерывания. После завершения этой процедуры процессор возвращается к выполнению вытесненной процедуры обработки прерывания.

Программное прерывание - синхронное прерывание, которое может осуществить программа с помощью специальной инструкции.

SCSI - представляет собой набор стандартов для физического подключения и передачи данных между компьютерами и периферийными устройствами. SCSI стандарты определяют команды, протоколы и электрические и оптические интерфейсы. Разработан для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жёсткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы CD, DVD, стримеры, сканеры, принтеры и т. д.

SCSI широко применяется на серверах, высокопроизводительных рабочих станциях; RAID-массивы на серверах часто строятся на жёстких дисках со SCSI-интерфейсом (однако, в серверах нижнего ценового диапазона всё чаще применяются RAID-массивы на основе SATA). В настоящее время устройства на шине SAS постепенно вытесняют устаревшую шину SCSI.

Система команд SCSI на уровне программного обеспечения употребляется в единых стеках поддержки устройств хранения данных в ряде операционных систем, таких, как Microsoft Windows.

Существует реализация системы команд SCSI поверх оборудования (контроллеров и кабелей) IDE/ATA/SATA, называемая ATAPI - ATA Packet Interface. Все используемые в компьютерной технике подключаемые по IDE/ATA/SATA приводы CD/DVD/Blu-Ray используют эту технологию.

Также система команд SCSI реализована поверх протокола USB, что является частью спецификации класса Mass Storage device. Это позволяет подключать через интерфейс USB любые хранилища данных (от флеш-накопителей до внешних жёстких дисков), не разрабатывая для них собственного протокола обмена, а вместо этого используя имеющийся в операционной системе драйвер SCSI.

В терминологии SCSI взаимодействие идёт между инициатором и целевым устройством. Инициатор посылает команду целевому устройству, которое затем отправляет ответ инициатору.

Команды SCSI посылаются в виде блоков описания команды (англ. Command Descriptor Block, CDB ). Длина каждого блока может составлять 6, 10, 12, 16 или 32 байта. В последних версиях SCSI блок может иметь переменную длину. Блок состоит из однобайтового кода команды и параметров команды.

После получения команды целевое устройство возвращает значение 00h в случае успешного получения, 02h в случае ошибки или 08h в случае, если устройство занято. В случае, если устройство вернуло ошибку, инициатор обычно посылает команду запроса состояния. Устройство возвращает Key Code Qualifier (KCQ).

Все команды SCSI делятся на четыре категории: N (non-data), W (запись данных от инициатора целевым устройством), R (чтение данных) и B (двусторонний обмен данными). Всего существует порядка 60 различных команд SCSI, из которых наиболее часто используются:

§ Test unit ready - проверка готовности устройства, в том числе наличия диска в дисководе.

§ Inquiry - запрос основных характеристик устройства.

§ Send diagnostic - указание устройству провести самодиагностику и вернуть результат.

§ Request sense - возвращает код ошибки предыдущей команды.

§ Read capacity - возвращает ёмкость устройства.

§ Read (4 варианта) - чтение.

§ Write (4 варианта) - запись.

§ Write and verify - запись и проверка.

§ Mode select - установка параметров устройства.

§ Mode sense - возвращает текущие параметры устройства.

Каждое устройство на SCSI-шине имеет как минимум один номер логического устройства (LUN - англ. Logical Unit Number ). В некоторых более сложных случаях одно физическое устройство может представляться набором LUN.

Для возможности работы нескольких независимых целевых устройств SCSI, в UNIX-подобных операционных системах применяется адресация из произвольно назначаемого драйвером идентификатора целевого устройства (SCSI target id) и номера LUN, сконфигурированного на нём.

Для устройств типа приводов CD/DVD/Blu-Ray, в том числе их разновидностей с возможностью записи, разработан MMC - Multimedia Command Set. Некоторые приводы, например, производства Asus и Pioneer, используют конкурирующий стандарт Mt. Fuji, отличающийся от MMC в некоторых нюансах.

История развития процессоров

История развития производства процессоров полностью соответствует истории развития технологии производства прочих электронных компонентов и схем.

Первым этапом, затронувшим период с 40-х по конец 50-х годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляли процессор. Отличительной особенностью была низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.

Вторым этапом, с середины 50-х до середины 60-х, стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платам, устанавливаемым в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление.

Третьим этапом, наступившим в середине 60-х годов, стало использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие простые транзисторные и резисторные сборки, затем по мере развития технологии стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники (сначала элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы - элементарные регистры, счётчики, сумматоры), позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора - микропрограммное устройство, арифметико-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.

Четвёртым этапом, в начале 70-х годов, стало создание, благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем, соответственно), микропроцессора - микросхемы, на кристалле которой физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-х разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач (например суперкомпьютеры или процессоры для решения ряда военных задач), либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начинают изготавливаться в формате микропроцессора. Сейчас слова микропроцессор и процессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные (большие) и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё по крайней мере 10-15 лет, и только в начале 1980-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев. Тем не менее, центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы, построенные на основе микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции. Надо сказать, что переход к микропроцессорам позволил потом создать персональные компьютеры, которые теперь проникли почти в каждый дом.

Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004, представленный 15 ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 92,6 кГц и стоил 300 долл.
Далее его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен дешевый 8088, упрощенная версия 8086, с 8-разрядной шиной памяти. Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти. Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели. Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.

За годы существования микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур. Многие из них (в дополненном и усовершенствованном виде) используются и поныне. Например Intel x86, развившаяся вначале в 32-битную IA-32, а позже в 64-битную x86-64 (которая у Intel называется EM64T). Процессоры архитектуры x86 вначале использовались только в персональных компьютерах компании IBM (IBM PC), но в настоящее время всё более активно используются во всех областях компьютерной индустрии, от суперкомпьютеров до встраиваемых решений. Также можно перечислить такие архитектуры как Alpha, POWER, SPARC, PA-RISC, MIPS (RISC-архитектуры) и IA-64 (EPIC-архитектура).

В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см), вставляющегося в ZIF-сокет. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов.

Процессор громоздких компьютеров середины XX века, основанный на механических реле, затем на электронных лампах, а потом на транзисторах, представлял собой целый шкаф (а то и не один), набитый электроникой. Каждое такое устройство было ненадежным, сложным и дорогим и потребляло огромное количество электроэнергии.

КОНСТРУКТОР ДЛЯ ЭНТУЗИАСТА

Первый ПК был разработан в 1974 году студентом Джонатаном Титусом. Дебютировавший на обложке журнала «Радиоэлектроника» компьютер Титуса, названный автором «Модель 8» (Mark 8), представлял собой проект для любителей­самодельщиков и распространялся в виде буклета, в котором были подробно расписаны конструкция и электрическая схема чудо­аппарата. Сам изобретатель попытался заработать на продаже набора печатных плат для всех желающих собрать собственный компьютер. Прочие компоненты, включая процессор Intel 8008, предлагалось приобретать в магазине.

Конечно, такой продукт не мог рассчитывать на коммерческий успех. Тем не менее он создал совершенно новую, доселе невиданную отрасль – полноценные компьютеры, доступные широкому кругу частных лиц.

Лишь при появлении полупроводниковых интегральных схем удалось объединить все компоненты, отвечающие за вычисления, в одном компактном чипе. Преимущества такого подхода разработчики осознали отнюдь не сразу, еще долго процессоры выпускались в виде целого набора микросхем.

В 1969 году японская компания Busicom заказала у корпорации Intel комплект из дюжины микросхем для своего нового настольного калькулятора. Один из разработчиков Intel предложил объединить часть их в микросхему, сочетающую в себе все необходимые функции. Руководство обеих фирм приняло новую идею благосклонно, так как она сулила немалую экономическую выгоду.

Дело в том, что стоимость производства слабо коррелирует со сложностью микросхемы, и двенадцать простых (то есть маленьких) чипов обойдутся гораздо дороже, нежели четыре больших, до которых сократился комплект для калькулятора Busicom. Причем основную, «вычислительную» микросхему, названную процессором, нетрудно сделать универсальной и применять в самых разных устройствах, где требуется выполнять какие-либо вычисления.

Именно этот чип, выпущенный в 1971 году под маркой Intel 4004, стал первым коммерческим однокристальным микропроцессором. Он работал с 4-разрядными двоичными числами и выполнял 60 тысяч операций в секунду. Правда, до персональных компьютеров Intel 4004 так и не добрался – в те годы такая концепция попросту отсутствовала.

Процессор для народа

Следующий процессор, Intel 8008, был 8-разрядным, умел адресовать до 16 кб памяти, состоял из 3,5 тысяч транзисторов и работал на тактовой частоте от 500 до 800 кГц. Именно он сделал возможным появление недорогого компактного компьютера, впоследствии названного персональным.

Отметим, что Intel 8008 имел мало общего с Intel 4004. Архитектуру и набор инструкций разрабатывал заказчик (компания Computer Terminal Corporation, CTC), причем исходя из его будущего применения в терминалах для «больших» компьютеров. Из-за срыва сроков поставки и недостаточной мощности процессора CTC отказалась от заказа. Стремясь хоть как-то компенсировать затраты на разработку, Intel выпустила свой продукт в широкую продажу. Мало кто ожидал, что частные умельцы не только оценят по достоинству недорогой процессор, но и смогут создать на его основе самые настоящие самодельные компьютеры. CTC же построила свой терминал по старинке, с применением комплекта специализированных микросхем.

Появление первых персональных компьютеров заставило специалистов Intel задуматься о перспективах микропроцессоров. Intel 8008 был тепло принят маленькими радиоэлектронными компаниями, разрабатывающими калькуляторы и специализированные цифровые устройства. Но «модель 8» и подобные ей показали, что у «легких» процессоров может быть и другое применение. Сделав ставку на призрачную пока новую отрасль, компания Intel пошла на риск – в 1974 году был выпущен новый процессор Intel 8080, более чем в десять раз превосходивший 8008 по производительности. Достигнуто это было как увеличением тактовой частоты до 2 МГц, так и более совершенной архитектурой, потребовавшей уже 6 тысяч транзисторов. Шина памяти была доведена до 16 разрядов, благодаря чему 8080 мог адресовать до 64 кб памяти, а система команд была значительно расширена по сравнению с Intel 8008.

ТЕМ ВРЕМЕНЕМ В СССР…

До конца 60­х годов XX века советская вычислительная техника развивалась быстрыми темпами. Множество НИИ разрабатывали ЭВМ самых разных типов, не уступавших лучшим западным образцам. Все это богатейшее хозяйство было совершенно несовместимо друг с другом, да такой задачи разработчикам и не ставилось.

Тем не менее ближе к 70­м годам руководство страны приняло решение унифицировать выпускаемую электронно­вычислительную технику и ввести аппаратную и программную совместимость между ЭВМ различного применения. Новая концепция получила название «Единое Семейство» (ЕС ЭВМ), причем за основу были взяты не отечественные разработки, а архитектура IBM 360. Чуть позже, в середине 70­х, для мини­ и микро­ЭВМ приняли архитектуру PDP­11 американской компании DEC.

Для отрасли это имело катастрофические последствия. Все многолетние наработки были выброшены на свалку. Отныне уделом разработчиков ЭВМ стало копирование западных образцов и освоение импортных технологий.

После отмирания PDP­11 советская промышленность перешла на копирование процессоров Intel и Zilog. Так, все персональные компьютеры 80­х годов, такие как «Радио 86РК», «Микроша», «Вектор­06Ц», «Корвет», «СМ­1800» и т.д., были построены на отечественных аналогах Intel 8080, а чуть позже большую популярность получили клоны ZX Spectrum, построенные на микросхемах КР1858ВМ1 и КР1858ВМ3, неотличимых от Zilog Z80.

Вынужденное следование «в хвосте» привело к неизбежному отставанию электронной промышленности Советского Союза от западных компаний. Постепенно отставание накапливалось и к 1991 году составляло уже около десятка лет.

Для калькуляторов новинка была дороговата, в розницу 8080 продавался за $360, но для применения в компьютерах цена была довольно приемлемой.

Хитрость таилась в скидках. При партиях от тысячи штук цена Intel 8080 составляла уже не $360, а $75. Этим и воспользовалась «калькуляторная» компания MITS, заключив OEM-контракт с Intel и выпустив персональный компьютер Altair-8800. Компьютер стоил всего $397 (что было совсем недалеко от розничной цены одного только процессора), при этом он поставлялся собранным и готовым к работе. Бешеный успех «Альтаира» положил начало буму персональных компьютеров, что заставило многие электронные компании начать разработку и выпуск собственных универсальных микропроцессоров.

Волна восьмиразрядных

Если разработка процессоров для мэйнфреймов была по плечу только крупным корпорациям, таким как Intel и Hewlett-Packard, то сконструировать и выпустить микропроцессор для ПК могла практически любая маломальски серьезная электронная компания. Перечислим самые известные чипы, появившиеся на волне успеха Intel 8080.

Motorola MC6800, 1974 год. Вышедший вскоре после Intel 8080 MC6800 предлагал несколько большую производительность примерно за те же деньги. Главными преимуществами процессора считались: питание всего по одной линии 5 В (вместо трех у большинства конкурентов), способность оперировать 16-битными числами и более солидное происхождение – архитектура MC6800 была прямым наследником архитектуры процессора компьютера DEC PDP-11.

Ключевой ошибкой Motorola стало уравнивание отпускной цены с главным конкурентом – Intel 8080. Большинство потенциальных заказчиков отказались переходить на совершенно новый процессор, не имевший, в отличие от процессоров Intel, наработанного парка ПО, без существенного экономического выигрыша. В результате Motorola MC6800 практически не получил применения в ПК (кроме собственного компьютера Motorola EXORciser) и использовался в основном как контроллер периферийных устройств, хотя какое-то время выпускался Altair 680 – аналог Altair 8800, но на другом процессоре.

Motorola MC6800 состоял из 4,5 тыс. транзисторов, работал на тактовой частоте от 1 до 2 МГц и адресовал до 64 кб памяти. Для применения в качестве микроконтроллера в последующие годы было разработано несколько вариаций процессора, оснащенных собственной памятью и тактовым генератором.

В середине 70-х годов США пережили кризис полупроводниковой индустрии, и микропроцессорный бум не оказал на это заметного влияния – слишком уж малы были объемы продаваемых персональных компьютеров. Многие электронные компании были вынуждены сократить штат. Так, Motorola покинуло 4,5 тысяч сотрудников, в том числе инженеры, разрабатывавшие MC6800.

MOS Technology 6502, 1975 год. Уволенная команда разработчиков Motorola MC6800 вскоре затеяла собственный проект, которым стала компания MOS Technology. Первым продуктом был MOS Technology 6501, электрически совместимый с 6800, что позволяло устанавливать его на ту же системную плату, что и мотороловский процессор. Получив вполне ожидаемый судебный иск от Motorola, MOS Technology была вынуждена спешно устранить скандальную совместимость. Так родился 6502, для популяризации которого был специально спроектирован компьютер KIM-1.

Главным преимуществом новинки была ее стоимость. Притом что в 1975 году Intel 8080 продавался в розницу за $179, MOS Technology 6502 стоил всего $25. Для небогатых одиночек – первопроходцев отрасли персональных компьютеров – это было как манна небесная. Несмотря на непререкаемый авторитет Intel 8080, процессор 6502 получил применение во многих ПК тех лет, включая неудачный Apple I и хитовый Apple II, давший путевку в жизнь фруктовой компании двух Стивов.

Как и все микропроцессоры того периода, 6502 был 8-разрядным и работал с 16-разрядной адресной шиной, что позволяло адресовать до 64 кб памяти. Тактовая частота была невысокой даже для тех лет – от 1 до 2 МГц, но благодаря продуманной архитектуре, во многом близкой к более поздним RISC-процессорам, 6502 работал наравне с более высокочастотными конкурентами.

НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ТЕРМИНАТОР

В знаменитом фантастическом боевике «Терминатор» в те моменты, когда камера смотрит глазами главного героя – робота, на экране мелькают строчки какого­то ассемблерного кода. Дотошным фанатам фильма удалось установить источник – это оказалась программа для компьютеров семейства Apple II, основанных на 2­мегагерцевом процессоре MOS Technology 6502. Судя по всему, ресурсы Скайнет к 2029 году основательно истощились, вследствие чего враждебный к людям искусственный интеллект был вынужден строить роботов на основе антикварных процессоров, выпущенных за полвека до того…

Zilog Z80, 1976 год. Созданный бывшими сотрудниками Intel, 8-разрядный процессор основывался на архитектуре Intel 8080 и имел совместимую с ним систему команд. Благодаря этому часть программ, разработанных для интеловского процессора, работала на Z80 без изменений, что послужило залогом успеха – продукт Zilog был гораздо дешевле интеловского. Кроме того, Z80 требовал менее сложной обвязки, всего одну линию питания; также сыграло свою роль то, что компания Zilog свободно продавала лицензии на его выпуск.

Изначально работавший на тактовой частоте 2,5 МГц Z80 был впоследствии разогнан до 20 МГц. Процессор содержал 8,5 тыс. транзисторов и имел расширенный набор регистров, за счет чего при использовании в качестве микроконтроллера мог обходиться без оперативной памяти.

Отечественному читателю процессор может быть знаком по популярному в нашей стране в 90-е годы компьютеру ZX Spectrum. Кроме того, он широко использовался до последнего времени в качестве процессора для игровых приставок и игровых автоматов, в качестве микроконтроллера в электронных игрушках, автоматических определителях номера, пультах ДУ и даже в устройствах, предназначенных для военного применения.

Поколение 1979

Флагманом следующего технологического прорыва опять-таки стала Intel. Новейший 16-разрядный процессор Intel 8086 призван был наголову разгромить MOS Technology и Zilog. Новинка основывалась на усовершенствованной архитектуре и имела новую систему команд, не полностью совместимую с 8080. Размер шины адреса был увеличен с 16 до 20 разрядов, что позволяло адресовать до 1 Мб памяти. Шина данных была 16-разрядной, но делила одни и те же физические линии с шиной адреса, что позволило упростить число контактов процессора, но снизило производительность.

Новый процессор оказался почти в десять раз мощнее Intel 8080. Тем не менее успеха 8086 не имел. Увлекшись технологическим усовершенствованием, разработчики упустили из вида экономическую эффективность. 16-разрядная шина данных требовала использования дорогих 16-разрядных микросхем при построении системных плат для процессора. Это резко увеличивало себестоимость ПК на 8086, потому лишь несколько производителей рискнуло выпустить компьютеры на новом чипе, но заметного успеха они не добились. Intel 8086 задал новую планку производительности, послужил фундаментом для огромного семейства x86. Именно его потомки впоследствии целиком и полностью заняли весь рынок микропроцессоров для персональных компьютеров.

По пути, проложенному 8086, пошли его более успешные потомки и конкуренты.

Intel 8088, 1979 год. Своеобразная работа над ошибками, выполненная Intel, получила признание заказчиков. Этот процессор был аналогом 8086, но имел важное отличие: 8-разрядную шину данных. Таким образом, он стал связующим звеном между 8- и 16-разрядными процессорами.

Intel 8088 содержал 29 тысяч транзисторов, работал на тактовых частотах от 5 до 10 МГц, имел 20-разрядную шину адреса и 8-разрядную шину данных. Именно этот процессор лег в основу легендарного IBM PC. Множество компаний выпускали свои аналоги этого популярного процессора: NEC, Siemens, AMD и даже советские заводы освоили производство клонов 8088, на основе которых собирались ПЭВМ «Поиск», «Агат-П», «Искра-1030».

ДРУЗЬЯ МАТЕМАТИКА

Ранние микропроцессоры умели работать лишь с целыми числами. Естественно, для них не было ничего сложного и в вычислении дробей, программе надо было только представить дробные числа в виде нескольких целых и выполнить обратное преобразование после вычислений. Большинству пользователей этого было достаточно. Но многие программные пакеты для научных расчетов, работы с графикой и звуком производят огромное количество вычислений с числами с плавающей точкой (то есть с дробями). Постоянные преобразования из дробных в целые и обратно требуют выполнения многих «лишних» команд, в результате чего производительность резко падает.

При этом усложнять архитектуру процессора ради дробных чисел было расточительно: не каждый заплатит в полтора раза больше за ускорение научных расчетов. Потому практически все производители выпускали дополнительные процессоры, берущие на себя расчеты с дробными числами. Такие чипы называли математическими сопроцессорами, и продавались они отдельно от основных процессоров. Более того, докупить и установить сопроцессор пользователь мог и потом, после покупки ПК. Также можно было запросто комбинировать процессор одной фирмы с сопроцессором другой, лишь бы семейство совпадало. Впоследствии Intel начала выпускать процессоры с интегрированным сопроцессором, а начиная с Intel Pentium чипы получили встроенные возможности для работы с числами с плавающей точкой.

Motorola MC68000, 1979 год. Являвшийся на тот момент самым мощным и универсальным 16-разрядным процессором, он был прямым наследником «динозавра» PDP-11. Его разработчики не шли ни на какие компромиссы: 24-разрядная шина памяти (позволявшая адресовать до 64 Мб памяти), 16-разрядная шина данных, 32-битные регистры, тактовая частота от 8 до 16 МГц. В отличие от Intel 8086 инженеры Motorola не стали мультиплексировать шины данных и адреса, ввиду чего пришлось оснастить процессор 64 ножками.

Излишне говорить, что новинка была дорогой и требовала дорогих микросхем системной логики. Тем не менее высочайшая по тем временам производительность, удобная система команд, наличие встроенных средств отладки склонили многих заказчиков в пользу продукта Motorola: так, Apple выбрала MC68000 в качестве процессора для нового ПК, названного Apple Macintosh, также их применяли Commodore и Atari.

Zilog Z8000, 1979 год. Воодушевленная успехом Z80, Zilog выпустила новый, весьма претенциозный процессор. Подобно Intel 8086, Z8000 работал с 16-разрядной шиной данных, мультиплексированной c шиной адреса, ширина которой составляла от 16 до 23 разрядов. Работал процессор на частотах от 4 до 20 МГц, имел 16-битные регистры, которые можно было объединять попарно для работы с 32-битными числами.

Увы, Zilog допустила фатальную ошибку – Z8000 не был совместим с Z80 ни аппаратно, ни программно. Прямой конкурент, Intel 8088, был такого недостатка лишен. И если из-за ве сомого авторитета Motorola заказчики были готовы сменить парк ПО при переходе с MC6800 на MC68000, то Zilog была новичком в полупроводниковой индустрии.

Новые процессоры никто не хотел покупать. Благодаря встроенным средствам разделения процессорных ресурсов (так, операционная система и приложение работали с разными режимами процессора) Z8000 получил некоторое распространение в мини-серверах, работавших под управлением ОС UNIX. На этом его успехи и закончились. По иронии судьбы простенький Z80 надолго пережил своего потомка.

Чемпион на пьедестале

Intel 80286 практически уничтожил конкуренцию архитектур на рынке процессоров персональных компьютеров. Отныне Motorola выпускала процессоры для Apple, все же остальные производители компьютеров перешли на х86. Что же произошло?

Вышедший на рынок в 1982 году Intel 80286 имел важнейшую особенность. Будучи в пять раз быстрее 8086 и умея работать с многократно большим объемом памяти, новый процессор остался полностью программно совместимым с предыдущими моделями. Ни один из конкурентов такого весомого преимущества не имел. Покупая компьютер на основе Intel 80286, пользователь мог не менять ПО, стоимость которого, как известно, может превышать стоимость самого ПК в несколько раз. Как же это было достигнуто?

Очень просто. Инженеры Intel применили не слишком изящный, зато действенный способ: ввели новый режим работы процессора. При включении компьютера Intel 80286 запускался в базовом режиме, названном реальным. Для программ процессор 80286 в реальном режиме ничем не отличался от 8086, кроме производительности. Те же программы, которые нуждались в объеме оперативной памяти большем, чем 1 Мб, и многозадачности, переключали процессор в защищенный режим. В этом режиме 80286 мог адресовать уже до 16 Мб и обеспечивал одновременную работу нескольких приложений. Ради совместимости такой «костыль» присутствует в процессорах семейства x86 до сих пор.

Войны клонов

Дальновидная корпорация Intel не стремилась ограничивать доступ конкурирующих компаний к своим наработкам. Стремясь обеспечить доминирование архитектуры x86 на рынке, она подписывала лицензионные соглашения буквально со всеми желающими. Многие компании, не имея возможности разработать свой чип с нуля и продвинуть его на рынок, модернизировали процессоры х86 и выпускали под собственной маркой. Такие процессоры были зачастую быстрее и дешевле оригинала от Intel, ввиду чего получили большую популярность в сегменте домашних.

Основные производители х86-совместимых процессоров

Cyrix. В отличие от большинства копировщиков Cyrix всегда разрабатывала выпускаемые x86-процессоры самостоятельно, старательно создавая аналоги технологий Intel. Основанная в 1988 году компания Cyrix ориентировалась на выпуск математических сопроцессоров для Intel 80286 и 80386. Первых успехов компания добилась уже в 1989 году: ее FastMath 83D87, предназначенный для использования совместно с Intel 80386, обгонял аналог от Intel на 50%.

ПРОЦЕССОР ДЛЯ ЭКОНОМНЫХ

Конкуренция с AMD и Cyrix вынудила Intel принять меры для удержания за собой бюджетного сегмента рынка процессоров. Снижать цены было бы неразумно – на плечах Intel и так лежали расходы на совершенствование процессоров, конкуренты же шли проторенным путем. Было принято простое решение – выпуск «урезаных» версий популярных процессоров, названных Intel Celeron.

Первенец, выпущенный в 1998 году, основывался на ядре Pentium II без кэш­памяти L2. Эффект был вполне ожидаем, по производительности в большинстве приложений Celeron не мог конкурировать со «старшим братом», но при этом имел ту же архитектуру и поддерживал все новые технологии. Это и требовалось, чтобы насытить бюджетный сегмент рынка, не снижая цены на основные модели.

Первые «селероны» были восприняты настороженно: полное отсутствие кэша L2 слишком сильно било по производительности, что ставило новый процессор на ступеньку ниже, чем даже Pentium MMX. Intel учла критику и исправила свою ошибку в последующих моделях, оснащая их лишь меньшим объемом кэша L2, чем у Pentium. Эти усовершенствованные Celeron по­прежнему уступали Pentium в большинстве приложений, но уже не так сильно, а в играх и вовсе отставание было незаметно. После «развода» Intel и AMD последняя повторила этот трюк, выпустив Duron, урезаный аналог Athlon, правда, со значительно меньшим успехом.

Три года спустя Cyrix представила собственные центральные процессоры – 486SLC и 486DLC. Любопытно, что эти процессоры устанавливались в гнезда не для Intel 80486, а для 80386. Название символизировало то, что производительность новинок вплотную подбирается к мощности новейших 80486. Они имели успех у пользователей, желающих модернизировать свои старые компьютеры на Intel 80386. Впоследствии был выпущен Cx5x86, предназначенный для апгрейда с 80486 до уровня Pentium.

Впервые ЦП от Cyrix обогнал интеловский аналог лишь в 1995 году. Cyrix 6x86 работал на более низкой тактовой частоте, чем Intel Pentium, но в целом был эффективнее. Уступал он Pentium лишь в операциях с числами с плавающей точкой, вследствие чего меньше подходил для новейших игр с трехмерной графикой.

Увы, ввиду все усложнявшейся разработки более мощных процессоров, наметившееся лидирование Cyix сошло на нет в конце 90-х, и компания превратилась в производителя «лоу-энд» чипов. Впоследствии Cyrix была приобретена тайваньским производителем чипсетов VIA Technologies.

IDT. Не все производители х86-совместимых процессоров придерживались интеловской архитектуры. В 1997 году компания IDT выпустила процессор WinChip (IDT-C6), соответствовавший Intel Pentium. Изначально нацеленный на нижний сегмент рынка, WinChip отличался низкой себестоимостью производства, скромными энергопотреблением и тепловыделением. Достигнуто это было весьма изощренным способом: WinChip имел RISC-архитектуру и упрощенный набор команд и при помощи специального блока транслировал команды x86 в собственные команды. Естественно, такой подход обусловил откровенно позорную производительность.

ПЯТОЕ ПОКОЛЕНИЕ

В марте 1993 года Intel продемонстрировала процессор нового поколения P5. Вопреки ожиданиям, новинка обрела не традиционное обозначение 586, а более звучную марку Pentium. Архитектура x86 была кардинально переработана: процессор получил возможность выполнять две команды одновременно, механизм предсказания адреса перехода и радикально переработанный механизм кэширования данных. Кроме того, шина данных стала 64­разрядной, что вдвое повысило ее пропускную способность по сравнению с Intel 80486.

Первые модели Intel Pentium, работавшие на тактовых частотах 60 и 66 МГц, громкого успеха не получили. Мало того что они требовали замены системной платы из­за нового процессорного гнезда Socket 4, так еще и работали заметно медленнее топовых моделей 80486. Оптимизированных под новую архитектуру программ еще не было, а старые не могли использовать все преимущества P5.

AMD. Американская компания Advanced Micro Devices начала выпуск микропроцессоров еще в 1974 году. Первый продукт, AMD 9080, был полным клоном процессора Intel 8080, причем параллельно с ним выпускался собственный, ни с чем не совместимый 4-разрядный комплект микросхем Am2900, использовавшийся в разнообразных цифровых устройствах.

Продолжая производить клоны по лицензии Intel, AMD долгое время поддерживали свое семейство 32-разрядных RISC-процессоров Am29000, широко использовавшихся в лазерных принтерах. В 1995 году компания прекратила разработку Am29000 и перебросила освободившихся инженеров на x86-проекты. Вскоре это дало плоды, AMD начала уходить от копирования интеловских процессоров. Уже в следующем году был выпущен процессор AMD K5, имевший производительность большую, чем Intel Pentium, за счет четырехконвейерной архитектуры, позволявшей выполнять до четырех команд одновременно, причем новой технологии поддержка со стороны ПО не требовалась. Зато желательна была оптимизация программ под K5, за счет чего производительность повышалась на 30%.

В данный момент маятник качнулся в сторону Intel. Выпустив крайне удачный Intel Core второго поколения, компания стремительно увеличивает свою долю десктопного рынка, в то время как обещанный AMD Bulldozer задерживается. Вернет ли AMD позиции и сможет хотя бы немного потеснить Intel? Время покажет.

Сегодня уже никто не удивится тому факту, что любимая семейная фотография, хранимая и оберегаемая от коварных неожиданностей в виде, например, воды от незадачливых соседей с верхнего этажа, забывших закрыть кран, может представлять собой какой-то непонятный набор цифр и, вместе с тем, оставаться семейной фотографией. Домашний компьютер стал столь же банальной вещью, что и «ящик» с голубым экраном. Не удивлюсь, если скоро домашний ПК будет приравниваться к бытовой электротехнике. Кстати, «двигатель прогресса», всем знакомая Intel, это нам и пророчит, продвигая идею цифрового дома.
Итак, персональный компьютер занял свою нишу во всех сферах жизни человека. Его появление и становление как неотъемлемого элемента уклада жизни уже стало историей. Когда мы говорим о ПК, то имеем в виду IBM PC-совместимые системы, и вполне справедливо. Мало кто из читателей вообще своими глазами видел не IBM PC-совместимую систему, тем более пользовался такой.

Все компьютеры IBM PC и совместимые с ними основываются на процессорах с архитектурой х86. Честно говоря, иногда мне кажется, что это не только процессорная архитектура, а архитектура всего ПК, вроде идеологии строения системы в целом. Сложно сказать, кто кого тянул за собой, то ли разработчики периферийного оборудования и конечных продуктов подстраивались под архитектуру х86, или, наоборот, они прямо или косвенно формировали пути развития х86 процессоров. История х86 — не ровная асфальтированная дорожка, а совокупность различных по «степени тяжести» и гениальности шагов разработчиков, сильно переплетающихся с экономическими факторами. Знание истории процессоров х86 вовсе не обязательно. Сравнивать процессор сегодняшней реальности с его давними предками попросту бессмысленно. Но чтобы отследить общие тенденции развития и попытаться сделать прогноз, экскурс в историческое прошлое архитектуры х86 необходим. Конечно, серьезный исторический труд может занять не один том, и претендовать на объективный и широкий охват темы бессмысленно. Поэтому вдаваться в перипетии «лайф-тайма» каждого поколения процессоров х86 не будем, а ограничимся важнейшими событиями во всей эпопее х86.

1968 год
Четверо сотрудников компании Fairchild Semiconductor: Боб Нойс, менеджер и изобретатель интегральной микросхемы в 1959 году, Гордон Мур, возглавлявший научные исследования и конструкторские разработки, Энди Гроув, специалист в области химических технологий, и Артур Рок, осуществлявший финансовую поддержку, основали фирму Intel. Это название образовано от Integral Electronic.

1969 год
Бывшим директором маркетингового отдела Fairchild Semiconductor Джерри Сандерсом и несколькими его единомышленниками была основана фирма AMD (Advanced Micro Devices), занявшаяся производством микроэлектронных устройств.

1971 год
При выполнении одного из заказов на микросхемы оперативной памяти сотрудник Intel Тед Хофф предложил создать универсальную «умную» ИМС. Разработку возглавил Федерико Феджин. В итоге родился первый микропроцессор Intel 4004.

1978 год
Весь период до этого — предыстория, хотя и неотрывная от случившихся далее событий. В этом году началась эра х86 — фирмой Intel был создан микропроцессор i8086, который имел частоты 4.77,8 и 10MHz. Смешные частоты? Да, это частоты современных калькуляторов, но с них все начиналось. Чип изготавливался по 3-мкм технологии и имел внутренний 16-битный дизайн и 16-битную шину. То есть появились 16-битная поддержка и, следовательно, 16-разрядные операционные системы и программы.
Чуть позже, в том же году, был разработан i8088, основным отличием которого являлась 8-разрядная внешняя шина данных, обеспечивавшая совместимость с 8-разрядной обвязкой и памятью, использовавшейся ранее. Также доводом в его пользу была совместимость с i8080/8085 и Z-80, относительно низкая цена. Как бы там ни было, но в качестве ЦП для своего первого ПК IBM выбрала i8088. С тех пор процессор Intel станет неотъемлемой частью персонального компьютера, а сам компьютер долго будут именовать IBM PC.

1982 год
Объявлен i80286. «Двести восемьдесят шестой» стал первым процессором х86, проникшим на советское и постсоветское пространство большим количеством. Тактовые частоты 6, 8, 10 и 12 МГц, производился по 1.5-мкм техпроцессу и содержал около 130000 транзисторов. Данный чип имел полную 16-битную поддержку. Впервые с появлением i80286 появилось такое понятие, как «защищенный режим», но тогда еще разработчики программного обеспечения не использовали его возможности в полной мере. Процессор мог адресовать более 1 Мб памяти, переключившись в защищенный режим, но назад вернуться можно было после полного перезапуска, а сегментированная организация доступа к памяти требовала значительных дополнительных усилий при написании программного кода. Из этого вытек тот факт, что i80286 использовался скорее как быстрый i8086.

Производительность чипа по сравнению с 8086 (а особенно по сравнению с i8088) увеличилась в несколько раз и достигала 2.6 миллионов операций в секунду. В те годы производители стали активно использовать открытую архитектуру IBM PC. Тогда же начался период клонирования процессоров архитектуры х86 от Intel сторонними производителями. То есть чип выпускался другими фирмами в виде точной копии. Intel 80286 стал основой новейшего по тем меркам ПК IBM PC/AT и его многочисленных клонов. Основными преимуществами нового процессора оказались повышенная производительность и дополнительные режимы адресации. И главное — совместимость с существующим программным обеспечением. Естественно, процессор был также лицензирован сторонними производителями…
В том же году фирма AMD заключает с Intel лицензионное соглашение и на его основе начинает производство клонов процессоров x86.

1985 год
В этом году произошло, наверное, самое значительное событие в истории процессоров с архитектурой х86 — компанией Intel был выпущен первый процессор i80386. Он стал, можно сказать, революционным: 32-разрядный многозадачный процессор с возможностью одновременного выполнения нескольких программ. В сущности, самые современные процессоры представляют собой ничто иное, как быстрые 386-е. Современное программное обеспечение использует ту же архитектуру 386, просто современные процессоры делают то же самое, только быстрее. Intel 386™ стал большим шагом вперед по сравнению с i8086 и i80286. В сущности, самые современные процессоры представляют собой ничто иное, как быстрые 386-е. Современное программное обеспечение использует ту же архитектуру 386, просто современные процессоры делают то же самое, только быстрее. Intel 386™ стал большим шагом вперед по сравнению с i8086 и i80286. Intel 386™ имел значительно улучшенную систему управления памятью по сравнению с i80286, а встроенные средства многозадачности позволили разработать операционную систему Microsoft Windows и OS/2.

В отличие от i80286 Intel 386™ мог свободно переключаться из защищенного режима в реальный и обратно и имел новый режим — виртуальный 8086. В этом режиме процессор мог выполнять несколько различных программных нитей одновременно, так как каждая из них выполнялась на изолированной «виртуальной» 86-й машине. В процессоре были введены дополнительные режимы адресации памяти с переменной длиной сегмента, что значительно упростило создание приложений. Процессор производился по 1-мкм технологическому процессу. Впервые процессор Intel был представлен несколькими моделями, которые образовали семейство 386-х. Здесь и начинается знаменитая маркетинговая игра компании Intel, позднее вылившаяся в разделение одного разработанного ядра на два торговых варианта, в некотором круге пользователей и специалистов называемое: «Pentium для богатых, Celeron для бедных». Хотя что здесь плохого — и волки сыты, и овцы целы.
Были выпущены следующие модели:

386DX с частотой 16, 20, 25 и 33 МГц имел 4 ГБ адресуемой памяти;
386SX с частотой 16, 20, 25 и 33 МГц в отличие от 386DX имел 16, а не 32-битную шину данных, и соответственно 16 Мб адресуемой памяти (подобным образом в свое время процессор i8088 был «создан» из i8086 за счет уменьшения разрядности внешней шины для обеспечения совместимости с имеющимися внешними устройствами);
386SL в октябре 1990 года — мобильная версия процессора Intel 386SX с частотой 20 и 25MHz.

1989 год
Корпорация Intel выпускает свой очередной процессор — Intel 486™ DX с частотой 25, 33 и 50 МГц. Intel 486 ™ DX стал первым процессором в семействе 486 и имел значительный (более чем в 2 раза при той же частоте) прирост производительности по сравнению с семейством 386. У него появился кэш первого уровня объемом 8 Кб, интегрированный в чип, а максимальный размер L2-кэша увеличился до 512 Kb. В i486DX был интегрирован блок вычислений с плавающей точкой (FPU — Floating Point Unit), который раньше выполнялся в виде внешнего математического сопроцессора, устанавливаемого на системную плату. Кроме того, это первый процессор, ядро которого содержало пятиступенчатый конвейер. Таким образом, команда, прошедшая первую ступень конвейера, продолжая обрабатываться на второй, высвобождала первую для следующей инструкции. По своей сути, процессор Intel 486™DX представлял собой быстрый Intel 386DX™, объединенный с математическим сопроцессором и 8 кБ кэш-памяти на одном кристалле. Такая интеграция позволила увеличить скорость коммуникаций между блоками до очень высоких значений.
Фирмой Intel была развернута рекламная кампания с лозунгом «Intel: The Computer Inside». Пройдет время, и она превратится в знаменитую рекламную кампанию «Intel Inside».

1991 год
Был создан собственный процессор фирмы AMD — Am386™. Этот был частично построен под действием лицензии, частично по собственной разработке и работал на максимальной частоте 40 МГц, что превышало аналогичный показатель процессора Intel.
Немного ранее произошли первые судебные разбирательства между Intel и AMD по поводу намерения AMD продавать свой клон Intel 386™. Крепко укрепившая свои позиции Intel перестала нуждаться в раздаче лицензий сторонним производителям и делиться пирогом собственного приготовления ни с кем не собиралась. В результате AMD впервые вступила на рынок х86 процессоров как конкурент. За ней последовали и другие компании. Так началось продолжающееся до сих пор великое противостояние двух гигантов (остальные конкуренты сошли с дистанции), которое дало миру много хорошего. Негласным лозунгом конкурентов Intel стала фраза: «то же, что у Intel, но за меньшую цену».
В то же время Intel выпускает i486SX, в котором для удешевления продукта отсутствует блок FPU (интегрированный сопроцессор), что, конечно же, негативно сказалось на производительности. Других отличий от i486DX не было.

1992 год
С выходом процессора Intel 486DX2 впервые был использован коэффициент умножения частоты шины. До этого момента внутренняя частота ядра была равна частоте внешней шины данных (FSB), но появилась проблема ее наращивания, так как локальные шины периферии (в то время VESA VL-bus), да и сами периферийные устройства проявляли нестабильность работы при частоте, превышающей 33 МГц. Теперь при частоте шины FSB 33 МГц тактовая частота ядра составляла 66 МГц за счет умножения на 2. Такой прием надолго вошел в историю и используется поныне, только множитель в современных CPU может превышать 20. Intel 486™ DX2 надолго стал популярным процессором и продавался в огромных количествах, впрочем, как и его клоны от конкурентов (AMD, Cyrix и другие), которые теперь уже имели некоторые отличия от «интеловского оригинала».

1993 год
В свет вышел первый суперскалярный процессор х86, то есть способный выполнять более одной команды за такт — Pentium (кодовое название P5). Это достигалось наличием двух независимых параллельно работающих конвейера. Первые процессоры имели частоту 60 и 66 МГц и получили 64-разрядную шину данных. Впервые кэш-память первого уровня была разделена на две части: отдельно для инструкций и данных. Но одним из самых значительных нововведений был полностью обновленный блок вычислений с плавающей точкой (FPU). Фактически до этого на платформе x86 еще не было настолько мощного FPU, и лишь через многие годы после выхода Intel Pentium конкуренты смогли достичь его уровня производительности. Также впервые в процессор был включен блок предсказания ветвлений, с тех пор активно развивающийся инженерами.

Суть заключается в следующем: в любой программе присутствует множество условных переходов, когда в зависимости от условия выполнение программы должно пойти по тому или иному пути. В конвейер можно поместить только одну из нескольких ветвей перехода, и если он оказывается заполненным кодом не той ветви, то его приходится очищать и заполнять заново несколько тактов (в зависимости от количества ступеней конвейера). Для решения этой проблемы и используются механизмы предсказания ветвлений. Процессор содержал 3,1 млн. транзисторов и изготавливался по 0.8-мкм процессу. Все эти изменения позволили поднять производительность нового процессора на недосягаемую высоту. В действительности же оптимизация кода «под процессор» первое время была редкой и требовала применения специальных компиляторов. И еще долго новейшему процессору приходилось выполнять программы, предназначенные для процессоров семейств 486 и 386.
В том же году появилось второе поколение Pentium на ядре P54, в котором были устранены все недостатки Р5. При изготовлении использовались новые технологические процессы 0.6, а позднее и 0.35-мкм. До 1996 года новым процессором были охвачены тактовые частоты от 75 до 200 МГц.
Первый Pentium сыграл важную роль в переходе на новые уровни производительности персонального компьютера, дал толчок и определил ориентиры развития на будущее. Но при большом рывке в производительности он не привнес никаких кардинальных изменений в архитектуру х86.

1994 год
Появившиеся Intel 486™DX4, AMD Am486DX4 и Cyrix 4х86 продолжили линейку 486-х и использование умножения частоты шины данных. Процессоры имели утроение частоты. Процессоры DX4 от Intel работали на 75 и 100 МГц, а Am486DX4 от AMD достиг 120 МГц. В процессорах стала широко применяться система управления энергопотребления. Других принципиальных отличий от 486DX2 не обнаружилось.

1995 год
Анонсирован Pentium Pro (ядро P6). Новая процессорная шина, три независимых конвейера, оптимизация под 32-битовый код, от 256 Kb до 1 Mb L2-кэша, интегрированного в процессор, причем работающего на частоте ядра, усовершенствованный механизм предсказания ветвлений — по количеству нововведений новый процессор чуть ли не бил рекорды, ранее установленные Intel Pentium.

Процессор позиционировался на использование в серверах и имел очень высокую цену. Самое примечательное, что вычислительное ядро Pentium Pro фактически не было ядром архитектуры х86. Машинные коды x86, поступающие в CPU, внутри декодировались в RISC-подобный микрокод, и уже именно его исполняло ядро процессора. Набор CISC-команд, как набор команд процессора х86, подразумевал переменную длину команд, что определяло сложность нахождения каждой отдельной команды в потоке и, следовательно, создавало трудности в разработке программ. CISC-команды являются сложными и комплексными. RISC-команды упрощенные, короткие, требующие значительно меньшее время на выполнение команды с фиксированной длиной. Использование RISC-команд позволяет значительно увеличить распараллеливание процессорных вычислений, то есть использовать больше конвейеров и, следовательно, уменьшать время исполнения команд. Ядро P6 легло в основу трех следующих процессоров Intel — Pentium II, Celeron, Pentium III.
В этом году состоялось также знаковое событие — компания AMD купила фирму NexGen, имеющую к тому времени передовые архитектурные разработки. Слияние двух инженерных команд позже принесет миру процессоры х86 с отличной от Intel микроархитектурой и даст толчок новому витку жестокой конкуренции.
На Микропроцессорном Форуме впервые был представлен новый процессор MediaGX от Cyrix, и его отличительной особенностью являются интегрированные контроллер памяти, графический ускоритель, интерфейс шины PCI и производительность, соизмеримая с производительностью Pentium. Это была первая попытка такой плотной интеграции устройств.

1996 год
Появился новый процессор AMD К5 с суперскалярным RISC-ядром. Однако RISC-ядро с его набором команд (ROP-команд) скрыты от программного обеспечения и конечного пользователя, а команды х86 преобразуются в RISC-команды. Инженеры AMD использовали уникальное решение — команды х86 частично преобразуются еще во время помещения в кэш-память процессора. В идеале процессор K5 может выполнять до четырех команд х86 за один такт, но на практике в среднем за такт обрабатываются только 2 инструкции.

Кроме того, традиционные для RISC-процессоров изменения порядка вычислений, переименование регистров и другие «приемы» позволяют увеличить производительность. Процессор К5 явился детищем объединенной команды инженеров AMD и NexGen. Максимальная тактовая частота так и не превысила 116 МГц, но производительность К5 была выше, чем у процессоров Pentium с такой же тактовой частотой. Поэтому в маркетинговых целях впервые в практике маркировки CPU был использован рейтинг производительности (Performance Rating), который явно противопоставлялся тактовой частоте равных по производительности Pentium. Но процессор все-таки не мог достойно потягаться с ним, так как Pentium уже тогда достиг частоты 166 МГц.
В том же году увидел свет Intel Pentium MMX. Главное нововведение процессора P55C — дополнительные команды MXX к набору команд, который почти не претерпевал изменений со времен создания процессоров третьего поколения. Технология MMX — это использование команд, ориентированных на работу с мультимедиаданными. Специальный набор команд SIMD (Single Instruction — Multiple Data — одна команда — множественные данные) повышает производительность при выполнении векторных, циклических команд и обработке больших массивов данных — при применении графических фильтров и различных спецэффектов.

По сути это 57 новых инструкций, призванных ускорить обработку видео и звука. Остальными изменениями ядра стали уже типичные увеличение объема кэш-памяти, улучшение схем работы кэш-памяти и других блоков. Производился процессор по 0.35-мкм процессу, 4.5 млн. транзисторов. Максимальная частота 233 МГц.
Начался выпуск суперскалярных процессоров Cyrix 6х86 на ядре М1, который на самом деле являлся процессором 5-го поколения, отличительной особенностью которого были «глубокие» конвейеры и использование классических х86 команд без каких-либо дополнительных наборов инструкций.
В конце года, пока в Intel велась разработка PentiumII, снова заявила о себе AMD, выпустив процессор шестого поколения К6. В основу AMD-K6 легло ядро, разработанное инженерами компании NexGen для процессора Nx686 и существенно доработанное в AMD. Как и К5, ядро К6 оперировало не х86 инструкциями, а RISC-подобным микрокодом. Процессор поддерживал команды MMX и 100-мегагерцевую системную шину и имел увеличенный до 64 Кб объем кэш-памяти первого уровня. Вскоре стало ясно, что PentiumII окажется К6 не по зубам.

с 1997 года до наших дней…
К 1997 году уже сложились направления инженерных разработок архитектуры х86 ведущих производителей. Следующий этап в развитии процессоров x86 можно охарактеризовать как противостояние архитектур, которое продолжается и поныне. На дистанцию по крупному счету вышли: захватившая 90 % рынка Intel, упорно с ней бьющаяся AMD, многократно проигрывающая в производственных мощностях, и Cyrix, которая впоследствии будет куплена компанией VIA, а затем и вовсе, не выдержав конкуренции, канет в неизвестность. Остальные производители не смогут достойно конкурировать и будут вынуждены искать другие ниши на рынке. Намечен переход от CISC к RISC-подобным микрокомандам в меньшей степени у Intel, в большей у AMD. Причем на вход и выход процессоров х86 по-прежнему поступают CISC-команды. А почему, собственно, стали вводить в х86 процессоры с родной ей CISC-архитектурой внутреннюю RISC-архитектуру, позволяющую углублять распараллеливание выполнения команд? Да просто из CISC-архитектуры х86 еще во времена четвертого поколения было выжато все, и способов повышать производительность на уровне базисных наборов команд не осталось.

Принципиально новых изменений и прорывов в развитии архитектуры с тех пор не было, хотя современные процессоры быстрее, например, «386-го» в сотни раз. Инженеры оттачивают и совершенствуют уже существующие микроархитектуры ядер, а новые представляют собой лишь переработанные старые. Все усовершенствования и попытки повысить производительность сводятся к оптимизации существующих решений, введению различных исправлений и «костылей» для хромающих FPU, системы организации конвейеров и кэшей. Избитыми, но все же действенными средствами является постоянное увеличение объема кэш-памяти и частоты шины FSB. Современные процессоры имеют до 2 Мб кэш-памяти, работающей на частоте ядра, а частоты системных шин достигают 800 МГц, и то с использованием множителя, так как реальная генерируемая частота всего 200 МГц. За последние 7 лет в процессоры х86 были введены следующие «новшества-подпорки»: кэш-память окончательно переехала на кристалл процессора и переведена на частоту ядра, введены и постоянно совершенствуются блоки предсказания ветвлений как компенсация увеличению длины (количества стадий) конвейера, механизм динамического изменения порядка исполнения инструкций, уменьшающий количество холостых тактов, механизм предвыборки данных для более рационального использования кэш-памяти. Множатся дополнительные наборы команд: SSE, SSE2, SSE3, 3DNow!, 3DNow Professional. Если MMX еще можно было с натяжкой назвать дополнительным набором инструкций х86, то все последующие наборы вряд ли, так как к командам х86 добавлять уже нечего. Смысл же появления этих наборов заключается в попытке как можно меньше использовать блок вычислений с плавающей точкой (FPU) в таком виде, в каком он есть, так как, обладая высокой производительностью, он отличается малой приспособленностью для высокоточных вычислений, капризностью внутренней архитектуры и ее непредсказуемостью, что усложняет жизнь программистам. То есть фактически ввели специализированный расчетный блок, ориентированный не на вычисления вообще, а на реальные, часто встречающиеся задачи, выполнять которые предлагается в обход классического FPU.

Как-то это больше похоже на борьбу с последствиями интеграции математического сопроцессора в CPU в далеком 1989 году. Во всяком случае, если задуматься и подсчитать, то большую часть времени процессор тратит «на себя» — на всевозможные преобразования, предсказания и многое другое, а не на выполнение программного кода.
Глядя назад, видно, что не все было гладко. Введение коэффициента умножения и полученная в итоге асинхронность, а также увеличение количества стадий конвейера — все это палки о двух концах. С одной стороны, это позволило увеличить тактовые частоты процессора почти до 4 ГГц (и это еще не предел), с другой — получили узкое место в виде шины FSB и проблему с условными переходами. Но всему свое время, и тогда, видимо, это были разумные решения, так как всегда присутствует очень злой экономический фактор.
Нельзя не отметить, что по-настоящему блистательных успехов за последние годы добились в области полупроводникового производства. Уже освоен 90-нанометровый технологический процесс изготовления процессоров х86, который позволяет достигать близких к СВЧ-диапазону тактовых частот, а количество транзисторов в кристалле достигает 170 млн (Pentium 4 EE).
Мы привыкли считать, что процессор — это главное устройство в ПК и что именно он задает тон глобальной компьютеризации. А ведь победоносное шествие архитектуры х86, длящееся более четверти века, началось не конкретно с процессора, а с конечного пользовательского устройства в целом — IBM PC. Тогда еще в компании IBM не догадывались, какое блистательное будущее ждет этот ПК и, не придав проекту никакого значения, сделали его открытым для всех. Именно открытости концепции, успеху программного обеспечения и MS DOS обязан успех IBM PC. А процессор в нем мог стоять любой архитектуры, но так уж получилось, что IBM выбрала i8088 и i8086, а потом уже все закрутилось, завертелось… Но из процессора х86 в итоге не получилось эдакого универсального вычислителя на все случаи жизни или «умного» устройства, вездесущего и все способного сделать, как об этом мечтали раньше. Да и «закон» Гордона Мура (каждые 2 года количество транзисторов в кристалле процессора будет увеличиваться вдвое) стал законом только для Intel, которая поставила его на острие своей маркетинговой политики, а отказываться от данного слова ей неудобно, видимо.

Сегодня можно уже твердо сказать, что архитектура х86 зашла в тупик. Вклад ее в популяризацию компьютера как устройства огромен, и с этим никто не спорит. Однако нельзя быть актуальной вечно. Молодой и сильный некогда жеребец стал старой клячей, которую продолжают запрягать в телегу. Аппетиты пользователей ненасытны, и вскоре архитектура х86 не сможет их удовлетворить. Конечно, переход связан с титаническими усилиями в связи с тем, что многомиллионный мировой парк ПК в своем почти абсолютном большинстве использует процессоры архитектуры х86, и что самое важное, использует программное обеспечение для х86 кода. Одним днем все не перевернуть, нужны годы. Но разработки 64-битных процессоров и программ набирают обороты с завидной скоростью, Intel представила Itanium2, а AMD уже почти год выпускает свои Athlon 64, которые имеют совсем не х86 архитектуру, хотя и полностью совместимы с ней и еще могут выполнять все старые программы. Таким образом, можно сказать, что AMD Athlon 64 положил начало уходу от архитектуры х86 и тем самым открыл переходный период.
Как видите, заявления о том, что процессор — самый быстро развивающийся компонент ПК, далеко не беспочвенны. Представьте себе, какими процессорами будут оснащаться компьютеры наших детей. Подумать страшно!

В Одноклассники

История процессоров Intel | Первенец – Intel 4004

Свой первый микропроцессор Intel продала в 1971 году. Это был 4-битный чип с кодовым названием 4004. Он предназначался для совместной работы с тремя другими микрочипами, ПЗУ 4001, ОЗУ 4002 и сдвиговым регистром 4003. 4004 выполнял непосредственно вычисления, а остальные компоненты имели критическое значение для работы процессора. Чипы 4004 главным образом использовались в калькуляторах и прочих подобных устройствах, и не предназначались для компьютеров. Его максимальная тактовая частота составляла 740 кГц.

За 4004 последовал похожий процессор под названием 4040, который, по сути, представлял улучшенную версию 4004 с расширенной системой команд и более высокой производительностью.

История процессоров Intel | 8008 и 8080

С помощью 4004 Intel заявила о себе на рынке микропроцессоров, и чтобы извлечь выгоду из ситуации представила новую серию 8-битных процессоров. Чипы 8008 появились в 1972 году, затем в 1974 году появились процессоры 8080, а в 1975 году – чипы 8085. Хотя 8008 является первым 8-битным микропроцессоров Intel, он был не так известен, как его предшественник или преемник – модель 8080. Благодаря возможности обрабатывать данные 8-битными блоками 8008 был быстрее, чем 4004, но имел довольно скромную тактовую частоту 200-800 кГц и не особо привлекал внимание проектировщиков систем. 8008 производился по 10-микрометровой технологии.

Intel 8080 оказался намного более успешным. Архитектурный дизайн чипов 8008 был изменен ввиду добавления новых инструкций и перехода к 6-микрометровым транзисторам. Это позволило Intel более чем вдвое повысить тактовые частоты, и самые быстрые процессоры 8080 в 1974 году работали при частоте 2 МГц. ЦП 8080 использовались в бесчисленном множестве устройств, в связи с чем несколько разработчиков программного обеспечения, например, недавно сформированная Microsoft, сосредоточились на программном обеспечении для процессоров Intel.

В конечном счете, появившиеся позже микрочипы 8086 имели общую архитектуру с 8080, чтобы сохранить обратную совместимость с ПО, написанным для них. В результате ключевые аппаратные блоки процессоров 8080 присутствовали во всех когда-либо произведенных процессорах на базе x86. Программное обеспечение для 8080 технически также может работать на любом процессоре с архитектурой x86.

Процессоры 8085, по сути, представляли удешевленный вариант 8080 с повышенной тактовой частой. Они были очень успешны, хотя оставили меньший след в истории.

История процессоров Intel | 8086: начало эры x86

Первым 16-битным процессором Intel был 8086. Он имел существенно большую производительность по сравнению с 8080. Кроме повышенной тактовой частоты процессор обладал 16-разрядной шиной данных и аппаратными исполнительными блоками, позволяющими 8086 одновременно выполнять две восьмибитные инструкции. Кроме того процессор мог выполнять более сложные 16-битные операции, но основная масса программ того времени была разработана для 8-битных процессоров, поэтому поддержка 16-битных операций была не так актуальна, как многозадачность процессора. Разрядность адресной шины была расширена до 20-бит, что дало процессору 8086 доступ к 1 Мбайт памяти и увеличило производительность.

8086 также стал первым процессором на архитектуре x86. Он использовал первую версию набора команд x86, на которой базируются почти все процессоры AMD и Intel с момента появления этого чипа.

Примерно в то же время Intel выпускала чип 8088. Он был построен на базе 8086, но у него была отключена половина адресной шины, и он ограничивался исполнением 8-битных операций. Тем не менее, он имел доступ к 1 Мбайт ОЗУ и работал при более высоких частотах, поэтому был быстрее предыдущих 8-битных процессоров Intel.

История процессоров Intel | 80186 и 80188

После 8086 Intel представила несколько других процессоров, все они использовали схожую 16-битную архитектуру. Первым был чип 80186. Он разрабатывался с целью упрощения проектирования готовых систем. Intel переместила некоторые аппаратные элементы, которые обычно располагались на системной плате, в ЦП, включая генератор тактовых импульсов, контроллер прерываний и таймер. Благодаря интеграции этих компонентов в ЦП 80186 стал во много раз быстрее, чем 8086. Intel также увеличила тактовую частоту чипа, чтобы еще больше повысить производительность.

Процессор 80188 также имел ряд аппаратных компонентов, интегрированных в чип, но обходился 8-битной шиной данных, как 8088, и предлагался в качестве бюджетного решения.

История процессоров Intel | 80286: больше памяти, больше производительности

После выхода 80186 в том же году появился 80286. Он имел почти идентичные характеристики, за исключением расширенной до 24-бит адресной шины, которая, в так называемом защищенном режиме работы процессора, позволяла ему работать с оперативной памятью объемом до 16 Мбайт.

История процессоров Intel | iAPX 432

iAPX 432 был ранней попыткой Intel уйти от архитектуры x86 в совершенно другую сторону. По расчетам Intel iAPX 432 должен быть в несколько раз быстрее, чем другие решения компании. Но, в конечном счете, процессор потерпел неудачу из-за существенных просчетов в архитектуре. Хотя процессоры x86 считались относительно сложными, iAPx 432 поднял сложность CISC на совершенно новый уровень. Конфигурация процессора была довольно громоздкой, что вынудило Intel выпускать ЦП на двух отдельных кристаллах. Процессор также был рассчитан на высокие нагрузки и не мог хорошо работать в условиях недостатка пропускной способности шин или поступления данных. iAPX 432 смог обогнать 8080 и 8086, но его быстро затмили более новые процессоры на архитектуре x86, и в итоге от него отказались.

История процессоров Intel | i960: первый RISC-процессор Intel

В 1984 Intel создала свой первый RISC-процессор. Он не являлся прямым конкурентом процессорам на базе x86, поскольку предназначался для безопасных встраиваемых решений. В этих чипах использовалась 32-битная суперскалярная архитектура, в которой применялись концепция дизайна Berkeley RISC. Первые процессоры i960 имели относительно низкие тактовые частоты (младшая модель работала на 10 МГц), но со временем архитектура была улучшена и переведена на более тонкие техпроцессы, что позволило поднять частоту до 100 МГц. Также они поддерживали 4 Гбайт защищенной памяти.

i960 широко использовался в военных системах а также в корпоративном сегменте.

История процессоров Intel | 80386: переход x86 на 32-бита

Первым 32-битным процессором на архитектуре x86 от Intel стал 80386, который появился в 1985 году. Его ключевым преимуществом являлась 32-битная адресная шина, которая позволяла адресовать до 4 Гбайт системной памяти. Хотя в те времени столько памяти практически никто не использовал, ограничения ОЗУ часто вредили производительности предшествующих процессоров x86 и конкурирующих ЦП. В отличие от современных ЦП, на момент появления 80386 увеличение объема ОЗУ почти всегда означало увеличение производительности. Также Intel реализовала ряд архитектурных усовершенствований, которые помогали повысить производительность выше уровня 80286, даже когда обе системы использовали одинаковый объем ОЗУ.

Чтобы добавить в продуктовую линейку более доступные модели, Intel представила 80386SX. Этот процессор был практически идентичен 32-битному 80386, но ограничивался 16-битной шиной данных и поддерживал работу с ОЗУ объемом лишь до 16 Мбайт.

История процессоров Intel | i860

В 1989 году Intel предприняла еще одну попытку уйти от процессоров x86. Она создала новый ЦП с архитектурой RISC под названием i860. В отличие от i960 этот ЦП разрабатывался как модель с высокой производительностью для рынка настольных ПК, но процессорный дизайн имел некоторые недостатки. Главный из них заключался в том, что для достижения высокой производительности процессор полностью полагался на программные компиляторы, которые должны были размещать инструкции в порядке их выполнения в момент создания исполняемого файла. Это помогло Intel сохранить размер кристалла и уменьшить сложность чипа i860, но при компиляции программ было практически невозможно корректно расположить каждую инструкцию с начала и до конца. Это вынуждало ЦП тратить больше времени на обработку данных, что резко снижало его производительность.

История процессоров Intel | 80486: интеграция FPU

Процессор 80486 стал следующим большим шагом Intel с точки зрения производительности. Ключом к успеху являлась более плотная интеграция компонентов в ЦП. 80486 был первым процессором x86 с кэшем L1 (первого уровня). Первые образцы 80486 имели на кристалле 8 Кбайт кэш-памяти и изготавливались с применением техпроцесса 1000 нм. Но с переходом на 600 нм объем кэша L1 увеличился до 16 Кбайт.

Intel также включила в ЦП блок FPU, который до этого являлся отдельным функциональным блоком обработки данных. Переместив эти компоненты в центральный процессор, Intel заметно снизила задержку между ними. Чтобы увеличить пропускную способность процессоры 80486 также использовали более быстрый интерфейс FSB. Для повышения скорости обработки внешних данных было произведено множество усовершенствований в ядре и других компонентах. Эти изменения значительно подняли производительность процессоров 80486, которые в разы обгоняли старые 80386.

Первые процессоры 80486 достигали частоты 50 МГц, а более поздние модели, произведенные по техпроцессу 600 нм, могли работать на частоте до 100 МГц. Для покупателей с меньшим бюджетом Intel выпускала версию 80486SX, в которой был заблокирован блок FPU.

История процессоров Intel | P5: первый процессор Pentium

Pentium появился в 1993 году и был первым процессором x86 Intel, который не следовал системе нумерации 80x86. Pentium использовал архитектуру P5 – первую суперскалярную микроархитектуру x86 Intel. Хотя Pentium в целом был быстрее 80486, его главной особенностью был существенно улучшенный блок FPU. FPU оригинального Pentium был более чем в десять раз быстрее старого блока в 80486. Значение этого усовершенствования лишь усилилось, когда Intel выпустила Pentium MMX. В плане микроархитектуры этот процессор идентичен первому Pentium, но он поддерживал набор команд Intel MMX SIMD, который мог значительно повышать скорость отдельных операций.

По сравнению с 80486 Intel увеличила в новых процессорах Pentium объема кэша L1. Первые модели Pentium имели 16 Кбайт кэша первого уровня, а Pentium MMX получил уже 32 Кбайт. Естественно, эти чипы работали при более высоких тактовых частотах. Первые процессоры Pentium использовали транзисторы с техпроцессом 800 нм и достигали только 60 МГц, но последующие версии, созданные с использованием производственного процесса Intel 250 нм, достигали уже 300 МГц (ядро Tillamook).

История процессоров Intel | P6: Pentium Pro

Вскоре после первого Pentium Intel планировала выпустить Pentium Pro, основанный на архитектуре P6, но столкнулась с техническими трудностями. Pentium Pro выполнял 32-битные операции значительно быстрее оригинального Pentium благодаря внеочередному исполнению команд. Эти процессоры имели сильно переработанную внутреннюю архитектуру, которая декодировала инструкции в микрооперации, которые выполнялись на модулях общего назначения. В связи с дополнительными аппаратными средствами декодирования Pentium Pro также использовал значительно расширенный 14-уровневый конвейер.

Поскольку первые процессоры Pentium Pro были предназначены для рынка серверов, Intel снова расширила адресную шину до 36-бит и добавила технологию PAE, позволяющую адресовать до 64 Гбайт ОЗУ. Это гораздо больше, чем было нужно среднему пользователю, но возможность поддержки большого объема ОЗУ была крайне важна для заказчиков серверов.

Также была переработана система кэш-памяти процессора. Кэш L1 был ограничен двумя сегментами по 8 Кбайт, один для инструкций и один для данных. Чтобы восполнить дефицит 16 Кбайт памяти по сравнению с Pentium MMX, Intel добавила от 256 Кбайт до 1 Мбайт кэша L2 на отдельной микросхеме, присоединенной к корпусу ЦП. Она соединялась с ЦП с помощью внутренней шины передачи данных (BSB).

Изначально Intel планировала продавать Pentium Pro простым пользователям, но, в конечном счете, ограничила его выпуск моделями для серверных систем. Pentium Pro имел несколько революционных функций, но продолжал конкурировать с Pentium и Pentium MMX в плане производительности. Два более старых процессора Pentium были значительно быстрее при выполнении 16-битных операций, а в то время 16-битное ПО было преобладающим. Процессору также нахватало поддержки набора команд MMX, в результате Pentium MMX обгонял Pentium Pro в оптимизированных под MMX программах.

У Pentium Pro был шанс удержаться на потребительском рынке, но он был довольно дорогим в производстве из-за отдельной микросхемы, содержащей кэш L2. Самый быстрый процессор Pentium Pro достигал тактовой частоты 200 МГц и производился по техпроцессам 500 и 350 нм.

История процессоров Intel | P6: Pentium II

Intel не отступилась от архитектуры P6 и в 1997 году представила Pentium II, в которым были исправлены почти все недостатки Pentium Pro. Лежащая в основе архитектура была похожа на Pentium Pro. Он также использовал 14-уровневый конвейер и имел некоторые улучшения ядра, повышающие скорость выполнения инструкций. Объем кэша L1 вырос – 16 Кбайт для данных плюс 16 Кбайт для инструкций.

Для снижения стоимости производства Intel также перешла к более дешевым чипам кэш-памяти, присоединенным к более крупному корпусу процессора. Это был эффективный способ сделать Pentium II дешевле, но модули памяти не могли работать на максимальной скорости ЦП. В результате частота работы кэша L2 составляла лишь половину от процессорной, но для ранних моделей ЦП этого было достаточно, чтобы увеличить производительность.

Intel также добавила набор команд MMX. Ядра ЦП в Pentium II под кодовым названием "Klamath" и "Deschutes" также продавалась под брендами Xeon и Pentium II Overdrive, ориентированными на сервера. Модели с самой высокой производительностью имели 512 Кбайт кэша L2 и тактовую частоту до 450 МГц.

История процессоров Intel | P6: Pentium III и схватка за 1 ГГц

После Pentium II Intel планировала выпустить процессор, основанный на архитектуре Netburst, но она была еще не готова. Поэтому в Pentium III компания снова использовала архитектуру P6.

Первый процессор Pentium III носил кодовое имя "Katmai" и был очень похож на Pentium II: он использовал упрощенный кэш L2, работающий лишь на половине скорости ЦП. Базовая архитектура получила существенные изменения, в частности, несколько частей 14-уровневого конвейера были объединены между собой до 10 ступеней. Благодаря обновленному конвейеру и увеличению тактовой частоты первые процессоры Pentium III, как правило, немного обгоняли Pentium II.

Katmai производился по технологии 250 нм. Однако, после перехода на производственный процесс 180 нм, Intel смогла значительно увеличить производительность Pentium III. В обновленной версии под кодовым названием "Coppermine" кэш L2 был перемещен в ЦП, а его объем был снижена наполовину (до 256 Кбайт). Но поскольку он мог работать на частоте процессора, уровень производительности все равно повысился.

Coppermine участвовал в гонке с AMD Athlon за частотой 1 ГГц и преуспел. Позднее Intel попыталась выпустить модель процессора 1,13 ГГц, но в конечном счете она была отозвана после того, как доктор Томас Пабст из Tom"s Hardware обнаружил нестабильности в его работе . В итоге чип с частотой 1 ГГц остался самым быстрым процессором Pentium III на базе Coppermine.

Последняя версия ядра Pentium III называлась "Tualatin". При ее создании использовался техпроцесс 130 нм, который позволил добиться тактовой частоты 1,4 ГГц. Кэш L2 был увеличен до 512 Кбайт, что также позволило немного повысить производительность.

История процессоров Intel | P5 и P6: Celeron и Xeon

Вместе с Pentium II Intel также представила линейки процессоров Celeron и Xeon. Они использовали ядро Pentium II или Pentium III, но с разным объемом кэш-памяти. У первых моделей процессоров под брендом Celeron, основанных на базе Pentium II, вообще не было кэша L2, и производительность была ужасной. Более поздние модели на базе Pentium III имели половину от его объема кэша L2. Таким образом мы получили процессоры Celeron, которые использовали ядро Coppermine и имели только 128 Кбайт кэша L2, а более поздние модели, на базе Tualatin уже 256 Кбайт.

Версии с половиной кэша также называли Coppermine-128 и Tualatin-256. Частота этих процессоров была сопоставима с Pentium III и позволяла конкурировать с процессорами AMD Duron. Microsoft использовала процессор Celeron Coppermine-128 с частотой 733 МГц в игровой консоли Xbox.

Первые процессоры Xeon тоже были основаны на Pentium II, но имели больше кэша второго уровня. У моделей начального уровня его объем составлял 512 Кбайт, тогда как у старших собратьев могло быть до 2 Мбайт.

История процессоров Intel | Netburst: премьера

Прежде чем обсуждать архитектуру Intel Netburst и Pentium 4, важно понимать, в чем преимущества и недостатки ее длинного конвейера. Под понятием конвейера подразумевается перемещение инструкций через ядро. На каждом этапе конвейера выполняется множество задач, но иногда может выполняться только одна единственная функция. Конвейер можно увеличить путем добавлением новых аппаратных блоков или разделением одного этапа на несколько. А также можно уменьшить за счет удаления аппаратных блоков или объединения нескольких этапов обработки в один.

Длина или глубина конвейера имеет прямое влияние на задержку, IPC, тактовую частоту и пропускную способность. Более длинные конвейеры обычно требуют большей пропускной способности от других подсистем, и если конвейер постоянно получает необходимый объем данных, то каждый этап конвейера не будет простаивать вхолостую. Также процессоры с длинными конвейерами обычно могут работать при более высоких тактовых частотах.

Недостатком длинного конвейера является повышенная задержка исполнения, поскольку данные, проходящие через конвейер, вынуждены «останавливаться» на каждом этапе на определенное число тактов. Кроме того, процессоры, имеющие длинный конвейер, могут иметь более низкий показатель IPC, поэтому для повышения скорости работы они используют более высокие тактовые частоты. Со временем процессоры, использующие комбинированный подход, доказали свою эффективность без существенных недостатков.

История процессоров Intel | Netburst: Pentium 4 Willamette и Northwood

В 2000 году архитектура Intel Netburst, наконец, была готова и увидела свет в процессорах Pentium 4, доминировав в течение последующих шести лет. Первая версия ядра называлась "Willamette", под которой Netburst и Pentium 4 просуществовали два года. Однако это было трудное время для Intel, и новый процессор с трудом обгонял Pentium III. Микроархитектура Netburst позволяла использовать более высокие частоты, и процессоры на базе Willamette смогли достичь 2 ГГц, но в некоторых задачах Pentium III с частотой 1,4 ГГц оказывался быстрее. В этот период процессоры AMD Athlon имели большее преимущество в производительности.

Проблема Willamette состояла в том, что Intel расширила конвейер до 20 этапов и планировала побить планку частоты 2 ГГц, но из-за ограничений, накладываемых энергопотреблением и тепловыделением, она не смогла достигнуть поставленных целей. Ситуация улучшилась с появлением микроархитектуры Intel "Northwood" и использованием нового техпроцесса 130 нм, который позволил увеличить тактовую частоту до 3,2 ГГц и удвоить объем кэша L2 с 256 Кбайт до 512 Кбайт. Впрочем, проблемы с потребляемой мощностью и тепловыделением архитектуры Netburst никуда не делись. Однако производительность Northwood была значительно выше, и он мог конкурировать с новыми чипами AMD.

В процессорах класса high-end Intel внедрила технологию Hyper-Threading, увеличивающую эффективность использования ресурсов ядра в условиях многозадачности. Польза от Hyper-Threading в чипах Northwood была не так велика, как в современных процессорах Core i7 – прирост производительности составлял несколько процентов.

Ядра Willamette и Northwood также использовались в процессорах серии Celeron и Xeon. Как и в предыдущих поколениях ЦП Celeron и Xeon, Intel соответственно уменьшала и увеличивала размер кэша второго уровня, чтобы дифференцировать их по производительности.

История процессоров Intel | P6: Pentium-M

Микроархитектура Netburst разрабатывалась для высокопроизводительных процессоров Intel, поэтому она была довольно энергоемкой и не подходила для мобильных систем. Поэтому в 2003 году Intel создала свою первую архитектуру, разработанную исключительно для ноутбуков. Процессоры Pentium-M базировались на архитектуре P6, но с более длинными 12-14-уровневыми конвейерами. Кроме того в ней впервые был реализован конвейер переменной длины – если необходимая для команды информация уже была загружена в кэш, инструкции могли выполняться после прохождения 12 этапов. В противном случае им нужно было пройти еще два дополнительных этапа, чтобы загрузить данные.

Первый из таких процессоров выпускался по техпроцессу 130 нм и содержал 1 Мбайт кэш-памяти L2. Он достигал частоты 1,8 ГГц при потребляемой мощности всего 24,5 Вт. Более поздняя версия под именем "Dothan" с 90-нанометровыми транзисторами была выпущена в 2004 году. Переход на более тонкий производственный процесс позволял Intel увеличить кэш второго уровня L2 до 2 Мбайт, который в сочетании с некоторыми улучшениями ядра заметно увеличивал производительность из расчета на такт. Кроме того максимальная частота ЦП поднялась до 2,27 ГГц при небольшом повышении энергопотребления до 27 Вт.

Архитектура процессоров Pentium-M впоследствии использовалась в мобильных чипах Stealey A100, на замену которых пришли процессоры Intel Atom.

История процессоров Intel | Netburst: Prescott

Ядро Northwood с архитектурой Netburst продержалось на рынке с 2002 по 2004 год, после чего Intel представила ядро Prescott с многочисленными улучшениями. При производстве использовался техпроцесс 90 нм, позволивший Intel увеличить кэш L2 до 1 Мбайт. Также Intel представила новый процессорный интерфейс LGA 775, который обладал поддержкой памяти DDR2 и расширенной в четыре раза шиной FSB. Благодаря этим изменениям Prescott обладал большей пропускной способностью, чем Northwood, а это было необходимо для повышения производительности Netburst. Кроме того на базе Prescott Intel показала первый 64-битный процессор x86, имеющий доступ к ОЗУ большего объема.

Intel рассчитывала, что процессоры Prescott станут самыми успешными среди чипов на базе архитектуры Netburst, но вместо этого они потерпели фиаско. Intel снова расширила конвейер выполнения команд, на сей раз до 31 этапа. В компании надеялись, что увеличения тактовых частот будет достаточно, чтобы компенсировать наличие более длинного конвейера, но им удалось достичь только 3,8 ГГц. Процессоры Prescott были слишком горячими и потребляли слишком много энергии. В Intel рассчитывали, что переход на техпроцесс 90 нм устранит эту проблему, однако повышенная плотность транзисторов лишь усложнила охлаждение процессоров. Добиться более высокой частоты было невозможно, и изменения ядра Prescott негативно сказались на общей производительности.

Даже со всеми улучшениями и дополнительным кэшем Prescott, в лучшем случае, выходил на один уровень с Northwood по части произвольности на такт. В то же время процессоры AMD K8 также осуществили переход на более тонкий техпроцесс, что позволило повысить их частоты. AMD некоторое время доминировала на рынке ЦП для настольных компьютеров.

История процессоров Intel | Netburst: Pentium D

В 2005 году два основных производителя соревновались за первенство в анонсе двухъядерного процессора для потребительского рынка. AMD первой анонсировала двухъядерный Athlon 64, но он долго отсутствовал в продаже. Intel стремилась обойти AMD, используя многоядерный модуль (MCM), содержащий два ядра Prescott. Компания окрестила свой двухъядерный процессор Pentium D, а первая модель носила кодовое имя "Smithfield".

Однако Pentium D подвергся критике, поскольку имел те же проблемы, что и оригинальные чипы Prescott. Тепловыделение и энергопотребление двух ядер на базе Netburst ограничивали таковую частоту на уровне 3,2 ГГц (в лучшем случае). И поскольку эффективность архитектуры сильно зависела от загруженности конвейера и скорости поступления данных, показатель IPC у Smithfield заметно снизился, поскольку пропускная способность канала делилась между двумя ядрами. Кроме того физическая реализация двухъядерного процессора не отличалась изящностью (по сути это два кристалла под одной крышкой). И два ядра на одном кристалле в ЦП AMD считались более продвинутым решением.

После Smithfield появился Presler, который был переведен на 65 нм техпроцесс. Многоядерный модуль содержал два кристалла Ceder Mill. Это помогло уменьшить тепловыделение и потребляемую мощность процессора, а также поднять таковую частоту до 3,8 ГГц.

Существовало две основных версии Presler. Первая имела более высокий тепловой пакет 125 Вт, а более поздняя модель ограничивалась значением 95 Вт. Благодаря уменьшенному размеру кристалла Intel также смогла удвоить объема кэша L2, в итоге каждый кристалл имел по 2 Мбайт памяти. Некоторые модели для энтузиастов также поддерживали технологию Hyper-Threading, позволяющую ЦП выполнять задачи в четыре потока одновременно.

Все процессоры Pentium D поддерживали 64-битное ПО и ОЗУ объемом более 4 Гбайт.

Во второй части: процессоры Core 2 Duo, Core i3, i5, i7 вплоть до Skylake.