<<
>>

История процессоров Intel

Процессоры Intel в своем развитии прошли довольно сложный и насыщенный различными событиями путь. Корпорация Intel была основана в 1968 г. Первый процессор i4ОО4 был разработан Intel в 1969 г.
Он представлял собой 4-разрядное параллельное вычислительное устройство с 2300 транзисторами. Его возможно- сти были сильно ограничены — он выполнял всего лишь четыре основные ариф- метические операции. Поначалу i4ОО4 применялся в карманных калькулято- рах. Позднее сфера его использования была расширена за счет различных систем управления, в частности, систем управления светофорами. В 1972 г. был выпущен 8-разрядный процессор i8ОО8 с адресацией внешней опе- ративной памяти размером 16 Кбайт. Неожиданный успех этого процессора под- толкнул разработчиков Intel к дальнейшим изысканиям. В 1974 г. был выпущен i8О8О, который, оставаясь 8-разрядным, мог адресовать 64 Кбайт оперативной па- мяти. Для того времени это было революцией, этот процессор был выпущен в мил- лионах экземпляров. Историю современных Intel-совместимых процессоров при- нято вести именно от i8О8О. Очередной революционный процессор Intel — ^ШЗ86 — появился в 1978 г. Его основные характеристики — наличие 16-разрядных регистров, 16-paзpяднoй шины данных. Поддержка сегментной организации памяти наряду с 20-разрядной ши- ной адреса позволяла организовать адресацию памяти в пределах 1 Мбайт при до- ступности адресного пространства размером 256 Кбайт. С целью занятия более широкой ниши на рынке Intel вскоре представила более дешевый вариант этого процессора—i8О88. При внутренней 16-разряднойархитектуре i8О86он имел 8-раз- рядную шину данных, вследствие чего был менее производителен. Важно отме- тить, что дешевизна достигалась в основном не за счет дешевизны самого процес- сорам за счет удешевления конечного продукта — компьютера на его основе. Другой причиной появления и широкого распространения i8О88 было наличие большого количества 8-разрядных внешних устройств.
8-разрядная шина данных 18088 по- зволяла упростить процесс сопряжения с этими устройствами. Отметим, что од- ним из внешних устройств, поддерживаемых процессорами i8086/88, был матема- тический сопроцессор i8О87, который мог устанавливаться в специальный разъем материнской платы. Это позволяло более эффективно выполнять операции с пла- вающей точкой в соответствии со стандартом IEEE-754. Важно также подчерк- нуть, что, начиная с i8086/88, все процессоры Intel совместимы «снизу вверх». Следствием этого является гарантированная возможность запуска на современ- ном процессоре Pentium практически любой программы, написанной для i8086/88 (естественно, при соответствующей поддержке системного программного обеспе- чения). Согласно известному закону, программное обеспечение (software), подобно газу, стремится заполнить весь доступный ему объем. Поэтому поначалу кажущиеся фантастическими возможности новых процессоров со временем становятся уза- ми, тем самым подталкивая конструкторов процессоров искать новые архитектур- ные и технологические решения для перевода программ в новые, более свободные рамки существования. Оперативная память объемом 1 Мбайт — это много. Долгая жизнь процессоров i8086/88подтверждает это. Но с течением времени даже такой объем памяти превратился в ограничение, в связи с чем стали применяться раз- личные технологии для обхода этого ограничения. Многие, наверное, еще помнят загрузку MS-DOS с драйверами расширенной памяти EMS (Expanded Memory Specification), с помощью которых через окно размером 64 Кбайт можно было обращаться к внешней дополнительной памяти размером до 32 Мбайт. Но это не могло продолжаться вечно, и в 1982 г. Intel представляет процессор i80286. И хотя он не решил окончательно проблему ограничения пространства памяти, в нем были реализованы определенные архитектурные изменения, благодаря которым после- дующие модели процессоров позволили разрядить ситуацию с доступом к памяти. К главным нововведениям следует отнести расширение шины адреса до 24 битов, что позволило адресовать уже 16 Мбайт оперативной памяти, а также появление еще одного режима работы процессора — защищенного.
В этом отношении дан- ный процессор также можно считать революционным. До этого в процессорах Intel отсутствовала поддержка на процессорном уровне какой-либо защиты программ от взаимного влияния. Введение подобных средств в архитектуру процессоров Intel стимулировало производителей на разработку многозадачных операционных сис- тем. Наиболее яркие примеры — Microsoft (ОС Windows) и IBM (OS/2). Спра- ведливости ради следует отметить, что доминирующей системой для i286 была MS- DOS, и данный процессор использовался как более быстрый вариант i8086/88. Для широкого распространения многозадачные системы должны были пройти опреде- ленный путь развития. Мощным стимулом к развитию многозадачных систем стали возможности, пре- доставляемые новым процессором i80386, выпущенным Intel в 1985 г. Это был первый 32-разрядный процессор, который положил начало семейству процессо- ров IA-32 (32-bit Intel Architecture). Главные отличительные особенности: 32-раз- рядные шины адреса и данных (адресация оперативной памяти — до 4 Гбайт); увеличенная до 32 битов разрядность внутренних регистров процессора; введение третьего режима работы процессора (режима виртуального процессора 8086); под- держка страничной адресации памяти, благодаря которой стало возможном за счет дисковой памяти виртуализировать доступ к оперативной памяти и теоретически расширить ее рамки вплоть до 4 Гбайт. Аналогично ситуации с i8О86 и i8О88, одно- временно был выпущен более дешевый вариант процессора i80386 (i8ОЗ86-DХ) с 16-разрядной шиной данных — i8ОЗ86-SХ. При необходимости на материнскую плату можно было установить и математический сопроцессор i8ОЗ87. Процессор i80386 первым из семейства процессоров Intel стал поддерживать возможность параллельного функционирования своих устройств: устройства шинного интер- фейса (bus interface unit), блока предварительной выборки (code prefetch unit), бло- ка декодирования команд (instruction decode unit), исполнительногоблока (execution unit), блока сегментации (segment unit), блока страничной адресации (paging unit).
Концепция параллельного функционирования устройств позже, а именно в i8О486, стала основой другой концепции — конвейеризации вычислений. Процессор i8О486 появился в 1989 г. Основные его характеристики — наличие встроенного математического сопроцессора, поддержка многопроцессорного ре- жима работы и работы с двумя видами кэш-памяти — внутренней размером 8 Кбайт (1-го уровня L1) и внешней кэш-памятью (2-го уровня L2). Важные изменения в архитектуре процессора i80486 коснулись концепции параллельных вычислений. Они стали воплощением идей, лежащих в основе RISC-технологии разработки процессоров. Согласно им, машинные команды со сложным алгоритмом работы (Complete-Instuction-Set Computing, CISC) на микропрограммном уровне реали- зовывались на основе более простых команд из ограниченного набора (Reduced Instruction Set Computer, RISC). Для выполнения CISC-команд требуется несколь- ко тактов работы процессора, иногда несколько десятков. RISC-команды должны выполняться за один такт. Такое изменение внутреннего представления внешних команд, наряду с изменением последовательности их выполнения и режимов де- кодирования, позволило реализовать реальную конвейеризацию вычислений. В результате выполнение CISC-команды происходило за один такт процессора. Конвейер процессора i80486 состоял из 5 ступеней. Начиная с процессора i80486 процессоры Intel поддерживают различные концепции энергосбережения. Инте- ресно, что совершенствование процессора i80486 шло в ходе его промышленного производства. Вследствие этого по своим возможностям следующие по времени выпуска процессоры i80486 в большей или меньшей степени отличались от пре- дыдущих. Ну и, наконец, ЭПОХА PENTIUM. Знаменитый своей ошибкой блока с плава- ющей точкой первый Pentium — Pentium-60 — был представлен в начале 1993 г. Благодаря суперскалярной архитектуре (с двумя конвейерами, известными как и и v) он мог выполнять две машинные инструкции за один такт. К внутреннему кэшу команд добавлен внутренний 8-килoбaйтный кэш данных. Реализована тех- нология предсказания переходов (branch prediction). Для увеличения пропускной способности при обработке данных процессор Pentium поддерживает внутренние пути шириной 128 и 256 битов, внешняя шина данных увеличена до 64 битов. Добав- лены средства для построения многопроцессорных систем, в частности расширен- ный программируемый контроллер прерываний (Advanced Programmable Interrupt Controller, АРIС), дополнительные выводы и специальный режим дуальной обра- ботки (dual processing), ориентированный на построение двухпроцессорных сис- тем. Начиная с модели процессоров Pentium с тактовой частотой 133 МГц (1997 г.) в них был введен блок ММХ-команд (ММХ означает MultiMedia extensions). Реа- лизованный на базе сопроцессора, данный блок поддерживал SIМD-технолоrию, которая предполагает обработку блока однородных данных одной машинной ин- струкцией. Цель введения данного расширения — увеличение производительно- сти приложений, обрабатывающих массивы однородных целочисленных данных. Примеры таких приложений — программы обработки изображений, звука, архи- вирования-разархивирования данных и др. Излишне говорить, что все эти ново- введения резко подняли производительность процессора Pentium по сравнению с его предшественником — процессором i486 — и не оставили последнему особых альтернатив для существования. На сегодняшний день имеется три поколения, или семейства, процессоров Pentium — Pentium, P6 и Pentium IV с микроархитектурой NetBurst. К семейству Pentium относятся упоминавшиеся ранее процессоры Pentium и Pentium MMX. История семейства Р6 началась в 1995 году с появлением процессора Pentium Pro. Несмотря на схожие названия, внутренние архитектуры процессоров двух семейств были совершенно разными. Не вдаваясь в новые схемотехнические решения, реа- лизованные в процессоре Pentium Pro, отметим его основные архитектурные свой- ства. Процессор поддерживал работу трех конвейеров, то есть мог обрабатывать до трех команд за один такт. Для этого использовались особые технологии обра- ботки потока команд, которые подробнее будут рассмотрены в следующей главе. Процессор Pentium Pro использовал новую технологию работы с кэш-памятью. Наряду с уже обычным внутренним кэшем первого уровня размером 8 Кбайт в одном корпусе (но не на одной микросхеме) с процессором располагалась кэш- память второго уровня размером 256 Кбайт, для связи с которой имелась специ- альная 64-paзpяднaяшинa, работающая на частоте процессора. Шина данных про- цессора Pentium Pro имела разрядность 36 бита, что позволяло при определенных условиях организовать адресацию памяти до 64 Гбайт. Процессор Pentium II, появившийся на свет в 1997 г., добавил к архитектуре процессора Pentium Pro поддержку ММХ-команд. Кроме того, были увеличены размеры кэш-памяти всех уровней — кэш-память команд и данных первого уров- ня выросла до 16 Кбайт каждая, кэш-память второго уровня могла иметь величину 256,512 Кбайт или 1 Гбайт. Кэш-память второго уровня могла работать на половине частоты работы процессора. Также процессор поддерживал множество технологий энергосбережения. Следующие две модели процессоров, выпущенные в 1998 г., — Celeron и Pentium II Xeon — были, соответственно, более «легкой» и более «тяже- лой» модификациями процессора Pentium П. Celeron позиционировался как процес- сор для построения компьютерных систем массового использования. Pentium II Xeon предназначался для построения высокопроизводительных серверных систем. Последний процессор семейства Р6 — Pentium III, — выпущен в 2000 г. Его ос- новное отличие — поддержка дополнительного набора ММХ-команд, называемых SSE-расширением (SSE — Streaming SIMD Extensions) основного набора команд процессора. Для этого в архитектуру процессора был введен специальный блок. На сегодняшний день последним 32-разрядным процессором является Pentium IV. Он позиционируется как процессор нового поколения с новым типом микроархи- тектуры, носящей название NetBurst. Подробнее основные архитектурные особен- ности процессора Pentium IV будут рассмотрены в следующей главе при обсужде- нии микроархитектуры NetBurst. Отметим лишь один важный в контексте нашего обсуждения момент — с появлением процессора Pentium IV система команд про- цессоров Intel пополнилась еще 144 новыми командами. В основном это команды для блока ММХ с плавающей точкой, а также команды управления кэшировани- ем и памятью. Условное название этой группы команд — SSЕ2 (Streaming SIМD Extensions 2).
<< | >>
Источник: В. И. Юров. Assembler. Учебник для вузов. 2-е изд. 2003

Еще по теме История процессоров Intel:

  1. История
  2. ИСТОРИЯ СОЦИОЛОГИИ ЖУРНАЛИСТИКИ
  3. Глава 2. История развития юридической психологии.
  4. 15.1. ПЕРВЫЙ ГЕНИЙ В ИСТОРИИ
  5. Тема 3. История сравнительного правоведения
  6. ГЛАВА 3 ИСТОРИЯ ТЕЛЕЖУРНАЛИСТИКИ В РОССИИ
  7. ГЛАВА 2. ИСТОРИИ О МАТЕРИАЛЬНЫХ УСПЕХАХ
  8. Глава 1 ПРЕДМЕТ И ИСТОРИЯ СОЦИОЛОГИИ
  9. Сочинение историй
  10. История Люси Ф.:
  11. История любви
  12. § 6. Забота о памятниках истории и культуры
  13. ИСТОРИИ И ТЕНИ
  14. История родителей и их семьи.