Каталог статей

Через год появился процессор 8088. Он был аналогичен 8086 за исключением ограниченной 8-битной шины данных. Это усовершенствование позволило сделать его более дешевым, а связанное с ним оборудование – более простым. Именно это и привлекло к нему внимание компании IBM, когда она взялась за разработку своего первого персонального компьютера. В процессорах применялась «малая» конвейеризация: пока одни узлы выполняли текущую инструкцию, блок предварительной выборки выбирал из памяти следующую. На выполнение каждой инструкции уходило в среднем по 12 тактов процессорного ядра. В 1981 г. корпорация IBM выпустила первый ПК на базе процессора 8088.

Процессор 80286 (второе поколение процессоров архитектуры х86), или просто – 286, появился в 1982 году, был совместим с 8086 и вскоре стал стандартом для ПК. В нем впервые был использован защищенный режим, позволяющий задействовать виртуальную память размером до 1 Гбайт для каждой задачи, пользуясь адресуемой физической памятью в пределах 16 Мбайт. Защищенный режим является основой для построения многозадачных операционных систем (ОС). Производительность этих процессоров повысилась не только за счет роста тактовой частоты, но и за счет значительного усовершенствования конвейера. Здесь на выполнение инструкции уходило в среднем по 4,5 такта. Во втором поколении появились новые инструкции: системные (для обслуживания механизмов защищенного режима) и несколько прикладных (в том числе для блочного ввода-вывода - основы программного обмена с портами PIO). К середине 80-х годов стала ясна ограниченность 16-битных процессоров. Они не справлялись с многозадачным режимом и графическими задачами. Поэтому корпорация Intel стала активно разрабатывать 32-битную шину данных и 32-битную внутреннюю архитектуру. При этом первые 16 бит всех регистров следующего процессора 386 имели те же функции, что и 286 процессор, обеспечивая их совместимость.

Процессор третьего поколения - 386 появился в 1985 году и ознаменовал переход к 32-разрядной архитектуре IA-32. Кроме расширения диапазона непосредственно представляемых величин (16 бит отображают целые числа в диапазоне 0-65 535 или от -32 767 до +32 767, 32 бита - более чем 4 миллиарда), увеличился и объем адресуемой памяти (до 4 Гбайт реальной, 64 Тбайт виртуальной). В систему команд ввели возможность переключения разрядности адресации и данных. Защищенный режим был несколько усовершенствован, но оставлена и обратная совместимость с 286. На таком процессоре стала стремительно развиваться система MS Windows. В плане организации исполнения инструкций существенных изменений, повлекших за собой сокращение числа тактов на инструкцию, не произошло - те же средние 4,5 такта, но частота уже достигла 40 МГц.

Четвертое поколение - 486 - в видимую архитектурную модель больших изменений не внесло (процессор был объявлен в 1989 году), но зато был принят ряд мер для повышения производительности. В этих процессорах значительно усложнен исполнительный конвейер - основные операции выполняет RISC-ядро, "задания" для которого готовят из входных CISC-инструкций x86. Этот конвейер стал способным выдавать "на-гора" очередные инструкции в среднем за каждые два такта. Производительность конвейера процессора оторвалась от возможностей доставки инструкций и данных из оперативной памяти, и прямо в процессор ввели быстродействующий первичный кэш объемом 8-16 Кбайт. В этом же поколении отказались от внешнего сопроцессора: теперь он размещается либо на одном кристалле с центральным (называется FPU), либо его нет вообще. Тактовая частота в этом поколении достигла 100 МГц.

Пятое поколение - процессор Intel® Pentium® (май 1993 года) - привнесло суперскалярную архитектуру. Суперскалярность означает наличие более одного конвейера. У процессоров пятого поколения после блоков предварительной выборки и первой стадии декодирования инструкций имеются два конвейера, U-конвейер и V-конвейер. Каждый из этих конвейеров имеет ступени окончательного декодирования, исполнения инструкций и буфер записи результатов. U-конвейер "умеет" все, у V-конвейера возможности немного скромнее. Конвейеризирован и блок FPU. Процессор с такой архитектурой может одновременно "выпускать" до двух выполненных инструкций, но в среднем получается 1 такт на инструкцию. Не все инструкции могут выполняться парно, эффективность использования конвейеров (коэффициент их загрузки или простоя) зависит от программного кода - есть широкие возможности оптимизации. В процессорах применяется блок предсказания ветвлений (инструкций программы, выполняемых после очередного условного перехода или вызова), в обязанности которого входит не оставлять конвейеры без работы "на поворотах" алгоритмов. Для быстрого снабжения конвейеров инструкциями и данными из памяти шина данных процессоров имеет разрядность 64 бит, из-за чего поначалу их даже ошибочно называли 64-разрядными процессорами.

В этом поколении появилось и расширение MMX, новизна которого заключается в принципе SIMD: одна инструкция выполняет действия сразу над несколькими (2, 4 или 8) комплектами операндов. В MMX появился и новый тип арифметики - с насыщением (saturated): если результат операции не умещается в разрядной сетке, то вместо переполнения (антипереполнения) устанавливается максимально (минимально) возможное значение числа.

Шестое поколение процессоров Intel (микроархитектура P6) началось с процессора Intel® Pentium® Pro и продолжается по сей день в процессорах Intel® Pentium® II, Intel® Pentium® III, Intel® Pentium® 4, Intel® Celeron™ и Intel® Xeon™. Его лейтмотивом является динамическое исполнение, что означает исполнение инструкций не в порядке, предписанном программным кодом, а так, как "удобно" процессору. Ядро процессора содержит несколько конвейеров, к которым подключаются исполнительные устройства целочисленных вычислений, обращений к памяти, предсказания переходов и вычислений с плавающей точкой. Несколько различных исполнительных устройств могут объединяться на одном конвейере. Результаты "беспорядочно" выполняемых микроопераций собираются в переупорядочивающем буфере и в корректном порядке записываются в память (и порты ввода-вывода). Чтобы можно было одновременно выполнять разные инструкции с одними и теми же программно-адресуемыми регистрами, внутри процессора выполняется аппаратное переименование регистров (их у процессора больше, чем доступных по программной модели). Конечно, при этом учитывается и связь по данным, которая сковывает "беспорядочные" параллельные исполнения, даже пользуясь дополнительными регистрами. В процессорах 6-го поколения реализовано исполнение по предположению: процессор пытается исполнить инструкцию, последующую (по его мнению) за переходом еще до самого перехода. В итоге всех этих ухищрений среднее число тактов на инструкцию у процессора Intel Pentium Pro сократилось до 0,5 такта. В систему команд были введены новые инструкции, позволяющие писать более эффективные коды (с точки зрения минимизации ветвлений).

Недавно специалисты аналитической компании Mercury Research подсчитали, что с учетом объемов производства компонентов для настольных, мобильных и серверных систем корпорация Intel преодолела рубеж в один миллиард процессоров еще в апреле текущего года, т.е. менее чем через 25 лет после дебюта процессора 8086. Полупроводниковая продукция корпорации Intel используется в портативных вычислительных устройствах, настольных и мобильных ПК, серверах, сетевом и коммуникационном оборудовании, а также в расчетно-кассовых терминалах и медицинской аппаратуре. Если поделить миллиард процессоров на двадцать пять без малого лет, то получится (в среднем), что ежесекундно на протяжении четверти века на свет появлялось по одному процессору Intel. Таким образом, ежемесячно корпорация Intel выпускала по 3,3 млн процессоров, а ежегодно – чуть больше 40 миллионов! Аналитики из Mercury Research полагают, что следующий миллиард процессоров на базе архитектуры X86 может быть выпущен уже к 2007 году, и в обозримом будущем количество процессоров превысит число людей на нашей планете.

«Во всем – начиная с модели 8086 и заканчивая современными процессорами Intel® Pentium® 4, Intel® Xeon™ и технологией Intel® Centrino™ для мобильных ПК – архитектура Intel всегда несла людям преимущества цифровых вычислительных технологий, что сделало ее самой успешной компьютерной архитектурой за всю историю вычислительной техники, – говорит Патрик Гелсингер (Patrick Gelsinger), вице-президент корпорации Intel, главный директор по технологиям Intel. – Отрадно, что и сегодня в этой архитектуре по-прежнему воплощаются все самые передовые инновации, она порождает все больше новых моделей использования и обещает трансформировать мир вычислений в течение еще многих лет в будущем».

Архитектура x86 отмечает свой 25-летний юбилей в расцвете сил. Она проникла буквально в каждый офис и дом. Без персональных компьютеров сегодня немыслимо ни одно мало-мальски серьезное дело, не говоря уж о развлечениях. При этом процессоры Intel Pentium 4, Intel Celeron и Intel Xeon постоянно совершенствуются, беря на себя все новые и новые задачи.

1971 год: микропроцессор 4004
Первый микропроцессор корпорации Intel, разработанный для калькуляторов Busicom, стал поистине революционным изобретением, открывшем путь к созданию искусственных интеллектуальных систем вообще и персонального компьютера в частности.

1972 год: микропроцессор 8008
Мощность этого процессора, по сравнению с его предшественником, возросла вдвое. По сообщению журнала Radio Electronics, известный энтузиаст вычислительных технологий Дон Ланкастер (Don Lancaster) применил процессор 8008 в разработке прототипа персонального компьютера — устройства, которое упомянутый журнал назвал "гибридом телевизора и пишущей машинки". Использовалось оно в качестве терминала ввода-вывода.

1974 год: микропроцессор 8080
Этот процессор стал "мозгом" первого персонального компьютера "Альтаир", названного по именю звезды, к которой был запущен межпланетный корабль Энтерпрайз из телесериала "Космическая одиссея". Десятки тысяч экземпляров комплекта для самостоятельной сборки Альтаира, по цене $395, разошлись за несколько месяцев. На только что появившемся рынке ПК впервые образовался дефицит.

1978 год: микропроцессоры 8086-8088
Крупная партия этих устройств, приобретенная вновь образованным подразделением корпорации IBM по разработке и производству персональных компьютеров, сделала процессор 8088 "мозгом" нового хита сезона — IBM* PC. Успех новинки возвел Intel в число 500 крупнейших американских промышленных компаний, список которых ежегодно публикуется журналом Форчун. Кроме того, Форчун назвал Intel "одним из триумфаторов мира бизнеса семидесятых годов".

1982 год: микропроцессор 286
286-й, известный также под наименованием 80286, стал первым процессором Intel, способным выполнять любые программы, написанные для его предшественников. С тех пор такая программная совместимость остается отличительным признаком семейства микропроцессоров Intel. Спустя 6 лет с момента выпуска 286-го, количество персональных компьютеров на базе этого процессора оценивалось в 15 миллионов по всему миру.

1985 год: микропроцессор Intel 386™
Микропроцессор Intel 386™ насчитывал уже 275000 транзисторов, число которых, по сравнению с первым процессором 4004, увеличилось более чем в 100 раз. Это был 32-разрядный "многозадачный" процессор с возможностью одновременного выполнения нескольких программ.

1989 год: центральный процессор Intel 486™ DX
Поколение процессоров 486™ ознаменовало переход от работы на компьютере через командную строку к режиму "укажи и щелкни". "У меня впервые появился цветной компьютер, на котором я мог с потрясающей скоростью готовить публикации, используя его как настольное издательство", — вспоминает специалист по истории техники Дэвид Эллисон (David K. Allison) из Смитсоновского национального музея американской истории. Intel 486^TM стал первым микропроцессором со встроенным математическим сопроцессором, который существенно ускорил обработку данных, выполняя сложные математические действия вместо центрального процессора.

1993 год: процессор Pentium®
Процессор Pentium® научил компьютеры работать с атрибутами "реального мира" — такими, как звук, голосовая и письменная речь, фотоизображения. Слово Pentium®, присутствовавшее повсеместно — в комиксах, телепередачах и т.п., очень быстро вошло практически в каждый дом.

1995 год: процессор Pentium® Pro
Процессор Pentium® Pro, выпущенный осенью 1995 г., разрабатывался как мощное средство наращивания быстродействия 32-разрядных приложений для серверов и рабочих станций, систем автоматизированного проектирования, программных пакетов, используемых в машиностроении и научной работе. Все процессоры Pentium® Pro оснащаются второй микросхемой кэш-памяти, еще больше увеличивающей быстродействие. Мощнейший процессор Pentium® Pro насчитывает 5,5 миллионов транзисторов.

1997 год: процессор Pentium® II
Насчитывающий 7,5 миллионов транзисторов, процессор Pentium® II использует технологию Intel MMX^TM, обеспечивающую эффективную обработку аудио, визуальных и графических данных. Кристалл и микросхема высокоскоростной кэш-памяти помещены в корпус с односторонним контактом (Single Edge Contact — S.E.C.), который устанавливается на системной плате с помощью одностороннего разъема — в отличие от прежних процессоров, имевших множество контактов. Процессор дает пользователям возможность вводить в ПК и обрабатывать цифровые фотоизображения, пересылать их друзьям и родственникам через Internet, создавать и редактировать тексты, музыкальные произведения и даже сценки для домашнего кино, передавать видеоизображения по обычным телефонным линиям и по Internet.

1999 год: Процессор Pentium® II Xeon™
Объявлен в 1999
Кэш L2: 512 KБ, 1 МБ и 2 МБ
Количество транзисторов: 7.5 млн
Тип корпуса процессора: Картридж с односторонним контактом (S.E.C)
Частота шины: 100 МГц
Ширина полосы пропускания шины: 8 байт
Адресуемая память: 64 Гигабайт
Виртуальная память: 64 Терабайт
Габариты модуля: высота 4.8" x ширина 6.0" x глубина .73"
Применение: 4-процессорные серверы и рабочие станции

1999 год: Процессор Intel® Celeron®
Объявлен в 1999
Количество транзисторов: 19 млн (0.25-мкм процесс)
Корпус с односторонним контактом (SEPP), 242 вывода
Корпус Plastic Pin Grid Array (PPGA), 370 вывода
Частота шины: 66 МГц
Разрядность шины: 64-bit системная шина
Адресуемая память: 4 Гигабайт
Применение: недорогие ПК

1999 год: Процессор Pentium® III
Объявлен в 1999
Количество транзисторов: 9.5 млн (0.25-мкм процесс)
Кэш L2: 512 KБ
Тип корпуса: Картридж с односторонним контактом (S.E.C.C. 2)
Частота системной шины: 100 MГц
Разрядность шины: 64 bit
Адресуемая память: 64 Гигабайт
Применение: Бизнес- и потребительские ПК, одно-и двухпроцессорные серверы и рабочие станции

1999 год: Процессор Pentium® III Xeon™
Объявлен в 1999
Количество транзисторов: 9.5 млн (0.25-мкм процесс)
Кэш L2: 512 KB
Тип корпуса: Картридж с односторонним контактом (S.E.C.C. 2)
Частота системной шины: 100 MГц
Разрядность шины: 64 bit
Адресуемая память: 64 Гигабайт
Применение: ПК для бизнеса, двух-, четырех-, восьми- и более процессорные серверы и рабочие станции

2000 год: процессор Pentium® 4
Объявлен в 2000 году
Количество транзисторов: 42 млн
Частота системной шины: 400 MГц
Пользователи ПК на базе процессора Pentium® 4 могут создавать профессионально оформленные видеофильмы; смотреть видео телевизионного качества через Интернет; общаться друг с другом "вживую" с передачей речи и изображения; воспроизводить трехмерную графику в режиме реального времени; быстро оцифровывать музыку для MP3-плееров; одновременно запускать несколько мультимедийных приложений при активном соединении с Интернетом. Процессоры этого поколения содержат 42 млн. транзисторов, а ширина проводников составляет всего 0,18 микрон. Первый процессор Intel, 4004, работал со скоростью 108 КГц (108 000 герц) - сравните это с 1,5 гигагерцами (1,5 млрд герц), тактовой частотой первых Pentium® 4. Если бы скорость автомобилей возросла бы на столько же порядков, то от Сан-Франциско до Нью-Йорка можно было сейчас доехать примерно за 13 секунд.

2001: Процессор Intel® Xeon™
Процессор Intel® Xeon™ для рабочих станций, разработанный на основе микроархитектуры Intel® NetBurst™, обеспечивает высочайшую производительность при работе многопоточных приложений в многозадачной среде. Процессор Intel® Xeon™ идеален для приложений, требующих большого объема вычислений с плавающей запятой и интенсивно использующих графические системы.

2001: Процессор Intel® Itanium®
Процессор Intel® Itanium® - это новый 64-разрядный процессор Intel, который позволяет предприятиям вывести свои компьютеры на новый уровень производительности, функциональности и надежности. В его основе лежит новая архитектура EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing - параллельная обработка команд с явным параллелизмом). Благодаря усилиям сотен компаний, разрабатывающих системы и приложения для этого процессора, Intel Itanium обеспечит значительный прогресс в наиболее требовательных к вычислительным ресурсам областях применения компьютеров.