История развития процессоров интел. История создания процессоров. Асинхронный обмен данными

1. Волков Ю.А. Microsoft Office 2000 Professional. 6 книг в одной. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 – 944 с.

2. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс – СПб.: Питер, 1999. – 640 с.

3. Информатика. 10-11 класс /Под ред. Н.В. Макаровой. – СПб.: Питер, 2000. – 304 с.

4. Стоцкий Ю. Самоучитель Office-2000. – СПб.: Питер, 1999. – 576 с.

Министерство образования Российской Федерации

Рязанская Государственная

Радиотехническая Академия

Кафедра АиММ

Курсовая работа на тему:

«Процессоры»

1.История появления процессоров. ---3стр.

2.Процессор и его составляющие. ---7стр.

3. Современная микропроцессорная технология фирмы Intel. ---11стр.

3,1. Первые процессоры фирмы Intel. ---11стр.

3,2. Процессор 8086/88. ---12стр.

3,3. Процессор 80186/88. ---12стр.

3,4. Процессор 80286. ---12стр.

3,5. Процессор 80386. ---12стр.

3,6. Процессор 80486. ---13стр.

3,7. Процессор i486SX. ---14стр.

3,8. Intel OverDrive процессор. ---14стр.

3,9. Процессор Pentium. ---16стр.

3,10. Процессор Pentium Pro---19стр.

3,10,1. Общее описание. ---19стр.

3,10,2. Два кристалла в одном корпусе. ---20стр.

3,10,3. Значения тестов для некоторых чипов фирмы Intel. ---21стр.

3,11. Intel® Pentium® 4 с технологией Hyper-Threading, Intel® Pentium® 4, Intel® Pentium® III Processor , Intel® Pentium® II-в сравнительной характеристике. ---22стр.

3,12. Hyper-Threading: зачем она нужна? ---24стр.

3,13. Pentium 5. ---27стр.

4. AMD---28стр.

4,1. Развитие семейства K-6. ---28стр.

4,2. Технология 3DNow! ---31стр.

4,3. AMD Duron 650. ---34стр.

4,4.AMD Athlon. ---37стр.

4,4,1. Архитектура. Общие положения. ---39стр.

4,5.Чипсеты. ---42стр.

4,6. AMD Athlon (Thunderbird) 800. ---42стр.

4,7. AMD Athlon XP 1800+ (1533 MHz). ---44стр.

4,8. Athlon XP 3200+.---45стр.

5.Многопроцессорные системы. (SMP). ---48стр.

5,1. Многопроцессорные системы. Opteron. ---49стр.

6. Советы по выбору процессора Intel и AMD. ---56стр.

7.Другие фирмы-производители и некоторые процессоры этих фирм. ---57стр.

7,1. Cyrix. ---57стр.

7,2.Rise. ---57стр.

7,3.Centaur. ---58стр.

7,4. VIA. ---58стр.

7,5. SiS. ---59стр.

7,6. Transmeta. ---59стр.

7,7. Compaq.---59стр.

8. Разгон процессора или overclocking. ---61стр.

9.Системы охлаждения процессора.--- 64стр.

9,1. Радиаторы. ---64стр.

9,2. Вентиляторы.--- 67стр.

История появления процессоров.

С чего же всё началось?

Может быть, всё началось с изобретения транзистора в 1947 году?

А может, всё началось с первого электронного компьютера ENIAC (1946 г.), который умел считать на три порядка быстрее релейных машин (прорыв!). Система насчитывала 18 тыс. электронных ламп, занимала помещение 9x15 кв. метров, весила 30 т, потребляла 150 кВт, имела тактовую частоту 100 кГц (разгону не поддавалась), складывала за 0,2 мс, умножала за 2,8 мс.

И, конечно, у ENIAC имелся ворох недостатков. Во-первых, десятичная система счисления. Во-вторых, чрезвычайно сложное программирование, на перепрограммирование элементарной задачи уходили недели человекотруда. Третье вытекает из второго - очень низкая надёжность системы из-за большой зависимости от человеческого фактора, а на поиск неисправности уходили часы и даже дни.

А может, всё начиналось в 1705 году, когда Фрэнсис Хуксби изобрёл свой электростатический генератор?

Вот он, самый первый электрический генератор, основанный на трении, назывался он автором “influence machine” (машина влияний).

Началось это всё в апреле 1969 года, когда некая японская компания Busicom заказала у молодой, но уже очень амбициозной Intel несколько специальных микросхем для своих будущих калькуляторов. Сама же Intel к тому времени занималась относительно мелкими заказами типа биполярной статической памяти Шотки.

Так вот, прикинув смету на заказ японцев, Intel приходит к выводу, что необходимо разрабатывать десятки микросхем. Говорят, Les Vadasz (тогдашний президент Intel) даже грязно выругался – у них просто не было достаточно людей для подобных разработок. Кроме того, японцы хотели сделать чипам дорогостоящую (по тем временам) упаковку и программировать микросхемы на языке высокого уровня, что, естественно, скорости работы им не добавляло. Но Intel, поднапрягши свои мозги, подтвердил народную русскую пословицу о том, что голь на выдумку хитра.

Вот тут на сцену и выходит Тед Хофф младший (1937 г. рождения), который предлагает все функции возложить на один-единственный центральный процессор.

Идея нравится Бобу Нойсу (на тот момент большой шишке маленькой компании), он всячески помогает Теду продолжить свои разработки. Японские же инженеры, постоянно навещающие Санта-Клару, ставят палки в колёса нового изобретения, не принимая дизайн и идеи Теда, параллельно разрабатывая свои микросхемы. Так отвергалось изобретение, которое в будущем будет стоять в одном ряду с двигателем внутреннего сгорания, радио и электрической.лампочкой. И тем не менее, на очередном собрании где-то в октябре 1969 года японцы понимают все преимущество идеи Теда и дают полное добро на новую разработку от Intel “компьютер на чипе”.

К тому времени помогал Теду младшему некий Стен Мэйзор. Вместе они работали над системой команд, так как в архитектурных нюансах конструирования микрочипа не сильно-то и разбирались. Злые языки даже утверждают, что Хофф и Ко. “позаимствовали” систему команд из разработок IBM и Digital.

Intel постоянно искал талантливых разработчиков, и в апреле 1970 года к группе присоединяется Федерико Фэджин. Трудолюбие его не знало предела, на протяжении девяти месяцев всё возможное время Федерико посвятил разработке новых чипов.

Первый рабочий камень сошел с конвейера в январе 1971 года. Федерико получил камень около шести часов вечера, после чего заперся в лаборатории, нацепил свой футуристический (по тем временам) защитный костюм, защитные очки и стал проводить опыты. Вышел из Intel lab он только в 3 часа ночи и, качаясь от многомесячного перенапряжения, отправился домой, где его давно ожидала всё понимающая жена Эльвия. С порога бросив: “Он работает, он работает!”, он принялся её радостно обнимать.

Однако процессор содержал несколько серьёзных ошибок, и после напряженного труда, Федерико к февралю представляет вторую, подправленную, версию.

Много позже разгорятся споры, кто же из родителей первого процессора “круче”. Интересно, что об этом думают сами изобретатели:

Стен Мазор: “...самый крутой был Фэджин. Этот парень днём и ночью сидел в лабораториях и тестировал, тестировал, тестировал новое детище. Я сомневаюсь, что без Федерико этот чип действительно когда-либо заработал бы.”

Федерико Фэджин: “Ха-ха! Написать систему команд (фундаментальная работа Хоффа и Стена в 1971 году) мог каждый выпускник колледжа.”

Les Vadasz: “Безусловно, Федерико внёс огромный вклад в разработку. И, тем не менее, нельзя преуменьшать заслугу Теда Хоффа, ведь это он предложил концептуальную модель - новый скачок в информационных технологиях.”

Выходит так, что каждый внёс большой вклад в изобретение. Убрать из цепочки даже одного из них – и, вполне возможно, 4004 так бы и не увидел свет. Кроме того, задолго до 1969 года Нойс, когда он ещё работал в Fairchild Semiconductor, придумал напылять транзисторы на кремний, вместо того, чтобы изнурительным ручным трудом пытаться соединить каждый транзистор проводками с нарезанными треугольниками кремния.

Итак, 15 ноября 1971 года (в красный день календаря) Intel представила миру свой новый микрочип. Официальный День Рождения Процессора состоялся!

Характеристика нового чипа:

4-разрядный, 2300 р-канальных МОП-транзисторов, кристалл площадью 3,8x2,8мм, тактовая частота 108кГц.

Обеспечивал адресацию 4Кб ПЗУ и 512байт ОЗУ.

Позже, в 1974 году Федерико уйдёт из Intel, основывает свою компанию Zilog которая будет напрямую конкурировать с Intel.

После его ухода роль Фэджина в создании i4004 будет всячески преуменьшаться менеджерами Intel. Имя Федерико в Санта-Кларе будет всеми силами придаваться забвению.

Производство первого процессора постоянно затягивалось, что никак не радовало Busicom. Прежде всего, из-за растущей конкуренции на рынке калькуляторов. Получилось так, что к выходу i4004 Busicom просто не имел необходимой суммы денег на оплату услуг Intel. И тогда принимается соломоново решение: Intel урезает стоимость контракта на 60 тыс. долларов, но при этом все права на новую разработку остаются у Intel.

Запатентовали новое изобретение на имя всем известной, всеми любимой троицы: Хоффа, Мазора и Фэджина.

Как ни странно, рынок далеко не сразу хорошо принял нововведение. Пройдут годы и десятилетия, прежде чем новое изобретение раскроется во всей красе. Маркетологи Intel на всевозможных форумах и выставках достижений будут рассказывать о своём изобретении и его преимуществах, в космос полетит спутник, в сердце которого будет биться 4004, заработают калькуляторы в конце концов обанкротившейся Busicom.

И, тем не менее, Intel всерьёз воспринимать не будут. Стандартное мнение середины 70-ых, главный инженер DEC:

“Intel никогда не будет представлять серьёзной угрозы. Мы не берём их в расчет”.

Пройдёт 10 лет со времени изобретения первого процессора. И тогда Intel заговорит со всеми конкурентами в полный голос.

История процессоров Intel

Началось всё в далёком 1968 году. В этот год образовалась компания Intel. В то далёкое время из электроники пользовались спросом разве, что схемы для торговых аппаратов (для распознавания монеток) и калькуляторы. В 68-ом компания производила чипы оперативной памяти. Но это тоже высоко технологический процесс, для которого необходимо было освоить производство PMOS (поликристаллический кремневый логический элемент) и биполярные барьерные транзисторы Штоки. Самым первым продуктом компании стали 64-х разрядные 256-и байтные чипы памяти. Название они получили 1101 (RAM) и 3101 (биполярная).

Следующий шаг для компании стал микропроцессор - 4004. Он был представлен в ноябре 1971 года. Архитектура чипа была 4-х битная, кристалл содержал 2300 транзисторов (по тем временам это очень не плохо) и работал на частоте 108 кГц (0,1 мегагерца). И использовался в калькуляторах Японской фирмы Busicom, которой поставлялся по эксклюзивному договору. Возможно, если бы не Busicom мы могли и не увидеть Пентиумов.

Через год Intel, накопив денег, купила компанию Microma Universal, которая занималась производством электронных наручных часов. В этих часах использовались интегральные схемы произведённые по технологии CMOS, и отличались низким энергопотреблением. Также Интел не оставила производство чипов памяти (RAM, ROM, EPROM), которые всегда пользовались спросом и удерживали компанию на плаву. Свежий микропроцессор поступил в продажу в 1972 году и назывался 8008. Этот процессор уже использовал 8-и битную архитектуру и имел скорость всего 0,06 миллионов операций в секунду. 8008 производился только на заказ и использовался в терминалах и калькуляторах (хотя в последующий год Интел и наладила "массовый" выпуск этих процессоров, особой популярностью он не пользовался). Дон Ланкастер - обрисовал прототип персонального компьютера того времени: "Это печатная машинка с телевизором".

Затем появились модификации 8008-ого. 8080 - этот процессор работал заметно быстрее своего собрата, хотя и использовал всё туже архитектуру. Этот процессор поддерживал 8-и битную шину данных, 16-и битную адресную шину и позволял использовать до 64 Кб памяти, частота составляла 2 МГц. Популярность к этому процессору пришла с компанией MITS и их компьютером "Альтаир", стоимостью 440$. На этом компьютере было установлено 256 байт (не Кб, не Мб, именно 256 байт) оперативке, можно было установить 4 Кб оперативной памяти. Альтаир работал под управлением Control Program for Microcomputers (CP/M), прародителем DOS.

Следующим процессором был 8085 (март 1976 года). Процессор получил две инструкции для контроля за прерываниями и производился в более качественном корпусе, работал на частоте 3 - 6 МГц. В отличии от 8080, 8085 требовал только один источник питания +5 В, в то время как 8080 +12В, +5В и -5В. В компьютерах 8085 практически не использовался, он использовался в электронных весах Toledo.

Время шло. На рынке интегральных схем всё больше развивалась конкуренция. Интел боролась за выживание. В 1978 году был разработан процессор ставшей легендой и стандартом, который сохранился до наших дней. Это был 8086. Все программы разработанные под этот процессор с лёгкостью работают на Core 2 Duo и Athlon 64. Этот процессор заложил основы архитектуры процессоров, которая дожила до сегодняшних дней. 8086 содержал 29 тысяч транзисторов и работал в 10 раз быстрее 8080. Количество базовых команд составляло 92, шина была 16 разрядной, количество поддерживаемой памяти (ОЗУ) стало 1 Мб. Это был революционный процессор. Но в то время у этого процессора был серьёзный конкурент: Z80 (Спектрум) от Zilog Corporation. 8086 - в компьютерах использовался редко, т.к. стоил дорого. Для уменьшения цены производства Интел приняла решение сделать аналог, но с 8-и битной шиной. Этим процессором стал 8088. Решение было обоснованным, в то время были распространены 8-и разрядные чипы памяти. Объём продаж процессоров заметно увеличился, что позволило компании остаться на плаву. В августе 1981-го года в продаже появились IBM PC на базе 8088. В этих компьютерах было установлено 16 Кб ОЗУ, и работали под управлением DOS 1.0. Именно с этого момента стал образовываться союз Интел и Майкрософт. IBM PC получили огромное распространение, а Интел попала в список "500 лучших производителей Америки"

С появлением 80186 наступила новая эра микропроцессоров. Он стал первым процессором второго поколения. Однако широкой известности не приобрёл, т.к. был не совместим с 8086 и практически не использовался в компьютерах, однако есть сведения что его использовали Toshiba в своих лэптопах, Nokia в ПК и U.S.Robotics в модемах. 80186 был разработан в 1981 году, на публику представлен в 1982. Сразу после его появления был разработан 8-и битный процессор 80188. Нововведением было то, что он имел контроллер прямого доступа к памяти (DMA), контроллер прерываний и генератором синхронизации. Работали эти процессоры на частоте 6-16 МГц. Также к этому процессору выпускались математические сопроцессоры 80187 (для 8086 - 8087).

В феврале 1982 года, свет увидел 80286. Он поддерживал многозадачность, включал в себя 16-битную шину данных, 24-битную адресную шину, мог поддерживать до 16 мегабайт памяти, работал на частотах 6-12 МГц. В 1984 году на базе 286 были созданы IBM PC AT, которые пользовались просто сумасшедшей популярностью, несмотря на его стоимость (на эти деньги можно было купить два неплохих автомобиля). Поэтому многие не могли позволить себе купить его домой. Но народ играл, старшее поколение наверно вспомнит, как ходили на работу в выходные, проводили через проходную друзей, задерживались допоздна, и играли, играли... Спросите во что. Отвечаю: Civilization, Wolfenstein 3D, Warcraft (у многих нахлынули воспоминания и со щеки скатилась скупая мужская слеза). Однако время шло. Требовательность игр росла (спросите почему игр, а не приложений, отвечаю: Игры это двигатель компьютерного прогресса, офис может спокойно работать и на 486). В 1985 году был создан первый 32-разрядный процессор из семейства х86. Скорость возросла в 1,5 раза по сравнению с 286. И назывался он - 80386. Процессор имел на борту 275 тысяч транзисторов, мог адресовать до 4 Гб памяти, имел 32-ух битную адресную шину и шину данных, рабочими частотами стали 16 и 33 МГц, и имел целых 132 ножки. Также интересным фактом можно считать, что 80386 не использовал множитель, а это значит, что работал он на частоте материнской платы. В 1988 году был выпущен облегчённый вариант 386-ого и назывался он 80386SX (срезали шину данных до 16 бит, адресную до 24 бит), а полноценный вариант стал маркироваться 386DX. SX, по сравнению с DX, потерял в производительности примерно 20%, а в 32-битных приложениях 33%. Также у 80386 был и мобильный собрат, который работал на пониженной частоте (всего 25 МГц) и потреблял меньше энергии, звали его 80386 SL. Также для 80386 выпускался внешний математический сопроцессор - 80387.

10 апреля 1989 года был разработан и пущен в серию 80486, именно этот процессор рассказал миру, что такое мультимедиа. Самое главное отличие от 80386 заключалось в том, что математический сопроцессор находился на кристалле главного процессора. Впервые в х86 был реализован конвейер, который разбивал команды на 5 составляющих. Процессор состоял из пяти мини-устройств - каждое для своей задачи, это увеличивало производительность и снижало себестоимость процессора и сложность его производства. Также впервые в архитектуре х86 было использование двухуровневого кэша. Кэш первого уровня - был расположен на кристалле процессора, кэш второго уровня находился на материнской плате и имел объём от 256 до 512 Кбайт (в зависимости от производителя и цены). Известно, что до 486 операции с плавающей точкой выполнял сопроцессор, этот процесс происходил крайне медленно, поэтому программисты старались избегать операции деление. В 486-ом сопроцессор стал находиться на кристалле и скорость вычисления дробей увеличилась в разы. Также этот процессор, в отличие от 386, использовал множитель, и процессор работал на частоте превосходящей частоту системной шины (сегодня все процессоры используют множители). Также с появлением 486 впервые на процессорах стали устанавливать кулера, т.к. усложнение архитектуры ведут к увеличению количества транзисторов, а увеличение их числа неизбежно ведёт к увеличению выработки тепла, которое необходимо отводить. Бороться с этим можно уменьшая тех процесс (уменьшение расстояния между транзисторами и собственно сами транзисторы). Интересно проследить техпроцесс: в 386 он составлял 1 мкм, у 486 DX он тоже был 1 мкм, в последствии он уменьшился до 0,8 мкм, а топовые модели 486DX4 - 0,6 мкм. Также 486 был лидером по количеству модификациям: первым был 486DX с тактовой частотой 20 МГц, позже появились 33 МГц и 50 МГц. Через год появился 486SX - это была урезанная версия с выключенным сопроцессором. Первые процессоры с множителем появились в 1992 году - это были 486DX2 работающий на частоте 66 МГц. В конце 1992 года увидел свет мобильный процессор 486SL, работающий на пониженной частоте и обладал меньшем энергопотреблением, но меньшей производительностью. Топовой моделью стал 486DX4 - на борту имелось 16 Кб кэша первого уровня и использовал тройной коэффициент умножения (работал на частоте 75 и 100 МГц). Производительность была даже больше чем у первых пентиумов. С появлением множителя появилось понятие "Оверлокер". У многих пользователей просто чесались руки от желания переключить джемпер для повышения коэффициента умножения, и этим самым повышая производительность (не на много), и собственно повышая тепловыделения (ух и много же сгорело таких 486).

Необходимо сказать, что до появления 486 пользователям было просто не зачем знать, кто производил процессоры, т.к. они просто впаивались на материнскую плату (между прочим, в начале девяностых Интел завоевала уже 80% рынка). Но с появлением "четвёрок", это стало просто необходимо, потому что появилась возможность менять только процессоры, а систему оставлять такой, какая есть (мать, память, винчестер). И Intel задумалась над созданием бренда! Такой бренд, был в скорее придуман, и завоевал просто бешенною популярность, им стала фраза "Intel inside". В 1993 году, по сведениям Financial World, бренд "Intel Inside" занял третье место в списке самых узнаваемых продуктов Америки, после Кока Коллы и Мальборо. Но это была палка о двух концах, марка стала всемирно известной, и стоило сделать один неосторожный шаг, как о нём узнает весь мир. Такой шаг был сделан: через некоторое время после выпуска Pentium (кстати на раскрутку марки, они убили около 80-и миллионов зелёных бумажек) в нём нашли ошибку. Разгорелся скандал и Интел не оставалось ничего, кроме замены всей бракованной партии, что и было сделано. Но перейдём к делу.

Разработка Пентиумов началась в 1989 году, в серию он пошёл в 1993. Первые модели использовали напряжение 5В, последующие 3,3В, что позволило снизить тепловыделение на тех же частотах. Также особенностью Пентиумов было наличие двух арифметичекологических устройств (АЛУ) на кристалле процессора, что позволило производить суперскалярные счисления (обрабатывать сразу несколько вычислений). Также появился блок предсказания переходов, что позволило снизить простои при работе с памятью. Шина данных заметно подросла и стала 64-х битной. Кэш первого уровня был увеличен до 16 Кб и был разделён на две части: 8 Кб для данных и столько же для команд. Однако кэш второго уровня всё ещё устанавливался на материнской плате. Первые модели Пентиумов работали на частоте 60 МГц, в 1994 году увидели свет модели, работающие на частотах 75 и 100 МГц. Позже были разработаны и выпущены процессоры с маркировкой MMX (они то и открыли Эру трёхмерных игр). Отличие состояло в следующем: был увеличен кэш первого уровня до 32 Кб, стартовой частотой линейки было 150 МГц и были введены дополнительные инструкции для работы с 2D и 3D графикой (на сегодняшний день все современные процессоры поддерживают этот набор инструкций, хотя они практически не используются). Благодаря MMX процессор работал на 10-20% быстрее с изображениями и видео, а с заточенными под MMX приложениями скорость увеличилась практически вдвое. Также к заслугам Пентиумов можно отнести появление новых форматов записи видео и звука (MPEG и MP3, соответственно).

Следующим процессором стал Pentium Pro. Стоил он дорого и мимо меня прошёл не заметно. Хотя именно он открыл следующие поколение процессоров. В нём было несколько интересных и логически обоснованных решений: впервые на кристалл процессора стали устанавливать кэш второго уровня, увеличилось число конвейеров - их стало 3.

1994 г. Процессоры Pentiumс частотами 75, 90 и 100 МГц являлись вторым поколением процессоровPentium. При том же количестве транзисторов они выполнялись по технологии 0.6 мкм, что позволило снизить потребляемую мощность. Эти процессоры отличались внутренним умножением частоты, поддержкой многопроцессорных конфигураций, другим типом корпуса.

1995 г. Выпущены процессоры Pentium120 и 133 МГц, выполненные по технологии 0.35 мкм.

1996 г. Этот год заслуженно получил название "года Pentium". Появились процессоры с частотами 150, 166 и 200 МГц иPentiumстал рядовым процессором в массовых РС. В это же время, параллельноPentiumу развивается процессорPentiumPro, который отличался приоритетом на увеличение числа параллельно выполняемых инструкций. Кроме того, в его корпусе разместили вторичный кэш, работающий на частоте ядра (для начала - 256 Кб). Однако на 16-разрядных приложениях и в ОСWindows95 он был ничуть не быстрееPentium. Процессор содержал 5.5 млн. транзисторов ядра и 15.5 млн. транзисторов для вторичного кэша объемом 256 Кб. Первый процессор с частотой 150 МГц появился в начале 1995 г (технология 0.6 мкм), а уже в конце года были достигнуты частоты 166, 180 и 200 МГц (технология 0.35 мкм), а кэш увеличен до 512 Кб.

1997 г. Выпущен процессор PentiumMMX.MMX-MultiMediaExtensions- мультимедийные расширения). ТехнологияMMXбыла призвана ускорить работу мультимедийных приложений, в частности операции с изображениями и обработку сигналов. Кроме ММХ эти процессоры, по сравнению с обычнымPentium, имели удвоенный объем первичного кэша и некоторые элементы архитектурыPentiumPro, что повышало их производительность на обычных приложениях. ПроцессорыPentiumMMXимели 4.5 млн. транзисторов и выполнены по технологии 0.35 мкм. Развитие линейки моделейPentiumMMXвскоре было остановлено. Последние из достигнутых тактовых частот - 166, 200 и 233 МГц.

Май 1997 г. Технология ММХ была соединена с технологией PentiumProи в результате появился процессорPentiumII(7.5 млн. транзисторов только в ядре). Он представляет собой слегка урезанный вариант ядраPentiumProс более высокой тактовой частотой в которое ввели поддержку ММХ. При этом возникли технологические трудности размещения вторичного кэша и процессорного ядра в корпусе одной микросхемы. Ее решили следующим образом: кристалл с ядром (processorcore) и набор кристаллов статической памяти и дополнительных схем, реализующие вторичный кэш, разместили на небольшой печатной плате-картридже. Все кристаллы закрыли общей крышкой и охлаждали специальным вентилятором. Первые процессоры имели тактовые частоты ядра 233, 266 и 300 МГц (технология 0.35 мкм), летом 1998 г. была достигнута частота 450 МГц (технология 0.25 мкм), причем внешняя тактовая частота с 66 МГц повысилась до 100 МГц. Вторичный кэш этого процессора работает на половине частоты ядра. В то же время был выпущен облегченныйPentiumII-Celeron, который либо вообще не имел вторичного кэша, либо имел 128 Кб, размещенные прямо на кристалле ядра. ПлюсомCeleronбыло то, что практически все процессоры разгонялись относительно своего номинала (266 и 300 МГц) в полтора и более раза, но даже при этом их производительность не намного превосходила отPentiumMMX.

1998г. Intel®Celeron® (Covington)

Первый вариант процессора из линейки Celeron®, построенный на ядреDeschutes. Для уменьшения себестоимости процессоры выпускались без кэш-памяти второго уровня и защитного картриджа. Конструктив –SEPP(SingleEdgePinPackage). Отсутствие кэш-памяти второго уровня обуславливало их сравнительно низкую производительность, но и высокую способность к разгону. Кодовое имя:Covington. Тех. характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 266-300 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня отсутствует; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмSlot1.

1999г. Intel®Celeron® (Mendocino)

Отличается от предыдущего тем, что форм-фактор Slot1 сменился на более дешёвыйSocket370 и увеличилась тактовая частота. Кодовое имя:Mendocino. Тех. характеристики: 19 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 300-533 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); полноскоростной кэш второго уровня (128 Кб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмSocket370.

1999г. Intel® Pentium® II PE (Dixon)

Последний Pentium®IIпредназначен для применения в портативных компьютерах. Кодовое имя:Dixon. Тех. характеристики: 27,4 млн. транзисторов; технология производства: 0,25-0.18 мкм; тактовая частота: 266-500 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмBGA, мини-картридж,MMC-1 илиMMC-2.

1999г. Intel®Pentium® 3 (Katmai)

На смену процессору Pentium®II(Deschutes) пришёлPentium® 3 на новом ядреKatmai. Добавлен блокSSE(StreamingSIMDExtensions), расширен набор командMMXи усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Кодовое имя:Katmai. Тех. характеристики: 9.5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 450-600 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 512 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (100-133 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмSlot1.

1999г. Intel® Pentium® 3Xeon™ (Tanner)

Hi-End версия процессора Pentium® 3. Кодовое имя:Tanner. Тех. характеристики: 9.5 млн. транзисторов; технология производства: 0.25 мкм; тактовая частота: 500-550 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 512 Кб - 2 Мб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (100 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмSlot2.

1999г. Intel®Pentium® 3 (Coppermine)

Этот Pentium® 3 изготавливался по 0.18 мкм технологии имеет тактовую частоту до 1200 МГц. Первые попытки выпустить процессор на этом ядре с частотой 1113 Мгц закончились неудачей, т. к. он в предельных режимах работал очень нестабильно, и все процессоры с этой частотой были отозваны - этот инцидент сильно подмочил репутациюIntel®. Кодовое имя:Coppermine. Тех. характеристики: 28.1 млн. транзисторов; технология производства: 0,18 мкм; тактовая частота: 533-1200 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (100-133 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмSlot1,FC-PGA370.

1999г. Intel® Celeron® (Coppermine)

Celeron® на ядре Coppermine поддерживает набор инструкций SSE. Начиная с частоты 800 МГЦ этот процессор работает на 100 МГц системой шине. Кодовое имя:Coppermine. Тех. характеристики: 28.1 млн. транзисторов; технология производства: 0,18 мкм; тактовая частота: 566-1100 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 128 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66-100 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмSocket370.

1999г. Intel®Pentium® 3Xeon™ (Cascades)

Pentium® 3Xeon, изготовленный по 0,18 мкм технологическому процессу. Процессоры с частотой 900 МГц из первых партий перегревались и их поставки были временно приостановлены. Кодовое имя:Cascades. Тех. характеристики: 9.5 млн. транзисторов; технология производства: 0.18 мкм; тактовая частота: 700-900 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 512 Кб - 2 Мб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (133 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмSlot2.

2000г. Intel® Pentium® 4 (Willamette, Socket 423)

Принципиально новый процессор с гиперконвейеризацией (hyperpipelining) - с конвейером, состоящим из 20 ступеней. Согласно заявлениямIntel®, процессоры, основанные на данной технологии, позволяют добиться увеличения частоты примерно на 40 процентов относительно семействаP6 при одинаковом технологическом процессе. Применена 400 МГц системная шина (Quad-pumped), обеспечивающая пропускную способность в 3,2 ГБайта в секунду против 133 МГц шины с пропускной способностью 1,06 ГБайт уPentium!!!. Кодовое имя:Willamette. Тех. характеристики: технология производства: 0,18 мкм; тактовая частота: 1.3-2 ГГц; кэш первого уровня: 8 Кб; кэш второго уровня 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъёмSocket423.

2000г. Intel®Xeon™ (Foster)

Продолжение линейки Xeon™: серверная версияPentium® 4. Кодовое имя:Foster. Тех. характеристики: технология производства: 0,18 мкм; тактовая частота: 1.4-2 ГГц; кэш-память с отслеживанием исполнения команд; кэш первого уровня: 8 Кб; кэш второго уровня 256 Кб (полноскоростной); микроархитектураIntel®NetBurst™; технология гиперконвейерной обработки; высокопроизводительный блок исполнения команд; потоковыеSIMD-расширения 2 (SSE2); улучшенная технология динамического исполнения команд; блок вычислений с плавающей запятой удвоенной точности; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъёмSocket603.

2001г. Intel®Pentium® 3-S(Tualatin)

Дальнейшее повышение тактовой частоты Pentium® 3 потребовало перевода на 0.13 мкм технологический процесс. Кэш второго уровня вновь вернулся к своему изначальному размеру (как уKatmai): 512 Кб и добавилась технологияDataPrefetchLogic, которая повышает производительность предварительно загружая данные, необходимые приложению в кэш. Кодовое имя:Tualatin. Тех. характеристики: 28.1 млн. транзисторов; технология производства: 0,13 мкм; тактовая частота: 1.13-1.4 ГГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 512 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (133 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмFC-PGA2 370.

2001г. Intel® Pentium® 3-M (Tualatin)

Мобильная версия Tualatin-а с поддержкой новой версии технологииSpeedStep, призванной снизить расход энергии аккумуляторов ноутбука. Кодовое имя:Tualatin. Тех. характеристики: 28.1 млн. транзисторов; технология производства: 0,13 мкм; тактовая частота: 700 МГц-1.26 ГГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 512 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (133 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмFC-PGA2 370.

2001г. Intel® Pentium® 4 (Willamette, Socket 478)

Этот процессор выполнен по 0.18 мкм процессу. Устанавливается в новый разъём Socket478, т. к. предыдущий форм-факторSocket423 был "переходным" иIntel® в дальнейшем не собирается его поддерживать. Кодовое имя:Willamette. Тех. характеристики: технология производства: 0,18 мкм; тактовая частота: 1,3-2 ГГц; кэш первого уровня: 8 Кб; кэш второго уровня 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъёмSocket478.

2001г. Intel®Celeron® (Tualatin)

Новый Celeron® имеет кэш второго уровня размером 256 Кб и работает на 100 МГц системной шине, т. е. превосходит по характеристикам первые моделиPentium® 3 (Coppermine). Кодовое имя:Tualatin. Тех. характеристики: 28.1 млн. транзисторов; технология производства: 0,13 мкм; тактовая частота: 1-1.4 ГГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (100 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъёмFC-PGA2 370.

2001г. Intel®Pentium® 4 (Northwood)

Pentium4 с ядромNorthwoodотличается отWillametteбольшим кэшем второго уровня (512 Кб уNorthwoodпротив 256 Кб уWillamette) и применением нового технологического процесса 0,13 мкм. Начиная с частоты 3,06ГГц добавлена поддержка технологииHyperThreading- эмуляции двух процессоров в одном. Кодовое имя:Northwood. Тех. характеристики: технология производства: 0,13 мкм; тактовая частота: 1,6-3.06ГГц; кэш первого уровня: 8 Кб; кэш второго уровня 512 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400-533 МГц); разъёмSocket478.

2001г. Intel® Xeon™ (Prestonia)

Этот Xeon™ выполнен на ядреPrestonia. Отличается от предыдущего увеличенным до 512 Кб кэшем второго уровня. Кодовое имя:Prestonia. Тех. характеристики: технология производства: 0,13 мкм; тактовая частота: 1,8-2,2ГГц; кэш-память с отслеживанием исполнения команд; кэш первого уровня: 8 Кб; кэш второго уровня 512 Кб полноскоростной); микроархитектураIntel®NetBurst™; технология гиперконвейерной обработки; высокопроизводительный блок исполнения команд; потоковыеSIMD-расширения 2 (SSE2); улучшенная технология динамического исполнения команд; блок вычислений с плавающей запятой удвоенной точности; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъёмSocket603.

2002г. Intel®Celeron® (Willamette-128)

Новый Celeron®выполнен на основе ядраWillametteпо 0.18 мкм процессу. Отличается отPentium® 4 на том же ядре вдвое меньшим объёмом кэша второго уровня (128 против 256Kb). Предназначен для установки в разъёмSocket478. Кодовое имя:Willamette-128. Тех. характеристики: технология производства: 0,18 мкм; тактовая частота: 1,6-2 ГГц; кэш первого уровня: 8 Кб; кэш второго уровня 128 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъёмSocket478.

2002г. Intel® Celeron® (Northwood-128)

Celeron®Northwood-128 отличается отWillamette-128 только тем, что выполнен по 0,13 мкм техпроцессу. Кодовое имя:Willamette-128. Тех. характеристики: технология производства: 0,13 мкм; тактовая частота: 1,6-2 ГГц; кэш первого уровня: 8 Кб; кэш второго уровня 128 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъёмSocket478.

32-битные процессоры: микроархитектура P6/Pentium M

Представлен в марте 2003. Технологический процесс: 0,13 мкм (Banias). КэшL1: 64 КБ

Кэш L2: 1 МБ (встроенный). Базируется на ядреPentiumIII, с инструкциямиSIMDSSE2 и глубоким конвейером. Количество транзисторов: 77 миллионов. Упаковка процессора:Micro-FCPGA,Micro-FCBGA. Сердце мобильной системыIntel«Centrino» .Частота системной шины: 400 МГц (Netburst).

Технологический процесс: 0,13 мкм (Banias-512). Представлен: в марте 2003 .Кэш L1: 64 КБ. Кэш L2: 512 КБ (интегрированный). SSE2 SIMD-инструкции. Нет поддержки технологии SpeedStep, поэтому не является частью "Centrino".Обозначение:Family6model9. Технологический процесс: 0,09 мкм (Dothan-1024). Кэш L1: 64 КБ. Кэш L2: 1 МБ (интегрированный). SSE2 SIMD-инструкции. Нет поддержки технологии SpeedStep, поэтому не является частью "Centrino"

Технологический процесс: 0,065 мкм = 65 нм (Yonah). Представлен: в январе 2006 года. Частота системной шины: 667 МГц. Удвоенное (или одиночное в случае Solo) ядро с разделяемым кэшем L2 размером 2 МБ. SSE3 SIMD-инструкции

Dual-Core Xeon LV

Технологический процесс: 0,065 мкм = 65 нм (Sossaman) . Представлен: в марте 2006

Основан на ядре Yonah, с поддержкой SSE3 SIMD-инструкций. Частота системной шины: 667 МГц. Разделяемый кэш L2 размером 2 МБ

64-битные процессоры: EM64T - Микроархитектура NetBurst

Двухъядерный (Dual-core) микропроцессор. Отсутствует технология Hyper-Threading

Частота системной шины: 800 (4x200) МГц. Smithfield - 90 нм (90 nm) технологический процесс (2,8-3,4 ГГц) . Представлен: 26 мая 2005 года

2,8-3,4 ГГц (номера моделей 820-840). Количество транзисторов: 230 миллионов. Кэш L2: 1 МБx2 (non-shared, 2 МБ всего). . Производительность увеличилась примерно на 60 % по сравнению с одноядерным микропроссором Prescott 2,66 ГГц (533 МГЦ FSB) Pentium D 805 представлен в декабре 2005 года. Presler - 65 нм (65 nm) технологический процесс (2.8-3.6 ГГц) . Представлен: 16 января 2006 года. 2,8-3,6 ГГц (номера моделей 920-960). Количество транзисторов: 376 миллионов. КэшL2: 2 МБx2 (non-shared, 4 МБ всего)

Pentium Extreme Edition

Двухъядерный (Dual-core) микропроцессор. ПоддержкаHyper-Threading. Частота системной шины: 1066 (4x266) МГц. Smithfield - 90 нм (90 nm) технологический процесс (3,2 ГГц) . Варианты:

Pentium 840 EE, 3,20 ГГц (кэш L2 размером 2 x 1 МБ)

Presler - 65 нм (65 nm) технологический процесс (3,46, 3,73 ГГц)

L2 кэш: 2 МБ x 2 (non-shared, 4 МБ всего)

64-битные процессоры: EM64T - Микроархитектура Intel Core

Процессоры на персональные компьютеры получились свое распространение в семидесятых годах прошлого столетия. Они выпускались большим количеством производителей. Практически каждой компании в то время, как собственно говоря и сейчас, хотелось использовать для их производства только самые новые технологии. Однако не у всех компаний получилось получить свое развитие настолько же сильно, как у Intel и AMD. Одни производители полностью пропали с рынка, другие же перешли в другую сферу деятельности. Однако следует рассказать обо всем поэтапно.

Как началось создание процессора

Впервые мир услышал о процессорах в пятидесятых годах прошлого столетия. Они функционировали на механическом реле. Впоследствии стали появляться модели, которые работали при помощи электронных ламп и транзисторов. В те времена компьютерные устройства, на которые они устанавливались, были похожи на сложное и очень крупногабаритное оборудование. Их стоимость была очень высокой.

Все компоненты процессоров отвечали за процесс вычисления. Нужно было разобраться с тем, каким образом, их можно было соединить в единую микросхему. Данная задумка воплотилась в жизнь практически сразу после появления схем полупроводникового типа. В те времена разработчики процессоров даже предположить не могли, что данные схемы окажутся полезными в их деле. Именно по этой причине еще несколько лет они разрабатывали процессоры на нескольких микросхемах.

В конце шестидесятых годов компания Busicom начала разработку своего нового настольного калькулятора. Ей потребовалось 12 микросхем и она заказала их у компании Intel. В то время у разработчиков данной компании появились идеи соединения нескольких микросхем в одно целое. Данная идея пришлась по душе руководителю фирмы. Ее преимущество заключалось в том, что при этом была возможность значительно сэкономить. Ведь не нужно было производить сразу несколько микросхем. Кроме того благодаря расположению элементов процессора на одной микросхеме можно было создать устройство, которое подходило бы для использования на самых разных видах оборудования, применяемых для совершения вычислительных процессов.

В итоге проведенной специалистами корпорации работы появился первый в мире микропроцессор под названием Intel 4004. У него была способность совершать сразу шесть десятков тысяч операций всего за одну секунду. Он даже обрабатывал двоичные числа. Однако данный вид процессора не было возможности использовать для компьютеров, потому что для него еще не было создано таких устройств.

Самый первый персональный компьютер

Первым компьютер был создан студентом из Америки Джонатаном Титусом. В журнале «Электроника» он получил название Марк 2. В нем кроме всего прочего было дано описание данного устройства. Данное изобретение не помогло студенту заработать большие деньги. Изначально Титус планировал зарабатывать при помощи своего изобретения. Он планировал распространять за определенную стоимость печатные платы для создания собственных компьютеров. Потребителям приходилось остальные детали приобретать в магазинах. Конечно же у него не получилось заработать много, но он внес большой вклад в развитие компьютерной техники.

История развития процессоров Intel

Первым процессором компании Intel был 4004. Позже данный разработчик представил пользователям модель 8008. Она отличалась от предыдущей модели тем, что частота работы данного процессора составляла от 600 до 800 килогерц. В нем было более трех тысяч транзисторов. Его активно использовали на всевозможных вычислительных машинах.

В то же самое время в мире стали появляться первые персональные компьютерные устройства и компания Intel приняла решение осуществлять производство процессоров, подходящих для них. Спустя короткий срок времени компания разработала процессор 8080, который в десятки раз был более производительным, чем его предшественник.

Стоимость данной модели процессора была очень высокой по тем меркам. Однако производители полагали, что стоимость является совершенно оправданной для процессора, который обладает высоким уровнем производительности и способен отлично вписаться в любое компьютерное устройство. Он пользовался огромным спросом. Именно благодаря этому доходы компании только росли.

Спустя несколько лет на свет появился компьютер Altair – 8800. Его производителем стала компания MITS. Данная модель персонального компьютерного устройства осуществляла свою деятельность на процессоре от компании Intel модели 8800. Именно благодаря нему многочисленные компании стали осуществлять производство собственных микропроцессоров.

В то же самое время в СССР

В СССР стремительно развивалось производство различных видов вычислительных механизмов. Самый пик развития ЭВМ пришелся на семидесятые годы прошлого столетия. Они могли по своему уровню производительности вполне сравниться со своими зарубежными аналогами.

В 1970 году появился указ от отечественного руководства о том, что были разработаны стандарты совместимости программ и аппаратуры ЭВМ. В это время образовалась новая концепция вычислительной техники. В ее основу легли разработки IBM. Отечественные специалисты использовали технологию IBM 360.

Отечественные технологии, которые были разработаны в советские времена, потеряли свою актуальность. Вместо них стали использовать технологии импортного происхождения. Постепенно отечественная электронная отрасль стала значительно отставать от той, которая существовала на Западе. Все компьютерные устройства, которые были разработаны после восьмидесятых годов прошлого столетия осуществляли свою деятельность при помощи процессоров Zilog или Intel. Россия стала отставать по своим технологиям от Америки почти на десятилетний период.

Эволюция процессоров

В середине семидесятых годов прошлого столетия компания Motorola представила суд пользователе свой первый процессор, который получил название MC6800. Он обладал высоким уровнем производительности. У него была возможность работать с шестнадцати битными числами. Его стоимость составляла столько же, что у процессора Intel 8080. Его потребители не очень то стремились покупать. Именно по этой причине он так и не стал использоваться для персональных компьютеров. Компании пришлось расстаться с четырьмя тысячами сотрудников из-за финансовых трудностей.

В 1975 году бывшими сотрудниками Motorola была создана новая компания под названием MOS Technology. Они разработали процессор MOS Technology 6501. Он по своим характеристикам напоминал разработку Motorola, которая обвинила компанию в плагиате. Позже сотрудники MOS постарались кардинально переделать свое детище и выпустили чип 6502. Его стоимость была гораздо приемлемей, и он начал пользоваться огромным спросом. Его даже использовали для компьютерной техники Apple. Он имел принципиальное отличие от своего предшественника. У него уровень частоты работы был гораздо выше.

По пути уволенных сотрудников Motorola пошли и те, которые потеряли свое место в компании Intel. Они тоже создали компанию и запустили в производство свой процессор Zilog Z80. Он обладал не сильными отличиями от продукта Intel 8080. Он обладал единственной линией питания, и у него была приемлемая стоимость. Он мог функционировать с такими же программами. К тому же производительность данного устройства можно было сделать выше, и при этом не нужно было влияние оперативной памяти. Таким образом, Zilog начал пользоваться огромным спросом среди потребителей.

В России данная модель процессора применялась преимущественно в военной технике, в различных контроллерах и на многих других устройствах. Его даже использовали на разнообразных игровых приставках. В девяностых и восьмидесятых годах он пользовался огромной популярностью среди потребителей российского рынка.

Процессоры в фильме «Терминатор»

Фильм «Терминатор» полон моментов, когда робот сканирует все происходящее перед ним. Перед его глазами образуются странные для зрителей коды. Через несколько лет становится очевидным тот факт, что появлению таких кодов создатели фильма обязаны компании MOS с ее процессором версии 6502. Это заставляет повеселиться разработчиков, которым кажется забавным ситуация, при которой в фильме про далекое будущее используется процессор семидесятых годов.

Эволюция процессоров Intel, Zilog, Motorola

В конце семидесятых годов компания Intel представила свою очередную новинку. Она получила название Intel 8086. Благодаря этому чипу все ближайшие преследователи компании на рынке остались далеко позади. Он обладал высоким уровнем мощности, но это дало ему возможности стать популярным. В нем использовалась 16 разрядная шина, которая обладал высоким уровнем стоимости. Для этого процессора необходимо было использовать специальные микросхемы и переделывать материнскую плату.

Затем компания выпустила свой более успешный продукт Intel 8088. В нем имелось более тридцати тысяч транзисторов.

Компания Motorola в то же время выпустила свой продукт MC68000. Он был одним из самых мощных на то время. Для его использования необходимо было иметь специальные микросхемы. Однако он все равно пользовался большим спросом среди потребителей. Он предлагал пользователям огромные возможности для его использования.

В это же время компания Zilog тоже представила пользователям свою новую разработку. Она создала процессор Z8000. Данная новинка до сих пор вызывает большое количество споров. По своим техническим параметрам она была приемлемой и ее стоимость была низкой. Однако не многие пользователи хотели использовать ее на своих компьютерных устройствах.

Процессоры нового поколения от компании Intel

В начале 1993 года компания Intel представила свой процессор P5. Сегодня он известен под названием Pentium. Компании удалось усовершенствовать технологии, которые она раньше использовала для создания своих продуктов. Теперь их новинка обладала способностью справляться сразу с двумя задачами одновременно. Пропускная разрядность шины стала больше практически в два раза. Однако пользоваться данным процессором пользователи в полной мере не имели возможности, потому что для него необходимо было иметь специальную материнскую плату. Однако после выхода следующей модели процессора Pentium, ситуация стала совершенно другой.

Именно благодаря высоким технологиям чипы от производителя Intel стали пользоваться огромной популярностью у потребителей. Они занимали длительное время первые места в мире.

Недорогие разработки Intel

Для того чтобы в полной мере соперничать с компанией AMD в области доступных по цене процессоров разработчики Intel приняли решение не уменьшать стоимость своих товаров, а стали создавать не очень мощные процессоры, которые в скором времени стали называться Celeron. В 1998 году появилась первая такая маломощная модель процессора Celeron, работающая на ядре процессора Pentium второго поколения. Она не отличалась высоки уровнем производительности. Однако она вполне могла работать с технологическими новинками.

Продолжая тему первой статьи - история эволюции процессоров с конца XX века по начала XXI века.

Во многих процессорах 80-х годов использовалась архитектура CISC (Complex instruction set computing). Чипы были довольно сложными и дорогими, а также не достаточно производительными. Возникла необходимость в модернизации производства и увеличения количества транзисторов.

Архитектура RISC

В 1980 году стартовал проект Berkeley RISC, которым руководили американские инженеры Дэвид Паттерсон и Карло Секвин. RISC (restricted instruction set computer) - архитектура процессора с увеличенным быстродействием благодаря упрощенным инструкциям.

Руководители проекта Berkeley RISC - Дэвид Паттерсон и Карло Секвин

После нескольких лет плодотворной работы, на рынке появилось несколько образцов процессоров с сокращенным набором команд. Каждая инструкция платформы RISC была простой и выполнялась за один такт. Также присутствовало намного больше регистров общего назначения. Кроме того использовалась конвейеризация с упрощенными командами, что позволяло эффективно наращивать тактовую частоту.

RISC I вышел в 1982 году и содержал более чем 44 420 транзисторов. Он имел всего 32 инструкции и работал на частоте 4 МГц. Следующий за ним RISC II насчитывал 40 760 транзисторов, использовал 39 инструкций и был более быстрым.

Процессор RISC II

Процессоры MIPS: R2000, R3000, R4000 и R4400

Архитектура процессоров MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) предусматривала наличие вспомогательных блоков в составе кристалла. В MIPS использовался удлиненный конвейер.

В 1984 году группа исследователей во главе с американским ученым Джоном Хеннесси основала компанию, проектирующую микроэлектронные устройства. MIPS лицензировала микропроцессорную архитектуру и IP-ядра для устройств умного дома, сетевых и мобильных применений. В 1985 году вышел первый продукт компании - 32-битный R2000, который в 1988 году был доработан в R3000. У обновленной модели имелась поддержка многопроцессорности, кэш-памяти инструкций и данных. Процессор нашел применение в SG-сериях рабочих станций разных компаний. Также R3000 стал основой игровой консоли Sony PlayStation.

Процессор R3000

В 1991 году вышла линейка нового поколения R4000. Данный процессор обладал 64-битной архитектурой, встроенным сопроцессором и работал на тактовой частоте 100 МГц. Внутренняя кэш-память составляла 16 Кб (8 Кб кэш-команд и 8 Кб кэш-данных).

Через год вышла доработанная версия процессора - R4400. В этой модели увеличился кэш до 32 Кб (16 Кб кэш-команд и 16 Кб кэш-данных). Процессор мог работать на частоте 100 МГц - 250 МГц.

Процессоры MIPS: R8000 и R10000

В 1994 году появился первый процессор с суперскалярной реализацией архитектуры MIPS - R8000. Емкость кэш-памяти данных составляла 16 Кб. У этого CPU была высокая пропускная способность доступа к данным (до 1.2 Гб/с) в сочетании с высокой скоростью выполнения операций. Частота достигала 75 МГц - 90 МГц. Использовалось 6 схем: устройство для целочисленных команд, для команд с плавающей запятой, три вторичных дескриптора кэш-памяти ОЗУ и кэш-контроллер ASIC.

Процессор R8000

В 1996 году вышла доработанная версия - R10000. Процессор включал в себя 32 Кб первичной кэш-памяти данных и команд. Работал CPU на частоте 150 МГц - 250 МГц.

В конце 90-х компания MIPS занялась продажей лицензий на 32-битную и 64-битную архитектуры MIPS32 и MIPS64.

Процессоры SPARC

Ряды процессоров пополнили продукты компании Sun Microsystems, которая разработала масштабируемую архитектуру SPARC (Scalable Processor ARChitecture). Первый одноименный процессор вышел в конце 80-х и получил название SPARC V7. Его частота достигала 14.28 МГц - 40 МГц.

В 1992 году появилась следующая 32-битная версия под названием SPARC V8, на базе которой был создан процессор microSPARC. Тактовая частота составляла 40 МГц - 50 МГц.

Над созданием следующего поколения архитектуры SPARC V9 с компанией Sun Microsystems совместно работали Texas Instruments, Fujitsu, Philips и другие. Платформа расширилась до 64 бит и являлась суперскалярной с 9-стадийным конвейером. SPARC V9 предусматривала использование кэш-памяти первого уровня, разделенного на инструкции и данные (каждая объемом по 16 Кб), а также второго уровня емкостью 512 Кб - 1024 Кб.

Процессор UltraSPARC III

Процессоры StrongARM

В 1995 году стартовал проект по разработке семейства микропроцессоров StrongARM, реализовавших набор инструкций ARM V4. Эти CPU представляли собой классическую скалярную архитектуру с 5-стадийным конвейером, включая блоки управления памятью и поддерживая кэш-память инструкций и данных объемом по 16 Кб каждая.

StrongARM SA-110

И уже в 1996 году был выпущен первый процессор на базе StrongARM - SA-110. Он работал на тактовых частотах 100 МГц, 160 МГц или 200 МГц.

Также на рынок вышли модели SA-1100, SA-1110 и SA-1500.

Процессор SA-110 в Apple MessagePad 2000

Процессоры POWER, POWER2 и PowerPC

В 1985 году компания IBM начала разработку RISC-архитектуры следующего поколения в рамках проекта America Project. Разработка процессора POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC) и набора инструкций для него длилась 5 лет. Он был весьма производительный, но состоял из 11 различных микросхем. И поэтому в 1992 году вышел другой вариант процессора, что умещался в одном чипе.

Чипсет POWER

В 1991 году совместными усилиями альянса компаний IBM, Apple и Motorola была разработана архитектура PowerPC (сокращенно PPC). Она состояла из базового набора функций платформы POWER, а также поддерживала работу в двух режимах и была обратно совместима с 32-битным режимом работы для 64-разрядной версии. Основным назначением являлись персональные компьютеры.

Процессор PowerPC 601 использовался в Macintosh.

Процессор PowerPC

В 1993 году был представлен POWER2 с расширенным набором команд. Тактовая частота процессора варьировалась от 55 МГц до 71.5 МГц, а кэш-память данных и инструкций была 128-256 Кб и 32 Кб. Микросхемы процессора (их было 8) содержали 23 миллиона транзисторов, а изготавливался он по 0.72-микрометровой CMOS-технологии.

В 1998 году IBM выпустила третью серию процессоров POWER3 на 64 бита, полностью совместимых со стандартом PowerPC.

В период с 2001 по 2010 вышли модели POWER4 (до восьми параллельно выполняющихся команд), двухядерные POWER5 и POWER6, четырех-восьми ядерный POWER7.

Процессоры Alpha 21064A

В 1992 году компания Digital Equipment Corporation (DEC) выпустила процессор Alpha 21064 (EV4). Это был 64-разрядный суперскалярный кристалл с конвейерной архитектурой и тактовой частотой 100 МГц - 200 МГц. Изготовлен по 0,75-мкм техпроцессу, со внешней 128-разрядной шиной процессора. Присутствовало 16 Кб кэш-памяти (8 Кб данных и 8 Кб инструкций).

Следующей моделью в серии стал процессор 21164 (EV5), который вышел в 1995 году. Он обладал двумя целочисленными блоками и насчитывал уже три уровня кэш-памяти (два в процессоре, третий - внешний). Кэш-память первого уровня разделялась на кэш данных и кэш инструкций объемом по 8 Кб каждый. Объем кэш-памяти второго уровня составлял 96 Кб. Тактовая частота процессора варьировалась от 266 МГц до 500 МГц.

DEC Alpha AXP 21064

В 1996 году вышли процессоры Alpha 21264 (EV6) с 15,2 миллионами транзисторов, изготовленные по 15,2-мкм техпроцессу. Их тактовая частота составляла от 450 МГц до 600 МГц. Целочисленные блоки и блоки загрузки/сохранения были объединены в единый модуль Ebox, а блоки вычислений с плавающей запятой - в модуль Fbox. Кэш первого уровня сохранил разделение на память для инструкций и для данных. Объем каждой части составлял 64 Кб. Объем кэш-памяти второго уровня был от 2 Мб до 8 Мб.

В 1999 году DEC купила компания Compaq. В результате чего большая часть производства продукции, использовавшей Alpha, была передана компании API NetWorks, Inc.

Процессоры Intel P5 и P54C

По макету Винода Дхама был разработан процессор пятого поколения под кодовым названием P5. В 1993 году CPU вышли в производство под названием Pentium.

Процессоры на ядре P5 производились с использованием 800-нанометрового техпроцесса по биполярной BiCMOS-технологии. Они содержали 3,1 миллиона транзисторов. У Pentium была 64-битная шина данных, суперскалярная архитектура. Имелось раздельное кэширование программного кода и данных. Использовалась кэш-память первого уровня объемом 16 Кб, разделенная на 2 сегмента (8 Кб для данных и 8 Кб для инструкций). Первые модели были с частотами 60 МГц - 66 МГц.

Процессор Intel Pentium

В том же году Intel запустила в продажу процессоры P54C. Производство новых процессоров было переведено на 0,6-мкм техпроцесс. Скорость работы процессоров составляла 75 МГц, а с 1994 года - 90 МГц и 100 МГц. Через год архитектура P54C (P54CS) была переведена на 350-нм техпроцесс и тактовая частота увеличилась до 200 МГц.

В 1997 году P5 получила последнее обновление - P55C (Pentium MMX). Появилась поддержка набора команд MMX (MultiMedia eXtension). Процессор состоял из 4,5 миллиона транзисторов и производится по усовершенствованной 280-нанометровой CMOS-технологии. Объем кэш-памяти первого уровня увеличился до 32 Кб (16 Кб для данных и 16 Кб для инструкций). Частота процессора достигла 233 МГц.

Процессоры AMD K5 и K6

В 1995 году компания AMD выпустила процессор K5. Архитектура представляла собой RISC-ядро, но работала со сложными CISC-инструкциями. Процессоры изготавливались с использованием 350- или 500-нанометрового техпроцесса, с 4,3 миллионами транзисторов. Все K5 имели пять целочисленных блоков и один блок вычислений с плавающей запятой. Объем кэш-памяти инструкций составлял 16 Кб, а данных - 8 Кб. Тактовая частота процессоров варьировалась от 75 МГц до 133 МГц.

Процессор AMD K5

Под маркой K5 выпускалось два варианта процессоров SSA/5 и 5k86. Первый работал на частотах от 75 МГц до 100 МГц. Процессор 5k86 работал на частотах от 90 МГц до 133 МГц.

В 1997 году компания представила процессор K6, архитектура которого существенно отличалась от K5. Процессоры изготавливались по 350-нанометровому техпроцессу, включали в себя 8,8 миллионов транзисторов, поддерживали изменение порядка выполнения инструкций, набор команд MMX и блок вычислений с плавающей запятой. Площадь кристалла составляла 162 мм². Объем кэш-памяти первого уровня насчитывал 64 Кб (32 Кб данные и 32 Кб инструкции). Работал процессор на частоте 166 МГц, 200 МГц и 233 МГц. Частота системной шины была 66 МГц.

В 1998 году AMD выпустила чипы с улучшенной архитектурой K6-2, с 9,3 миллионами транзисторов изготавливаемого по 250-нанометровому техпроцессу. Максимальная частота чипа составляла 550 МГц.

Процессор AMD K6

В 1999 году вышла третья генерация - архитектура K6-III. Кристалл сохранил все особенности K6-2, но при этом появилась встроенная кэш-память второго уровня объемом 256 Кб. Объем кэша первого уровня составлял 64 Кб.

Процессоры AMD K7

В том же 1999 году на смену К6 пришли процессоры К7. Они выпускались по 250-нм технологии с 22 миллионами транзисторов. У CPU присутствовал новый блок целочисленных вычислений (ALU). Системная шина EV6 обеспечивала передачу данных по обоим фронтам тактового сигнала, что давало возможность при физической частоте 100 МГц получить эффективную частоту 200 МГц. Объем кэш-памяти первого уровня составлял 128 Кб (64 Кб инструкций и 64 Кб данных). Кэш второго уровня достигал 512 Кб.

Процессор AMD K7

Несколько позже появились кристаллы, базировавшиеся на ядре Orion. Они производилось по 180-нм техпроцессу.

Выход ядра Thunderbird внес необычные изменения в процессоры. Кэш-память 2-го уровня была перенесена непосредственно в процессорное ядро и работала на одинаковой с ним частоте. Кэш был с эффективным объемом 384 Кб (128 Кб кэша первого уровня и 256 Кб кэша второго уровня). Увеличилась тактовая частота системной шины - теперь она функционировала с частотой 133 МГц.

Процессоры Intel P6

Архитектура P6 пришла на смену P5 в 1995 году. Процессор являлся суперскалярным и поддерживал изменения порядка выполнения операций. Процессоры использовали двойную независимую шину, которая значительно увеличила пропускную способность памяти.

В том же 1995 году были представлены процессоры следующего поколения Pentium Pro. Кристаллы работали на частоте 150 МГц - 200 МГц, имели 16 Кб кэш-памяти первого уровня и до 1 Мб кэша второго уровня.

Процессор Intel Pentium Pro

В 1999 году были представлены первые процессоры Pentium III. Они базировались на новой генерации ядра P6 под названием Katmai, которые являлись модифицированными версиями Deschutes. В ядро была добавлена поддержка инструкций SSE, а также улучшился механизм работы с памятью. Тактовая частота процессоров Katmai достигала 600 МГц.

В 2000 году вышли первые процессоры Pentium 4 с ядром Willamette. Эффективная частота системной шины составляла 400 МГц (физическая частота - 100 МГц). Кэш-данных первого уровня достигал объема 8 Кб, а кэш-память второго уровня - 256 Кб.

Следующим ядром линейки стало Northwood (2002 год). Процессоры содержали 55 миллионов транзисторов и производились по новой 130-нм КМОП-технологии с медными соединениями. Частота системной шины составляла 400 МГц, 533 МГц или 800 МГц.

Intel Pentium 4

В 2004 году производство процессоров вновь перевели на более тонкие технологические нормы - 90 нм. Вышли Pentium 4 на ядре Prescott. Кэш данных первого уровня увеличился до 16 Кб, а кэш второго уровня достиг 1 Мб. Тактовая частота составляла 2,4 ГГц - 3,8 ГГц, частота системной шины - 533 МГц или 800 МГц.

Последним ядром, которое использовалось в процессорах Pentium 4 стало одноядерное Cedar Mill. Выпускалось по новому техпроцессу - 65 нм. Существовало четыре модели: 631 (3 ГГц), 641 (3,2 ГГц), 651 (3,4 ГГц), 661 (3,6 ГГц).

Процессоры Athlon 64 и Athlon 64 X2

В конце 2003 года AMD выпустила новую 64-битную архитектуру K8, построенную по 130-нанометровому техпроцессу. В процессоре был встроенный контроллер памяти и шина HyperTransport. Она работала на частоте 200 МГц. Новые продукты AMD получили название Athlon 64. Процессоры поддерживали множество наборов команд, таких как MMX, 3DNow!, SSE, SSE2 и SSE3.

Процессор Athlon 64

В 2005 году на рынок вышли процессоры компании AMD под названием Athlon 64 X2. Это были первые двухъядерные процессоры для настольных компьютеров. В основе модели лежали два ядра, выполненных на одном кристалле. Они имели общий контроллер памяти, шину HyperTransport и очередь команд.

Процессор Athlon 64 X2

В течение 2005 и 2006 годов AMD выпустила четыре поколения двухъядерных чипов: три 90-нм ядра Manchester, Toledo и Windsor, а также 65-нм ядро Brisbane. Процессоры отличались объемом кэш-памяти второго уровня и энергопотреблением.

Процессоры Intel Core

Процессоры Pentium M обеспечивали большую производительность, чем настольные процессоры на базе микроархитектуры NetBurst. И поэтому их архитектурные решения стали основой для микроархитектуры Core, которая вышла в 2006 году. Первым настольным четырехядерным процессором стал Intel Core 2 Extreme QX6700 с тактовой частотой 2.67 ГГц и 8 Мб кэш-памяти второго уровня.

Кодовое имя первого поколения мобильных процессоров компании Intel было Yonah. Они производились с использованием техпроцесса 65 нм, основанного на архитектуре Banias/Dothan Pentium M, с добавленной технологией защиты LaGrande. Процессор мог обрабатывать до четырех инструкций за такт. В Core был переработан алгоритм обработки 128-битных инструкций SSE, SSE2 и SSE3. Если раньше каждая команда обрабатывалась за два такта, то теперь для операции требовался лишь один такт.

Intel Core 2 Extreme QX6700

В 2007 году вышла 45-нм микроархитектура Penryn с использованием металлических затворов Hi-k без содержания свинца. Технология использовалась в семействе процессоров Intel Core 2 Duo. В архитектуру добавилась поддержка инструкций SSE4, а максимальный объем кэш-памяти 2-го уровня у двухъядерных процессоров увеличился с 4 Мб до 6 Мб.

Процессор AMD Phenom II X6

В 2008 году вышла архитектура следующего поколения - Nehalem. Процессоры обзавелись встроенным контроллером памяти, поддерживающим 2 или 3 канала DDR3 SDRAM или 4 канала FB-DIMM. На смену шине FSB, пришла новая шина QPI. Объем кэш-памяти 2-го уровня уменьшился до 256 Кб на каждое ядро.

Intel Core i7

Вскоре Intel перевела архитектуру Nehalem на новый 32-нм техпроцесс. Эта линейка процессоров получила название Westmere.
Первой моделью новой микроархитектуры стал Clarkdale, обладающий двумя ядрами и интегрированным графическим ядром, производимым по 45-нм техпроцессу.

Процессоры AMD K10

Компания AMD старалась не отставать от Intel. В 2007 году она выпустила поколение архитектуры микропроцессоров x86 - K10. Четыре ядра процессора были объединены на одном кристалле. В дополнение к кэшу 1-го и 2-го уровней модели K10 наконец получили L3 объемом 2 Мб. Объем кэша данных и инструкций 1-го уровня составлял 64 Кб каждый, а кэш-памяти 2-го уровня - 512 Кб. Также появилась перспективная поддержка контроллером памяти DDR3. В K10 использовалось два 64-битных контроллера. Каждое процессорное ядро имело 128-битный модуль вычислений с плавающей запятой. Вдобавок ко всему, новые процессоры работали через интерфейс HyperTransport 3.0.

В 2007 году с архитектурой K10 вышли многоядерные центральные процессоры Phenom фирмы AMD, предназначенные для использования в стационарных персональных компьютерах. Решения на базе K10 производились по 65- и 45-нм техпроцессу. В новой версии архитектуры (К10,5) контроллер памяти работал с памятью DDR2 и DDR3.

Процессор AMD Phenom

В 2011 году вышла новая архитектура Bulldozer. Каждый модуль содержал два ядра со своим блоком целочисленных вычислений и кэш-памятью 1-го уровня. Поддерживалась кэш-память 3-го уровня объемом 8 Мб, шины HyperTransport 3.1, технологии увеличения частоты ядер Turbo Core второго поколения и наборов инструкций AVX, SSE 4.1, SSE 4.2, AES. Также процессоры Bulldozer были наделены двухканальным контроллером памяти DDR3 с эффективной частотой 1866 МГц.

Процессор AMD Bulldozer

В 2013 году компания представила следующее поколение процессоров - Piledriver. Данная модель являлась улучшенной архитектурой Bulldozer. Были доработаны блоки предсказания ветвлений, возросла производительность модуля операций с плавающей запятой и целочисленных вычислений, а также тактовая частота.

Просматривая историю, можно проследить этапы развития процессоров, изменения в их архитектуре, усовершенствования технологий разработки и многое другое. Современные CPU отличаются от тех, которые выходили раньше, но при этом имеют и общие черты.

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.