Процессоры персональных компьютеров от Intel

Процессоры фирмы Intel

18 июля 1968 года Гордон Мур (Gordon Moore) и Боб Ноис (Bob Noyce) основали фирму INTEL (INTegral Electronics). Практически сразу после основания компании к ним присоединился нынешний председатель совета директоров – Эндрю Гроув (Andrew Grove). В 1974 году в корпорацию пришел ее будущий президент и главный управляющий Крейг Барретт (Craig Barrett).

Первой идеей нового предприятия было создание полупроводниковых запоминающих устройств, призванных заменить запоминающие устройства на магнитных сердечниках. Первой продукцией компании была микросхема памяти на биполярных транзисторах Шотки. И хотя в данной области Intel добилась заметных успехов, тем не менее мировую славу ей принесли совсем другие изделия – микропроцессоры. Динамика развития первых микропроцессоров и микроконтроллеров фирмы Intel представлена на рис. 21.

Порядок наименования первых изделий Intel. Почему в названии всех микропроцессоров, вплоть до появления семейства Intel® Pentium®, фигурировало число 80? Ответ на этот вопрос дает приведенная ниже таблица цифрового принципа наименования продукции Intel.

Название микропроцессора 4004, созданного в 1971 году, принято по маркетинговым соображениям и отражает 4-рязрядную архитектуру. Созданный Intel в 1972 году, 8-разрядный PMOS-микропроцессор унаследовал принцип наименования микропроцессора 4004. Этот чип получил обозначение 8008. Аналогичным образом в семейство продукции “8ххх” вошли все микросхемы RAM, ROM и EPROM, поддерживающие микропроцессор 8008. Тот, однако, не отличался простотой в эксплуатации, и в 1974 году появился более мощный NMOS-микропроцессор, известный под названием 8080, основанный на несколько иной комбинации тех же самых цифр. Микропроцессор 8080 работал под напряжением +12, +5 и -5 вольт. Одновременно Intel выпустила три вспомогательных чипа, обслуживавших 12-вольтовый генератор тактовой частоты и обеспечивавших декодирование управляющих сигналов шины. В 1976 году вышла 5-вольтовая версия со встроенными вспомогательными чипами, по силе напряжения питания названная “8085”. Тот же принцип лег в основу наименования микропроцессора 8086, представленного в 1978 году.

Таблица 3

Схема поцифрового принципа наименования продукции Intel

* Первое изделие в данной категории.

˜ Поначалу было несколько исключений. Сдвиговые регистры для военных и коммерческих целей получили наименование, соответственно, 1406, 1906. Изделие 3404 было не сдвиговым регистром, а регистром-защелкой для подсистем памяти.

Это название частично отражало 16-разрядную архитектуру. Дорогостоящие 16-разрядные системы спустя год столкнулись с достойным конкурентом 8088, по сути дела представлявшего собой несложную модификацию процессора 8086 с восьмиразрядной (отсюда и наименование) внешней шиной данных. Принятие корпорацией IBM на вооружение архитектуры 8086/88 при разработке первого персонального компьютера резко взвинтило маркетинговую ценность этого наименования, сохраненного последующими процессорами в виде 5-значного обозначения: 80286, 80386 и, наконец, 80486. Однако Intel не удалось зарегистрировать обозначение “x86“ в качестве товарного знака. Так родилось новое название процессоров – Intel® Pentium®.

Несмотря на то, что первый персональный компьютер был выпущен фирмой Apple, сейчас персональными компьютерами называют в основном IBM PC-совместимые компьютеры. Это связано, прежде всего, с тем, что фирма IBM выбрала правильную рыночную политику: она не скрывала принципов устройства своих компьютеров и не патентовала основных решений. В результате многие производители стали выпускать совместимые компьютеры, и они быстро стали фактическим стандартом. Из-за большого объема выпуска персональные компьютеры начали быстро дешеветь. К тому же для IBM-совместимых персональных компьютеров стали разрабатывать множество программных средств, что еще больше способствовало их распространению. Поэтому, несмотря на некоторые существенные архитектурные недостатки, IBM-совместимые персональные компьютеры сейчас уверенно занимают первое место на рынке.

С самого начала фирма IBM ориентировалась на процессоры Intel. У этих процессоров были очень мощные конкуренты, например, процессоры фирм Motorola или Zilog, превосходившие процессоры Intel по многим параметрам, но именно благодаря персональным компьютерам процессоры Intel смогли выйти победителями в конкурентной борьбе. К тому же еще некоторые фирмы (например, AMD, VIA, Cyrix) выпускают Intel-совместимые процессоры. Поэтому мы рассмотрим основные особенности процессоров фирмы Intel. Это позволит нам также проследить основные тенденции в развитии процессоров за последние десятилетия.

Хронология разработки и выпуска рядаМП:




«Старые», «средние», «новые» и
«Super новые» найменования процессоров от Intel

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Первоначально основной характеристикой процессора была его тактовая частота, то есть количество машинных циклов, выполняемых процессором за секунду. Таким образом, производительность процессора напрямую зависит от тактовой частоты его работы.

Однако эта система стала отказываться работать.

При покупке процессора следует иметь в виду, что, например, процессоры с одной и той же тактовой частотой могут иметь различные технические характеристики и различные типы процессорного ядра. Корпорация Intel для указания различия между процессорами использовала дополнительную буквенную индексацию

Во-первых, в линейке Pentium 4 модели с одинаковыми частотами, но разными шинами (400, 533 и 800 МГц) и объемом кэша L2 (512 кб, 1Мб и 2Мб).

•  Отличаются они (например, Pentium 4 с частотой 2,8 ГГц) одной добавленной буквой – A, B, C или Е ( ядро Prescott ).

•  Pentium 4 2.8 GHz (Northwood, 512 KB L2, 533 MHz FSB)

•  Pentium 4 2.8A GHz (Prescott, 1 MB L2, 533 MHz FSB)

•  Pentium 4 2.8C (Northwood, 512 KB L2, 800 MHz FSB, Hyper-Threading)

•  Pentium 4 2.8E (Prescott, 1 MB L2, 800 MHz FSB, Hyper-Threading)

«Cредние» найменования процессоров от Intel

2004 году компания Intel ввела другую маркировку МП типа Pentium. Единый трехзначный номер МП учитывает сразу несколько характеристик: базовую архитектуру, тактовую частоту МП и частоту системной шины, объем кэш-памяти и другие. Базовая архитектура отображается старшим разрядом, было предложено три серии:

•  ЗХХ — МП Celeron, Celeron М, Celeron М со сверхнизким энергопотреблением;

•  5ХХ — Pentium 4 для настольных и мобильных ПК, в том числе с техноло­гией НТ;

•  7ХХ — Pentium с низким и сверхнизким энергопотреблением.

В новой маркировке, как и раньше, присутствует название фирмы (Intel), название линейки процессоров (Pentium 4, Celeron D, Pentium Extreme Edition или Pentium D), а также сам Processor Number, трёхзначное число, которое в новой маркировке заменяет частоту, используемую в старой. Для того чтобы расшифровать трёхзначное число маркировки, необходима таблица соответствий, по которой можно однозначно определить все характеристики процессора.

Для МП семейства Core компания Intel ввела 5-значную маркировку: однобуквенный префикс и 4-значный цифровой код. Буквенный префикс классифицирует МП по Энергопотреблению

X - TDP более 75 Вт

E - TDP от 50 Вт и выше

T - TDP в пределах 25 Вт – 49 Вт

L - TDP в пределах 15 Вт – 24 Вт

U - TDP порядка 14 Вт и менее

В свою очередь 4-значный цифровой индекс также несёт смысловую нагрузку. В общем случае, чем большее 4-значное число представлено маркировкой процессора, тем большей производительностью и энергопотреблением он характеризуется. В то же время первая цифра означает принадлежность чипа к определённому семейству продуктов, вторая цифра – соответствующий расклад чипов внутри семейства. Соответственно, чем больше цифра, тем производительнее чип.

Для четырехъядерных МП Core 2 Quad указывается буква Q.

Старшая цифра индекса показывает принадлежность МП к определенной группе (процессоры на ядре Соnгое имеют серии 4000 и 6000, на ядре Мегоm — серии 5000 и 7000, на ядре Penryn — серии 8000 и 9000

Вот несколько примеров того, как выглядят маркировки современных процессоров и как они расшифровываются:

Core 2 Extreme X6800 – 2,93 ГГц, 4 Мб кэша L2, 1066 МГц FSB

Core 2 Duo E6600 – 2,4 ГГц, 4 Мб кэша L2, 1066 МГц FSB

Core 2 Duo E6400 – 2,13 ГГц, 2 Мб кэша L2, 1066 МГц FSB

Core Duo T2500 – 2 ГГц, 2 Мб кэша L2, 667 МГц FSB

Core Duo U2500 – 1,06 ГГц, 2 Мб кэша L2, 533 МГц

Диапазон

энергопотребления

Последовательность нумерации процессоров

Intel Core 2

Extreme

Intel Core 2 Quad

Intel Core 2 Duo

Intel Core Duo

Core

Solo

130 Вт (4 ядра)

75 Вт (2 ядра)

QX6000

Х6000

Q6000

-'

-

-

50-74 Вт

-

-

E6000 E4000

-

-

25-49 Вт

-

-

T7000 T5000

T2000

T1000

15-24 Вт

-

-

L7000

L2000

-

14 Вт и менее

-

-

U7000

U2000

U1000

«Super новые» найменования процессоров от Intel

Корпорация Intel проводи в 2008г. ребрендинг своей продуктовой линейки.

•  В «Интел» отметила, что для процессоров и аппаратных платформ компании используется слишком много различных торговых марок, что сбивает с толку потребителей и зачастую вызывает путаницу. Введение новой системы классификации продуктов облегчит покупателям выбор нужных комплектующих или ПК, а также позволит точнее разграничить аппаратные решения на классы.

•  Ключевым брендом «Интел» станет Core. На сегодня существует множество вариантов этой торговой марки, вроде Core 2 Duo, Core 2 Quad и Core 2 Extreme. С течением времени корпорация намерена отказаться от этих производных, заменив их тремя основными брендами: Core i3, Core i5 и Core i7. Процессоры с маркировкой

•  Core i3 будут относиться к начальному уровню,

•  Core i5 — к средней ценовой категории,

•  Core i7 — к наиболее передовым продуктам.

•  Для чипов, ориентированных на недорогие компьютеры, «Интел» сохранит марку Celeron, а для базовых решений — бренд Pentium. Кроме того, останется марка Atom, под которой выпускаются процессоры для нетбуков и мобильных интернет-устройств.

•  Компьютеры для бизнес-применения будут маркироваться либо Core i7 vPro, либо Core i5 vPro.

•  А вот от бренда Centrino применительно к аппаратной платформе, включающей центральный процессор и набор логики, собираются отказаться. Начиная с 2010 года марка Centrino будет использоваться для обозначения беспроводных решений Wi-Fi и WiMAX.

Этапы развития архитектуры универсальных микропроцессоров –подробное описание

Первый микропроцессор был разработан фирмой Intel в 1971 году. Он получил название I-4004, имел 4-разрядную структуру и был ориентирован на использование в калькуляторах. Впоследствии этой же фирмой был выпущен еще один 4-разрядный микропроцессор - I-4040.

На протяжении многих лет крупнейшими разработчиками и производителями универсальных микропроцессоров в мире являются компании Intel (70-75 % мирового производства) и Advanced Micro Devices (AMD), занимающая 20-25 % рынка. Их разработки идут во многом параллельными путями. В нашем курсе мы будем рассматривать развитие архитектуры универсальных микропроцессоров на примере микропроцессоров фирмы Intel.

I-8080.

I8080 Объявлен: апрель 1974 г. Тактовая частота: 2 МГц 0,64 млн. операций в секунду Количество транзисторов: 6 мкм) Ширина полосы пропускания шины: 8 бит Адресуемая память: 64 Кбайт Применение: устройства управления уличным освещением, компьютеры Altair computer (первые ПК) По сравнению с процессором 8008, производительность возросла в десять раз.

Микропроцессор содержит входные и выходные интерфейсные сигналы, обеспечивающие реакцию на сигналы запросов внешних прерываний, организацию прямого доступа к памяти, а также согласование своего цикла работы с медленными внешними устройствами (ВУ).

Его отличительной чертой стало создание микропроцессорного комплекта или семейства, то есть набора БИС, совместимых между собой по интерфейсным сигналам и функционально дополняющих друг друга. В нашей стране этот микропроцессорный комплект выпускался в составе серии К580, в которую вошли следующие микросхемы:

КР580ВМ80А - однокристальный 8-разрядный микропроцессор;

КР580ВВ51А - программируемый последовательный интерфейс;

КР580ВИ53 - программируемый таймер;

КР580ВВ55А - программируемый параллельный интерфейс;

КР580ВТ57 - контроллер прямого доступа к памяти;

КР580ВН59 - контроллер прерываний;

КР580ВВ79 - интерфейс клавиатуры и дисплея;

КР580ВГ75 - контроллер ЭЛТ;

КР580ВК91А - интерфейс МП - канал общего пользования;

КР580ГФ24 - генератор тактовых сигналов и некоторые другие схемы, предназначенные в основном для согласования работы отдельных частей микропроцессорной системы.

БИС данного микропроцессорного комплекта вследствие хороших архитектурных решений, широкой номенклатуры и совместимости до сих пор можно встретить в некоторых цифровых устройствах, не требующих высокого быстродействия и разрядности, а идеи, заложенные в таких схемах, как контроллер прерываний и контроллер прямого доступа к памяти, используются в современных наборах системной логики - чипсетах.

I-8086

I8086 Объявлен: 8 июня 1978 г. Тактовая частота: 5 МГц (0,33 млн. операций в секунду) 8 МГц (0,66 млн. операций в секунду) 10 МГц (0,75 млн. операций в секунду) Количество транзисторов:мкм) Ширина полосы пропускания шины: 16 бит Адресуемая память: 1 мегабайт Применение: портативные ПК По сравнению с процессором 8080, производительность возросла десятикратно

Очередным крупным шагом в развитии микропроцессорной техники стало появление в 1978 году 16-разрядных универсальных микропроцессоров. Здесь прежде всего следует выделить микропроцессор I-8086, выпускавшийся отечественной электронной промышленностью в составе семейства К1810. Эти микропроцессоры, заложившие основы архитектуры x86, использовались при производстве первых персональных ЭВМ.

Основными отличительными чертами в архитектуре этого микропроцессора стали:

·  увеличение разрядности регистров общего назначения до 16 бит;

·  увеличение количества регистров общего назначения до 8;

·  увеличение количества режимов адресации операндов;

·  расширение количества флагов в регистре признаков, в том числе за счет введения флагов управления, обеспечивающих, например, возможность запрета внешних маскируемых прерываний;

·  появление сегментного механизма обращения к памяти, который обеспечил возможность обращения к памяти емкостью до 1 Мбайт при использовании 16-разрядных регистров.

Он мог адресовать 1 Мбайт памяти (то есть имел 20-разрядную шину адреса), производительность его при тактовой частоте 5 МГц составляла 0,33 MIPS, но вскоре появились процессоры с тактовой частотой 8 и 10 МГц. Чуть позже (через год) была выпущена упрощенная версия процессора i8086 — i8088, который отличался только 8-разрядной внешней шиной данных. За счет этого он был медленнее, чем i8086, на 20—60% при той же тактовой частоте, но зато заметно дешевле. Именно на его основе был собран очень популярный персональный компьютер IBM PC XT.

i286

I80286 Объявлен: февраль 1982 г. Тактовая частота: 6 МГц (0,9 млн. операций в секунду) 10 МГц (1,5 млн. операций в секунду) 12 МГц (2,66 млн. операций в секунду) Количество транзисторов: ,5 мкм) Ширина полосы пропускания шины: 16 бит Адресуемая память: 16 мегабайт Виртуальная память: 1 гигабайт Применение: в то время - стандартный микропроцессор для всех моделей ПК По сравнению с процессором 8086, производительность возросла в три-шесть раз Просмотр энциклопедии Britannica с применением этого процессора занял 45 секунд

Появившийся вслед за этим в 1982 году микропроцессор i286 явился переходной ступенью к 32-разрядным универсальным микропроцессорам. В процессоре i286 было реализовано два режима работы - защищенный и реальный. В реальном режиме работы процессор был полностью совместим с выпускавшимися ранее 16-разрядными микропроцессорами с архитектурой x86. В формировании адреса участвовали только 20 линий, поэтому максимальная емкость адресуемой памяти в этом режиме осталась прежней - 1 Мбайт. В защищенном режиме процессор мог адресовать до 1 Гбайт виртуальной памяти. Шина адреса увеличена до 24 бит, поэтому емкость адресуемой памяти составляла 16 Мбайт. Для защиты от несанкционированного доступа к программам и данным и выполнения привилегированных команд, которые могут кардинально изменить состояние всей системы, в процессоре i286 была введена защита по привилегиям. С этой целью микропроцессор поддерживал 4 уровня привилегий. Для выполнения операций над числами с плавающей точкой была разработана отдельная БИС - математический сопроцессор 80287

16-разрядный процессор i80286, был использован в персональных компьютерах IBM PC AT. Принципиально новым было в нем то, что он мог адресовать до 16 Мбайт памяти и имел помимо реального режима, аналогичного i8086, еще и так называемый защищенный режим, позволяющий более гибко управлять памятью. Производительность этого процессора при тактовой частоте 8 МГц составляла 1,2 MIPS.

В 1985 году был выпущен 32-разрядный универсальный микропроцессор i386 - первый полноценный представитель архитектуры IA-32 (Intel Architecture-32). Данную архитектуру отличает ряд изменений, некоторые из которых имеют чисто количественное значение, а другие носят принципиальный характер.

Главным внешним отличием является увеличение разрядности шины данных и шины адреса до 32 бит. Это, в свою очередь, связано с изменениями в разрядности внутренних элементов микропроцессора.

Большие качественные изменения произошли на уровне работы микропроцессора в защищенном режиме.

Принципиально меняется механизм формирования физического адреса. Прежде всего, изменяется механизм использования сегментированной памяти. Сегменты в защищенном режиме могут иметь произвольную длину и располагаться в памяти начиная с произвольного адреса.

Каждый сегмент снабжается рядом атрибутов (базовый адрес, длина сегмента, его тип, уровень защиты и т. п.), которые хранятся в специальной структуре, называемой дескриптором сегмента, и используются блоком управления памятью микропроцессора при формировании физических адресов операндов и команд. Появляется возможность использования страничного механизма организации памяти. Страница - это раздел памяти, который, в отличие от сегмента, имеет фиксированную длину. Страничная организация памяти служит основой виртуальной памяти и беспечивает более эффективное, по сравнению с сегментной, использование памяти.

Организуется аппаратная поддержка мультипрограммного режима работы, при котором в памяти одновременно содержатся программы и данные для выполнения нескольких задач. Каждой задаче предоставляется свой <виртуальный процессор>. В каждый момент времени реальный процессор предоставляется одному из виртуальных процессоров, выполняющему свою задачу.

С целью обеспечения защиты информации и упрощения организации мультипрограммного режима работы микропроцессор снабжается специальными механизмами, определяющими, какие операции и обращения к памяти разрешается производить процессору при выполнении текущей задачи.

Он имел также более развитую систему управления памятью MMU (Memory Management Unit). Производительность его при тактовой частоте 16 МГц составляла 6 MIPS. С появлением этого процессора стала бурно развиваться операционная система MS Windows, существенно изменившая процесс работы с компьютерами типа IBM PC.

За время, прошедшее после появления первого 32-разрядного микропроцессора, только фирмой Intel было выпущено несколько десятков модификаций 32-разрядных МП. Изменения в некоторых моделях носили принципиальный характер, а ряд моделей содержали в основном лишь количественные изменения отдельных параметров (частота, емкость кэш-памяти и т. п.). Основные этапы развития этой архитектуры, которые, на наш взгляд, носят принципиальный характер, представлены в табл.


. Этапы развития архитектуры IA-32

 

Модель

Год начала выпуска

Число

транзисторов

на кристале

Макс

тактовая

частота,

МГц

Схема обрабо

тки данных

Наличие

кэш-памяти

на кристале

Регги

стры

Колличе

ство

команд

в системе

команд

Кол-во

конвейеров/

ступиней

о

i386

1985

275 тыс.

40

SISD,

ФТ

нет

32 разрядные с ФТ***

220

-

i486

1989

1,2 млн.

100

SISD,

ФТ,

ПТ

да

--- // ---

+80-разрядные с ПТ***

--- // ---

---

Pentium

1993

3,1 млн.

200

--- // ---

--- // ---

--- // ---

--- // ---

2/5

Pentium MMX

1997

4,5 млн.

233

--- // ---

+SIMD, ФПБ

--- // ---

--- // ---

+ 57

4/14

Pentium III

1999

9,5 млн. (28,1 млн.) *

1400

--- // ---

+SIMD, П3

--- // ---

+кэш L2

--- // ---

+128-разрядные SSE

+70

5/11

Pentium 4

2000

42 млн.

3800

--- // ---

--- // ---

--- // ---

+144

9/31

I486

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4