Микропроцессорная техника: Учебное пособие, страница 3

1971 г. Фирма Intelвыпустила на рынок первый в мире 4-х разрядный МП типа i4004.

Его основные характеристики были следующие:  f= 108 КГц; максимально адресуемое ОЗУ = 640 байт; число используемых транзисторов N = 2300 транзисторов; 4-х разрядная шина данных; норма технологического процесса – 10 мкм. Он широко использовался в качестве вычислительного ядра калькуляторов, а также в контроллерах периферийных устройств компьютеров. Через год появился его 8-разрядное продолжение – МП i8008, адресующий уже 16 Кбайт памяти.

Заметим, что под термином «норма технологического процесса» понимается разрешающая способность технологического процесса, используемого при изготовлении микросхем. Эта разрешающая способность определяет размер элементов интегральной схемы (обычно транзисторов), а также расстояние между соседними проводящими линиями, их соединяющими.

.

8 – разрядные МП

          1974 г. характерен тем, что в этом году фирма Intel выдала на рынок новый, 8-ми разрядный МП i8080.

Его характеристики:  f= 2 МГц; максимально адресуемое ОЗУ – 64 Кбайта; 8-ми разрядная шина данных; N = 6000 транзисторов; технология – 6 мкм.

Этот МП был весьма удачным и получил очень большое распространение. Его широко использовали в очень многих терминальных устройствах больших компьютеров того времени, и он явился тем процессором, на основе которого был разработан и выпущен на рынок в 1975 г. фирмой MITS первый в мире персональный компьютер Altair 8800. Аналоги (клоны) этого процессора производились и продавались по лицензии многими другими фирмами (например, МП под названием Z80 фирмой Zilog, МП типа Motorola 680  фирмой Motorolaи др.). Аналоги этого МП выпускались и у нас в Советском  Союзе под названием МП 580ИК80 и КР580ВМ80.

16 –ти разрядные МП

          1978 г. – фирмой Intel выпущен на рынок первый 16-ти разрядный МП типа i8086, а через год МП типа i8088, отличающийся от первого только тем, что внешняя шина данных была 8-ми разрядной. Во всем остальном МП i8088 ничем абсолютно не отличался от МП i8086. МП i8088 был выпущен исходя чисто из маркетинговых соображений, чтобы можно было использовать совместно с ним большое количество интерфейсных микросхем, разработанных к этому времени, для использования в 8-ми разрядных микропроцессорных системах на МП i8080 и их клонах.

Характеристики этих МП были следующие: f= 5; 8 и 10 МГц; максимально адресуемое ОЗУ = 1 Мбайт (20-ти разрядная внешняя адресная шина); N = 29000 транзисторов; технология – 3 мкм. Эти МП определили целую эпоху в развитии компьютерной техники. С этих МП началась история  появления на рынке достаточно серьезных персональных компьютеров, сначала фирмы Apple Computer, а с 1981 года массового выпуска персональных компьютеров фирмой IBM:  IBM PC, IBM PC XT, а затем IBM PC AT.

В это же время возник и принцип обратной программной совместимости: - старые программы должны работать на новых процессорах. Этот принцип соблюдался фирмой Intel во всех дальнейших разработках МП архитектуры IA-32 вплоть до последних вариантов процессоров новых микроархитектур Intel Core и Nehalem.

Выше было сказано, что по достаточно весомым соображениям мы ограничимся рассмотрением архитектур процессоров семейства Х86, являющихся основой большинства современных персональных компьютеров, а также многих комплектов для создания так называемых индустриальных компьютеров, т.е. мощных и производительных компьютеров, специально предназначенных для эксплуатации в производственных условиях.

Семейство процессоров Х86 фирмы Intel включает в себя 16 разрядные процессоры серий 8086/88, 80186, 80286, 32 разрядные МП серий 80386, i486 и Pentium различной разновидности (MMX, PRO, II, III, 4, D). Кроме того, многие характерные признаки этой архитектуры имеют процессоры новых микроархитектур Intel Core и Intel Nehalem, а также микропроцессоры фирмы AMD – К5, К6, К7 (Athlon) и даже К10 (Phenom).

Все упомянутые процессоры Intel разрабатывались как логическое развитие некоторых общих архитектурных положений. Старшие модели МП этого семейства могут выполнять ассемблерные программы, разработанные для младших моделей, т.е. они программно совместимы снизу вверх. Кроме того, старшие модели могут эмулировать работу некоторых младших моделей (R- режим, V-режим, эмуляция МП 80286).

Исходной архитектурой процессоров этого семейства является архитектура МП 8086/88, которую мы достаточно подробно рассмотрели в прошлом году в курсе «Архитектура компьютера». Все более поздние модели этого семейства, начиная с МП 80286 до МП микроархитектуры Nehalem, после включения начинают работу в R (Real) - режиме, т.е. по существу работают как быстродействующие процессоры 8086 с соответствующей ему регистровой архитектурой. И только затем операционной системой переводятся в защищенный режим работы (P – режим), со всеми особенностями и преимуществами работы в этом режиме.

Дальнейшее развитие процессоров семейства iХ86 было вызвано следующими естественными причинами.

I. Необходимостью постоянного увеличения производительности компьютеров.

Следствием этого явилось:

1)  увеличение тактовой частоты (до 4 ГГц), за счет постоянного усовершенствования технологического процесса (разрешение до 32 нм);

2)  введение конвейерной, суперконвейерной  и суперскалярной обработки команд (до  конвейеров с 31 ступенями обработки и до 5-6 исполнительных устройств в конвейере, как  у последних моделей Pentium 4;  правда, в процессорах архитектуры Intel Core число ступеней конвейера снизили до 14, а в процессорах микроархитектуры Nehalem – до 16).

3)  введение многоступенчатой кэш-памяти (у Pentium 4 Extreme Edition, Nehalem, а также серверных процессоров Itanium -  до 3 уровней: L1, L2, L3).