Цифровые устройства и микропроцессоры: Учебное пособие, страница 47

По всем показателям, темпы развития МП не имеют себе равных в технической области. Первоначально МП классифицировали по технологии изготовления. В связи с чем,  выделялось несколько  поколений.

К первому поколению относят МП, выполненные по Р-МОП технологии, скорость выполнения команд которых достигала 60 мкс. Это четырёхразрядные  МП с жестким управлением. Они требовали довольно много внешних согласующих цепей.

Ко второму поколению относят МП, выполненные по n-МОП технологии, здесь плотность компоновки выше, управление также жесткое, но список команд значительно шире и почти не требуют внешних согласующих устройств. Это восьмиразрядные МП, время выполнения команд до 8 мкс.

Третье поколение – МП, выполненные  по биполярным технологиям. Плотность компоновки невысокая, поэтому выпускались двух или четырёх разрядные секции, охваченные общим микропрограммных управлением. Это МП с наращиваемой разрядностью.  Время выполнения команд до 0.1 мкс.

Четвертое поколение – это развитие второго поколения, используя Н-МОП, В-МОП, К-МОП технологии. Разрядность 8, 16, 32, время выполнения команд до 0,5 мкс. Управление схемное, жесткое. Список команд значительно расширен. Не нужны согласующие устройства.

В настоящее время развитие МП идет по пути совмещения различных технологий. Это уже многослойные БИС и речь идет о толщине плёнки, в которой и создаются отдельные функциональные узлы МП. Так, существуют технологии: 0.5 мкм, 0.25 мкм, 0.18 мкм, 0.12 мкм. Повышение плотности компоновки позволила поднять  тактовую частоту МП до единиц ГГц. Изменилась и архитектура (стиль постройки, представление МП с точки зрения программиста) микропроцессоров. Широкое внедрение  RISC архитектуры (процессоры с сокращенным набором команд) позволило дополнительно увеличить быстродействие МП. Здесь команды короткие и быстро выполняются, нет обращения к ЗУ, а используется обращение только к регистрам.

Существующие фирмы - изготовители МП оказались неспособными в одиночку решить многие технические проблемы и они пришли к выводу – надо объединяться! Некто древний и великий (Теренций)  сказал: «Когда двое делают одно и тоже, это уже не одно и тоже».

Именно бесперспективность дальнейшего одиночного развития побудила фирму Intel заключить соглашение с компанией Hewlett Рackard (HP). Их совместный  RISC процессор – РА-9000, разрядностью 64 бит выполнял три команды за один такт, изготовлен по 0.2 мкм технологии и состоял из 5.5 млн. вентилей.

Другая «команда»: фирмы IBM, Motorola и Apple тоже разработала RISC процессор PPC – 604, который  не уступает по показателям PA-9000, но значительно проще и дешевле (0.5 мкм технология, 3.6 млн. вентилей, выполняет 4 команды за один такт).

Безусловно, эти фирмы занимаются и самостоятельными разработками. Компания HP выпустила МП  РА – 8800. Это двухпроцессорная система. Она состоит  из 300 млн. транзисторов, размещена  на одном кристалле площадью 366 мм кв., выполнена по 0.13 мкм., системная шина - 128 бит, тактовая частота – 400 МГц. 

Крупнейшим производителем МП в  России  был коллектив «Эльбрус», который  40 лет разрабатывал суперкомпьютеры.

«Эльбрус – 1 » (1978г) это 10-ти процессорная система с разделяемой памятью. В системе использовались: перестановка последовательности выполнения операций, спекулятивное исполнение и переименование регистров, теговая  защита и динамическая проверка типов данных. Все это было в серийной машине за 15 лет до появления первых зарубежных RISC процессоров! Тег – пометка, ярлык. Теговая архитектура заключалась в наличии в данных избыточных битов для указания типа данных. Это мощная форма аппаратной защиты памяти.

«Эльбрус – 3 » (1991г.) это 16-ти разрядный процессорный комплекс. Несмотря на несовершенную технологию изготовления кристаллов, его быстродействие было в два раза выше, чем у суперкомпьютера   США (CRAY-МР).

Ведущим разработчиком процессора Pentium III (фирма Intel) был В.Пентковский – выходец из команды «Эльбрус».