История процессоров (Intel) или когда компьютеры были большими.

Сегодня мало кто знает, как всё начиналось. В данной статье мы посмотрим ход развития современных компьютеров.

Древние века.

А 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.

Смутное время

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 полечили огромное распространение, а Интел попала в список "500 лучших производителей Америки"

Средние века.

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 слали 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 пользователе 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).

Промышленная революция.

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 Pentium с частотами 75, 90 и 100 МГц яв-лялись вторым поколением процессоров Pentium. При том же коли-честве транзисторов они выполнялись по технологии 0.6 мкм, что позволило снизить потребляемую мощность. Эти процессоры отли-чались внутренним умножением частоты, поддержкой многопроцес-сорных конфигураций, другим типом корпуса.

1995 г. Выпущены процессоры Pentium 120 и 133 МГц, вы-полненные по технологии 0.35 мкм.

1996 г. Этот год заслуженно получил название "года Pentium". Появились процессоры с частотами 150, 166 и 200 МГц и Pentium стал рядовым процессором в массовых РС. В это же время, парал-лельно Pentiumу развивается процессор Pentium Pro, который отли-чался 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 ОС Windows 95 он был ничуть не быст-рее Pentium. 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 Pentium MMX. MMX - Multi Media Extensions - мультимедийные расширения). Технология MMX была призвана ускорить работу мультимедийных приложений, в частно-сти операции с изображениями и обработку сигналов. Кроме ММХ эти процессоры, по сравнению с обычным Pentium, имели удвоен-ный объем первичного кэша и некоторые элементы архитектуры Pentium Pro, что повышало их производительность на обычных при-ложениях. Процессоры Pentium MMX имели 4.5 млн. транзисторов и выполнены по технологии 0.35 мкм. Развитие линейки моделей Pentium MMX вскоре было остановлено. Последние из достигнутых тактовых частот - 166, 200 и 233 МГц.

Май 1997 г. Технология ММХ была соединена с технологией Pentium Pro и в результате появился процессор Pentium II (7.5 млн. транзисторов только в ядре). Он представляет собой слегка урезан-ный вариант ядра Pentium Pro с более высокой тактовой частотой в которое ввели поддержку ММХ. При этом возникли технологиче-ские трудности размещения вторичного кэша и процессорного ядра в корпусе одной микросхемы. Ее решили следующим образом: кри-сталл с ядром (processor core) и набор кристаллов статической памя-ти и дополнительных схем, реализующие вторичный кэш, размести-ли 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 (тех-нология 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 облегченный Pentium II - Celeron, который либо вообще не имел вторичного кэша, либо имел 128 Кб, размещенные прямо на кристалле ядра. Плюсом Celeron было то, что практически все процессоры разгонялись отно-сительно своего номинала (266 и 300 МГц) в полтора и более раза, но даже при этом их производительность не намного превосходила от Pentium MMX. Другие отличия Celeron от Pentium II:

---------------------------- - -- - -- ------- - --- -- - -- - -- --- --- --- -- -- - - --

1993г. Intel® Pentium® (P54C)

Повышение тактовой частоты потребовало перехода на более тонкий 0,50 мкм технологический процесс, а позднее 0,35 мкм. Кодовое имя: P54C. Тех. характеристики: 3,3 млн. транзисторов; технология производства: 0,5-0,35 мкм; тактовая частота: 75-200 МГц; кэш первого уровня: 16 Кб (8 Кб на данные и 8 Кб на инструкции); кэш второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (50-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 5, позднее Socket 7.

1994г. Intel® 486™ DX4

Последняя "четвёрка" с увеличенным до 16 Кб кэшем первого уровня. Кодовое имя: P24C. Тех характеристики: 1,6 млн. транзисторов; тактовая частота: 75-100 МГц; кэш первого уровня: 16 Кб; кэш второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (25-33 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.

1995г. Intel® Pentium® Pro

Первый процессор шестого поколения. Впервые была применена кэш-память второго уровня, работающая на частоте ядра процессора. Процессоры имели очень высокую себестоимость изготовления и предназначались для мощных (по тем, не столь далёким временам) серверов, но имел один недостаток: плохую оптимизацию для 16-битного кода. Выпускался по технологии 0,50 мкм, а позднее по 0,35 мкм, что позволило увеличить объем кэш-памяти L2 с 256 до 512, 1024 и 2048 Кб. Кодовое имя: P6. Тех. характеристики: 5,5 млн. транзисторов - процессор, 15,5-31 млн. транзисторов - кэш-память; технология производства: 0,5-0,35 мкм; тактовая частота: 150-200 МГц; кэш первого уровня: 16 Кб (8Кб на данные и 8Кб на инструкции); полноскоростной кэш второго уровня в одном корпусе с процессором 256 Кб-2 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 8.

1997Г. Intel® Pentium® mmx (p55c)

По мере увеличения доли мультимедиа в процессорных расчетах, усиления требований игр было изобретено расширение MMX (Multi Media eXtention), содержащее 57 инструкций для вычислений с плавающей точкой, существенно увеличивающее производительность компьютера в мультимедиа-приложениях (от 10 до 60 %, в зависимости от оптимизации). Кодовое имя: P55C. Тех. характеристики: 4,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,28 мкм; тактовая частота: 166-233 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 7.

1997г. Intel® Pentium® MMX (Tillamook)

Вариант Pentium MMX для ноутбуков - имел пониженные напряжение ядра и мощность. Механически не был совместим с Socket 7, но имелся переходник на это гнездо. Кодовое имя: Tillamook. Тех. характеристики: 4,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 133-300 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём TCP или MMC.

1997г. Intel® Pentium® II (Klamath)

Первый процессор из линейки Pentium II, вобравший в себя достоинства Pentium® Pro и Pentium® MMX. Выпускался в новом конструктиве Slot 1 - это краевой разъем с 242 контактами (картридж SECC), разработанный для процессоров модульной конструкции с кэш-памятью второго уровня, выполненной на дискретных микросхемах. Кодовое имя: Klamath. Тех. характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,35 мкм; тактовая частота: 233-300 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня (512 Кб) размещён на процессорной плате и работает на половине частоты ядра процессора; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Slot 1.

1998Г. Intel® Pentium® II (Deschutes)

Процессор из линейки Pentium II, сменивший Klamath. Отличается от него более тонким технологическим процессом (0,25 мкм) и более высокими тактовыми частотами. Конструктив – картридж SECC, который в старших моделях был сменен на SECC2 (кэш с одной стороны от ядра, а не с двух, как в стандартном Deschutes; измененное крепление кулера). Кодовое имя: Deschutes. Тех. характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 266-450 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня (512 Кб) размещён на процессорной плате и работает на половине частоты ядра процессора; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66-100 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Slot 1.

1998г. Intel® Pentium® II OverDrive

Вариант Pentium® II, предназначенный для апгрейда Pentium® Pro, т. е. для установки на материнские платы Socket 8. Кодовое имя: P6T. Тех. характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 333 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 512 Кб; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Soket 8.

1998г. Intel® Pentium® II (Tonga)

Вариант Pentium® II для ноутбуков. Построен на 0,25 мкм ядре Deschutes. Кодовое имя: Tonga. Тех. характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 233-300 МГц; кэш первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); кэш второго уровня 512 Кб (работает на половине частоты ядра); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 32; разъём мини-картридж, MMC-1 или MMC-2.

1998г. Intel® Celeron® (Covington)

Первый вариант процессора из линейки Celeron®, построенный на ядре Deschutes. Для уменьшения себестоимости процессоры выпускались без кэш-памяти второго уровня и защитного картриджа. Конструктив – SEPP (Single Edge Pin Package). 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; разъём Slot 1.