Эволюция развития микропроцессоров

Первый четырехразрядный микропроцессор (МП) i4004, разработанный фирмой Интел, поступил на рынок в 1972 году. За 30 лет характеристики микропроцессоров изменились качественным образом (таблица 2.8.).

Таблица 2.8

Год.	МП	Число транзисторов	Адресное пространство	Такт, МГц	Разрядность
1971	4004	2300	4К	 0,1	4
1978	8086	29000	1М	 2,5	16
1982	80286	130000	16М	4	16
1983	80386	275000	4096М	8	32
1995	Pentium Pro	 5,5 млн.	Не менее 4096М	200 МГц	64
1996	Alpha21264	15 млн.	Не менее 4096М	700 МГц	64
2000	XeonMP	160 млн. (0,13 мкм)		2800 МГц	64
2001	Intel Xeon	160 млн. (0,13 мкм)		3200 МГц	64

Микропроцессоры общего назначения

Смена поколений МП происходит каждые 2 – 3 года, с каждым поколе­нием линейные размеры элементов уменьшаются примерно в 0,7 раза. Уровень технологии СБИС, характерный для середины 90-х годов позволял создавать схемы МП с топологическими нормами 0,35 - 0,25 мкм, с 5 – 6 слоями металлизации. Кристаллы подобных схем имели площадь около 300 мм² и содержали до 10 миллионов транзисторов. К 2000 году тактовая частота работы микросхем достигла 1000 МГц. После 2000 года фирма Intel при производстве МП общего назначения достигла топологических норм 0,15  0,13 мкм, интеграции на кристалле порядка 100 миллионов транзисторов и тактовой частоты 3000 МГц. [11]

Увеличение быстродействия МП повышает требования к пропускной способности всех подсистем машины и, прежде всего, к быстродействию подсистемы памяти. Для ликвидации простоев процессора (или сведение их к возможному минимуму) используются структурные методы уменьшения времени доступа к памяти, а именно использование многоуровневых иерархических систем запоминающих устройств и расслоение памяти. На верхнем уровне иерархии используется быстродействующая кэш память. Кэш память первого уровня состоит, как правило, из двух блоков – для программ и для операндов и обычно расположена на кристалле МП. В реальных системах используется от одного до четырех уровней кэш памяти. Кэш память второго и следующих уровней располагается вне кристалла МП и строится на базе быстродействующих микросхем памяти. Типовая иерархия памяти в настоящее время может быть представлена следующую структурой :

• регистры 64 – 256 слов, время доступа 1 такт процессора;

• кэш 1 уровня – порядка 16 – 64 Кбайт, время доступа 1-2 такта;

• кэш 2 уровня – 256К слов и более, время доступа 3-5 тактов;

• основная память – до 4 миллиардов слов, время доступа 12-55 тактов.

32-разрядные микропроцессоры начала 90-х годов.

Во второй половине 80-х годов началось производство 32-разрядных МП, в том числе и для построения БЦВМ. К их числу можно отнести микропроцессоры таких фирм, как Intel, SUN, TI, Motorola, AMD, Computer Systems, MIPS Technologic, DEC, IBM и ряда других фирм. (МП) [11]

МП серии 80486 (Intel) были высокопроизводительными 32-разрядные МП общего назначения. Они идентичны по структуре и полностью совместимы по логическому интерфейсу, но различаются тактовой частотой - DX (33- 40 МГц), DX2 (66 - 80 МГц), и DX4 (100 - 120 Мгц).

На кристалле размещены - процессор целочисленной арифметики, включая восемь регистров общего назначения, математический сопроцессор (полностью совместимый с микросхемой 80387 по системе команд и форматам данных), кэш команд и данных емкостью 8 Кбайт и контроллер памяти. Общий объем адресуемой памяти МП составляет 4 Гбайта, однако виртуальное пространство адресов может достигать 64 Тбайт. В МП предусмотрен встроенный тест для проверки основных узлов, который автоматически выполняется при включении питания. МП выпускались в коммерческом, индустриальном (0  + 70С) и военном (-55  + 125С) исполнении.

МП 80960 фирмы INTEL представляет собой 32-разрядный RISC - процессор, в котором особенности RISC-архитектуры сочетаются с особенностями стандартного микроконтроллера. На кристалле интегрированы процессор целочисленной арифметики, процессор вещественной арифметики, контроллер памяти, кэш команд и контроллер прерываний. Большинство команд выполняется за один такт, одновременно может выполняться до трех команд.

Встроенный процессор плавающей арифметики вычисляет так же и все трансцендентные функции стандартного набора. Микропроцессор работает на тактовой частоте 25 МГц. Общий объем адресуемой памяти - 4 Гбайта, контроллер памяти поддерживает разделение адресуемого пространства на страницы размером 4 Кбайта. Внутренний кэш включает кэш команд размером 512 байт и кэш локальных регистров объемом 128 байт. МП 80960КВ был спроектирован специально для применения во встраиваемых системах, когда потребляемая мощность, компоновка, стоимость и простота использования так же важны, как и быстродействие. В отличие от других МП с RISC-архитектурой МП 80960КВ имеет набор команд, ориентированных на управление в том числе логические и битовые команды. МП 80960КВ обеспечивает быстродействие около 10 MIPS при частоте синхронизации 20 МГц. Микропроцессор выпускается в керамическом корпусе в индустриальном коммерческом (0  + 70С) и военном (-55  + 125С) исполнении.