Керiвництво программиста

АРХІТЕКТУРА ПРОЦЕСОРІВ INTEL

1.1 Історія розвитку процесорів

Історія мікропроцесорів почалася в 1971 році, коли фірма Intel випустила перший мікропроцесор i4004. Він мав розрядність 4 біта, спроможність адресувати 640 байт пам'яті, тактову частоту 108 кГц і продуктивність 0.06 MIPS. Такий процесор вже міг працювати в якості обчислювального ядра калькулятора. Він містив 2300 транзисторів і виконувався по технології з дозволом 10 мкм. Через рік з'явився його 8-бітный “родич” - i8008, що адресує вже 16 Кб пам'яті.

В 1974 році з'явився 8-разрядный процесор i8080, що став надто популярним влаштуванням. Він вже мав частоту 2 МГц і адресував 64 Кб пам'яті. 6000 транзисторів дозволила розмістити 6-мкм технологія виготовлення. Процесор вимагав трьох джерел живлення (+5, +12 та -5 В) і складної двухтактної синхронизації. На цьому процесорі будувалися різноманітні термінали, контролери і навіть перший ПК Altair. В нашій країні запізнилою луною 8080 стали процесори 580ИК80 і КР580ВМ80, на базі яких в початку і середині 80-х років будувалося багато “саморобних” ПК.

Наступним етапом став процесор i8085 (5 МГц, 0.37 MIPS, 6500 транзисторів, 3-мкм технологія). Він зберіг популярну рєгістрову архітектуру 8080 і програмну єдність, але в нього додали порт послідовного інтерфейсу, скасували спеціальні ІС підтримки (тактового генератора і системного контролера) і декілька змінили зовнішній інтерфейс. Головним подарунком розробникам апаратури стала тільки одна живлюща напруга +5 В.

Варіацію на тему 8080 і 8085 подає процесор Z80 фірми Zilog. Зберігши програмну єдність з 8080, в нього ввели додаткові регістри, що дозволило істотно підвищити продуктивність. Результат виявився вражаючим - ще нещодавно популярні комп'ютери Sinclair, побудовані на Z80, демонстрували на іграх графіку, не гіршу ніж у РС на 16-разрядном процесорі 286.

Перший 16-разрядный процесор 8086 фірма Intel випустила в 1978 році. Частота 5 МГц, продуктивність 0.33 MIPS, але інструкції вже з 16-розрядними операндами (пізніше з'явилися процесори 8 і 10 МГц). Технологія 3 мкм, 29 тис. транзисторів, що адресує пам'ять 1 Мб. Регістрова архітектура і система команд істотно відрізнялися від 8080, але, природно, просліджуються загальні ідеї. Через рік з'явився 8088 - той же процесор, але з 8-битной шиною даних. З нього почалася історія IBM PC, що наклала свій відбиток на подальший розвиток цієї лінії процесорів. Масове розповсюдження і відчинена архітектура РС призвели до лавиноподібній появі програмного забезпечення, що розробляється крупними, середніми і дрібними фірмами і ентузіастами-одинцями. Технічний прогрес вимагав (і зараз вимагає) розвитку процесорів, але вантаж програмного забезпечення РС, що повинно працювати і на більш нових процесорах, в свою чергу вимагав забезпечення зворотної єдності. Таким чином, всі нововведення в архітектурі наступних процесорів повинні були прибудовуватись до існуючого ядра. А тут ще і сама архітектура РС “підкинула”, наприклад, складнощі з використанням векторів перериваннь. Фірма Intel зарезервувала перші 32 вектору “для службового користування”, однак на них “наїхали” переривання BIOS. Один з результатів - додатковий засіб обробки виключень сопроцесора, застосовуваний в старших моделях РС.

Процесор 80286, що знаменує наступний етап архітектури, з'явився тільки в 1982 році. Він вже мав 134 тис. транзисторів (технологія 1.5 мкм) і адресував до 16 Мб фізичної пам'яті. Його принципові новшества - захищений режим і віртуальна пам'ять розміром до 1 Гб - не знайшли масового застосування, процесор більшою частиною використовувався як дуже швидкий 8086.

Клас 32-розрядних процесорів був відкритий в 1985 році моделлю 80386 (275 тис. транзисторів, 1.5 мкм). Разрядность шини даних (як і внутрішніх регістрів) досягла 32 біт, пам'ять ,що адресується фізична - 4 Гб. З'явилися нові регістри, нові 32-битные операції, істотно доопрацьований захищений режим, з'явився режим V86, сторінкове керування пам'яттю. Процесор знайшов широке застосування в РС, і на благодатному грунті його нових властивостей став розростатись “самый великий вірус” - MS Windows з додатками. З цього часу стала помітна тенденція “позитивного зворотного зв'язку”: на появу нового процесора виробники ПО реагують випуском нових привабливих продуктів, наступним версіям якого ставає тісно в рамках цього процесора. З'являється більш продуктивний процесор, але після нетривалого восторга і його ресурси “з'їдають” і т. д. Цей “вічний рух”, кінцево, природно, але є обгрунтована підозра, що більші ресурси розбещують (або, принаймні, розслаблюють) розробника ПО, не змушуючи його напружуватися в пошуках більш ефективних засобів рішення задачі. Прикладом ефективного програмування можна лічити іграшки на Sinclair ZX-Spectrum, що реалізуються на “іграшкових” ресурсах - 8-бітном процесорі і 64 (128) Кб ОЗП. З протилежними прикладами більшість користувачів РС стикаються регулярно, але з процесором Pentium 200 і 32 Мб ОЗП на них не завжди обертають увагу.

Історія процесора 386 нагадує історію 8086: першу модель з 32-бітной шиною даних (згодом названою 386DX) змінив 386SX з 16-розрядной шиною. Він досить легко вписувався а архітектуру РС АТ, шо раніше базувалася на процесорі 286.

Процесор Intel486DX з'явився в 1989 році. Транзисторів - 1.2 млн., технологія 1 мкм. В