История развития микропроцессоров INTEL и AMD

     Набор команд 80286 является расширением команд 8086 и обеспечивает программную совместимость с ним. Он включает все виды команд 8086 и 80186 и дополнительные команды для работы  со  средствами управления памятью.  Команды 80286 упрощают реализацию сложных ПЭВМ, разрабатываемых на современных языках высокого уровня.

     Новые  команды упрощают выполнение  стековых операций, вычисление и контроль индексов  динамических массивов,  а также выполнение приказов входа и выхода из процедур в структурированных языках высокого уровня. При помощи привилегированных команд,  которые могут выполняться только на высшем по приоритету уровне,  т.е.  в ядре ОС,  можно устанавливать или изменять параметры памяти для системы.

     ВЫСОКОПРИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ  МАТЕМАТИЧЕСКИЙ СОПРОЦЕССОР 80287:

    Обрабатывает 32-,  64- и 80-разрядные операнды с плавающей точкой, 32- и 64-разрядные данные с фиксированной точкой и 18-разрядные двоично-десятичные числа. Он подключается к 80286 и использует ресурсы, подключенные к локальной шине данных.  Как и 80286,  сопроцессор может работать в режиме реальной адресации или защищенном режиме. На уровне объективных кодов 80287 совместимом с 8087 (аналог К1810ВМ87), имеет аналогичную структуру,  размещен в таком же 40-контактном корпусе, но обладает большей производительностью.

     Другой  пример, МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ НАБОР 80386 32-разрядный МП.

     Включает  следующие микросхемы:

     80386 -  быстродействующий 32-разрядный  МП с 32-разрядной внешней

     шиной;

     80387 - быстродействующий математический  сопроцессор;

     82384 - генератор тактовых сигналов;

     82358 - арбитр магистрали....

     МП 80386 оптимизирован для многозначных  ОС и прикладных задач, для которых необходимо высокое быстродействие. Главной его особенностью является аппаратная  реализация так называемой многосистемной программной среды, обеспечивающей возможность совместной работы разнородных  программ пользователей, ориентированных на разные ОС (UNIX, MS DOS, APS 86). МП 80386 обеспечивает программную совместимость снизу вверх по отношению к 16-разрядным МП 8086, 80186 и 80286.

            ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МП 80386

     Тактовая  частота, МГц.................16, 20, 25, 33

     Адресное  пространство памяти:

      физическое, Гбайт......................4

      виртуальное, Тбайт.....................64

     Число  уровней защиты....................4

     Пропускная  способность шины, Мбайт/с....32

     Число  контактов корпуса с матричным

     разложением  выводов.....................132

     Архитектура  со  встроенными устройствами управления памятью и защиты включает трансляцию адреса, регистры аппаратуру для многозадачных режимов и механизма защиты, которые обеспечивают работу различных ОС.

      МП 80386 содержит 6 блоков, обеспечивающих управление выполнением команд, сопряжение  с шинами,  декодирование и упреждающую выборку команд. Все эти устройства работают в виде конвейера, причем каждое из них может выполнять свою конкретную функцию параллельно с другими.

     МП 80386 имеет 2 режима работы:  реальной  адресации и виртуальной адресации с защитой. В реальном режиме 80386 работает как быстрый 8086 (при необходимости с 32-разрядными данными). 

     СИСТЕМА  КОМАНД МП 80386 подразделяется на следующие классы операций: пересылку данных;  арифметику;  сдвиг (циклический сдвиг); работу

со строками; работу с битами;  передачу управления;  поддержку языков высокого уровня; поддержку ОС; управление процессором. Она содержит на бор команд 80286 и дополнительные команды.

                МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ НАБОР 80486.

     Включает  следующие микросхемы:

     80486 - быстродействующий 32-разрядный МП;

     82596СА - 32-разрядный сопроцессор LAN;

     82320 - контроллер магистрали Micro Chanel (MCA);

     82350 - контроллер магистрали EISA;

     82С508 - микросхема программируемой логики,  минимизирующая объем

     оборудования  основной платы.

     МП 80486  использует  CISC-архитектуру и обеспечивает программную совместимость с 80386, в 2-4 раза более производительнее 80386 вследствие частичного применения RISC-архитектуры и внутренней 128-разрядной шины данных,  внутреннего ОЗУ емкостью 8 Кбайт, реализации функций математического сопроцессора 80387, контроллера кэш-памяти 82385. Система команд содержит набор команд 80386 и дополнительные команды.

     МП  содержит более 1 млн.  транзисторов, имеет тактовую частоту 25 или 33 МГц и размещен в 186-выводном корпусе с матричным расположением выводов. В  МП используются раздельные 32-разрядные шины адреса и данных, обеспечивающие в монопольном режиме скорость передачи  данных  до 106 Мбайт/с (при тактовой частоте 33 МГц).

     Фирма INTEL  первой выпустила 16-битные МП.  МП 8086 представляет собой значительно усовершенствованный вариант МП 8086/8085,а  МП  8088 почти аналогичен 8086, но его внешняя шина данных имеет 8 бит.

     Фирма INTEL лидирует на рынке 26-битных МП,  МП 8086/8088 доминируют в конторских компьютерах,  они применялись,  например,  в первых моделях IBM BC (8088), ACT SIRIUS (8088), DEC RAINBOW (8088), APRICOT (8086). В последующих  моделях IBM PC ( и в многочисленных "колоннах") используются более мощные МП 80186, 80286, 80386. Основные преимущества 16-битных  МП  фирмы  INTEL  и других фирм по сравнению с 8-битными заключается в следующем:

     а) более быстрое выполнение команд;

     б) расширенная система команд(например, имеются команды умножения

     и  деления);

     в) увеличенный объем памяти ( обычно 1 Мбайт и более) по  сравнению с 64 Кб.

     г) расширенный диапазон целых чисел ( от 0 до 64К вместо от 0  до 255);

     д) большее число режимов адресации,  что упрощает программы и повышает их эффективность;

     е) применение  сопроцессоров,  помогающих  ЦП  быстрее  выполнять программы.

     После  хорошо зарекомендовавших себя 16-битных  МП  в  начале  80-х годов стал неизбежен переход к 32-битным устройствам, которые обладают следующими преимуществами:

   - позволяют  обрабатывать  32-битные данные с большим диапазоном целых чисел;

   - обладают  большем диапазоном адресации  памяти, обычно 4 Гбайта; имеют более высокую скорость работы с частотой синхронизации 16 МГц и выше;

   - характеризуются  дополнительным набором команд  и режимов адресации с обеспечение  совместимости вверх с их предшественниками;

   - имеют  внутренние средства управления памятью и внутреннюю кэш-память для команд, в которой хранятся наиболее часто используемые команды и данные;

   - обеспечивают  увеличение  производительности  в  2-3 раза на стандартных бенчмарк-программах.

     Фирмы  производители 32-битных МП утверждают,  что по вычислительной мощности эти приборы соперничают с традиционными миникомпьютерами, например машинами  VAX  фирмы  DEK.  Хотя  это утверждение не является бесспорным (в части быстродействия по командам, с учетом быстродействия сопроцессора и поддержки сложной операционной системы), все же 32-битные МП широко применяются в инженерных  рабочих  станциях,  в  области распознавания речи,  в роботах,  для автоматизации учрежденческой деятельности и в больших много пользовательских и мультиплексорных системах.

     Управление  памятью,  введенное в 32-битные процессоры, предназначается для максимального распределения областей памяти между различными программами  (и  их данными),  а также для обеспечения защиты программ. Это устройство может быть встроено в ЦП или быть выполнено в виде отдельной  микросхемы,  Устройство  управления  памятью преобразует формируемый ЦП логический адрес памяти в физический адрес,  который  и подается в  память.  Следовательно,  ОС  передает  управление от одной программы к другой, причем обе программы разделяют один и тот же диапазон логических адресов, но в физической памяти они расположены отдельно. Кроме того, УУП обеспечивает защиту программ или данных, например, допуская считывание и назначая уровни привилегий.

  

     ТЕНДЕНЦИЯ РАЗВИТИЯ МП.

     Тенденции  МП определяются главным образом  отставанием технологий их проектирования  от более высоких темпов роста технологии производства микросхем, а также превышением спроса на популярные МП над предложением на продажу.

     Характерным  примером является развитие центральных МП с  архитектурой 80386-80486.  МП  80386  разработан  по  0,3-Мбитной технологии (DRAM - 1 М,  около 2 млн. транзисторов). В МП 80486 фактически был скопирован МП 80386,  а в оставшиеся 700 тыс. транзисторов были размещены сопроцессор 80387 и кэш-память емкостью 8Кбайт.

     В  настоящее время в производство внедряется 4-Мбитная технология, в 1993-94 гг. ожидается 16-Мбитная технология, в 2000 г. - 128-Мбитная и т.д. Одновременно с этим существенно снижается стоимость производства 1 бита и соответственно МП.  Например,  стоимость МП 80486 снизится более чем в 30 раз.

 

           ТЕНДЕНЦИИ РОСТА ПРИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ  МП ФИРМЫ INTEL.

____________________________________________________________________

    МП    частота, МГц    год выпуска   число транзисторов    MIPS

80386         25            1986             0,3 млн.         16

80386         33            1988             0,3              24

80486         25            1990             1,2              27

80486         33            1991             1,2              30

80486         50            1992             1,2              40

____________________________________________________________________

 

     В  ноябре 1990 г. президент фирмы INTEL отметил, что с увеличением темпов микроминиатюризация чипов МП возрастет и производительность МП. Так, МП  80486  с тактовой частотой 25 МГц имеет производительность 27 MIPS, а 80486 с тактовой частотой 50 МГц - 40 MIPS.

     К 2000  г.  фирма  предполагает  обеспечить разработку МП системы, включающей 4 МП с 5 млн.  транзисторов у каждого и обладающий производительностью 2000 MIPS. Кроме того, в состав системы включаются два процессора 80860, два векторных процессора,  кэш-память емкостью два Мб и усовершенствованный интерфейс для распознавания образов и  голосового  ввода-вывода инф. Система пока получила условное название MICRO-2000,  будет размещаться на чипе площадью в 1 кв.  дюйм и должна работать на частоте  25 МГц.

     Развитие  возможностей технологии порождает  множество  проблем, связанных с совершенствованием МП (время разработки, надежность, поиск оптимальных решений и т.д.).

     МИКРОСХЕМЫ  НА БАЗЕ 80286. Для создания компактных  и дешевых АТ-совместимых ПЭВМ с малым потреблением энергии фирма AMD разработала микросхему, содержащую МП AMD286 и все базовые компоненты, требуемые для построения компьютера. Микросхема имеет  2 варианта исполнения: Am286 и Am286LX, отличающиеся низким потреблением энергии.

     Микропроцессорный  набор содержит кроме AM286 микросхемы  памяти DRAM, контроллеры клавиатуры и системной шины.

   Микросхема Am286ZX разработана  для  использования  в   настольных ПЭВМ, а Am286LX - в портативных.  Построенные на основе МП типа 80С286 схемы могут работать с частотой 12,5 и 16 МГц, непосредственно  управлять микросхемами DRAM, сопроцессором 80С286, BIOS, контроллером клавиатуры и двумя разъемами AT-bus. Последнее особенно важно для использования в  портативных ПЭВМ типа LAPTOP и notebook,  не требующих большого числа разъемов системной шины.

     Наиболее  широко  микросхемы  применяются  в портативных ПЭВМ типа notebook, где низкое потребление энергии и компактность являются  критическими параметрами. Эти микросхемы - основа перспективных портативных IBM PC AT-совместимых ПЭВМ.

     МП  ТИПА 386 ФИРМЫ AMD. Фирмой AMD создано несколько типов МП, аппаратно и программно совместимых с МП фирмы INTEL:

     INTEL     80386DX    80386SX     80386SL

     AMD       AM386DX    AM386SX     AM386DXL

     МП серии АМ386DX (с частотами 20,  25, 33 МГц) разработаны на основе транзисторов  размером  0,8  мкм (в отличие от 1 мкм в 80386DX) и потребляют энергии на 69% меньше, чем в 80386DX.

     В  МП  AM386DXL  обеспечивается  очень  низкий уровень потребления энергии благодаря введению режима ожидания ,  в котором МП  потребляет не более 1 mA.

     По  оценкам специалистов фирмы AMD,  в МП  обеспечивается  меньший разброс характеристик, чем в 80386.

     Тестирование  МП AM386DX ( лабораторией журнала "Byte" )  показало его идентичность МП 80386.

     Стоимость  АМ386 соответствует стоимости 80386.

     МИКРОСХЕМЫ  НА БАЗЕ 80386. Фирма INTEL разработала МП набор с увеличенной степенью интеграции на базе МП  80386SX,  состоящий  из  двух СБИС и  содержащий все базовые компоненты,  необходимые для построения портативных 80386SX-совместимых ПЭВМ типа notebook.

     СБИС  процессорного  устройства 80386SL содержит МП 80386SX с устройствами управления памятью и кэш-памятью,  поддержки расширенной памяти EEMS-LIM 4.0, схемы сопряжения с арифметическим сопроцессором 80387SX, управления системной шиной типа  AT-bus  (ISA-bus),  буферами шины, обеспечивающими  выход  на 8 разъемов расширения ISA-bus,  схемы управления системного энергопотребления.

     СБИС  подсистемы  ввода-вывода  82360SL  содержит  большинство  из стандартных компонентов подсистемы  ввода-вывода  компьютера:  параллельный и последовательный порты ввода-вывода, управления прямым доступом в память (два контроллера 8237) и регенерацией памяти,  часы реального времени,  схемы выборки микросхем,  счетчики/таймеры (два типа 8254), управление прерываниями (два контроллера 8258А) и интерфейс магистральных дисков.