Краткая история процессоров с архитектурой x86

Автор: Alexander Koh
Дата: 23/03/2001

Пожалуй, центральный процессор - один из элементов ПК, которые быстрее всего усовершенствуются из года в год. За прошедшие 20 лет процессоры претерпели просто потрясающие изменения, страшно даже представить, какими они будут лет эдак через 10 - 500GHz, не иначе.

Сейчас при произношении слова "процессор" первыми в голове крутятся имена двух производителей - Intel и AMD. Тем не менее, производителей процессоров (хоть и не таких именитых), конечно же гораздо больше, вспомним Cyrix и их последний чип - Cyrix III с ядром Samuel2, а также Transmeta с их x86-совместимым процессором Crusoe.

Перенесемся в дни, предшествующие буму компьютерной популярности, когда множество компаний разрабатывали свои собственные процессоры. Motorola и Sun, например, имели чип 68000, использовавшийся в ранних системах Macintosh, а также SunSPARC для Sun. Однако мы несколько отвлеклись, поскольку данный краткий обзор посвящен x86-совместимым процессорам. Ну что же, начнем c процессоров Intel.

8086

Чип 8086 был создан в 1978 году, имел частоты 4.77, 8 и 10MHz (частота современных калькуляторов). Изготавливался по 3 мкм технологии и имел внутренний 16 битный дизайн.

Чуть позже, в том же 1978 году был разработан 8088, который имел те же частоты, что и 8086. Использовался в ранних системах IBM PC.

Далее последовал 80186, который был не очень известен из-за своей глюкавости и несовместимости с ранними системами IBM PC.

80286

Объявлен в 1982 году. Имел частоты 6, 8, 10 и 12MHz, производился по 1.5 мкм техпроцессу и содержал около 130000 транзисторов. Данный чип имел полную 16 битную поддержку. Также с его появлением появилось такое понятие, как protected mode. Производительность чипа по сравнению с 8086 увеличилась в несколько раз (0.99-2.6 млн. операций в секунду).

80386

Первый 32-разрядный процессор появился в 1985 году. Производился по 1 мкм техпроцессу. Были выпущены следующие модели:

• 386DX (октябрь 1985) с частотой 16, 20, 25 и 33MHz.

• 386SX - упрощенный 386DX с 16-ти, а не 32 битной шиной. Частота 16, 20, 25, 33MHz.

• 386SL (октябрь 1990) - мобильная версия 386-го процессора. Частота 20 и 25MHz.

80486

Как и в случае с 80386, имеется несколько моделей данного процессора:

• 486DX (апрель 1989) - имеет встроенный FPU. Частота 25, 33 и 50MHz.

• 486SL (ноябрь 1992) - версия 486DX с расширенными возможностями - контроллер шины ISA, DRAM контроллер, контроллер локальной шины. Частота 25 и 33MHz, процесс производства - 0.8 мкм.

• 486SX - несколько упрощенный вариант 486DX, не имеющий FPU. Первые 486SX были ничем иным, как 486DX, с бракованным не прошедшим тестирование FPU, однако в дальнейшем 486SX изначально не имели блока FPU. Процесс производства - 0.8 мкм, 1.1 млн. транзисторов.

• 486DX2 - версия 486DX с удвоенной частотой - 50 и 66MHz.

• 486SX2 - как и в случае с 486DX2, SX2 - тот же 486SX, но с частотой 50MHz.

• 486DX4 (март 1994) - версия 486DX с утроенной частотой - 75 и 100MHz. Первый в истории x86 процессоров чип, имевший кэш L1 (объем -16Кб). Производился по 0.6 мкм технологии.

Pentium

Первые Pentium с ядром P5 были выпущены в марте 1993 года и имели частоту 60 и 66MHz. Pentium - первый суперскалярный процессор Intel (два вычислительных конвейера). Второе поколение Pentium (ядро P54) работали на частоте от 75 до 200MHz. Pentium MMX (P55) - версия Pentium с дополнительными мультимедиа-инструкциями. Частота 166, 200, 233MHz. Производился по .35 мкм процессу, 4.5 млн. транзисторов.

Pentium Pro (P6) - версия Pentium для серверов и рабочих станций. Имеет объединенный в корпусе кэш L2 объемом 256Кб, в 1997 году появилась версия с 1MB кэша. При 32 битных вычислениях и многозадачности значительно превосходил по производительности Pentium, но в 16 битных приложениях проигрывал ему. Частота 150, 166, 180, 200MHz. Процесс производства - 0.35 мкм (150MHz модель - 0.6 мкм).

Pentium II, Celeron

Первые процессоры Pentium II появились весной 1997 года. Выпускался в конструктиве Slot 1, что естественно потребовало апгрейда старых системных плат. Частота - 233, 266, 300, 333, 350, 400, 450MHz. Частота системной шины первых моделей составляла 66MHz, более поздних - 100MHz. Процесс производства - 0.35 мкм (233, 266, 300MHz модели), 0.25 мкм (все остальные). Для своего времени данный процессор обеспечивал потрясающую производительность, при солидной цене, конечно же. Также имеется мобильная версия данного процессора - Pentium II PE.

В 1998 году был выпущен Pentium II Xeon, предназначавшийся для рабочих станций и серверов. По сравнению с оригинальным Pentium II значительно увеличен объем кэша.

Летом 1998 года был выпущен Celeron - недорогой вариант Pentium II. Основные отличия от P2 - 66MHz системная шина, первые модели с частотой 266 и 300MHz не имели кэша L2. Позднее появились 300MHz модели с кэшем L2 - Celeron 300A. До недавнего времени выпускались модели с 66MHz FSB, но сейчас имеется 800MHz модель с 100MHz системной шиной (ядро Coppermine128).

Pentium III

Первые Pentium III мало чем отличались от мощных 450MHz Pentium II - та же системная шина с частотой 100MHz, та же тактовая частота, разве что добавлены дополнительные 70 инструкций. Но со временем различия все больше увеличивались - значительно возросла тактовая частота, конструктив SECC2 изменен на FC-PGA. В настоящее время доступны модели с частотой до 1GHz. Частота системной шины - 100 и 133MHz. Процесс производства - 0.18 мкм (первые чипы выпускались по 0.25 мкм). Частота от 450MHz до 1GHz.

Pentium 4

Последним и самым мощным процессором Intel является Pentium4. Данный процессор имеет частоту от 1.3 до 1.5GHz, а также системную шину, работающую а частоте 400MHz (4x100MHz).

На этом закончим краткий обзор процессоров Intel с архитектурой x86 и перейдем к процессорам AMD.

Долгое время процессоры AMD не имели такой популярности, как чипы Intel, но история этой компании не менее впечатлительна, чем, скажем, история той же Intel. AMD выбрала иное направление, нежели Intel - выпуск недорогих продуктов. Интересно, но изначально AMD производила процессоры для Intel, и только потом решила продавать свои собственные.

В 1982 году был объявлен один из первых процессоров AMD, названный 286A. При частоте 12 и 16MHz чип не представлял собой ничего необычного, но тем не имел несколько интересных особенностей, таких как эмуляцию EMS, а также способность выхода из protected mode, которой не имели 286'е процессоры Intel.

Следующим шагом был 386 процессор, DX и SX модели, но данный чип ничем не выделялся на фоне конкурентов. Затем последовал довольно посредственный 486 процессор, имевший частоту 66, 80 и 100 и 120MHz.

Следующим большим анонсом AMD стал процессор 5x86. Чип работал на частоте 133MHz, имел 33MHz системную шину, а также несколько довольно интересных особенностей, например интегрированный power management.

В начале 1996 года появился процессор K5, имевший частоту от 75 до 166MHz и довольно посредственную производительность. Уже к концу того же 1996 года бы выпущен процессор K6 с частотой от 166 до 233MHz. Чип имел технологию MMX и вполне мог составить конкуренцию Pentium MMX при значительно более низкой цене.

В 1998 году анонсирован K6-2 с увеличенной частотой (от 266 до 550MHz). Данный процессор обеспечивал солидную производительность при невысокой цене. Одной из интересных особенностей данного процессора стало наличие технологии 3DNow! Для некоторых игр (например, для Quake 2) были выпущены патчи, обеспечивающие поддержку 3DNow!, что довольно серьезно увеличивало скорость. Однако вскоре девелоперы потеряли интерес к этой технологии.

Вскоре появился K6-3, который отличался от K6-2 лишь наличием on-die кэша. Также в 1998 году были выпущены K6-2/3+ - мобильные версии процессоров K6-2/3 с пониженным энергопотреблением и тепловыделением.

И, наконец, самый мощный процессор AMD - Athlon, был анонсирован в 1999 году. Одна из важных особенностей Athlon (как и Duron, о котором можно прочитать ниже) - системная шина EV6, работающая на частоте 100MHz DDR, что дает эффективных 200MHz. Первые модели с ядром K7 имели частоту от 500 до 700MHz и производились по 0.25 мкм техпроцессу, из-за чего грелись, как заправские обогреватели. Они имели интерфейс Slot A. Следующим шагом стало ядро K75, производившееся уже по 0.18 мкм процессу. Процессоры с этим ядром также имели интерфейс Slot A, частоту от 750 до 1000MHz. По сравнению с K7 техпроцесс стал более тонким и изменился делитель кэша L2 - 2/5 или 1/3 вместо 1/2 у K7. Это связано с тем, что с увеличением тактовой частоты микросхемы кэша были не способны работать при старом делителе.. В следующем ядре - Thunderbird, имеющим интерфейс Socket A, данная проблема решена очень просто - теперь кэш расположен в ядре и работает на его частоте. Также относительно недавно появились процессоры Athlon с ядром Thunderbird, имеющие не 100MHz, а 133MHz системную шину. Частота Athlon с ядром Thunderbird составляет от 750MHz до 1.3GHz.

В 2000 году появился недорогой вариант Athlon - Duron, основанный на ядре Spitfire. В принципе, единственное отличие Duron от Athlon состоит в уменьшенном объеме кэша L2 - 64Кб вместо 256Кб. В тестах же, Duron отстает от Athlon с эквивалентной частотой примерно на 10% при значительно более низкой цене. Первые Duron имели частоту 600MHz, в настоящее время доступны 850MHz модели, а в Японии уже продается официально не существующий Duron 900.

Ну что же, разобрались и с AMD, переходим к последнему производителю, процессоры которого рассмотрены в данном кратком обзоре - к Cyrix.

Процессоры Cyrix не так известны, как продукты AMD или Intel, хотя у этой компании также было несколько неплохих процессоров.

Первыми продуктами Cyrix на мобильном рынке были Cx486DX и DX4. Эти процессоры демонстрировали неплохую производительность, кое в чем превосходя 486'е процессоры Intel. В 1995 году появился 5x86 от Cyrix. При частоте 100, 120 и 133MHz этот процессор выглядел весьма впечатляюще.

В 1996 году выпущен 6x86 (он же M1). На этот процессор возлагались большие надежды, ожидалось, что он превзойдет чипы Intel и AMD. Но этого не произошло, M1 оказался посредственным процессором, не помогла поддержка технологии MMX. Частота от 120 до 200MHz. Чуть позже появилась версия этого процессора с увеличенным объемом кэша L1 и некоторыми другими изменениями, но этого оказалось недостаточно.

В 1998 году, после того как National Semiconductor приобрела Cyrix, компания выпустила высокоинтегрированный процессор MediaGX. Cyrix попыталась создать чип по принципу "все в одном" - интегрировать звук, видео, контроллеры PCI и памяти. Идея была интересной, но не было никакой возможности создать процессор с частотой 200MHz, справляющийся со всеми этими задачами. Чуть позже появился долго откладываемый MII.

В 2000 году появился процессор Cyrix III с ядром Joshua, затем Cyrix III с ядром Samuel, и в конце 2000 года Cyrix III с ядром Samuel2. Последний Cyrix III - пока единственный процессор, производящийся по 0.15 мкм технологическому процессу. Частота системной шины - 100 и 133MHz. Процессор имеет начальную частоту 650MHz (100MHz FSB). Благодаря тонкому процессу снизилось энергопотребление, тепловыделение и в дальнейшем процессоры с этим ядром смогут без проблем достичь частоты 1GHz и выше.

Вроде бы все замечательно, если не одно но: производительность данного процессора низкая, с позволения сказать, никакая. Даже модели с 133MHz отстают от 566MHz Celeron, а Duron и вовсе в некоторых тестах обходит Cyrix III вдвое.

Вместо заключения

Как видите, заявления о том, что процессор - самый быстро развивающийся компонент ПК далеко не беспочвенны. Ничто, за исключением разве что видеокарт, не развивалось с такой скоростью. А теперь представьте себе, какими будут процессоры лет через десять. Хотя лучше не представлять... Страшно :-)