Реферат: Процессоры

В 1972 г., т.е. спустя год после появления 4004, Intel вы­пустила очередной процессор 8008, но подлинный успех ей принес 8-битный микропроцессор 8080, который был объявлен в 1973 г. Этот микропроцессор получил очень широкое распространение во всем мире. Сейчас в нашей стране его аналог - микропроцессор KP580ИК80 приме­няется во многих бытовых персональных компьютерах и разнообразных контроллерах. С чипом 8080 также связано появление стека внешней па­мяти, что позволило использовать программы любой вложенности.

Процессор 8080 был основной частью первого небольшого ком­пьютера, который получил широкое распространение в деловом мире. Операционная система для него была создана фирмой Digital Research и называлась Control Program for Microcomputers (CP/M).

3.3. Процессор 8086/88.

В 1979 г. фирма Intel первой выпустила 16-битный микропро­цессор 8086, возможности которого были близки к возможностям процес­соров миникомпьютеров 70-х годов. Микропроцессор 8086 оказался "пра­родителем" целого семейства, которое называют семейством 80x86 или х86.

Hесколько позже появился микропроцессор 8088, архитектурно повторяющий микропроцессор 8086 и имеющий 16-битный внутренние ре­гистры, но его внешняя шина данных составляет 8 бит. Широкой попу­лярности микропроцессора способствовало его применение фирмой IBM в персональных компьютерах PC и PC/XT.

3.4. Процессор 80186/88.

В 1981 г. появились микропроцессоры 80186/80188, которые сохраняли базовую архитектуру микропроцессоров 8086/8088, но содер­жали на кристалле контроллер прямого доступа к памяти, счетчик/тай­мер и контроллер прерываний. Кроме того, была несколько расширена система команд. Однако широкого распространения эти микропроцессоры (как и персональные компьютеры PCjr на их основе), не получили.

3.5. Процессор 80286.

Следующим крупным шагом в разработке новых идей стал микроп­роцессор 80286, появившийся в 1982 году. При разработке были учтены достижения в архитектуре микрокомпьютеров и больших компьютеров. Процессор 80286 может работать в двух режимах: в режиме реального адреса он эмулирует микропроцессор 8086, а в защищенном режиме вир­туального адреса (Protected Virtual Adress Mode) или P-режиме пре­доставляет программисту много новых возможностей и средств. Среди них можно отметить расширенное адресное пространство памяти 16 Мбайт, появление дескрипторов сегментов и дескрипторных таблиц, на­личие защиты по четырем уровням привилегий, поддержку организации виртуальной памяти и мультизадачности. Процессор 80286 применяется в ПК PC/AT и младших моделях PS/2.

3.6. Процессор 80386.

При разработке 32-битного процессора 80386 потребовалось ре­шить две основные задачи - совместимость и производительность.  Пер­вая из них была решена с помощью эмуляции микропроцессора 8086 - ре­жим реального адреса (Real Adress Mode) или R-режим.

В Р – режиме процессор 80386 может выполнять 16-битные прог­раммы (код) процессора 80286 без каких-либо дополнительных модифика­ций. Вместе с тем, в этом же режиме он может выполнять свои "естес­твенные" 32-битные программы, что обеспечивает повышение производи­тельности системы. Именно в этом режиме реализуются все новые воз­можности и средства процессора 80386, среди которых можно отметить масштабированную индексную адресацию памяти, ортогональное использо­вание регистров общего назначения, новые команды, средства отладки. Адресное пространство памяти в этом режиме составляет 4 Гбайт.

Микропроцессор 80386 дает разработчику систем большое число новых и эффективных возможностей, включая производительность от 3 до 4 миллион операций в секунду, полную 32-битную архитектуру, 4 гига­битное (2 байт) физическое адресное пространство и внутреннее обес­печение работы со страничной виртуальной памятью.

Несмотря на введение в него последних достижений микропро­цессорной техники, 80386 сохраняет совместимость по объектному коду с программным обеспечением, в большом количестве написанным для его предшественников, 8086 и 80286. Особый интерес представляет такое свойство 80386, как виртуальная машина, которое позволяет 80386 пе­реключаться в выполнении программ, управляемых различными операцион­ными системами, например, UNIX и MS-DOS. Это свойство позволяет производителям оригинальных систем непосредственно вводить приклад­ное программное обеспечение для 16-битных машин в системе на базе 32-битных микропроцессоров. Операционная система P-режима может соз­давать задачу, которая может работать в режиме виртуального процес­сора 8086 (Virtual 8086 Mode) или V-режим. Прикладная программа, ко­торая выполняется в этом режиме, полагает, что она работает на про­цессоре 8086.

32-битная архитектура 80386 обеспечивает программные ресур­сы, необходимые для поддержки "больших " систем, характеризуемых операциями с большими числами, большими структурами данных, больши­ми программами (или большим числом программ) и т.п. Физическое ад­ресное пространство 80386 состоит из 2 байт или 4 Гбайт; его логи­ческое адресное пространство состоит из 2 байт или 64 терабайт (Тбайт). Восемь 32-битных общих регистров 80386 могут быть взаимоза­меняемо использованы как операнды команд и как переменные различных способов адресации. Типы данных включают в себя 8-, 16- или 32-бит­ные целые и порядковые, упакованные и неупакованные десятичные, ука­затели, строки бит, байтов, слов и двойных слов. Микропроцессор 80386 имеет полную систему команд для операций над этими типами дан­ных, а также для управления выполнением программ. Способы адресации 80386 обеспечивают эффективный доступ к элементам стандартных струк­тур данных: массивов, записей, массивов записей и записей, содержа­щих массивы.

Микропроцессор 80386 реализован с помощью технологии фирмы Intel CH MOSIII - технологического процесса, объединяющего в себе возможности высокого быстродействия технологии HMOS с малым потреб­лением технологии кмоп. Использование геометрии 1,5 мкм и слоев ме­таллизации дает 80386 более 275000 транзисторов на кристалле. Сей­час выпускаются оба варианта 80386, работающих на частоте I2 и I6 МГц без состояний ожидания, причем вариант 80386 на 16 МГц обеспечи­вает скорость работы 3-4 миллиона операций в секунду.

Микропроцессор 80386 разделен внутри на 6 автономно и парал­лельно работающих блоков с соответствующей синхронизацией. Все внут­ренние шины, соединяющие эти блоки, имеют разрядность 32 бит. Конве­йерная организация функциональных блоков в 80386 допускает времен­ное наложение выполнения различных стадий команды и позволяет однов­ременно выполнять несколько операций. Кроме конвейерной обработки всех команд, в 80386 выполнение ряда важных операций осуществляется специальными аппаратными узлами. Блок умножения/деления 80386 может выполнять 32-битное умножение за 9-41 такт синхронизации, в зависи­мости от числа значащих цифр; он может разделить 32-битные операнды за 38 тактов (в случае чисел без знаков) или за 43 такта (в случае чисел со знаками). Регистр группового сдвига 80386 может за один такт сдвигать от 1 до 64 бит. Обращение к более медленной памяти (и­ли к устройствам ввода/вывода) может производиться с использованием конвейерного формирования адреса для увеличения времени установки данных после адреса до 3 тактов при сохранении двухтактных циклов в процессоре. Вследствие внутреннего конвейерного формирования адреса при исполнении команды, 80386, как правило, вычисляет адрес и опре­деляет следующий магистральный цикл во время текущего магистрально­го цикла. Узел конвейерного формирования адреса передает эту опере­жающую информацию в подсистему памяти, позволяя, тем самым, одному банку памяти дешифрировать следующий магистральный цикл, в то время как другой банк реагирует на текущий магистральный цикл.

3.7. Процессор 80486.

В 1989 г. Intel представила первого представителя семей­ства 80х86, содержащего более миллиона (а точнее, 1,2 миллиона)  транзисторов в чипе. Этот чип во многом сходен с 80386. Он на 100% программно совместим с микроп­роцессорами 386(ТМ) DX & SX. Один миллион транзисторов объединенной кэш-памяти (сверхбыстрой оперативной памяти), вместе с аппаратурой для выполнения операций с плавающей запятой и управлением памяти на одной микросхеме, тем не менее поддерживают программную совмести­мость с предыдущими членами семейства процессоров архитектуры 86. Часто используемые операции выполняются за один цикл, что сравнимо со скоростью выполнения RISC-команд. Восьмикилобайтный унифицирован­ный кэш для кода и данных, соединенный с шиной пакетного обмена дан­ными со скоростью 80/106 Мбайт/сек при частоте 25/33 Мгерц гаранти­руют высокую производительность системы даже с недорогими дисками (DRAM). Новые возможности расширяют многозадачность систем. Новые операции увеличивают скорость работы с семафорами в памяти. Оборудо­вание на микросхеме гарантирует непротиворечивость кэш-памяти и под­держивает средства для реализации многоуровневого кэширования. Встроенная система тестирования проверяет микросхемную логику, кэш-память и микросхемное постраничное преобразование адресов памя­ти. Возможности отладки включают в себя установку ловушек кон­трольных точек в выполненяемом коде и при доступе к данным. Процес­сор i486 имеет встроенный в микросхему внутренний кэш для хранения 8Кбайт команд и данных. Кэш увеличивает быстродействие системы, от­вечая на внутренние запросы чтения быстрее, чем при выполнении цик­ла чтения оперативной памяти по шине. Это средство уменьшает также использование процессором внешней шины. Внутренний кэш прозрачен для работающих программ. Процессор i486 может использовать внешний кэш второго уровня вне микросхемы процессора. Обычно внешний кэш позво­ляет увеличить быстродействие и уменьшить полосу пропускания шины, требуемую процессором i486.

3.7.1.Процессор i486SX

Появление нового микропроцессора i486SX фирмы Intel  вполне можно считать одним из важнейших событий 1991 года. Уже

предварительные испытания показали, что компьютеры на базе i486SX с тактовой частотой   20 МГц работают быстрее (примерно на 40%) компьютеров, основанных на i80386DX с тактовой частотой 33 МГц. Микропроцессор i486SX, подобно оригинальному i486DX, содержит на кристалле и кэш-память, а вот математический сопроцессор у него заблокирован. Значительная экономия (благодаря исключению затрат на тестирование сопроцессора) позволила фирме Intel существенно снизить цены на новый микропроцессор. Надо сказать, что если микропроцессор i486DX был ориентирован на применение в сетевых серверах  и рабочих станциях, то i486SX послужил отправной точкой для создания мощных настольных компьютеров. Вообще говоря, в семействе микропроцессоров i486 предусматривается несколько новых возможностей для построения мультипроцессорных систем: соответствующие команды поддерживают механизм семафоров памяти, аппаратно - реализованное выявление недостоверности строки кэш-памяти обеспечивает согласованность между несколькими модулями кэш-памяти и т.д. Для микропроцессоров семейства i486 допускается адресация физической памяти размером 64 Тбайт

3.8. Intel OverDrive процессор.

Возможность постоянного совершенствования. Пользователи пер­сональных компьютеров все чаще сталкиваются с этим по мере все воз­растающих требований к микропроцессорам со стороны аппаратного и программного обеспечения. Фирма Intel уверена: лучшая стратегия со­вершенствования - первоначально заложенная в систему возможность мо­дернизации, модернизации согласно вашим нуждам. Впервые в мире та­кая возможность предоставляется нашим потребителям. Фирма Intel приступила к выпуску Intel OverDrive процессора, открывающего новую категорию мощных сопроцессоров. После простой установки этого сопро­цессора на плату резко вырастет скорость работы всей системы и прик­ладных программ в MS-DOS, Windows, OS/2, Windows'95 и UNIX.

С помощью этой одной-единственной микросхемы Вы сразу же сможете воспользоваться преимуществами новой стратегии фирмы Intel, заложенной в нашей продукции. Когда настанет неотвратимый момент, когда Вам потребуется производительность большая, чем у Вашего ком­пьютера, то все, что Вам будет нужно - это вставить OverDrive про­цессор в Вашу систему - и пользоваться преимуществами, которые даст Вам новая микропроцессорная технология фирмы Intel. Более чем прос­то модернизация, OverDrive процессор - это стратегия защиты Ваших настоящих и будущих вкладов в персональные компьютеры.

Intel OverDrive процессор гарантирует Вам отвечающую стан­дартам и экономичную модернизацию. Всего лишь одна микросхема увели­чит вычислительную мощь Вашего компьютера до требований самого сов­ременного программного обеспечения и даже тех программ, которые еще не написаны, в MS-DOS, в Windows, в PS/2, в UNIX, от AutoCAD - до WordPerfect.

Итак, наш первый микропроцессор в серии Single Chip Upgrade (Качественное улучшение - одной микросхемой) - это OverDrive процес­сор для систем на основе Intel i486SX. Установленный в OverDrive – разъем, этот процессор позволяет системе i486SX использо­вать новейшую технологию "удвоения скорости", используемую в процес­соре i486DX2, и дающую общее увеличение производительности до 70%. OverDrive процессор для систем i486SX содержит модуль операций над целыми числами, модуль операций над числами с плавающей точкой, мо­дуль управления памятью и 8К кэш-памяти на одном кристалле, работаю­щем на частоте, в два раза превышающей тактовую частоту системной шины. Это уникальное свойство позволяет Вам удвоить тактовую часто­ту Вашей системы, не тратясь на покупку и установку других дополни­тельных компонентов. OverDrive процессор удвоит, например, внутрен­нюю частоту МП i486SX 25 МГц до 50 МГц.

Хотя Intel OverDrive - это совершенно новая технология ка­чественной модернизации, в нем узнаются и фамильные черты Intel. Изготовленный и испытанный в соответствии с жесткими стандартами Intel, OverDrive отличается зарекомендовавшими себя свойствами про­дукции Intel: качеством и надежностью. OverDrive обеспечен постоян­ной гарантией и привычным сервисом и поддержкой во всем мире. OverDrive полностью совместим более чем с 50000 прикладных программ. OverDrive процессор для i486SX - только первый из наших новых про­цессоров. Во втором полугодии 1992 года мы выпустим OverDrive про­цессор для систем i486DX2, самих по себе представляющих новое поко­ление технологии МП. Мощный и доступный, OverDrive процессор проло­жит для Вас непрерывный путь к качественно новым уровням производи­тельности персональных компьютеров.

Hекоторые результаты лабораторных испытаний Intel OverDrive процессора:

1. Работа с Microsoft Word for Windows 6.1 в среде Windows

3.0, популярным текстовым процессором.

Тест исполнялся на системе с i486SX 20 МГц с файлом 330 КВ. WordPerfect, преобразованном в формат Windows Word, было выполнено 648 контекстных поисков и замен, проверка правописания во всем фай­ле, затем файл был сохранен.

Время исполнения:

i486SX без OverDrive =107 с

----------------------------                  ВЫИГРЫШ = 57%

i486SX с OverDrive = 68 с

2. Работа с Lotus 1-2-3 Release 3.0, электронной таблице, приближающейся по возможностям к интегрированной среде, обладающей широким выбором аналитических, экономических и статистических фун­кций.

Тест исполнялся на i486SX 20 МГц с таблицей объемом 433К на 10000 ячеек, которая была загружена и пересчитана. Кроме того, был обработан большой блок текстовых данных.

Время исполнения:

i486SX без OverDrive=250 с

----------------------------                  ВЫИГРЫШ = 481%

i486SX с OverDrive = 43 с

i486SX с i487SX =  72 с

----------------------------                  ВЫИГРЫШ = 67%

i486SX c OverDrive =   43 c

3. Работа с AutoCAD, популярной системой САПР.

Тест исполнялся на i486SX 20 МГц с трехмерным архитектурным чертежом, над которым выполнялись операции перечеркивания, панорами­рования, масштабирования, удаления скрытых линий и повторной генера­ции файла во внешнем формате.

Время исполнения:

i486SX с i487SX =  162 с

----------------------------                  ВЫИГРЫШ = 45%

i486SX c OverDrive =   112 c

А вот что говорят об OverDrive процессоре те, кому уже пос­частливилось поработать с ним:

Брент Грэхэм: (специалист по автоматизации офисов, US Bank, Портленд) "С теми возможностями модернизации, которые предоставляет Intel 486, я не вижу причин не использовать OverDrive процессор. Что касается его установки в систему, то с этим справится даже мой 10-летний сынишка."

Билл     Лодж:    (руководитель   проектной    группы,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9