Процессор состоит из огромного числа транзисторов, связанных между собой. Транзистор - это полупроводниковый элемент, предназначенный для преобразования, усиления, перенаправления электрических сигналов. То есть, транзистор получает два каких-то сигнала, и, в зависимости от того, что он получил, выдает третий сигнал. Для изготовления транзисторов в процессоре используется кремний, как самый распространенный полупроводниковый материал на Земле. Технология производства следующая: сперва создается тонкая кремниевая пластина, которая тщательно полируется и покрывается различными химическими смесями. Затем пластину в определенных местах облучают ультрафиолетом, создавая на ней специальный рисунок. При попадании ультрафиолета на пластину слой химии выгорает, открывая доступ непосредственно к кремнию. Затем на полученную пластину наносятся зоны проводимости и непроводимости, для этого используется опять же кремний, но уже поликристаллический, а также различные оксиды и металлы. Полученная схема представляет не что иное, как огромное множество транзисторов.

Последние процессоры от Интел имеют размер транзистора всего 0,09 микрон (1 микрон = 0,001 миллиметра). Кроме того, чем меньше размер транзистора, тем меньше тепла он излучает при работе.

Первые процессоры

Итак, разобравшись с некоторыми основными свойствами процессоров, перейдем непосредственно к истории. В далеком 1971 году корпорация Intel явила миру первый микропроцессор, прадедушку того гигагерцового монстра, что стоит у тебя в компьютере. Первый микропроцессор имел индекс 4004. Это был четырехразрядный процессор, включающий в себя всего две тысячи транзисторов. Он не получил широкого распространения из-за сильно ограниченного набора команд. Затем в 1974 году появился i8080, который выпускается и используется до сих пор в различных устройствах (например в АОНах домашних телефонов), и на основе которого был выпущен популярный компьютер ZX-Spectrum. Кстати, тогда этот процессор стоил чуть меньше 200 долларов.

Сейчас самое время вспомнить о другой компании, производящей процессоры, - Advanced Micro Devices. В 1969 году AMD открыла свою первую фабрику - Fab1. В то время компания не занималась созданием собственных процессоров, а выпускала чужие процессоры со своим логотипом. В начале 70-х годов она подписала соглашение с Intel о кросс-лицензировании и начала выпускать процессор 8080A (клон 8080).

В 1978 году появился первый 16-разрядный процессор от Интел - i8086. Он включал в себя 29 тысяч транзисторов и работал на частоте 4,77 МГц. Через год Intel разработал 8-разрядный процессор i8088, на основе которого и был выпущен первый персональный компьютер от IBM. i8088 был полностью совместим с более совершенным i8086, однако использовал 8-разрядную шину (то есть принимал по 1 байту за такт) и имел ограничение в 256 Кб памяти (а на самом деле компьютеры комплектовались лишь 16 Кб). IBM было проще и дешевле разработать и наладить выпуск компьютера на основе 8-разрядной шины, поэтому появился этот процессор с урезанной шиной. В то же время компания Compaq выпустила компьютер DeskPro на основе i8086, который имел 16-битовую архитектуру и мог работать с целым мегабайтом оперативной памяти. Компьютеры от Compaq не получили большой популярности, а вот IBM PC буквально заполонили рынок персональных компьютеров. Именно на таком IBM PC впервые заработал MS-DOS. Чуть позже появились версии процессора i8088 с частотами 8 и 10 МГц. В то время Интел охотно продавала всем лицензии на производство нового процессора. Среди компаний купивших лицензии были Fujitsu, Hitachi, NEC, Siemens и другие.

И в 1980 году появился первый сопроцессор, получивший индекс i8087. Сопроцессор - это специализированный проц, работающий вместе с центральным процессором и предназначенный для выполнения операций с плавающей точкой. Такой сопроцессор был очень полезен для работы с различными электронными таблицами и математическими программами (древние аналоги Excel). Сопроцессор i8087 добавил более 60 дополнительных математических команд.

Примерно в то же время появился процессор i80186, однако дальше тестовой лаборатории компании он не вышел из-за своей несовместимости с процессором i8086.

В 1982 году, Интел анонсировала новый i80286. Он расширил набор команд процессора i8086 и имел более высокую частоту (до 20МГц!). Процессор производился по 1.5 микронной технологии и содержал около 134 тысяч транзисторов. "Двойка" могла выполнять до 2,6 млн. операций в секунду, что было довольно круто и в 1984 году. IBM начала производство компьютеров IBM PC/AT. Из радикальных изменений была разработана новая модель распределения и защиты памяти, что позволило использовать память более 1Мб, для этого процессор переводился в специальный "защищенный" (protected mode) режим работы, однако он был реализован весьма сложно и имел множество недоработок. Использование защищенного режима позволило писать многозадачные программы.

В то же время AMD начала выпуск процессора 286А, который практически ничем не отличался от оригинального i80286.

Революционная "трешка"

В конце 1985 года все та же Intel представила новый процессор i80386. Это был большой прорыв. Во-первых, новый процессор умел работать в 32-битном режиме, а значит, был более производительный. Во-вторых, 386-й имел нормальную поддержку "защищенного" режима и расширенный набор команд, а значит, пришло время многозадачных операционных систем. И наконец, трешка умела выполнять несколько разных задач параллельно, то есть процессор мог выполнять две идущие друг за другом команды одновременно, если они не зависят друг от друга. Процессор производился по 1-микронному техпроцессу и имел более 275 тысяч транзисторов.

Ходят слухи, что 386-й проц. был разработан раньше 286, но у Интел были какие-то трудности с его выпуском. Рынок был не готов к 32-битным процессорам. Всего Интел представила 3 разновидности своего процессора: 386DX (Double-word eXternal) настоящий 32-32-разрядный процессор с частотами от 12 до 33МГц. Этот процессор был дорог, и по просьбе IBM Интел выпустила упрощенный вариант - 386SX (Single-word eXternal). Он отличался от DX не только названием, но и урезанной шиной, всего 16 бит. Процессор имел те же частоты что и старший брат, но компьютеры на его основе производить было дешевле. И в октябре 1990 года появилась третья версия процессора - 386SL (Single-word external Laptop). Это был мобильный вариант процессора с частотами 20 и 25МГц. Впервые трешка была использована в компьютере Compaq DeskPro 386. Этим Compaq попросила потесниться лидера того времени IBM на рынке персональных компьютеров.

В то же время Intel отказала AMD в лицензии на выпуск 386 процессоров, разорвав заключенный ранее договор. AMD, естественно, подала в суд и победила. Таким образом, AMD могла выпускать полностью совместимые с Intel процессоры, и в 1991 появился Am386, точная копия i80386, только с более высокой тактовой частотой: до 40МГц. После этого было еще несколько судебных исков, во время которых AMD, фактически, выпускала процессоры без лицензии. И лишь в 1994 году суд запретил использовать AMD любые разработки Intel. Сразу после этого решения в 1995 году AMD и Intel подписывают новое соглашение, в котором AMD разрешается изготавливать и продавать 287, 386, и 486 процессоры.

На "трешку" впервые переносится операционная система UNIX, а также специально разрабатываются OS/2 и Windows.

Конечно, не обошлось без сопроцессора, он по традиции назывался i80387. Кроме Intel сопроцессоры стали производить Texas Instruments и Cyrix.

Революция номер раз

Как уже упоминалось выше, ранее процессор мог выполнять команды только последовательно. В середине 80-х годов появилась деление процессоров на CISC (Complex Instruction Set Computing - процессоры со сложным набором команд) и на RISC (Reduсed Instruction Set Computing - процессоры с сокращенным набором команд). До 386 все процессоры были основаны на архитектуре CISC. Со временем разработчики заметили, что некоторые операции, содержащиеся в сложных командах, выполняются гораздо чаще, а значит, их можно выделить в отдельные короткие команды. Так "трешка" получила в свое распоряжение дополнительный набор коротких команд, которые выполнялись за один такт процессора, в то время как на предыдущих версиях процессора для этого требовалось несколько операций, а значит, много тактов.

Кроме всего прочего, в 386-ом проце был усовершенствован конвейер выполнения команд. Суть конвейерной архитектуры заключается в том, что процессор разбит на несколько блоков, которые могут работать независимо друг от друга и одновременно выполнять операции на разных ступенях конвейера. Процессор может одновременно выбирать из памяти новую команду и в то же время производить операцию с текущей. Такая система сильно ускоряет работу CPU.

Появились компиляторы, которые при компиляции оптимизировали программы специально для 386-х процессоров, определенным образом упорядочивая команды. Желание выполнять больше операций за один такт процессора, привело к появлению так называемой суперскалярной архитектуры, впервые появившейся в процессорах Pentium. Суперскалярная архитектура подразумевает, что ядро самого процессора построено с использованием нескольких независимых конвейеров и умеет выполнять несколько RISC команд за такт, а получает процессор сложные команды, соответствующие CISC архитектуре.

"Четверка"

Еще одна мини-революция произошла вместе с появлением 486-го процессора. В апреле 1989 года появляется i486DX. От 386 он отличался тем, что имел встроенный кэш (8 Кб), встроенный сопроцессор, мог работать в многопроцессорном (SMP) режиме, а также имел 5-ступенчатый конвейер. Новый процессор работал на частотах от 25 до 33 МГц, имел 1,2 миллиона транзисторов, и был произведен по 0.8 микронному техпроцессу.

Благодаря наличию конвейера и встроенному кэшу, производительность "четверки" была в два-три раза выше, чем у "трешки" с той же частотой. Но из-за усложнения процессора и еще не совершенной технологии производства в 1991 году Интел срочно начал выпуск процессора i486SX (16-33 МГц). Он отличался от DX тем, что не имел сопроцессора, а значит, значительно снижалась стоимость его производства. Первые процессоры SX были ничем иным как перемаркированными процессорами DX, у которых не работал сопроцессор.

В то же время появились четверки от АМД: Am486DX-40 и SX-40, которые имели схожие характеристики, но были дешевле. Еще одним конкурентом стала компания Cyrix предложившая покупателям Cx486SLC/DLC. Компания продавала их как 486 процессоры, однако на самом деле это были "трешки" с увеличенной частотой и кэшем. А затем появились Cx486S/DX - которые были полные клоны i486 (только кэш был всего 2 Кб). Еще одним 386 процессором продававшимся под маркой "четверки" бы IBM 486DLC. Тогда же началась рекламная компания, идущая до сих пор: "Intel Inside" (изначально полный лозунг звучал как "Intel: The Computer Inside").

Росли скорости процессоров, и все было бы нормально, но вот однажды процессор стал работать быстрее 25 МГц и даже быстрее 33 МГц. Это принципиальные частоты, поскольку именно со скоростью 25 или 33 МГц работает системная шина, то есть теперь чтобы повысить скорость процессора, нужно было увеличить скорость системной шины. И в 1992 году появилось решение: частоту шины оставить прежней, а процессор заставить работать на вдвое большей частоте. Так появились 486SX2 и DX2 с частотами 50-66 МГц, и был придуман новый термин - коэффициент умножения. В 1994 году начинается производство новой "четверки" - DX4, имеющий утроенную частоту 75 и 100 МГц соответственно, увеличенный объем кэша (16 Кб) и изготовленной по 0.6 мкм технологии. Конкуренты тоже не дремали и выпускали свои версии "разогнанных" процессоров. АМД удалось разогнать свои CPU аж до 120 МГц.

Такое увеличение частоты процессора привело к тому, что новые чипы стали сильно греться. И на них пришлось устанавливать радиаторы, а затем кулеры. Новые процессоры из-за нового техпроцесса требовали пониженное питание, поэтому апгрейд на 486DX4 без смены матери был невозможен, и Интел стала выпускать небольшими партиями процессоры с названием "OverDrive". Это были DX4 процессоры, но они могли работать в старых системных платах. Из-за маленьких партий процессоры были дороги и не пользовались большой популярностью.

Intel Pentium

После выпуска 486 процессора возникла небольшая заминка, частоты процессора повышались, но ничего нового ни одна компания предложить не могла. Intel решила навести порядок с лицензиями и начала подавать в суд практически на всех крупных производителей процессоров: AMD, Cyrix, UMC.

Мир ждал 586 процессора, но Intel отказалась от такой схемы нумерации процессоров и новый процессор, вышедший в 1993 году, получил название Pentium (кодовое название P5). Он стал первым суперскалярным процессором семейства х86, и мог действительно выполнять несколько команд за один такт. P5 имел встроенный сопроцессор (причем полностью переработанный, с достаточно высокой производительностью). Первые процессоры имели частоты 60 и 66 МГц и работали с 64-битной шиной данных. P5 содержал 3,1 млн. транзисторов, и был построен на 0,8 мкм технологии.

Новый процессор был дорог, и не смог завоевать рынок. Кроме того, в первых партиях процессора была обнаружена ошибка и Intel пришлось бесплатно менять уже проданные процессоры на новые. И вот год спустя, в 1994, появляется новая версия "пня" с кодовым названием P54C. Новый процессор имел частоты от 75 до 200 МГц. Он изготавливался по 0,35 мкм технологии и стоил. немногим меньше 900 долларов. Потом цена стала падать.

Занявшись производством "пней", компания полностью перестала выпускать все остальные процессоры, оставив рынок конкурентам.

Конкуренты

В 1994 году никому не известная компания NexGen Microsystems представила свой процессор Nx586, это был прямой конкурент Pentium'у. За неимением своих заводов их стали производить на заводах IBM. Процессор был хороший: дешевый и быстрый, но он требовал значительных изменений в структуре материнской платы, а на это мало кто мог пойти, учитывая что Интел удерживал около 80% рынка процессоров. И AMD решает купить NexGen вместе со всеми ее разработками. В то время у AMD не было собственного процессора пятого поколения, и они занимались выпуском AMD 5x86-133-P75 (быстрый 486 процессор). Обрати внимание на обозначение P75. АМД придумали сравнивать производительность своих процессоров с аналогичными разработкам Интел, так появился "P-рейтинг" (от слова Pentium).

Купив компанию NexGen, AMD разработала AMD K5 (75 - 116МГц) - процессор с новой архитектурой. Внутри это был полностью RISC, получавший CISC команды. Теоретически, он мог выполнять до четырех команд за один такт. Однако процессор появился лишь в 1996 году и уже не мог полноценно конкурировать с более быстрым и известным "пнем". Компания продолжала использовать P-рейтинг, так, процессор AMD K5 PR 166 имел реальную частоту всего 116.5МГц.