Реферат: Микропроцессоры Intel

Но первые опыты по созданию микропроцессоров проводились еще в фирме Shockley Semiconductor Laboratory, затем в Fairchild Semiconductor. Нойс и Гордон являлись сотрудниками обеих фирм и когда они организовали Intel, то получился некий алхимический состав, органично вбиравший в себя опыт двух предшествующих фирм. Нойсу пришла в голову идея попробовать соединить друг с другом элементы при сборке схем сразу на од­ной кремниевой пластине без помощи проводов. В 1959 году Нойс сделал первое детальное сообщение об интегральных диффузионных или напыленных резисторах, по поводу изоляции приборов друг от друга с помощью смещенных в обратном направлении pn-переходов и по поводу соединения друг с другом элементов через отверстия в окисле путем напыления металла на поверхность. Еще через ме­сяц Нойс поделится идеями о размещении на одном кристалле не­скольких элементов. С этого момента замысел интегральной схемы делается реальностью. На вершине успеха Fairchild Semiconductor Нойс и Мур уходят из фирмы, чтобы создать свою фирму - Intel.

С тех пор Intel превратилась в крупнейшего в мире произ­водителя микропроцессоров с числом сотрудников, превысившим 64 тысячи, и годовым доходом свыше 25 миллиардов долларов (по данным на конец 1997 г.). Микропроцессор, о котором часто го­ворят как о "мозге" вычислительной машины, выполняет функции главного органа управления персональным компьютером и другими электронными устройствами.

Микропроцессоры фирмы Intel.

В ноябре 1971 года корпорация Intel объявила о выходе первого в мире микропроцессора 4004, разработанного тремя ин­женерами Intel и предназначенного для распространения на ком­мерческой основе. Примитивный по нынешним стандартам, он со­держал всего 2300 транзисторов и выполнял примерно 60 000 вы­числительных операций в секунду. Сегодня, спустя двадцать пять лет, микропроцессоры представляют собой сложнейшую продукцию массового производства, содержат свыше 5,5 миллионов транзи­сторов и выполняют сотни миллионов операций в секунду.

Микропроцессор 4004

В 1971 году появился первый микропроцессор корпорации Intel, 4004 был четырехбитовым, то есть он мог хранить, обра­батывать и записывать в память или считывать из нее четырехби­товые числа, предназначался данный микропроцессор для кальку­ляторов. Чип 4004 оказался средством более мощным чем лучший в мире компьютер того времени - ENIAC - компьютер американского правительства. 4004 мог обрабатывать 60000 инструкций в се­кунду, в сравнении с 5000 инструкций ENIAC, при этом чип легко умещался на кончике пальца - размер его не превышал 1/6 на 1/8 дюйма. ENIAC же занимал площадь в 3000 квадратных футов и ве­сил 30 тонн. Хофф сделал изобретение столь же значительное, каковым в свое время оказалась интегральная схема Нойса. Про­цессор называли тогда «компьютер-на-чипе», поскольку все ариф­метические и логические функции компьютера умещались теперь на чипе размером со шляпку гвоздя. 4004 стал поистине революцион­ным изобретением, открывшем путь к созданию искусственных ин­теллектуальных систем вообще и персонального компьютера в ча­стности.

Микропроцессор 8008

Свой очередной микропроцессор компания Intel выпустила в 1972 году. Мощность этого процессора, по сравнению с его пред­шественником, возросла вдвое. Энтузиаст вычислительных техно­логий Дон Ланкастер (Don Lancaster) применил процессор 8008 в разработке прототипа персонального компьютера, использовалось оно в качестве терминала ввода-вывода.

Микропроцессор 8080

Подлинный успех корпорации принес микропроцессор 8080 вы­пущенный в 1974 году. В нашей стране его аналог - микропроцес­сор KP580ИК80. С микропроцессором 8080 также связано появление стека внешней памяти, что позволило использовать программы лю­бой вложенности. Этот процессор стал "мозгом" первого персо­нального компьютера "Альтаир".

Микропроцессоры 8086-8088

В 1978 году фирма Intel первой выпустила 16-битный микро­процессор 8086, микропроцессор 8086 оказался "прародителем" целого семейства, которое называют семейством 80x86 или х86. На смену микропроцессора 8086 пришел микропроцессор 8088, ар­хитектурно повторяющий микропроцессор 8086 и имеющий 16-битный внутренние регистры, но его внешняя шина данных составляет 8 бит. Крупная партия этих устройств, приобретенная вновь обра­зованным подразделением корпорации IBM по разработке и произ­водству персональных компьютеров, сделала процессор 8088 "моз­гом" — IBM PC.

Микропроцессор 286

Следующим крупным шагом в разработке новых идей стал мик­ропроцессор 286, известный также под наименованием 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 Address Mode) или P-режиме предоставляет программисту много новых возможностей и средств. Микропроцессор 286 стал первым процессором Intel, способным выполнять любые программы, написанные для его предшественни­ков. С тех пор такая программная совместимость остается отли­чительным признаком семейства микропроцессоров Intel.

Микропроцессор Intel 386

В 1985 году был разработан микропроцессор Intel 386 насчи­тывающий уже 275000 транзисторов, число которых, по сравнению с первым процессором 4004, увеличилось более чем в 100 раз. Это был 32-разрядный "многозадачный" процессор с возможностью одновременного выполнения нескольких программ. 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. Благодаря 32-битной архитектуры 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.

Центральный процессор Intel 486

В 1989 г. Intel представила первого представителя семей­ства 80х86, содержащего более миллиона транзисторов. Поколение процессоров 486 ознаменовало переход от работы на компьютере через командную строку к режиму "укажи и щелкни". Intel 486 стал первым микропроцессором со встроенным математическим со­процессором, который существенно ускорил обработку данных, вы­полняя сложные математические действия вместо центрального процессора. Процессор 486 имеет встроенный в микросхему внут­ренний кэш для хранения 8Кбайт команд и данных. 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.

Процессор Pentium

Процессор Pentium стал одним из главных достижений фирмы Intel. Разработка процессора Pentium началась еще с июня 1989 года, в процессе его разработки и тестирования принимали ак­тивное участие все основные разработчики персональных компью­теров и программного обеспечения, что немало способствовало общему успеху проекта. К концу 1991 года был завершен макет процессора, инженеры смогли запустить на нем программное обес­печение. Проектирование в основном было завершено в феврале 1992 года, началось всеобъемлющее тестирование опытной партии процессоров. В апреле 1992 года было принято решение, что пора начинать промышленное освоение Pentium процессора, завершив­шееся 22 марта 1993 года широкой презентацией Pentium процес­сора.

Объединяя более чем 3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой подложке, 32-разрядный Pentium процессор характери­зуется высокой производительностью. Суперскалярная архитектура Pentium процессора представляет собой совместимую только с Intel двухконвейерную индустриальную архитектуру, позволяющую процессору достигать новых уровней производительности посред­ством выполнения более чем одной команды за один период такто­вой частоты. Другое важнейшее революционное усовершенствова­ние, реализованное в Pentium процессоре, это введение раздель­ного кэширования. Pentium процессор позволяет выполнять мате­матические вычисления на более высоком уровне благодаря ис­пользованию усовершенствованного встроенного блока вычислений с плавающей запятой. Pentium процессор снаружи представляет собой 32-битовое устройство. Внешняя шина данных к памяти яв­ляется 64-битовой.

Процессор Pentium научил компьютеры работать с атрибутами "реального мира" — такими, как звук, голосовая и письменная речь, фотоизображения.

Процессор Pentium Pro

Отсчет шестого поколения процессоров начался с Pentium Pro, выпущенного осенью 1995 году. Процессоры Pentium Pro вы­пускались в модифицированных корпусах SPGA (Staggered Pin Grid Array) с матрицей штырьковых выводов, часть из которых распо­ложены в шахматном порядке. В одном корпусе (микросхеме) уста­новлено 2 кристалла - ядро процессора и вторичный кэш собст­венного (Intel'овского) изготовления. Этот кэш работал на час­тоте ядра процессора, которая за всю историю Pentium Pro с на­чальных 150 МГц поднялась всего только до 200 МГц. Объем кэша в разных модификациях был от 256 Кбайт до 2 Мбайт, для повыше­ния надежности применялся ECC-контроль. Для этих процессоров предназначен сокет 8 с 387 выводами. Интерфейс позволяет непо­средственно объединять до 4 процессоров для симметричной муль­типроцессорной обработки (SMP). Возможно и парное включение процессоров для функционально-избыточного контроля (FRC), при котором один процессор только проверяет действия другого.

Процессор Pentium Pro, разрабатывался как мощное средство наращивания быстродействия 32-разрядных приложений для серве­ров и рабочих станций, систем автоматизированного проектирова­ния, программных пакетов, используемых в машиностроении и на­учнойработе. Все процессоры Pentiumи Pro оснащаются второй микросхемой кэш-памяти, еще больше увеличивающей быстродей­стве. Мощнейший процессор Pentium Pro насчитывает 5,5 миллио­нов транзисторов.

Процессоры с технологией MMX

8 января 1997 года - корпорация Intel анонсировала про­цессор Pentium с технологией MMX - первый микропроцессор, в котором реализована разработанная Intel новая технология, по­зволяющая повысить эффективность приложений, работающих с раз­личными видами информации (видео, аудио и т.п.).

С точки зрения программистов, анонсированная технология MMX корпорации Intel представляет собой наиболее существенное улучшение архитектуры Intel за последние 10 лет. Разработка этой технологии началась несколько лет назад в ответ на бы­строе развитие вычислительных систем, связанных с обработкой различных видов информации: высококачественная графика, видео и звук потребовали процессоров с очень высокой производитель­ностью. Потребность в более высокопроизводительных процессорах увеличилась также за счет развития Internet и вызванной этим необходимости доставки по существующим линиям связи различных видов информации. Инженеры корпорации Intel разработали 57 но­вых инструкций, которые позволили повысить производительность при выполнении наиболее типичных циклов, требующих интенсивных вычислений и характерных для приложений данного класса.

Новые процессоры разработаны на основе созданной в Intel улучшенной КМОП-технологии 0,35 микрона, которая позволяет по­лучить более высокую производительность при меньшем потребле­нии мощности. Процессор Pentium с технологией MMX содержит 4,5 млн. транзисторов и, кроме инструкций MMX, имеет несколько ар­хитектурных улучшений. К ним относятся удвоенный объем разме­щенной на кристалле кэш-памяти (он теперь равен 32 Кб) и более эффективное предсказание условных переходов, что позволило на 10-20% повысить производительность на стандартных эталонных тестах процессора.

Технология MMX обеспечивает полную совместимость с архи­тектурой Intel и, кроме того, полностью совместима с широко используемыми операционными системами и прикладным программным обеспечением. Эта технология будет включена в будущие процес­соры.