Классификация, именование и краткие параметры микропроцессоров

Микропроцессоры

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Создание фирмой Intel первого микропроцессора в 1971 году положило начало эпохе компьютеризации. “Благодаря микропроцессорам компьютеры стали массовым, общедоступным продуктом”, - заявил Тед Хофф (Ted Hoff), один из изобретателей первого микропроцессора. Его имя, вместе с именами его коллег - Федерико Феджина (Federico Faggin) и Стена Мейзора (Stan Mazor), внесено в список лауреатов Национального зала славы изобретателей США, а само изобретение признано одним из величайших достижений ХХ века.

За чуть более чем четверть вековую историю микропроцессоры прошли поистине гигантский путь. Первый чип Intel 4004 работал на частоте 750 КГц, содержал 2300 транзисторов и стоил около $200. Производительность его оценивалась в 60 тыс. операций в секунду.

Сравнение приведенных значений подтверждает оценку успехов микропроцессорной индустрии, данную основателем и председателем совета директоров фирмы Intel Гордоном Муром (Gordon Moore): “Если бы автомобилестроение эволюционировало со скоростью полупроводниковой промышленности, то сегодня “Роллс-Ройс” стоил бы 3 доллара, мог бы проехать полмиллиона миль на одном галлоне бензина и было бы дешевле его выбросить, чем платить за парковку”.

Итак, в 1971 году фирмой Intel была выпушена интегральная микросхема 4004. Это был первый микропроцессор, функционально аналогичный микропроцессору ЭВМ, но значительно менее мощный - микропроцессор 4004 был 4-разрядным. Он предназначался для использования в микрокалькуляторах.

Первый персональный компьютер (ПК) ALTAIR, выпущенный фирмой MITS (Micro Instrumentation Telemetry Systems) в 1975 году, был основан на восьмибитовом микропроцессоре 8080 фирмы Intel с оперативной памятью 1Kb и языком программирования Basic, написанный Биллом Гейтсом и Полом Алленом из Micro-Soft (так выглядело первое название этой организации). Компьютер стоил около $400 и потому был многим доступен по цене. Последовавшие за ним компьютеры других фирм работали на 8-разрядных микропроцессорах Intel 8080, Motorola 6800, Zilog Z-80. Одним из самых популярных ПК стал 8-разрядный Apple II фирмы Apple Computer. Его популярность в том, что ПК обладал модульной конструкцией с возможностью расширения системы. Таким образом, изюминкой ПК стала возможность достраивания системы независимо произведенными устройствами вкупе с широкой доступностью информации о принципах сопряжения компонент. Другими словами, архитектура ПК Apple II была открытой.

Успех ПК Apple стала поводом для беспокойства корпорации IBM, до 1981 года неизвестной на рынке ПК. Мозгом нового ПК, разработанного небольшим коллективом инженеров IBM в кратчайшие сроки с минимальными затратами, стал новый 16-разрядный микропроцессор 8088 фирмы Intel. Колоссальные объемы продаж IBM PC подтолкнули другие фирмы к производству и продаже компьютеров. В 1982 г. появились первые "родственники" и "двойники" (клоны) ПК IBM. Когда в 1984 г. фирмой IBM был разработан ПК на базе 80286 микропроцессора фирмы Intel (модель IBM PC AT), то к этому времени так называемые IBM PC-совместимые компьютеры производили уже около 50 компаний. К концу 1986 года ежегодная продажа IBM PC-совместимых ПК сторонними фирмами превзошла по объему продажу оригинальных компьютеров IBM. Наконец фирма Compaq Computer прежде IBM приступила к выпуску ПК на основе микропроцессора Intel386.

Начальная модель ПК фирмы IBM называлась именно IBM PC. Она имела микропроцессор 8088 с тактовой частотой 4,77 МГц и два накопителя (дисковода) для гибких магнитных дисков. Теперь термин "IBM PC" понимают как собирательный образ всех моделей всех поколений IBM РС-совместимых ПК. Модель IBM PC XT (eXtended [расширенная] Technology), выпущенная в 1983 году, отличалась от оригинальной модели наличием дисковода для жесткого магнитного диска на 10 Мбайт. Сейчас компьютером ХТ обычно называют все, что угодно, с микропроцессором 8088 или 8086 и жестким диском.

Наиболее широкое толкование допускает термин АТ. Модель IBM PC АT(Advanced [передовая] Technology) появилась в 1984 году. Она имела микропроцессор 80286 и жесткий диск емкостью 20 Мбайт. В настоящее время многие называют "АТ" все, что лучше "ХТ", легкомысленно добавляя сокращенное наименование микропроцессора АТ 286, АТ 386,АТ 486...

В настоящее время используется ATX форм-фактор. AT Extension (расширение AT) - стандарт корпуса и системной платы для настольных компьютеров. Стандартный размер материнской платы - 305 x 244. Блок питания имеет приточную систему вентиляции. Процессор устанавливается в непосредственной близости от него и имеет свой собственный вентилятор. Основной причиной перехода на новый форм-фактор явилось увеличение размеров микропроцессоров, энергопотребления (не менее 300 Вт), что повлекло увеличение размеров материнских плат и всего системного блока.

Классификация, именование и краткие параметры микропроцессоров

Основными характеристиками процессоров являются:

- Разрядность. – этомаксимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.

- Интерфейс с системной шиной. Количество разрядов интерфейса с шиной данных влияет на эффективность обмена данными с внешними устройствами. От разрядности адресного интерфейса напрямую зависит максимальный объем адресуемой оперативной памяти. Разрядность шины данных процессора определяет разрядность ПК в целом.

- Тактовая частота. Необходима для синхронизации работы устройств компьютера. Влияет на скорость работы микропроцессора. При этом разные модели процессоров могут выполнять одни и те же операции (например, умножение) за разное число тактов. Измеряется в мегагерцах (МГц и ГГц).

- Адресация памяти. Количество адресуемой памяти равно 2 в степени разрядности адресной шины.

Как нетрудно заметить, развитие микропроцессоров (далее просто процессоров) фирмы Intel и их клонов, было одним из основных факторов, влияющих на прогресс ПК IBM. По одному названию модели процессора можно составить почти полное представление о том, к какому классу оборудования принадлежит компьютер.

Ниже приводятся данные по процессорам фирмы Intel и AMD (Advanced Micro Devices), которые стали основными поставщиками процессоров для компьютеров Desktop. Все данные сведены в две таблицы. Первая таблица посвящена процессорам 1975-1993 года выпуска, а вторая таблица охватывает период с появления процессора Pentium идо 2001.

Задание для самостоятельной подготовки: составить таблицу параметров современных микропроцессоров.

Сравнивать процессоры от Intel и AMD неблагодарное занятие, т.к. всегда найдутся некоторые различия в конфигурации ПК, взятых для сравнения. Для любителей тестирования рекомендуется посетить сайт http://www.thg.ru/cpu/index.html.

Что же дальше? Так, в июне 2001 года Intel создала самые быстродействующие в мире транзисторы, которые почти в 1000 раз производительнее транзисторов в Pentium 4. Новые транзисторы имеют размер всего в 0.02 микрона, а у некоторых из них (оксидной пленки затвора) толщина составляет всего три атомарных слоя.