1.5.2. Микропроцессоры

Выбор фирмой IBM для первых и последующих моделей ПЭВМ микропроцессоров фирмы Intel предопределил их доминирующее положение среди элементной базы. Хронологически, а также с учетом повышения разрядности и функциональных возможностей микропроцессорных БИС фирмы Intel можно выделить несколько семейств. Кроме основного МП, в состав микропроцессорного комплекта ИМС семейства 8086/88 (табл. 3.1) входят также БИС, реализующие различные функцио­нальные блоки ПЭВМ со структурой IBM PC/XT и PC/AT. Мик­росхемы стран СНГ К1810 и К580, являющиеся аналогами ИМС семейства 8086/88, обеспечили реализацию ряда IBM-совместимых ПЭВМ (например, ЕС 1840, ЕС 1841, ЕС 1842, «Нейрон» и т. п.). Семейство 80186 представлено двумя БИС 80186 и 80188, которые различаются разрядностью (16 разрядов для 80186 и 8 для 80188). Центральные процессоры семейства 80186 полностью совместимы с семейством 8086/88 и включают в свой состав основные блоки 8086 и дополнительные контроллеры. По ряду причин это семейство не получило развития и нашло ограниченное применение в ПЭВМ, но используется в периферийных устройствах, например печатающих.

В состав микропроцессорного комплекта ИМС семейства 80286 входят БИС, являющиеся усовершенствованными вари­антами представителей семейства 8086/88.

Микропроцессорный комплект ИМС семейства 80386 обеспечивает расширение разрядности обрабатываемых данных до 32 разрядов при сохранении аппаратной и программной совмести­мости с представителями 16-разрядных семейств: 8086/88, 80186,80286.

В развитии семейства 80486 сохранен подход аппа­ратно-программной совместимости, присущий предыдущим поколе­ниям

30

наборов ИМС фирмы Intel. Так же, как и в МП 80386, в состав МП 80486 включена кэш-память, кроме того, дополнительно на этом же кристалле реализована обработка данных с плавающей точкой, что привело к увеличению производительности и умень­шению числа набора необходимых БИС для реализации структуры 32-разрядных ПЭВМ.

Микропроцессор Pentium (P5) фирмы Intel совместим с преды­дущими моделями семейств 80Х86. Он содержит усовершенствован­ные устройства для вычислений с плавающей точкой, раздельные кэш-памяти команд и данных и 64-разрядную внешнюю шину данных. Для обслуживания интерфейса локальной шины МП Pentium используется набор БИС 82430.

В суперпроцессоре Sixtium (Р6) наряду с заметным скачком в повышении производительности и увеличении объема кэш-памяти реализована новая шинная структура, облегчающая построение вы­сокопроизводительных мультипроцессорных систем.

Микропроцессор Pentium является представителем следую­щего после 80486 поколения МП фирмы Intel и совместим со всеми предшествующими моделями типа 80Х86. Суперскалярная архитек­тура, отдельные кэш-памяти команд и данных, конвейерное уст­ройство с плавающей точкой и внешняя 64-разрядная шина данных обеспечивают значительное повышение производительности МП Pentium по сравнению с МП 80486.

Кристалл ИМС Pentium содержит 3,1 млн транзисторов (на площади 3,5 мм² ), реали­зованных по процессу BiCMOS с 0,8-микронными технологическими нормами. Корпус ИМС Pentium типа PGA выполнен в виде кера­мической матрицы с числом рядов 21х21: по четыре вывода в каждом ряду с общим числом выводов, равным 273. Столбцы выводов пронумерованы слева направо от ключа буквами латинского алфа­вита от А до W, а строки — снизу вверх арабскими цифрами от 1 до 21.

31

В настоящее время на рынке широко представлены МП Pentium с тактовой частотой 133, 150, 160 Мгц и выше [2,3,5,7].

Высокая производительность процессора Pentium достигается усовершенст­вованием старых и применением новых технологий. Так по сравнению с про­цессором 486, в МП Pentium получил дальнейшее существенное развитие так называемый конвейерный режим, то есть считывание новых команд во время выполнения старых. Процессор может выполнять одновременно две парал­лельные команды. Новым средством процессора является предсказание пере­ходов. Для этого имеется специальный буфер цели (Branch Target Buffer, ВТВ), который "предсказывает", как будет разветвляться выполнение этих команд. Предусмотрены также два буфера предвыборки, в которые команды считыва­ются до их фактического выполнения.

В феврале 1995 года Intel провел презентацию первых рабочих образцов микропроцессора следующего поколения 80686 (Р6), который также имеет собственное имя — Pentium Pro. В настоящее время процессор на базе 5.5 млн транзисторов обеспечивает наивысший уровень производительности МП.

Pentium Pro достигает сверхбыстродействия за счет использования техно­логии, известной как динамическое выполнение (Dynamic Execution).

Динамическое выполнение основано на:

предсказании ветвлений (multiple branch prediction), то есть увеличении объема работ, доступных процессору для выполнения;

потоковом анализе (dataflow analysis), который организует планировку последовательности выполнения команд независимо от их оригинально­го порядка;

спекулятивном выполнении (speculative execution), МП Pentium Pro вы­полняет те инструкции, которые теоретически наиболее необходимы.

32

С этой технологией процессор Pentium Pro может анализировать гораздо больше блоков входящего программного потока, чем любой другой существующий процессор для PC.

Процессор Pentium Pro работает на частоте 133 МГц и питается от источника 2,9 В.

Ожидается, что быстродействие пер­вых PC на базе МП Pentium Pro будет на 40—60 % выше, чем PC на базе МП Pentium, только при использовании 32-разрядных программ под управлением полностью 32-разрядной операционной системы типа Windows NT, OS/2 или UNIX. Что касается Windows 95, то новый процессор будет выполнять 32-разрядные прикладные программы в этой операционной системе лишь на 20-30 % быстрее, чем МП Pentium.

Фирма Cyrix приступает к выпуску своего процессора М1 — конкурен­та МП Pentium Pro. Ожидается, что по производительности он на 30 % пре­взойдет процессор Pentium.

Производительность процессора Pentium Pro оценивается почти в 4 единицы теста SPECInt95 (за единицу берется производительность МП 80486DX/4-100), что более чем в 1,5 раза превышает аналогичный показатель МП Pen­tium-120.