Історія розвитку мікропроцесорів фірми Intel

2.1 Характеристики першого мікропроцесора і4004
У листопаді 1971 року корпорація Intel оголосила про вихід першого в світі мікропроцесора 4004, розробленого трьома інженерами Intel і призначеного для розповсюдження на комерційній основі. Примітивний за нинішніми стандартами, він містив усього 2300 транзисторів і виконував приблизно 60 000 обчислювальних операцій в секунду. Сьогодні, через двадцять п'ять років, мікропроцесори являють собою складну продукцію масового виробництва, містять понад 5,5 мільйонів транзисторів і виконують сотні мільйонів операцій в секунду.
Це був справжній прорив, бо МП Intel-4004 розміром менш 3 см був продуктивніше гігантської машини ENIAC. Правда працював він набагато повільніше і міг обробляти одночасно тільки 4 біти інформації (процесори великих ЕОМ обробляли 16 або 32 біта одночасно), але і коштував перший МП в десятки тисяч разів дешевше.

Кристал був 4-розрядний, процесор з класичною архітектурою ЕОМ гарвардського типу і виготовлявся за передовою p-канальною МОП технологією з проектними нормами 10 мкм. Електрична схема приладу налічувала 2300 транзисторів. МП працював на тактовій частоті 750 кГц при тривалості циклу команд 10,8 мкс. Чіп i4004 мав адресний стек (лічильник команд і три регістра стека типу LIFO), блок Ронова (регістри зверх оперативної пам'яті або регістровий файл - РФ), акумулятор, регістр команд з дешифратором і схемою управління, а також схему зв'язку із зовнішніми пристроями. Всі ці функціональні вузли об'єднувалися між собою 4-розрядню ШД. Пам'ять команд досягала 4 Кбайт (для порівняння: обсяг ЗУ міні - ЕОМ на початку 70-х років рідко перевищував 16 Кбайт), а РФ ЦП нараховував 16 4-розрядних регістрів, які можна було використовувати і як 8 8-розрядних. Така організація Ронова збережена і в наступних МП фірми Intel. Три регістри стеку забезпечували три рівня вкладення підпрограм. МП i4004 монтувався в пластмасовий або металокерамічний корпус типу DIP (Dual In-line Package). В систему його команд входило всього 46 інструкцій.

Разом з тим кристал розпорядженні досить обмежені можливості вводу / виводу, а в системі команд були відсутні операції логічної обробки даних (І, АБО, виключає АБО), у зв'язку з чим їх доводилося реалізовувати за допомогою спеціальних підпрограм. Модуль i4004 не мав можливості зупинки (команди HALT) і обробки переривань.

Цикл команди процесора складався з 8 тактів заданих генератором. Була мультиплексорна ША (шина адреси) / ШД (шина даних), адреса 12-розрядних передавалася по 4-розряду.

2.2Мікропроцесор І8008, його характеристики
1 квітня 1972 фірма Intel почала постачання першого в галузі 8-розрядного приладу i8008. Кристал виготовлявся з р-канальною мікропроцесорною - технологією з проектними нормами 10 мкм і містив 3500 транзисторів. Процесор працював на частоті 500 кГц при тривалості машинного циклу 20 мкс (10 періодів задавав генератор).

На відміну від своїх попередників МП мав архітектуру ЕОМ Прінстонського типу, а в якості пам'яті допускав застосування комбінації ПЗП і ОЗП.

У порівнянні з i4004 число регістрів зменшилася з 16 до 8, причому два регістри використовувалися для зберігання адреси при непрямій адресації пам'яті (обмеження технології - блок РОН аналогічно кристалам 4004 і 4040 в МП 8008 був реалізований у вигляді динамічної пам'яті). Майже вдвічі скоротилася тривалість машинного циклу (з 8 до 5 станів). Для синхронізації роботи з повільними пристроями був введений сигнал готовності READY.

Система команд налічувала 65 інструкцій. МП міг адресувати пам'ять об'ємом 16 Кбайт. Його продуктивність у порівнянні з чотирьох розрядним МП зросла в 2-3 рази. У середньому для сполучення процесора з пам'яттю і пристроями введення / виведення було потрібно близько 20 схем середнього ступеня інтеграції.

Можливості р - канальної технології для створення складних високопродуктивних МП були майже вичерпані, тому "напрям головного удару" перенесли на n-канальну мікропроцесорну технологію.

2.3 Мікропроцесор І8080
1 квітня 1974 МП Intel 8080 був представлений увазі всіх зацікавлених осіб. Завдяки використанню технології р - мікропроцесорів з проектними нормами 6 мкм, на кристалі вдалося розмістити 6 тис. транзисторів. Тактова частота процесора була доведена до 2 МГц, а тривалість циклу команд склала вже 2 мкс. Обсяг пам'яті, що адресується процесором, був збільшений до 64 Кбайт.

За рахунок використання 40-вивідного корпусу вдалося розділити ША і ШД, загальне число мікросхем, що вимагалися для побудови системи в мінімальній конфігурації, скоротилася до 6.

У регістровий файл були введені покажчики стеку, який активно використовувався при обробці переривань, а також два програмно недоступних регістра для внутрішніх пересилань. Блок Ронова був реалізований на мікросхемах статичної пам'яті. Виняток акумулятора з регістровому файлі і введення його до складу арифметично логічний пристрій (АЛУ) спростило схему управління внутрішньої шиною.

Нове в архітектурі МП - використання багаторівневої системи переривань по вектору. Таке технічне рішення дозволило довести загальне число джерел переривань до 256. У i8080 з'явився механізм прямого доступу в пам'ять (ПДП).

ПДП відкрив пряму дорогу для застосування в мікро ЕОМ таких складних пристроїв, як накопичувачі на магнітних дисках і стрічках дисплеї на електронно променевих трубках, які й перетворили мікро ЕОМ в повноцінну обчислювальну систему.

Мікропроцесори 8086-8088

У 1979 році фірма Intel випустила нові мікропроцесори І8086 - І8088, І8088 був використаний фірмою IBM при розробці першого варіанту ПК.
Від мікропроцесора Intel 8086 він відрізняється тим, що має наполовину скорочену зовнішню шину даних (8 розрядів).Робоча тактова частота - 4,77 МГц (у другого варіанту мікропроцесора - 8088-1 - можлива також робота в прискореному режимі -10 МГц). Мікропроцесор 8088 повністю програмно сумісний з мікропроцесором 8086.
У сімейство 8086 входять також мікропроцесори 80186 і 80188, випущені в 1982 році. Архітектура цих мікропроцесорів в основному збігається з архітектурою прототипів - 8086 і 8088, але розробниками введені деякі додаткові конструктивні елементи: контролери прямої адресації до пам'яті (DMA), лічильник / таймер, спрощений апаратний інтерфейс. Швидкість їх роботи також вище, ніж у прототипів. Ці мікропроцесори використовувалися, в основному, в платах контролерів (наприклад, в адаптерах локальної мережі).
Для прискорення обчислень над числами з плаваючою комою мікропроцесорах 8088 і 8086 "акомпанує" арифметичний співпроцесор 8087. Його наявність перетворило IBM PC / XT в досить серйозний комп'ютер для обчислень. Однак обмежене число розрядів і невисока швидкість обробки не дозволяли цьому ПК відстежувати багато процесів в реальному часі.

2.5 Мікропроцесор 80286
Випущений в 1982 році, цей мікропроцесор містив 130 000 транзисторів. Він мав 16-розрядну шину даних і 24-розрядну адресну шину, що визначало приналежність ПК до типу AT.
В архітектурі мікропроцесора виділяють такі блоки:
• арифметико-логічний пристрій
• блок управління
• блок введення / виводу
• блок управління пам'яттю (memory management unit-MMU)
Мікропроцесор 80286 міг працювати в одному з двох режимів: реальному або захищеному.
В реальному режимі
(Real mode) мікропроцесор повністю імітує роботу мікропроцесора 8086, дозволяє запускати будь-які програми, розраховані на використання цього мікропроцесора. В цьому режимі 1 обслуговуваний адресний простір обмежений 640 КБ.
В захищеному режимі
(Protected mode) мікропроцесор 80286 інакше сприймає команди доступу до пам'яті, у зв'язку з чим може використовувати до 16 МБ ОЗП. В цьому режимі блок управління пам'яттю підтримує процес сегментації ОЗП з використанням сегментів розміром 64Кб.
На жаль, мікропроцесор 80286 в більшості випадків працював в ПК AT під управлінням операційної системи MS / PC DOS, що дозволяло використовувати його тільки для цілей збільшення швидкості обчислень (у порівнянні з XT) і доступні йому унікальні можливості управління пам'яттю залишаються незадіяними. Однак створені пізніше досконаліші операційні системи (XENIX і OS / 2) дозволяли реалізувати ці переваги, - зокрема, управління пам'яттю об'ємом 16 МБ.
Арифметичним співпроцесором для 80286 є 80287. При його розробці фірма Intel не взяла на себе обов'язок створення принципово нової мікросхеми, а змінила лише інтерфейс з мікропроцесором. По суті 80287 - це всього лише кілька модифікований 8087. Тому в наявності парадоксальний факт: співпроцесор в PC / AT (ПК, розробленому на базі 80286) "сповільнював" роботу основного процесора 80286, маючи нижчу тактову частоту.

Поиск по сайту: