“Мозгом” персонального компьютера является микропроцессор, или центральный процес$
сор — CPU (Central Processing Unit). Микропроцессор выполняет вычисления и обработку
данных (за исключением некоторых математических операций, осуществляемых в компьюте
рах, имеющих сопроцессор) и, как правило, является самой дорогостоящей микросхемой
компьютера. Во всех PC совместимых компьютерах используются процессоры, совместимые
с семейством микросхем Intel, но выпускаются и проектируются они как самой Intel, так
и компаниями AMD, Cyrix, IDT и Rise Technologies.
В настоящее время Intel доминирует на рынке процессоров, но так было далеко не всегда.
Компания Intel прочно ассоциируется с изобретением первого процессора и его появлением
на рынке. Но, несмотря на это, два наиболее известных в конце 1970 х годов процессора,
используемых в ПК, не принадлежали Intel (один из них, правда, являлся прямым аналогом
процессора Intel). В персональных компьютерах того времени чаще всего использовались
процессоры Z 80 компании Zilog и 6502 компании MOS Technologies. Процессор Z 80 пред
ставлял собой улучшенный и более дешевый аналог процессора 8080. Сегодня подобная си
туация произошла с многочисленными клонами процессоров Intel Pentium, созданными ком
паниями AMD, Cyrix (теперь VIA), IDT и Rise Technologies. Более того, в некоторых случаях
аналог приобретал большую популярность, чем оригинал. Компания AMD в течение прошло
го года заняла значительную часть рынка и в результате получила большую прибыль.
Но, несмотря на это, многие утверждают, что Intel все еще играет главенствующую роль на
рынке процессоров ПК.
Когда то давно у меня был компьютер, содержавший оба упомянутых процессора. Он со
стоял из основной системы Apple, созданной на базе процессора 6502 с тактовой частотой
1 МГц (да да, именно 1 МГц), и системной платы Microsoft Softcard (платы Z 80), подклю
ченной к одному из разъемов. Системная плата Softcard содержала, в свою очередь, процессор
Z 80 с тактовой частотой 2 МГц. Такая конструкция позволяла использовать программное
обеспечение для процессоров обоих типов в одной системе. Процессор Z 80 использовался
в конце 70 х и начале 80 х годов, и работал с операционной системой CP/M. Процессор 6502,
в свою очередь, использовался в ранних версиях компьютеров Apple (т.е. до появления плат
формы Mac).
Звездный час компаний Intel и Microsoft наступил в 1981 году, когда IBM выпустила пер
вый персональный компьютер IBM PC с процессором Intel 8088 (4,77 МГц) и операционной
системой Microsoft Disk Operating System (DOS) версии 1.0. С этого момента практически во
все персональные компьютеры устанавливаются процессоры Intel (Pentium Celeron/III/4 и
Athlon/Athlon XP) и операционные системы Microsoft. В следующих разделах вы узнаете
о процессорах, используемых в персональных компьютерах, о технических параметрах этих
микросхем и о том, почему за одно и то же время одни процессоры выполняют гораздо боль
ше операций, чем другие.



Обратите внимание, что первый процессор был выпущен за 10 лет до появления первого
компьютера IBM PC. Он был разработан компанией Intel, назван Intel 4004, а его выпуск со
стоялся 15 ноября 1971 года. Рабочая частота этого процессора составляла всего 108 кГц
(0,108 МГц!). Этот процессор содержал 2 300 транзисторов и производился по 10 микронной
технологии. Шина данных имела ширину 4 разряда, что позволяло адресовать 640 байт памя
ти. Процессор 4004 использовался в схемах управления светофоров, анализаторах крови
и даже на межпланетной научно исследовательской станции NASA Pioneer 10!
15 ноября 2001 года исполнилось 30 лет со дня появления первого микропроцессора. За эти
годы быстродействие процессора увеличилось более чем в 18 500 раз (с 0,108 МГц до 2 ГГц).
Он содержал 3 500 транзисторов и производился все по той же 10 микронной технологии.
Шина данных была 8 разрядной, что позволяло адресовать 16 Кбайт памяти. Этот процессор
предназначался для использования в терминалах и программируемых калькуляторах.
Следующая модель процессора, 8080, была анонсирована в апреле 1974 года. Этот процессор
содержал 6 000 транзисторов и мог адресовать уже 64 Кбайт памяти. На нем был собран первый
персональный компьютер (не PC) Altair 8800. В этом компьютере использовалась операционная
система CP/M, а Microsoft разработала для него интерпретатор языка BASIC. Это была первая
массовая модель компьютера, для которого были написаны тысячи программ.
Со временем процессор 8080 стал настолько известен, что его начали копировать. В конце
1975 года несколько бывших инженеров Intel, занимавшихся разработкой процессора 8080,
создали компанию Zilog. В июле 1976 года эта компания выпустила процессор Z 80, который
представлял собой значительно улучшенную версию 8080. Этот процессор был не совместим
с 8080 по контактным выводам, но сочетал в себе множество различных функций, например
интерфейс памяти и схему обновления ОЗУ (RAM), что давало возможность разработать бо
лее дешевые и простые компьютеры. В Z 80 был также включен расширенный набор команд
процессора 8080, позволяющий использовать его программное обеспечение. В этот процессор
вошли новые команды и внутренние регистры, поэтому программное обеспечение, разрабо
танное для Z 80, могло использоваться практически со всеми версиями 8080. Первоначально
процессор Z 80 работал на частоте 2,5 МГц (более поздние версии работали уже на частоте
10 МГц), содержал 8,5 тыс. транзисторов и мог адресовать 64 Кбайт памяти.
Компания Radio Shack выбрала процессор Z 80 для своего первого персонального ком
пьютера TRS 80 Model 1. Следует заметить, что Z 80 стал первым процессором, используе
мым во многих новаторских системах, к числу которых относятся также системы Osborne и
Kaypro. Этому примеру последовали другие компании, и вскоре Z 80 стал стандартным про
цессором для систем, работающих с операционной системой CP/M и наиболее распростра
ненным программным обеспечением того времени.
Intel не остановилась на достигнутом и в марте 1976 года выпустила процессор 8085, кото
рый содержал 6 500 транзисторов, работал на частоте 5 МГц и производился по 3 микронной
технологии.
В этом же году компания MOS Technologies выпустила процессор 6502, который был
абсолютно непохож на процессоры Intel. Он был разработан группой инженеров компании
Motorola. Эта же группа работала над созданием процессора 6800, который в будущем транс
формировался в семейство процессоров 68000. Цена первой версии процессора 8080 достига
ла 300 долларов, в то время как 8 разрядный процессор 6502 стоил всего около 25 долларов.
Такая цена была более приемлема для Стива Возняка (Steve Wozniak), который встроил этот
процессор в новые модели Apple I и Apple II. Процессор 6502 использовался также в систе
мах, созданных компанией Commodore и другими производителями. Этот процессор и его
преемники с успехом работали в игровых компьютерных системах, в число которых вошла
приставка Nintendo Entertainment System (NES). Компания Motorola продолжила работу над
созданием серии процессоров 68000, которые впоследствии были использованы в компьюте
рах Apple Macintosh. В настоящее время в этих системах применяется процессор PowerPC,
являющийся преемником 68000.
В июне 1978 года Intel выпустила процессор 8086, который содержал набор команд под
кодовым названием х86. Этот же набор команд до сих пор поддерживается в самых современ
ных процессорах Pentium III. Процессор 8086 был полностью 16 разрядным — внутренние
регистры и шина данных. Он содержал 29 000 транзисторов и работал на частоте 5 МГц.
Благодаря 20 разрядной шине адреса он мог адресовать 1 Мбайт памяти. При создании про
цессора 8086 обратная совместимость с 8080 не предусматривалась. Но в то же время значи
тельное сходство их команд и языка позволили использовать более ранние версии программ
ного обеспечения. Это свойство впоследствии сыграло важную роль в развитии программно
го обеспечения ПК, включая операционную систему CP/M (8080).
Несмотря на высокую эффективность процессора 8086, его цена была все же слишком вы
сока по меркам того времени и, что гораздо важнее, для его работы требовалась дорогая мик
росхема поддержки 16 разрядной шины данных. Чтобы уменьшить себестоимость процессо
ра, в 1979 году Intel выпустила упрощенную версию 8086, которая получила название 8088.
Процессор 8088 использовал те же внутреннее ядро и 16 разрядные регистры, что и 8086, мог
адресовать 1 Мбайт памяти, но, в отличие от предыдущей версии, использовал внешнюю
8 разрядную шину данных. Это позволило обеспечить обратную совместимость с ранее раз
работанным 8 разрядным процессором 8085 и, таким образом, значительно снизить стои
мость создаваемых системных плат и компьютеров. Именно поэтому IBM выбрала для своего
первого ПК “урезанный” процессор 8088.
Это решение имело далеко идущие последствия для всей компьютерной индустрии. Про
цессор 8088 был полностью программно совместимым с 8086, что позволяло использовать
16 разрядное программное обеспечение. В процессорах 8085 и 8080 использовался очень по
хожий набор команд, поэтому программы, написанные для процессоров предыдущих версий,
можно было легко преобразовать для процессора 8088. Это, в свою очередь, позволяло разра
батывать разнообразные программы для персонального компьютера IBM, что явилось зало
гом его будущего успеха. Не желая останавливаться на полпути, Intel была вынуждена обес
печить поддержку обратной совместимости 8088/8086 с большей частью процессоров, выпу
щенных в то время.
В те годы еще поддерживалась обратная совместимость процессоров, что ничуть не мешало
вводить различные новшества или дополнительные возможности. Одним из основных измене
ний стал переход от 16 разрядной внутренней архитектуры процессора 286 и более ранних вер
сий к 32 разрядной внутренней архитектуре 386 го и последующих процессоров, относящихся к
категории IA 32 (32 разрядная архитектура Intel). Однако до появления серийно выпускаемого
программного обеспечения, поддерживающего 32 разрядные команды, оставалось еще более
10 лет. Например, в 1985 году с появлением процессора 386DX была представлена новая
32 разрядная архитектура, но только в 1995 году была выпущена Windows 95, ставшая первой
широко распространенной операционной системой, поддерживающей архитектуру IA 32.
Введение новой архитектуры не повлияло на обратную совместимость процессоров, так как
практически все микросхемы IA 32 выполняли и 16 разрядные команды.
Не так давно Intel выпустила процессоры Itanium и Itanuim 2, представив тем самым но
вую 64 разрядную архитектуру Intel (IA 64). В течение ближайших нескольких лет эта архи
тектура будет использоваться в серверных (т.е. в более мощных и дорогих) микросхемах и,
возможно, пройдет не более 10 лет, прежде чем процессоры, созданные на основе IA 64, полу
чат самое широкое распространение. Поддержка обратной совместимости процессоров IA 32,
как вы знаете, выражается в возможности выполнения 16 разрядных команд. Микросхемы
IA 64, в свою очередь, могут выполнять не только 32 разрядные (IA 32), но и 16 разрядные
(IA 16) команды.
В компании AMD была разработана конкурентоспособная, но несколько отличная
64 разрядная архитектура, получившая название x86 64; она будет использоваться в микросхе
мах с кодовым именем Opteron (для серверов) и Athlon 64 (для настольных ПК). Ее основным
отличием является то, что архитектура AMD x86 64 более близка к существующей IA 32, чем
новая 64 разрядная архитектура IA 64. Предполагается, что микросхемы x86 64 будут выпол
нять существующий 32 разрядный код быстрее, чем процессоры, созданные на основе IA 64.
К сожалению, процессоры x86 64 не позволяют выполнять программный код, разработанный
непосредственно для IA 64, что связано с коренными отличиями наборов команд и архитектуры.
Процессор Itanium (IA 64) был выпущен в марте 2001 года и уже завоевал солидную репутацию
на рынке серверов и рабочих станций. При этом первые процессоры Hammer (AMD x86 64)
должны быть доступны с начала 2003 года. Тем не менее эти процессоры уже обеспечены под
держкой со стороны таких известных производителей операционных систем и приложений, как
Microsoft, Red Hat и SuSE (Linux), IBM и Oracle (базы данных), а также SAP.

Растущая популярность IBM PC и архитектуры Intel в некотором роде ограничила разви
тие персонального компьютера. Тем не менее успех IBM PC привел к разработке большого
количества программ, периферийных устройств и аксессуаров, в результате чего PC стал
промышленным стандартом. Процессор 8088, который использовался в первом PC, содержал
около 30 тыс. транзисторов и работал на частоте 5 МГц. Процессор Itanium 2, основанный на
ядре Madison и созданный по 0,13 микронной технологии, имеет три типа кэш памяти
(включая кэш память третьего уровня объемом 6 Мбайт) и содержит 410 млн. транзисторов
на кристалле размером 374 мм2 (ширина сторон кристалла более 19,3 мм). На данный момент
Intel выпустила процессоры, работающие на частоте свыше 3 ГГц, и следует заметить, что
компания AMD практически не отстает от лидера. Все это является практическим подтвер
ждением закона Мура, в соответствии с которым быстродействие процессоров и количество
содержащихся в них транзисторов удваивается каждые 1,5–2 года.


При описании параметров и устройства процессоров часто возникает путаница. Рассмот
рим некоторые характеристики процессоров, в том числе разрядность шины данных и шины
адреса, а также быстродействие.
Процессоры можно классифицировать по двум основным параметрам: разрядности и быст
родействию. Быстродействие процессора — довольно простой параметр. Оно измеряется в мега
герцах (МГц); 1 МГц равен миллиону тактов в секунду. Чем выше быстродействие, тем лучше
(тем быстрее процессор). Разрядность процессора — параметр более сложный. В процессор вхо
дит три важных устройства, основной характеристикой которых является разрядность:



© 2004-2018 ООО "КА "СИСТЕМА"