Лекция 1. История развития. Часть 2

• История создания и развития первых вычислительных машин.
• Первые электронные вычислительные машины.
• Появление персональных компьютеров.
• Микропроцессоры – история развития и основные производители.

Микропроцессор i8086 создан в июне 1978 года. Это 16-разрядный микропроцессор. Благодаря сегментной организации памяти он может адресовать до 1024 Кбайт оперативной памяти. Чип 8086 стал популярен в основном благодаря компьютеру Compaq DeskPro.

Микропроцессор i8088 был анонсирован Intel в июне 1979 года, а в 1981 году фирма IBM выбрала его для своего первого персонального компьютера. Этот чип содержал примерно 29 тысяч транзисторов. Благодаря 20 адресным линиям он мог физически адресовать область памяти в 1 Мбайт. Первоначально микропроцессор i8088 работал на частоте 4,77 МГц и имел быстродействие около 0,33 MIPS (Million Instruction Per Second), однако впоследствии были разработаны его клоны, рассчитанные на более высокую тактовую частоту (например, 8 МГц).

В августе 1981 года наряду с Apple, Commodore и Atari на рынке появились первые переносные бизнес-компьютеры фирмы Osborne. Но тут возник еще один конкурент – IBM.

В 1981 году фирма IBM выпустила свойпервый микрокомпьютер IBM PC (IBM Personal Computer) с открытой архитектурой, основанный на 16-разрядном микропроцессоре 8088 фирмы Intel. Этот компьютер был оборудован монохромным текстовым дисплеем, двумя дисководами для 5-дюймовых дискет на 160 Кбайт, оперативной памятью 64 Кбайта. IBM PC был ориентирован на рынок компьютеров для бизнеса.

IBM решил использовать собственную операционную систему и поручил фирме программного обеспечения Microsoft ее разработать. Она стала продаваться вместе с IBM PC как PC DOS.

Билл Гейтс, владелец компании Microsoft, основал свою первую фирму уже в 14 лет, в 19 лет прервал учебу в университете, чтобы стать бизнесменом, и спустя 5 лет обладал мировой монополией на операционную систему MS DOS. Сегодня Гейтс является одним из богатейших людей Америки.

В феврале 1982 года фирма Intel выпустила свой новый микропроцессор – i80286. На кристалле было реализовано около 130 тысяч транзисторов. Этот чип появился практически одновременно с новым компьютером фирмы IBM – PC AT. Наряду с увеличением производительности этот микропроцессор мог теперь работать в двух режимах – реальном и защищенном: 24 адресные линии нового микропроцессора позволяли в защищенном режиме обращаться уже к 16 Мб памяти.

В 1982 году появились аналогичные IBM PC компьютеры независимых производителей. Многие IBM PC-совместимые компьютеры были дешевле компьютеров от IBM. Модели некоторых поставщиков обладали лучшими характеристиками.

Производители таких IBM-совместимых PC приобретали у Microsoft лицензию на операционную систему DOS, и она продавалась затем под названием MS DOS. MS DOS и PC DOS быстро соединились в DOS, и все производители, которые применяли эту операционную систему, сделали ее стандартом для IBM и IBM-совместимых PC.

К концу 1986 года объемы продаж IBM PC-совместимых персональных компьютеров превзошли объемы продаж компьютеров IBM. А фирма Compaq Computer опередила IBM в изготовлении машин на базе микропроцессора Intel 80386.

В то время и позднее покупатели персональных компьютеров начали сталкиваться с такими жаргонными определениями места производства компьютеров, как «белая» сборка (США, Европа), «желтая» сборка (Юго-Восточная Азия), «красная» сборка (Россия). Прямого отношения к качеству компьютеров эти термины не имеют. Качество продукции зависит от качества комплектующих деталей, условий процесса сборки и выходного контроля качества. Максимально гарантируют качество своих компьютеров именитые (brand name) производители – IBM, HP, Compaq-HP, которые в состоянии работать с самыми надежными поставщиками комплектующих и обеспечить полный технологический контроль.

В октябре 1985 года фирмой Intel был анонсирован первый 32-разрядный микропроцессор i80386. Новый чип содержал примерно 275 тысяч транзисторов.

Первым компьютером, использующим этот микропроцессор, был Compaq DeskPro 386. Полностью 32-разрядная архитектура (32-разрядные регистры и 32-разрядная внешняя шина данных) в новом микропроцессоре была дополнена расширенным устройством управления памятью MMU (Memory Management Unit).

На тактовой частоте 16 МГц быстродействие нового процессора составило примерно 6 MIPS. 32 адресные линии микропроцессора позволяли физически адресовать 4 Гб памяти. Кроме того, был введен новый режим – виртуального процессора (V86). В этом режиме могли одновременно выполняться несколько задач, предназначенных для i8086.

Более дешевая альтернатива 32-разрядному процессору i80386, который впоследствии получил окончание DX, появилась только в июне 1988 года. Новый микропроцессор i80386SX имел внутреннюю полностью 32-разрядную архитектуру, но использовал 16-разрядную внешнюю шину данных и 24-разрядную адресную. Полагают, что индекс SX произошел от слова Sixteen (шестнадцать) в соответствии с разрядностью шины данных.

На осенней выставке Comdex в 1989 году фирма Intel впервые анонсировала микропроцессор 486DX, который содержал более миллиона транзисторов (а точнее, 1,2 миллиона) на одном кристалле и был полностью совместим с процессорами ряда х86. Новая микросхема впервые объединила на одном чипе такие устройства, как центральный процессор, математический сопроцессор и кэш-память.

Для портативных компьютеров в 1990 году фирмой Intel был разработан микропроцессор i80386SL, который содержал примерно 855 тысяч транзисторов.

Данный микропроцессор представляет собой интегрированный вариант микропроцессора i80386SX, базовая архитектура которого дополнена еще несколькими вспомогательными контроллерами. Все компоненты, необходимые для построения портативного компьютера, сосредоточены в двух микросхемах: микропроцессоре i80386SL и периферийном контроллере i82360SL. В набор i80386SL впервые введено новое прерывание, называемое System Management Interrupt (SMI), которое может быть использовано для обработки событий, связанных, например, с управлением потребляемой мощностью.

Микропроцессор i486SX (1991 г.), подобно оригинальному i486DX, содержит на кристалле кэш-контроллер и кэш-память, а вот математический сопроцессор у него заблокирован (здесь индекс SX не означает 16-разрядной шины данных). Значительная экономия (благодаря исключению затрат на тестирование сопроцессора) позволила фирме Intel существенно снизить цены на новый микропроцессор. Для микропроцессоров семейства i486 допускается адресация физической памяти размером 4 Гбайта (32 разряда адреса) и виртуальной памяти размером 64 Тбайта.

В марте 1992 года фирма Intel объявила о создании второго поколения микропроцессоров 486. Новые микропроцессоры, названные i486DX2(SX2), обеспечили новый подход, при котором скорость работы внутренних блоков микропроцессора в два раза выше скорости остальной части системы. Тем самым появилась возможность объединения высокой производительности микропроцессора с внутренней тактовой частотой 50(66) МГц и эффективной по стоимости 25/ЗЗ-МГц системной платой. Одновременно с процессорами DX2 были выпущены процессоры OverDrive, предназначенные для замены устаревших процессоров. Основное различие между процессорами серии DX2 и OverDrive Intel DX2 состоит в том, что первые монтируются на системных платах еще при сборке компьютеров, а вот вторые могут устанавливаться самими пользователями. Внутренние функциональные узлы подобных микросхем (математический сопроцессор, кэш, устройство управления памятью, арифметико-логическое устройство) используют удвоенную тактовую частоту, в то время как остальные элементы системной платы (системная и внешняя кэш-память, вспомогательные микросхемы) работают с обычной скоростью.

Умножение тактовой частоты (не только в два, но и, например, в полтора, два с половиной или три раза) находит широкое применение практически во всех современных процессорах. Так, после DX2 фирма Intel выпустила серию микропроцессоров с умножением частоты – DX4.

В марте 1993 года фирма Intel объявила о начале промышленных поставок 66- и 60-МГц версий процессораPentium. Системы, построенные на базе Pentium, полностью совместимы с персональными компьютерами, использующими микропроцессоры i8088, i80286, i80386, i486. Новая микросхема содержала около 3,1 миллиона транзисторов и имела 32-разрядную адресную и 64-разрядную внешнюю шину данных.

Pentium с тактовой частотой 66 МГц имеет производительность около 112 MIPS (миллионов инструкций в секунду).

Архитектура Pentium содержит два арифметико-логических устройства, благодаря чему две команды могут быть выполнены за один такт синхронизации. Кроме того, Pentium имеет два раздельных 8-Кбайтных кэша: один для команд и один для данных. Одним из наиболее интересных новшеств, используемых в Pentium, является небольшая кэш-память, называемая Branch Target Buffer, ВТВ (буфер меток переходов), которая позволяет динамически предсказывать переходы в исполняемых программах. В настоящее время микросхемы Pentium-60/66 сняты с производства, а выпускаются версии процессоров второго поколения Pentium с внутренним умножением частоты в 1,5 и 2 раза на 75/50, 90/60, 100/66, 120/60, 133/66, 150/60 и 166/66 МГц. Презентация первых моделей этих процессоров произошла в марте 1994 года.

1 ноября 1995 года фирма Intel объявила о начале коммерческих поставок микропроцессора нового поколенияPentium Pro.

В его основе лежит комбинация технологий, известная как Dynamic Execution: многократное предсказание ветвлений (multiple branch prediction), анализ потоков данных (data flow analysis) и эмуляция выполнения инструкций (speculative execution).

В корпусе микросхемы размещены два кристалла, одним из которых является 256- или 512-Кбайтная кэш-память второго уровня. На кристалле процессора, как обычно, расположен 16-Кбайтный кэш. На сегодняшний день в семейство Pentium Pro входят микропроцессоры с тактовыми частотами 200, 180, 166 и 150 МГц. Если микросхема Pentium Pro 150 выпускается согласно технологическим нормам 0,6 мкм, то все остальные процессоры с более высокой тактовой частотой используют уже технологические нормы 0,35 мкм. Число транзисторов основного кристалла составляет примерно 5,5 миллиона, а кристалла кэш-памяти соответственно 15,5 или 31 миллион.