Procesoare x86
Primul PC a fost cel introdus pe piata de IBM sub denumirea de IBMxt si avea un procesor Intel I8088 care lucra la frecventa de 4,7 Mhz si lucra intern pe 16 biti si extern pe 8 biti.Intel dezvoltase deja la acea data procesorul I8086 care lucra si intern si extern pe 16 biti de unde numele de x86.Procesorul era secondat de un coprocesor matematic (FPU) , coprocesor ce aparea ca un chip diferit pe placa de baza.El extindesetul de instructiuni ale procesorului realizind calcule cu numere reale (Floating Point Unit).
Microprocesorul 286 a fost dezvoltat intr-o capsula cu 68 de pini cu 24 linii de adresa si 16 linii de date fiind un procesor pe 16 biti atit intern cit si extern si lucrind la frecvente de la 6-20 Mhz.
Microprocesorul 386 a aparut in 1985 si era un procesor integral pe 32 biti construit in te 353d31d hnologie CMOS de 1,2 µm.Tehnologia exprimata in micrometri se refera la distanta minima dintre 2 componente aflate in aceeasi capsula.Procesorul se gasea instalat pe un soclu si lucra in 3 moduri diferite:. Modul Real unde se anuleaza complet masina 8086
Modul Protejat in care procesorul poate comuta de la o emulare a procesorului 286 la procesorul 386.
Modul Virtual in care lucra efectiv ca un 8086.
386 a permis pentru prima data dezvoltarea multitaskingului ceeace a dus la dezvoltarea sistemelor gen Windows.386 a fost disponibil la frecvente de la 12-50 Mhz cele mai raspindite modele fiind la 33 Mhz.Tot pentru prima data s-a folosit tensiunea de 3,3V in alimentarea procesorului.
Microprocesorul 486 Pastreaza aceeasi functionare cu 386 in schimb introduce coprocesorul matematic in aceeasi capsula cu procesorul si foloseste pentru prima data memoria cache integrata in capsula procesorului.A fost integrat in soclu numit soket (PGA).486 era prevazut cu o memorie cache integrata de 8 Kb si putea folosi memoria cache level 2 de pina la 512 Kb .486 lucra la frecvente intre 25 si 165 Mhz . Ambele tipuri de memorie puteau fi activate si dezactivate din cadrul programului setup al BIOS-ului .
Conceptul de memorie cache foloseste 2 caracteristici importante ale executie programelor:
In primul rind programele tind sa utilizeze datele si instructiunile situate unele linga altele.
In al doilea rind tind sa utilizeze in mod repetat aceleasi blocuri de coduri.
Astfel sint pastrate intr-o memorie rapida datele ce urmeaza sau se presupune ca vor fi utilizate.Aceasta memorie este umpluta periodic cu date din memoria sistemului RAM mult mai lenta.Raportul dintre numarul de cazuri in care informatia cautata se gaseste in memoria cache si cel in care nu se gaseste este de circa 95 % !!! ( ceeace a dus in prezent la integrarea in toate procesoarelor a memoriei cache din ce in ce mai mare si mai rapida).
Memoria cache level 2 (L2 cache) are in general o capacitate mai mare fiind folosita ca o memorie tampon intre RAM si L1 cache.
Procesorul Pentium a aparut in 1993 fiind dezvoltat in tehnologie biCMOS .
Procesorul Pentium a realizat un salt de la tehnologia de 0,8 - 0,6 µm la tehnologia de 0,35 µm.
Tensiunea la care era alimentat a fost initial de 3,3V apoi a aparut la unele modele o tensiune duala cu un anumit nivel pentru nucleul procesorului (mai mic) si cu nivelul de 3,3V pentru magistrala externa.Cele mai multe modele Pentium au fost dezvoltate pe soket (soket 7).Ca frecvente pentru FSB procesoarele Pentium foloseau 60 sau 66 Mhz.Pentru prima data procesorul introducea o tehnologie superscalara integrind 2 unitati ALU (aritmetico-logice) capabile sa lucreze in paralel si sa poata procesa 2 instructiuni in acelasi timp.Tehnologia superscalara se bazeaza pe conceptul de pipeline ce a fost pastrat si la procesoarele actuale.
Cele 2 magistrale pipeline ale procesorului fiecare pe 32 biti transformau procesorul Pentium intr-un procesor pe 64 biti intern ceeace a impus si folosirea altor tipuri de memorie capabila sa asigure procesorului 64 biti largime de banda (2*SIMM-la 32 bit fiecare sau 1*DIMM-la 64 bit).Pentium a fost initial dezvoltat in variante pina la 200Mhz apoi nucleul procesorului a fost modificat , setul sau de instructiuni fiind imbogatit cu inca 54 de instructiuni MMX orientate spre aplicatii multimedia.MMX a fost aplicat procesoarelor cu frecvente de 166 , 200 si 233 Mhz.
Procesorul Pentium-Pro a continuat dezvoltarea paralelismului prin suport pipeline,a scazut tensiunea de alimentare la 2,6V si a integrat cache-ul L2 de 256 sau 512Kb de pe mainboard in aceeasi capsula cu procesorul.Versiunea Pentium Pro MMX a fost dezvoltat cu numele de cod Klamath si comercializat ca Pentium II .
Procesorul Pentium II dispunea de cache L1 impartit in 2 blocuri de cite 16Kb respectiv 16Kb cod si 16Kb pentru date si cache L2 in versiuni de la 512Kb la 1Mb.Frecventele de lucru erau 233 , 266 ,300Mhz.
O alta varianta de Pentium II sa numit
Odata cu Pentium II , Intel a introdus o noua tehnologie de conectare pe slot 1(slot one SEPP).
Pe aceeasi placa de circuit erau integrate capsula propriu-zisa a procesorului cit si memoria cache L2.Datorita dificultatii de proiectare a placilor de baza cu slot 1 , Intel a revenit la dezvoltarea procesoarelor pe soket dezvoltind soket 370 PPGA.Au existat chiar si adaptoare de la slot 1 la PPGA si invers.
Variante ieftine ale procesoarelor Pentium II au fost Celeron si Mendocino .Ele au fost gindite pentru piata low-end fiind procesoare cu performante limitate.
Astfel prima varianta de Celeron era de fapt un Pentium II la care se renuntase la cache L2 iar Mendocino avea un cache L2 de numai 128 Kb.
Procesoarele Pentium II lucrau la o frecventa FSB de 100 Mhz iar variantele Celeron si Mendocino la 66Mhz.
Procesoarele Celeron si Mendocino au fost printre primele procesoare care s-au pretat la un overclocking obtinut prin supraaccelerarea FSB-ului de la 66 pina la 100 Mhz.
Procesorul Pentium II Xeon a fost dezvoltat intr-un nou cartus numit slot 2 si putea lucra cu memorie cache L2 de pina la 2Mb fiind conceput in general pentru echipare serverelor si a statiilor de lucru.
Procesoarele Cyrix si AMD
Incepind cu Pentium firme gen Cyrix si AMD sau vazut fortate sa dezvolte modele proprii de procesoare competitive.Astfel AMD a dezvoltat o familie de procesoare notata K5 care prezenta capabilitati Pentium Pro dar care nu sa impus pe piata.
Astfel AMD a incercat sa exploateze dificultatile pe care Pentium le avea cu softul pe 16 biti si a lansat seria K6 de procesoare pe care le-a testat impreuna cu Microsoft si le-a comercializat cu emblema " Designed for Windows'95".
Ca replica pentru extensia MMX a celor de la Intel ,AMD a dezvoltat pentru procesoarele sale tehnologia 3DNow! reprezentata de un set de instructiuni orientate spre grafica tridimensionala.
Procesoarele K6 au fost dezvoltate in soket 7 functionind initial cu frecventa de FSB de 66Mhz iar apoi folosind si 100Mhz FSB pentru frecvente de lucru de 400 Mhz. Variantele K6-2 contineau si setul de instructiuni 3DNow! si mareau frecventa de lucru pina la 500 Mhz.
Varianta imbunatatita de K6-2 sa numit K6-3 si dispunea de un cache L2 de 256Kb.
Procesoarele Cyrix au incercat pentru prima data marirea FSB-ului pe placile de baza soket7 crescind frecventa de la 66 la 75 Mhz.Toate variantele Cyrix din clasa 6x86 desi lucrau la frecvente mai mari au fost prezentate prin frecventa Pentium echivalenta (asa numitul PR-Pentium Rate).
Procesorul Pentium III dezvoltat de Intel a aparut initial ca lucrind la 100 Mhz FSB fiind dezvoltat sub numele de cod Katmai si avind la dispozitie cache L2 de 512 Kb si un suport MMX.Primele modele au aparut pe Slot1 dar au fost si variante pe soket 370.
A doua varianta Pentium III denumita Coppermine a fost dezvoltat numai in varianta FC-PGA lucrind cu un FSB de 133 Mhz si avind la dispozitie cache L2 de 256 Kb numai ca acest cache este acum integrat in aceeasi pastila cu procesorul.In plus Coppermine extinde setul de instructiuni cu inca 70 reunite sub denumirea SSE.
Pentru a face deosebirea intre procesoarele Pentium III Katmai si Coppermine sa recurs la o codificare a numelui.Astfel pentru procesoarele cu 133 Mhz FSB se foloseste pentru notatii litera B iar pentru diferentierea intre procesoarele cu 256 Kb cache L2 se foloseste litera E.
In acest timp AMD a dezvoltat a 7-a generatie de procesoare introducind pe piata Athlon si Duron.
Athlon dezvoltat initial pe o varianta noua de slot ( slot A) incompatibila cu slot 1 lucra cu FSB de 100 Mhz dar folosea in acelasi timp ambele fronturi ale semnalului de ceas ducind la o viteza interna pentru procesor a FSB-ului de 200 Mhz.
Varianta ieftina a procesorului Athlon sa numit Duron si dispune de cache L1 de 128 Kb la fel ca Athlon dar difera de acesta prin folosirea cache-ului L2 de numai 64 Kb ceeace duce la o scadere drastica de performanta fata de Athlon si Pentium-ul III de la Intel.Aceste procesoare au fost dezvoltate ca raspuns al AMD-ului in fata procesoarelor Celeron , fiind destinate pentru piata low-end.Duron a aparut initial in varianta soket introducind soket A , soclu ce e fost preluat ulterior si de Athlon.
Primul procesor pe varianta soket A a fost dezvoltat sub numele Thunderbird.Initial tehnologia a fost de 0,18 µm astazi realizinduse trecerea la 0,13 µm.
AMD odata cu lansarea Athlon si Duron a avut unele dificultati in a impune procesorul pe piata dominata la acea ora de Pentium III dar a reusit datorita in mare parte chipseturilor VIA incepind cu modelele KX133 si KT133.
Primele procesoare dovedeau incompatibilitati in diferite sisteme si la lucrul cu anumite componente , incompatibilitati datorate consumului mare de putere si numarului foarte mare de componente integrate ce duce la o emisie calorica foarte ridicata la aceste modele.
Procesorul Pentium 4 extinde arhitectura de la 32 la 64 biti pastrind insa compatibilitatea cu versiunile anterioare.Pentium 4 a fost dezvoltat initial pe soket 423 lucrind cu memorii RIMM produse de firma Rambus ( firma cu care Intel semnase un contract de exclusivitate in privinta desfacerii pe piata a procesoarelor Pentium 4 echipate cu Rambus RAM);module de memorie ce pot lucra la 800 Mhz.La inceput sistemele Pentium 4 erau foarte costisitoare datorita in mare parte pretului mare al memoriei RIMM iar acest lucru a dus la anumite dificultati in a impune pe piata noua arhitectura.In momentul cind Intel a renuntat la parteneriatul cu Rambus a fost dezvoltat imediat o noua varianta de Pentium 4 pe soket 478 si lucrind cu un FSB de 400 Mhz la fel ca primele versiuni dar care suporta si module de memorii SD-RAM si DDR-RAM.
Procesoarele Pentium 4 sint astazi primele modele de procesoare ce depasesc bariera de 2 Ghz ajung in prezent pina la frecventa de 2,2 Ghz.
|
