Когда появился 486 компьютер

Обновлено: 05.07.2024

Начиная писать эту статью, я не знаю, стоит ли в нее вставлять всю серию из трех видео, посвященных обзору, тестированию и эксплуатации компьютера на базе самого быстрейшего классического 486 процессора, работающего на тактовой частоте 133 МГц. Да, у многих в голове сохранились воспоминания о топовой «четверке» Intel 486DX на 66 МГц или Intel 486DX4 на 100 МГц, но были и более быстрые процессоры от ее извечного конкурента – AMD.

Впрочем, в процессе написания статьи я подумаю и решу, ну а вы, по ходу ее прочтения это увидите.

Итак, четверное поколение x86 совместимых процессоров Intel было анонсировано 10 апреля 1989 года, то есть уже 30 лет назад. В тот год еще существовала такая страна, как СССР, в которой уже 4-й год шла «Перестройка», а в США никто и не мог мечтать о том, что через 3 года его основного геополитического конкурента не станет.

Я не думаю, что нам стоит говорить об архитектурных различиях между i386DX и i486DX, желающие могут посмотреть статью на Вики , а еще лучше на соответствующих специализированных ресурсах.

Отмечу лишь то, что для конечного пользователя отличие 4-го поколения x86 совместимых процессоров от 3-го поколения – это наличие в одном кристалле и классического x86 ядра и математического сопроцессора (FPU).

Да, в продаже были и процессоры i486SX с отключенным FPU, к которым можно было докупить i487DX, если это позволяла материнская плата, представлявший собой обычный 486DX, но с отличавшимся назначением некоторых выводов и одной лишней (169) ножкой.

Умеют же некоторые компании продать дважды одно и то же своим потребителям. Такой смекалке хотелось бы позавидовать, если бы это не было фактическим обманом.

Однако, возвращаясь к теме статьи, хочу добавить, что во времена господства на рынке процессоров 4-го поколения, когда уже вышли такие игровые хиты, как Wolfenstein 3D, Doom, Duke 3D, а на подходе был настоящий трехмерный Quake, очень быстро развивались и другие элементы персональных компьютеров.

Если первые 486-е были рассчитаны на использование в ПК с шиной ISA 8 и 16 бит, то спустя некоторое время появилась процессорная шина VLB (Vesa Local Bus). Шина VLB являлась классической для 486 компьютеров. На закате 486 платформы актуальными стали материнские платы с очень быстрой для своего времени шиной PCI. Возможностей PCI хватало даже для первых 3D ускорителей – 3Dfx Voodoo и nVIDIA Riva. Впрочем, на 486 компьютерах ее возможности были избыточными.

Итак, можно ли выжить на 486 компьютере в 2020 году? Для того чтобы это понять и увидеть насколько комфортно это делать, я рекомендую посмотреть видео ниже. Но если вы не сторонник просмотра видео, то вкратце я вам об этом ниже.

Начну с того, что даже по меркам самых простых процессоров 5-го поколения, например Intel Pentium 75-100 МГц или AMD K5, любые 486 процессоры – это, как одно время было модно говорить, настоящие «слоупоки».

Медленность процессоров 4-го поколения относительно 5-го поколения связана даже не столько с «отсталым» ядром, хотя и это имеет место, но еще и с узкой шиной памяти. Так, если на Pentium шина обмена данными с памятью – 64 бита (поэтому для этих ПК требовались парные модули оперативной памяти SIMM), то 486 имеет 32-битную шину.

При этом стоит отметить, что для относительно комфортной работы в Windows 95-98 скорости 486, работающего на 66-100 МГц вполне достаточно. Более того, в видео выше я тестировал компьютер на базе 486 процессора на Windows 2000 и не могу сказать, что он работал раздражающе медленно. Да, комфорт – понятие относительное, но для полноценной работы его возможностей вполне хватает. По крайней мере, работа с текстами, с простыми электронными таблицами, просмотр фотографий и т.д. доступны.

В общем и целом, даже в конце 2019 года и 2020 году, имея древний компьютер на базе «четверки», вполне себе можно использовать по назначению и даже играть на нем. Впрочем, если вам интересно в какие игры можно играть на 486-м, рекомендую посмотреть два видео ниже.

Первое посвящено непосредственно сборке и настройке компьютера, а второе попытке его заставить работать на тактовой частоте в 160 МГц.

Да, некоторые «четверки» работали на 160 МГц, хотя в это и сложно поверить. Мой опыт в этом направлении достаточно интересен.

Спасибо за внимание, если статья понравилась, ставьте лайки и подписывайтесь на канал! Все лучшее – впереди!

Руководителем проекта по разработке микропроцессора Intel486 был Патрик Гелсингер (Patrick Gelsinger).

В мае 2006 года Intel заявила, что производство чипов 80486 прекратится в конце сентября 2007 года. И хотя для прикладных программ на персональных компьютерах этот чип уже долгое время являлся устаревшим, Intel продолжала производить его для использования во встраиваемых системах.

Содержание

Описание

Процессор базируется на той же архитектуре, что применялась, однако в нём имелось несколько значимых усовершенствований. Основные из которых:

Внутренний кеш первого уровня
Встроенный математический сопроцессор
Конвейерная обработка инструкций (команд)
Усовершенствованный модуль интерфейса шины (bus interface unit)
Укороченные циклы памяти (burst mode)
Использование буферов записи

Процессор обладал 32-битными шинами адреса и данных. Это требовало наличия памяти в виде четырёх 30-контактных или одного 72-контактного модуля SIMM.

Однако, в результате использования интегрированной кеш-памяти, существенно возросло количество транзисторов в процессоре и, как следствие, увеличилась площадь кристалла. Увеличение количества транзисторов привело к существенному увеличению рассеиваемой мощности. В среднем, рассеиваемая мощность увеличилась в 2 раза, по сравнению с аналогичными моделями серии Intel386. Во многом этому способствовала интеграция кеш-памяти, хотя были и другие факторы, но они не столь существенны. По этой причине процессоры Intel486 старших моделей уже требовали принудительного (активного) охлаждения.

Математический сопроцессор

Изначально все выпускавшиеся микропроцессоры Intel486 оснащались работающим сопроцессором, эти процессоры получили имя Intel486DX. Позже, в 1991 году, Intel решает выпустить процессоры с отключённым сопроцессором, и эти процессоры получили наименование Intel486SX. Системы построенные на этих процессорах могли оснащаться отдельным сопроцессором, например, Intel487SX или сопроцессором других производителей.

Конвейерная обработка инструкций

В Intel486 был усовершенствован механизм выполнения инструкций в несколько этапов. Конвейер процессоров серии Intel486 состоял из 5 ступеней: выборка инструкции, декодирование инструкции, декодирование адресов операндов инструкции, выполнение команды, запись результата выполнения инструкции. Использование конвейера позволило во время выполнения одной инструкции производить подготовительные операции над другой инструкцией. Это в значительной степени позволило увеличить производительность процессора.

Регистры и инструкции

В процессоре имеется тот же набор инструкции что и в Intel386, к которому было добавлено несколько дополнительных регистров, а именно, три 32-битных тестовых регистра (TR5, TR4, TR3). Также были добавлены новые флаги в регистре флагов (EFLAGS) и в других управляющих регистрах (CR0, CR3).

Вследствие включения сопроцессора в кристалл процессора, в Intel 486 можно обращаться и к регистрам FPU: регистры данных, регистр тегов, регистр состояния, указатели команд и данных FPU, регистр управления FPU.

Длина очереди инструкций была увеличена до 32 байт.

Модели

Intel 80486 — 32-битный скалярный x86-совместимый микропроцесcор четвёртого поколения, выпущенный 10 апреля 1989 года фирмой Intel. Этот микропроцессор является модернизированной версией микропроцессора 80386. Именно у этого микропроцессора впервые появился встроенный математический сопроцессор (FPU). Имел применение как правило в настольных ПК, в высокопроизводительных рабочих станциях, в серверах и портативных ПК .

Содержание

Технические характеристики

Модификации i80486

DX - начиная с него добавили со-процессор (i80487).
SX - не содержит встроенный со-процессор.

Микроархитектура i486SX

Тактовая частота: 50 - 133 МГц
Впервые применены рассинхронные шины.
Процессорная память и тактовая частота существенно увеличились: DX4 - скорость процессора выше в 4 раза DX2 - скорость процессора выше в 2 раза
CR4

Микроархитектура i486DX2/DX4

Процессоры 486

Процессоры Intel486™ представляют второе поколение 32-разрядных процессоров. Обладая всеми свойствами процессора 386 и обеспечивая полную обратную совместимость с прежними представителями семейства х86, эти процессоры имеют ряд существенных изменений:

В процессор введен внутренний кэш первого уровня (Internal cache Level 1) и предусмотрены все необходимые средства для построения памяти с двухуровневым кэшированием, допускающей работу и в мультипроцессорных системах.
Повышена производительность локальной шины — введены пакетные циклы, позволяющие передавать очередное слово данных в каждом такте шины (а не через такт, как в обычном режиме).
Ведены буферы отложенной записи.
В архитектуре применено RISC-ядро, позволяющее наиболее часто встречающиеся инструкции выполнять за 1 такт — средняя производительность процессора на той же тактовой частоте по сравнению с 386-м удвоилась.
В состав процессора введен высокопроизводительный математический сопроцессор FPU (Floating-Point Unit), программно совместимый с сопроцессором 387 (в 486SX сопроцессор отсутствует, в 486SL — имеется в некоторых моделях).
Увеличена очередь команд до 16 байт.
Введены новые инструкции (BSWAP, XADD, CMPXCHG, INVLD, WBINVD).
Добавлена защита страниц памяти от записи на уровне супервизора.
Введены функции контроля выравнивания операндов.
Расширены средства тестирования — введены регистры TR3, TR4, TR5 для тестирования внутреннего кэша.
Введена возможность тестирования процессора извне по интерфейсу JTAG (не у всех моделей).
Введено умножение тактовой частоты системной платы (внутренняя частота DX2 равна двукратной внешней, в DX4 кратность может быть 2, 2,5 и 3).

Существует несколько разновидностей процессоров Intel486, различающихся наличием сопроцессора, средств энергосбережения, возможностью умножения внешней тактовой частоты, политикой записи внутреннего кэша и напряжением питания:

Р4 Intel486DX — полный вариант (CPU + FPU), кэш с прямой записью;
Р23 Intel486SX — вариант без FPU, кэш с прямой записью;
P23N Intel487SX — аналог процессора 486DX (FPU + CPU), устанавливаемый в гнездо сопроцессора и отключающий «основной» SX-процессор;
Intel486SL Enhanced — процессор со средствами SMM и возможностью остановки синхронизации (StopClock) для снижения энергопотребления;
Р24 Intel486DX2 — процессор с удвоением частоты;
P24D — улучшенный вариант IntelDX2 с WB-кэшем;
Р24С — IntelDX4 CPU — процессор с утроением частоты (ОЕМ-версия), питание 5 или 3,3 В и могут иметь средства SMM;
Р24Т — Pentium®OverDrive® (замена для Intel486): по архитектуре — Pentium, по шине — 486-й;
Р23Т - Intel486 SX (или DX) OverDrive.

Рассмотрим подробнее основные нововведения в архитектуру процессоров, появившиеся в четвертом поколении.

Блоки и интерфейс процессоров

Внутренний кэш

Процессор 486 имеет внутренний первичный кэш (Cache Level 1) размером 8 Кбайт, единый для данных и инструкций. Кэш имеет 4-канальную наборно-ассоциативную архитектуру и работает на уровне физических адресов памяти. Кэш содержит 128 наборов по четыре строки размером по 16 байт каждая.

Строки в кэш-памяти выделяются только при чтении, политика записи первых процессоров 486 — Write Through (сквозная запись) — полностью программно прозрачная; более поздние модификации позволяют переключаться на политику Write Back (обратная запись).

Выбор строки для замещения выполняется на основе анализа бит LRU (Least Recently Used) по алгоритму «псевдо-LRU». Выделение и замещение строк выполняется только для кэш-промахов чтения, при промахах записи заполнение строк не производится.

Кэширование каталогов страниц (TLB) в процессоре 486 отличается от 386- го только улучшением алгоритма замещения — здесь тоже реализован алгоритм псевдо-LRU.

Пакетный режим передачи данных

На смену конвейерной адресации предыдущих процессоров, начиная с процессора 486, введен режим пакетной передачи (Burst Mode). Этот режим предназначен для быстрых операций со строками кэша. Строка кэша процессора 486 имеет длину 16 байт, следовательно, для ее пересылки требуется четыре 32-разрядных шинных цикла. Поскольку использование кэша предполагает, что строка должна в нем присутствовать целиком, ввели пакетный цикл (Burst Cycle), оптимизированный для операций обмена внутреннего кэша с оперативной памятью. В этом цикле адрес и сигналы идентификации типа шинного цикла выдаются только в первом такте пакета, а в каждом из последующих тактов могут передаваться данные, адрес для которых уже не передается по шине, а вычисляется из первого по правилам, известным и процессору, и внешнему устройству. В пакетный цикл процессор может преобразовать любой внутренний запрос на множественную передачу, но при чтении его размер ограничен одной строкой кэша, а при записи в стандартном режиме шины в пакет может собираться не более 32 бит. Более поздние модели процессоров при работе с WB-кэшем при записи строк в память собирают в пакет четыре 32-битных цикла, но это уже работа в расширенном режиме шины 486-го процессора.

Таблица 1. Последовательность адресов в пакетном цикле 486

Первый адрес	Второй адрес	Третий адрес	Четвертый адрес
0	4	8	C
4	0	C	8
8	C	0	4
C	8	4	0

Приведенный порядок чередования (interleaving) адресов в пакетном цикле характерен для всех процессоров Intel и совместимых с ними, начиная с 486-го. Он оптимизирован для двухбанковой организации памяти, подразумевающей чередование банков, используемых в соседних передачах пакетного цикла. В процессорах с 64-битной шиной данных идея чередования та же, но значение адресов просто удваивается. С точки зрения памяти у каждой микросхемы во время пакетного цикла могут изменяться только два младших бита адреса (независимо от разрядности шины данных процессора). Данный порядок чередования поддерживает любая память с пакетным режимом: динамическая BEDO DRAM, SDRAM и статическая Sync Burst SRAM, РВ SRAM. Процессоры других семейств (например, применяемые в MAC, POWER PC) используют линейный (linear) порядок адресов в пакете. Микросхемы пакетной памяти обычно имеют входной сигнал, задающий порядок адресов для конкретного применения.

Процессор 486 может использовать пакетный цикл для любых передач, если требуемые данные вписываются в принятую структуру пакета. При считывании максимальная длина пакета не может превышать 4x32=128 бит, а при записи в стандартном режиме шины — только 32 бит. Таким образом, при записи в стандартном режиме действительно пакетным может быть только цикл, состоящий из неполноразрядных передач. Если очередная требуемая порция данных не вписывается в правила формирования пакета, она будет передана обычными (не пакетными) шинными циклами.

Математический сопроцессор

В Intel 486 был использован встроенный математический сопроцессор (англ. Floating Point Unit, FPU). Вообще, это был первый микропроцессор семейства x86 со встроенным FPU. Встроенный FPU был программно совместим с микросхемой Intel 80387 — математическим сопроцессором, применявшимся в системах с процессором 80386. Благодаря использованию встроенного сопроцессора удешевлялась и ускорялась система за счёт уменьшения общего числа контактов и корпусов микросхем.

Буфера отложенной записи

Процессор 486 имеет четыре внутренних буфера для операций записи. Если во время внутреннего запроса процессора на запись все буфера свободны и шина не занята, запись выполняется сразу без буферирования. Если шина занята, запрос направляется в буфер, занимая для записи только один внутренний такт, а из буфера данные выгружаются в оперативную память или устройства ввода- вывода по мере освобождения внешней шины. Внешние операции записи из буферов будут производиться в том же порядке, что и поступившие запросы. Однако если при наличии неосвобожденных буферов появится запрос на чтение памяти, он может быть обслужен и раньше, чем удовлетворятся предшествующие ему запросы на запись. Это изменение последовательности может произойти только в том случае, если все запросы записи в буферах связаны с кэш-попаданиями, а запрос на чтение относится к кэш-промаху. Только в этом случае процессор может смело менять порядок операций, но только один раз до тех пор, пока не освободятся все буфера записи. Больше одного раза менять порядок в общем случае нельзя, потому что считанные данные могут заместить модифицированную строку кэша, из которой обновленная информация как раз и ожидает в буфере очереди на запись в основную память. В таком случае вторая попытка изменения последовательности может нарушить целостность данных.

Для операций ввода-вывода изменение порядка невозможно. Чтение ввода- вывода никогда не может обгонять запись в память (иначе отказались бы работать многие периферийные устройства). Одиночные операции вывода не буферируются с тем, чтобы дать устройствам возможность своевременно (для программы) сообщить о своей реакции на запись в порт (вызвать аппаратное прерывание или цикл аннулирования строки). Однако способы введения программной задержки (I/O Bus recovery time) между одиночными операциями вывода для процессора 486 отличаются от предшествующих: здесь команда JMP, ранее безусловно приводящая к генерации внешнего цикла обращения к памяти скорее всего будет обслужена из внутреннего кэша, и желаемой задержки не произойдет. Надежным способом введения внешнего цикла шины между циклами вывода является явная операция чтения некэшируемой области памяти. Эта операция будет выполнена только после завершения предыдущего цикла вывода, а последующая операция вывода начнется только по завершении этого чтения.

Операции блочного вывода, вызванные инструкцией REP OUTS, будут использовать буфера (но их порядок не будет нарушен).

Интерфейс процессоров 486

Процессоры 486 исполняются в корпусах PGA-168, или PGA-169, PQFP, или SQFP. Начиная с процессоров 486 в системных платах PC стали широко применяться ZIF-сокеты (Zero Insert Force Socket) — «разъемы с нулевым усилием вставки», предназначенные для установки процессоров в корпусах PGA со штырьковыми выводами. Унификация расположения выводов процессоров одного класса и наличие конфигурационных переключателей позволяет пользователю заменять старые процессоры на более мощные модификации. Легкость установки требуемого процессора и последующей его замены на более совершенные модели позволяют выполнять эту операцию даже конечным пользователям. Для процессоров 486 стали выпускать системные платы, рассчитанные на различные модификации и тактовые частоты — своеобразный конструктор «собери сам».

Процессоры 486 могут быть установлены и в сокеты 2, 3 или 6, имеющие матрицу 19x19, внешние рады которой не используются процессорами в корпусах PGA-168 и 169. При этом внутренние три ряда контактов по назначению совпадают с разводкой выводов процессора 486, но имеют смещенную нумерацию: ножка А1 корпуса PGA-168 и 169 попадает в гнездо В2 матрицы 19x19. Внешние ряды матрицы используются как дополнительные контакты питания процессоров Pentium OverDrive.

Сокет 3 отличается от сокета 2 возможностью использования питания 3 В. Малораспространенный сокет 6 имеет питание только 3,3 В. Сигналы, специфичные для процессоров с WB-кэшем, теоретически могут присутствовать (или отсутствовать) во всех этих типах сокетов. Вид сокетов представлен на рис. 5 и 6.

Синхронизация процессора осуществляется внешним сигналом CLK, все временные параметры отсчитываются относительно его положительного перепада. Внешняя тактовая частота процессором уже не делится пополам (как у 386-го), а может даже умножаться на коэффициент, который у разных моделей процессоров может принимать значение 1, 2, 2,5 и 3. При этом интерфейс внешней шины процессора всегда работает на внешней частоте (Bus Frequency), а частота тактирования вычислительного ядра (Core Frequency) может повышаться в несколько раз. Стандартными значениями внешней частоты являются 25, 33,33, 40 и 50 МГц. Коэффициент умножения задается уровнем логического сигнала на входе CLKMUL.. Для процессоров Аm5х86 высокий уровень (или неподключенный контакт) задает К=4, низкий — К=3. Для процессоров Intel DX4 и AMD DX4 высокий уровень (или неподключенный контакт) задает К=3, низкий — К=2, для процессоров DX2 низкий уровень задает К=2. Эти сигналы используются только в процессорах DX2 и DX4, и на системной плате обычно имеется джампер (или переключатель), задающий его потенциал. Установкой джампера в соответствующее положение можно выбрать требуемый коэффициент умножения, но, естественно, только в пределах возможностей данного процессора: DX2 не заставить умножать частоту на 3.

Линии А[31:2] идентифицируют адрес с точностью до двойного слова, а в пределах этого слова сигналы ВЕ[0:3] непосредственно указывают, какие байты используются в данном цикле. Линии А[31:4], определяющие адрес строки внутреннего кэша, в циклах аннулирования работают на ввод.

Первые процессоры семейства 486-х в первичном кэше обеспечивали только политику сквозной записи (Write Through). Для них не было необходимости в реализации пакетного режима при записи. Запись внешним контроллером в кэшируемую память приводит только к аннулированию строки кэша, если ячейка, к которой обращается внешний контроллер, представлена и во внутреннем кэше. Для политики обратной записи интерфейс усложняется — необходимо обеспечение возможности выгрузки модифицированных строк кэша в основную память, если к памяти, отображаемой этими строками, обращается внешний контроллер шины. С этими различиями связаны понятия стандартного и расширенного режима шины процессора 486.

Стандартный режим шины предназначен для работы первичного кэша с политикой сквозной записи, что полностью совместимо с интерфейсом первых процессоров 486 с WT-кэшем. Его основные отличия следующие:

Расширенный режим шины предназначен для работы первичного кэша с политикой обратной записи, что полностью совместимо с интерфейсом процессоров 486 с WB-кэшем. Его основные отличия следующие:

Сброс и аппаратные прерывания процессора по интерфейсу аналогичны предыдущим процессорам. Сигналы NMI и INTR высоким уровнем вызывают немаскируемые и маскируемые прерывания. Сигнал RESET сбрасывает процессор в исходное состояние, при его действии никакие другие входные сигналы, включая и HOLD, не воспринимаются. Если во время спада сигнала RESET удерживается высокий уровень на линии AHOLD, процессор выполнит внутренний тест BIST (Built-In Self Test). Дополнительный сигнал SRESET переводит процессор в исходное состояние, но с сохранением состояния кэша, буферов записи, регистров FPU и некоторых бит других регистров.

Процессор 486SX не может работать ни с каким внешним сопроцессором (нет внешнего интерфейса). Как уже было сказано выше, при установке «сопроцессора» 487SX существующий «основной» процессор полностью отключается.

Спустя три года после выхода Intel 80286 свет увидел его последователь — кристалл с индексом 80386. «Триста восемьдесят шестой» стал первым 32-разрядным процессором американской компании. Несмотря на то, что Intel 80386 всё ещё основывался на х86-архитектуре и сохранял обратную совместимость с «интеловскими» процессорами 8086 и 80286, он претерпел множество изменений. По некоторым оценкам, архитектура x86 не получала таких значительных изменений, как в случае с «камнем» 80386, еще долгие годы. Поэтому о них стоит рассказать подробнее.

Процессор Intel i386

Конечно, главным нововведением i386 было то, что процессор стал 32-разрядным. Вся архитектура x86 была расширена до 32 бит. Регистры стали 32-битными, и, само собой, процессор получил поддержку набора 32-разрядных инструкций. Что немаловажно, был значительно доработан защищенный режим работы, который впервые появился в 80286. Принцип работы защищенного режима остался прежним, но режим получил три важных нововведения: снятие ограничения на размер сегмента, страничный режим адресации (Page Addressing) и режим виртуального 8086 (Virtual 8086 Mode). В защищенном режиме i386 использовал такую же архитектуру с сегментами памяти, как и в предыдущих решениях Intel. Однако, если раньше максимальный объем сегмента памяти составлял 64 Кбайт, что уже на протяжении долгого времени не устраивало программистов, то теперь он увеличился до 4 Гбайт. Это значительно облегчило разработку 32-разрядных приложений, которые могли выполняться без переключений между различными сегментами памяти. Также в i386 стало возможно быстрое переключение между реальным и защищенным режимами без имитирования перезагрузки процессора. Что касается режима виртуального 8086, то он не представляет собой ничего особенного.

Интересно, что при создании «триста восемьдесят шестого» была допущена довольно большая ошибка. Так, процессор некорректно выполнял операцию умножения 32-разрядных чисел. Однако на момент выпуска чипа еще не существовало 32-битных операционных систем и приложений, поэтому ошибку обнаружили лишь спустя 18 месяцев — в апреле 1987 года. Все выпущенные, но не проданные процессоры Intel перемаркировала с пометкой «только для 16-битных операций». Все же выпущенные после обнаружения ошибки «камни» были маркированы двойным символом «сигма» (ΣΣ).

Процессор i386 был выпущен в множестве различных версий, которые отличались производительностью, форм-факторами, энергопотреблением и другими характеристиками. i386 производился с помощью технологии CHMOS III, которая сочетала в себе быстродействие технологии HMOS и низкое энергопотребление технологии CMOS. При этом использовался 1,5-мкм техпроцесс, а количество транзисторов составляло 275 тысяч штук.

Процессор i386DX (слева)

Первый i386 был представлен 13 октября 1985 года и имел тактовую частоту 16 МГц. Впоследствии данная модификация «камня» получила приставку DX — модель стала именоваться 386DX сразу после запуска более дешевого 386SX в июне 1988 года. Приставка DX расшифровывалась как Double-word eXternal, что подчеркивало поддержку процессором 32-битной внешней шины данных. Тактовая частота 386DX с годами увеличивалась. Так, в 1987 году частота была повышена до 20 МГц, в 1988 году — до 25 МГц. А в 1990 году в продажу поступила модификация с частотой 33 МГц. При всем при этом энергопотребление процессора оставалось на довольно низком уровне — даже ниже, чем у «восемьдесят шестого». 386DX выпускался в нескольких корпусах: например, в PQFP-132 и в керамическом PGA-132.

Главным недостатком 386DX являлась его высокая стоимость. В Intel хотели увеличить количество продаж нового поколения процессоров, и поэтому вскоре свет увидел «урезанный» кристалл 386SX. Чип был выпущен в 1988 году и в итоге стал самым популярным в линейке i386. По своей архитектуре он был полным аналогом версии DX, за исключением шин данных и адресов. Так, вместо 32-битной внешней шины данных использовалась 16-битная. Разрядность внешней адресной шины составляла 24 бит. При этом сам процессор оставался полностью 32-разрядным. Урезание внешней шины данных привело к тому, что обмен информации с 386SX осуществлялся на вдвое меньшей скорости, чем в случае с 386DX. Это снизило производительность кристалла примерно на 25%.

Первые 386SX имели частоту 16 МГц, которая затем повышалась до 20, 25 и 33 МГц соответственно. Версия SX предназначалась для настольных компьютеров начального уровня и портативных систем. На деле же процессор «прописался» в огромном количестве домашних и офисных систем.

Кроме модификаций SX и DX, был представлен один из первых энергоэффективных процессоров 386SL, предназначенный в первую очередь для лэптопов. «Камень» имел частоту 20 или 25 МГц и (в отличие от 386SX) содержал множество встроенных контроллеров: например, контроллер оперативной памяти, контроллер шины и контроллер внешней кэш-памяти, объем которой варьировался от 16 до 64 Кбайт. К тому же 386SL поддерживал различные «спящие» режимы, а также режимы системного управления (System Management Mode).

Компьютер Compaq Deskpro 386

Первым компьютером, использующим процессор i386, стал Compaq Deskpro 386. На то время Compaq стала первой «сторонней» компанией в истории, которая внесла существенные изменения в платформу PC. До того момента новые компьютеры первой всегда выпускала IBM. Она могла оказаться первой и на этот раз, но у IBM был долгосрочный контракт на использование 286-х процессоров, и в компании предпочли уделить 16-битной платформе еще некоторое время. Как показала история, этот шаг стал довольно большой ошибкой. Deskpro 386 отлично продавались, поэтому к моменту запуска первых компьютеров IBM на базе 386-го процессора компания уже утратила свои лидирующие позиции. В итоге Compaq сумела немного «перекроить» весь рынок десктопов. Так, возросла конкуренция, а влияние IBM было уже не столь существенным.

Энди Гроув — бывший CEO компании Intel

Как и раньше, вскоре на рынке появились клоны i386. Их производством занимались несколько компаний: AMD, Cyrix и IBM. Однако политика самой Intel в отношении клонов изменилась. CEO компании Энди Гроув принял решение не выдавать лицензии на производство модификаций i386 сторонним компаниям, однако впоследствии они все-таки появились. Первой клоны выпустила AMD в марте 1991 года. Процессоры были готовы задолго до этой даты, но в Intel были уверены, что лицензия на производство «дубликатов», предоставленная AMD, распространялась только на процессоры 80286 и более ранние, поэтому дело дошло до суда. Судебные тяжбы продолжались довольно долгое время, но в итоге AMD выиграла дело, и семейство процессоров AMD Am386 таки увидело свет. В линейку входили клоны как процессоров 386DX, так и 386SX. Топовая модель — Am386DX — получила тактовую частоту 40 МГц, то есть на 7 МГц больше, чем у самой производительной модификации Intel! Производительность такого процессора находилась на уровне уже выпущенного к тому времени кристалла следующего поколения от Intel — i486. При этом стоимость решения AMD была намного ниже, чем моделей Intel. Благодаря выгодному сочетанию цены и скорости процессор нашел применение во многих настольных системах.

Процессор AMD Am386DX

Кстати, несмотря на то, что Am386SX является клоном «интеловского» чипа, он считается первой самостоятельной разработкой AMD. Да и после запуска линейки Am386 AMD по праву стали считать одним из конкурентов Intel.

Процессор AMD Am386SX

Свое применение в лэптопах и недорогих настольных системах получили клоны i386, произведенные компанией Cyrix. Линейка «камней» состояла из двух моделей: 486SLC и 486DLC. Несмотря на индекс в названии, процессоры были копиями 386SX и 386DX соответственно. Тем не менее нужно отметить, что решения Cyrix получили поддержку набора инструкций i486. Интересной архитектурной особенностью линейки стало наличие кэш-памяти первого уровня объемом 1-8 Кбайт. Что касается тактовой частоты процессоров, то ее максимальный показатель составлял 40 МГц, как и в случае с AMD Am386. При этом энергопотребление Cx486 находилось на очень низком уровне. Процессоры не смогли составить достойной конкуренции линейке AMD. С течением времени Intel снижала цены на свою продукцию, и i486 удалось окончательно вытеснить кристаллы Cyrix.

Процессор Cyrix 486DLC

Не осталась в стороне от производства клонов и компания IBM. В 1991 году она представила процессоры 386SLC и 386DLC, которые были клонами 386SX и 386DX, соответственно. Они использовались в настольных компьютерах IBM PS/2 и PS/ValuePoint, а также в лэптопе IBM ThinkPad.

Лэптоп IBM ThinkPad

Помимо вышеперечисленных моделей, Intel выпустила процессоры для встраиваемых систем: 80376 и 386EX. Первый кристалл увидел свет в январе 1989 года. От 386SX он отличался отсутствием поддержки реального режима работы («камень» работал только в защищенном режиме) и процесса замещения страниц в блоке управления памятью. Тактовая частота 376-го составляла 16/20 МГц.

Через 5 лет на смену 80376 пришел 386EX. Процессор поддерживал 26-битную адресацию памяти, имел статическое ядро, которое обеспечивало высокую энергоэффективность, и множество периферийных устройств: например, счетчики, таймеры и контроллер прерываний. В основном 386EX использовался в компьютерных системах различных орбитальных спутников, а также в проекте NASA под названием FlightLinux.

Intel i486

При разработке процессоров следующего (читай — четвертого) поколения инженеры Intel столкнулись с серьезными проблемами. Предыдущее поколение интегральных схем достигло потолка производительности, а размещать еще большее количество транзисторов на той же площади не позволяли используемые в то время технологии. Разработчикам ничего не оставалось, кроме как переработать существующую архитектуру, а точнее, дополнить ее. Так, процессоры i486 впервые обзавелись такими компонентами, как кэш-память, конвейер, встроенный сопроцессор и коэффициент умножения (множитель). Благодаря им новое поколение CPU стало быстрее своих предшественников. Но обо всем по порядку.

Intel 486 , официально названный i486 , а также известный как 80486 , является более высокой эффективностью последующим до Intel 386 микропроцессора . I486 был представлен в 1989 году и был первой архитектурой x86 с жестким конвейером, а также первым чипом x86, в котором использовалось более миллиона транзисторов, благодаря большому внутреннему кэшу и встроенному блоку операций с плавающей запятой. Он представляет собой четвертое поколение бинарно-совместимых процессоров с оригинального 8086 1978 года.

I486 с частотой 50 МГц выполняет в среднем около 40 миллионов инструкций в секунду и может достигать пиковой производительности 50 MIPS, что примерно в два раза быстрее, чем i386 или 80286 за такт, благодаря своему пятиступенчатому конвейеру со всеми этапами, привязанными к одному цикл. Усовершенствованный блок FPU на кристалле также был значительно быстрее, чем 80387 на цикл.

СОДЕРЖАНИЕ

История

Первое крупное обновление дизайна i486 произошло в марте 1992 года, когда была выпущена серия 486DX2 со встроенным математическим сопроцессором и кэш-памятью L1. Это был первый случай, когда тактовая частота ядра процессора была отделена от тактовой частоты системной шины с помощью двойного умножителя тактовой частоты, что привело к выпуску микросхем 486DX2 на частотах 40 и 50 МГц. Более быстрый 66-МГц 486DX2-66 был выпущен позже в августе того же года.

Несмотря на запуск нового процессора Pentium пятого поколения в 1993 году, Intel продолжила производство процессоров i486, что привело к выпуску 486DX4-100 с тройной тактовой частотой с тактовой частотой 100 МГц и кэш-памятью L1, увеличенной вдвое до 16 КБ. .

Ранее Intel решила не делиться с AMD своими технологиями 80386 и 80486. Однако AMD считает, что их совместное использование технологий распространяется на 80386 как производную от 80286 . Поэтому AMD перепроектировала чип Intel 386 и произвела чип Am386DX-40 с частотой 40 МГц , который был дешевле и потреблял меньше энергии, чем лучшая 33-МГц версия Intel 386. Intel пыталась помешать AMD продавать процессор, но AMD выиграла судебную тяжбу, что позволило ей выпустить процессор и зарекомендовать себя в качестве конкурента Intel.

AMD продолжала создавать клоны, в результате чего в апреле 1993 года был выпущен чип Am486 первого поколения с тактовыми частотами 25, 33 и 40 МГц. Последующие чипы Am486DX2 второго поколения с тактовой частотой 50, 66 и 80 МГц были выпущены в следующем году. Серия Am486 была дополнена микросхемой DX4 с частотой 120 МГц в 1995 году.

Давний арбитражный процесс AMD 1987 года против Intel был урегулирован в 1995 году после восьмилетнего судебного разбирательства, и AMD получила доступ к микрокоду Intel 80486. Сообщается, что это привело к созданию двух версий процессора AMD 486: одна была реконструирована на основе микрокода Intel, а другая использовала микрокод AMD в процессе разработки в чистой комнате. Однако в соглашении также сделан вывод, что 80486 будет последним процессором Intel, клонируемым AMD.

Другим производителем клонов 486 была Cyrix, которая производила чипы сопроцессоров без фабрики для систем 80286/386. Первые процессоры Cyrix 486 , 486SLC и 486DLC, были выпущены в 1992 году и использовали пакет 80386. Оба процессора Cyrix, произведенные Texas Instruments , были совместимы по выводам с системами 386SX / DX, что позволило им стать вариантом обновления. Однако эти чипы не могли сравниться с процессорами Intel 486, имея только 1 КБ кэш-памяти и не имея встроенного математического сопроцессора. В 1993 году Cyrix выпустила собственные процессоры Cx486DX и DX2, которые по производительности были ближе к аналогам Intel. Это привело к тому, что Intel и Cyrix подали иски друг против друга, Intel подала иск о нарушении патентных прав, а Cyrix подала антимонопольные иски. Судебный процесс закончился в 1994 году, когда Cyrix выиграла и отказалась от антимонопольного иска.

В 1995 году и Cyrix, и AMD начали искать готовый рынок для пользователей, желающих обновить свои процессоры. Cyrix выпустила производный процессор 486 под названием 5x86 , основанный на ядре Cyrix M1, который работал на частоте до 120 МГц и был опцией для материнских плат 486 Socket 3. AMD также выпустила обновленный чип Am5x86 с тактовой частотой 133 МГц , который по сути представлял собой улучшенный 80486 с удвоенным кешем и четырехкратным множителем, который также работал с исходными материнскими платами 486DX. Am5x86 был первым процессором, который использовал рейтинг производительности AMD и продавался как Am5x86-P75 с заявлением, что он эквивалентен Pentium 75. Компания Kingston Technology также выпустила обновление системы 486 TurboChip, в котором использовался 133-МГц процессор Am5x86.

Это закончилось тем, что Intel выпустила обновленный чип Pentium OverDrive для 486 материнских плат, который представлял собой модифицированное ядро Pentium, работающее до 83 МГц на платах с тактовой частотой шины 25 или 33 МГц. OverDrive не пользовался популярностью из-за скорости и цены. После того, как серия процессоров Pentium закрепилась на рынке, Intel продолжила производство 486 ядер для промышленных встраиваемых приложений, а позже прекратила производство процессоров i486 в конце 2007 года.

Улучшения

Набор команд из i486 очень похож на своего предшественника, i386 , с добавлением лишь несколько дополнительных команд, таких как CMPXCHG реализующий сравнения и замены атомарные операции и XADD, в выборки и добавления атомарные операции возвращает исходное значение (в отличие от стандартного ADD, который возвращает только флаги).

С точки зрения производительности архитектура i486 значительно лучше i386. Он имеет на кристалле унифицированный кэш инструкций и данных , встроенный модуль с плавающей запятой (FPU) и усовершенствованный модуль интерфейса шины . Благодаря тесной конвейерной обработке последовательности простых инструкций (таких как ALU reg, reg и ALU reg, im) могут поддерживать пропускную способность за один тактовый цикл (одна инструкция выполняется за каждый такт). Эти улучшения привели к примерно удвоению производительности целочисленного ALU по сравнению с 386 при той же тактовой частоте . Таким образом, i486 с частотой 16 МГц имел производительность, аналогичную i386 с частотой 33 МГц , а более старая конструкция должна была достичь 50 МГц, чтобы быть сопоставимой с частью i486 с частотой 25 МГц.

Различия между i386 и i486

В кэш-памятиSRAM на кристалле (уровень 1) объемом 8 КБ хранятся самые последние использованные инструкции и данные (16 КБ и / или обратная запись в некоторых более поздних моделях). I386 не имел такой внутренний кэш , но поддерживает более медленный вне чипа кэш (который не был кэш 2 -гоуровня , потому что не было внутреннего кэша 1 -го уровня на i386).
Усовершенствованный протокол внешней шины для обеспечения когерентности кэша и новый пакетный режим для доступа к памяти для заполнения строки кэша размером 16 байт за пять циклов шины. 386 потребовалось восемь циклов шины для передачи того же объема данных.
Тесно связанная конвейерная обработка завершает простую инструкцию, такую как ALU reg, reg или ALU reg, im каждый такт (после задержки в несколько циклов). Для этого 386 потребовалось два тактовых цикла.
Интегрированный FPU (отключен или отсутствует в моделях SX ) с выделенной локальной шиной ; вместе с более быстрыми алгоритмами на более обширном оборудовании, чем в i387, он выполняет вычисления с плавающей запятой быстрее по сравнению с комбинацией i386 / i387 .
Улучшена производительность MMU .
Новые инструкции: XADD, BSWAP, CMPXCHG, INVD, WBINVD, INVLPG.

Так же, как и в i386, простая плоская модель памяти 4 ГБ может быть реализована путем установки нейтрального значения всех регистров «селектора сегмента» в защищенном режиме или установки (того же самого) «регистров сегмента» на ноль в реальном режиме и использования только 32-битные «регистры смещения» (x86-терминология для общих регистров ЦП, используемых в качестве регистров адреса) как линейный 32-битный виртуальный адрес, минуя логику сегментации. Затем виртуальные адреса обычно отображались системой подкачки на физические адреса, за исключением случаев, когда она была отключена. (В реальном режиме виртуальных адресов не было.) Как и в случае с i386, обход сегментации памяти может существенно улучшить производительность в некоторых операционных системах и приложениях.

Модели

Есть несколько суффиксов и вариантов. (см. таблицу). Другие варианты включают:

Intel RapidCAD : специально упакованный Intel 486DX и фиктивный блок с плавающей запятой (FPU), разработанный в качестве совместимой по выводам заменыпроцессора i386 иFPU 80387 .
i486SL-NM : i486SL на базе i486SX.
i487SX (P23N) : i486DX с одним дополнительным контактом, проданный как обновление FPU длясистем i486SX ; Когда i487SX был установлен, он гарантировал, что i486SX присутствует на материнской плате, но отключил его, взяв на себя все его функции.
i486 OverDrive (P23T / P24T) : i486SX, i486SX2, i486DX2 или i486DX4. Отмеченные как процессоры модернизации, некоторые модели имели разводку выводов или возможности управления напряжением, отличные от «стандартных» микросхем того же шага скорости. Подключается к сопроцессору или разъему OverDrive на материнской плате, работает так же, как i487SX.

Указанная максимальная внутренняя тактовая частота (в версиях Intel) составляла от 16 до 100 МГц. Модель i486SX с частотой 16 МГц использовалась Dell Computers .

Одна из немногих моделей i486, предназначенных для шины 50 МГц (486DX-50), изначально имела проблемы с перегревом и была переведена на процесс изготовления размером 0,8 микрометра. Однако проблемы продолжались, когда 486DX-50 был установлен в системах с локальной шиной из-за высокой скорости шины, что делало его довольно непопулярным среди основных потребителей, поскольку видео по локальной шине считалось требованием в то время, хотя оно оставалось популярным среди пользователей. систем EISA. 486DX-50 вскоре был вытеснен i486DX2 с удвоенной частотой , который, хотя и работал с логикой внутреннего процессора на удвоенной скорости внешней шины (50 МГц), тем не менее был медленнее из-за того, что внешняя шина работала только на 25 МГц. I486DX2 на частоте 66 МГц (с внешней шиной 33 МГц) в целом оказался быстрее 486DX-50.

Более мощные итерации i486, такие как OverDrive и DX4, были менее популярны (последняя доступна только как OEM-часть), поскольку они вышли после того, как Intel выпустила семейство процессоров Pentium следующего поколения . Некоторые степпинги DX4 также официально поддерживали работу шины 50 МГц, но эта функция использовалась редко.

Читайте также: