Подавляющее число процессоров создано в соответствии с архитектурами CISC и RISC, которые находятся в постоянном развитии. В своей эволюции каждая из них часто заимствует достоинства и решения соперника
Евгений Рудометов
Сегодня трудно представить жизнь без многочисленных компьютерных устройств, представленных разнообразными мобильными и стационарными системами, включая смартфоны, планшеты, ноутбуки, десктопы, мощные рабочие станции, серверы и т. п.
Среди важнейших компонентов, входящих в состав компьютерных изделий, центральный процессор (далее CPU или просто процессор) занимает особое место. Это фактически «мозг» компьютерного устройства, представленный одним или несколькими полупроводниковыми чипами. Внутренние схемы этих чипов сегодня состоят нередко из сотен миллионов, а в ряде случаев даже из десятков миллиардов транзисторов. При этом размеры транзисторов в настоящее время составляют примерно 10-20 нм и имеют тенденцию к дальнейшему уменьшению по мере развития полупроводниковых технологий. Объединены все эти транзисторы в очень сложные структуры, которые определяют внутреннее устройство и функциональные возможности процессоров и, как следствие, конечных компьютерных изделий.
Анализируя современные процессоры, необходимо отметить, что, несмотря на огромную внутреннюю сложность и разнообразие этих важнейших компонентов компьютерных систем, их функции, по сути, сравнительно просты. Действительно, все сводится к тому, что процессор с очень высокой скоростью читает инструкции из оперативной памяти и в соответствии с ними выполняет различные операции. Говоря простыми словами, процессорные инструкции указывают компьютерному устройству, что и в каком порядке необходимо делать. Есть правда в этой простоте одна любопытная особенность, заключающаяся в том, что команды, как и данные, над которыми должны быть произведены необходимые операции, — это просто наборы двоичных чисел. Отличить же команды от данных процессору помогают системные и прикладные программы. Они с учетом внутренней микроархитектуры и системы команд задают адреса и последовательность загрузки двоичных чисел, которые интерпретируются либо как команды, либо как данные, определяют действия и судьбу полученных результатов.
В настоящее время на рынке представлены сотни моделей самых разных процессоров. Подавляющее число их создано в соответствии с несколькими распространенными архитектурами. Основные особенности и свойства этих архитектур будут рассмотренных далее, но сначала небольшой экскурс в историю разработки процессоров.
Первые микропроцессоры
Первым массовым процессором стал, как известно, Intel 4004 (i4004). Это был 4-битный микропроцессор, разработанный корпорацией Intel и выпущенный 15 ноября 1971 года. Его набор команд насчитывал 46 инструкций, тактовая частота составляла 92,6 кГц, время выполнения одной инструкции составляло 8 тактов.
Процессор Intel 4004
(источник – Википедия)
Вторым стал чип i8008, который унаследовал многие решения своего предшественника. Это был 8-битный микропроцессор (процессор), разработанный Intel и выпущенный в 1972 г. Набор команд i8008 — 48 инструкций, тактовая частота — 500 кГц (200-800 кГц), выполнение команд занимало от 10 до 22 тактов генератора.
В 1974 г. был выпущен i8080. Его основные параметры: 8 бит, 80 инструкций, тактовая частота 2 МГц (позже 2.5, 3.1, 4 МГц), выполнение команд занимало от 4 до 11 циклов тактового генератора. Производительность этого процессора была в 10 раз больше производительности i8008.
Через 4 года появился i8086. Его основные параметры: 16 бит, 98 инструкций, тактовая частота 4-16 МГц, команды требуют от 2 до 184 циклов.
А еще через год появился i8088. Этот процессор стал основой персональных компьютеров IBM PC и IBM PC/XT, открывших эру массовых компьютеров и всеобщей компьютеризации.
Прцессор Intel 8088
(Википедия)
Далее были выпущены i80286 (i286, 1982 г.), i80386 (i386, 1985 г.), i80486 (i486, 1989 г.), Intel Pentium (1993 г.), Intel Pentium Pro (1995 г.) и т. д. Каждый из указанных процессоров Intel имел множество вариантов (моделей), отличающихся архитектурными особенностями и тактовыми частотами, а также размерами наборов команд. Все это соответствующим образом отражалось на функциональных и скоростных возможностях как самих этих важнейших компонентов, так и созданных на их основе компьютерных систем. А еще на рынке присутствовали многочисленные клоны указанных процессоров, созданные и выпущенные другими компаниями.
Итак, оценивая параметры и эволюцию указанных и последующих изделий, следует отметить неуклонный рост тактовых частот и постоянное расширение наборов выполняемых команд.
О наборах x86, x86-64, их расширениях и производительности — в следующей части данной статьи.
>> Часть 2