Intel486

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Раскрытый кристалл микропроцессора Intel 80486DX2

Intel486 (также известный как i486, Intel 80486 или просто 486-ой) — 32-битный скалярный x86-совместимый процессор четвёртого поколения, построенный на гибридном CISC-RISC ядре, и выпущенный фирмой Intel 10 апреля 1989 года. Этот микропроцессор является усовершенствованной версией процессора Intel 80386. Впервые он был продемонстрирован на выставке Comdex Fall, осенью 1989 года. Это был первый микропроцессор со встроенным математическим сопроцессором (FPU). Применялся, преимущественно, в настольных ПК, в высокопроизводительных рабочих станциях, в серверах и портативных ПК (ноутбуки и лэптопы).

К тому времени Intel уже лишилась прав собственности на товарные знаки x86, и теперь подобные наименования использовали множество производителей. Основной лозунг конкурентов Intel тогда — «Практически то же что и у Intel, только за меньшие деньги». Тогда-то и обострилась конкурентная борьба между производителями процессоров x86. При этом Intel решила отказаться от наименования процессоров по схеме Intel 80x86 и назвала процессор Intel486, одновременно сменили имена на аналогичные и другие процессоры выпускаемые Intel.

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. И хотя этот чип уже долгое время являлся устаревшим для прикладных программ персонального компьютера, Intel продолжала производить его для использования во внедряемых системах (embedded systems.).

[править] Описание

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

Внутренний кэш 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. Что требовало наличия памяти в виде четырёх 30-контактных модулей SIMM или одного 72-контактного модуля SIMM.

[править] Кэш

Intel486 имел, расположенную на кристалле, кэш память объёмом 8 Кб, а позднее и 16 Кб, работающую на частоте ядра. Наличие кэша позволило существенно увеличить скорость выполнения операций микропроцессором. Изначально кэш Intel486 работал по принципу сквозной записи (write-through или WT), но позже, в рамках семейства Intel486, были выпущены модели с внутренним кэшем работающим по принципу обратной записи (write-back или WB). Процессор мог использовать и внешний кэш, скорость чтения-записи которого, однако, была заметно ниже чем у внутреннего кэша. При этом внутренний кэш стали называть кэшем первого уровня (Level 1 Cache), а внешний кэш, расположенный на материнской плате, кэшем второго уровня (Level 2 Cache). Кэш имел 4-канальную наборно-ассоциативную архитектуру и работал на уровне физических адресов памяти.

Однако, в результате использования интегрированной кэш 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 кэш памяти, хотя были и другие факторы, но они не столь существенны. По этой причине процессоры Intel486 старших моделей уже требовали принудительного (активного) охлаждения.

[править] Математический сопроцессор

В Intel486 был использован встроенный математический сопроцессор (FPU), вообще, это был первый микропроцессор со встроенным FPU. Встроенный FPU был программно совместим с микросхемой Intel 80387 – математическим сопроцессором, применявшимся в системах с процессором Intel386. Благодаря использованию встроенного сопроцессора удешевлялась и ускорялась система за счёт уменьшения общего числа контактов и корпусов микросхем.

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.

[править] 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.

[править] Регистры и инструкции

В процессоре имеется тот же набор инструкции что и в Intel386, к которому было добавлено несколько дополнительных регистров, а именно, 3 32-битных тестовых регистра (TR5, TR4, TR3). А так же были добавлены новые флаги в регистре флагов (EFLAGS) и в других управляющих регистрах (CR0, CR3). В следствие включения FPU в кристалл процессора, в Intel 486 можно обращаться и к регистрам FPU: регистры данных, регистр тэгов, регистр состояния, указатели команд и данных FPU, регистр управления FPU. Набор инструкций также не претерпел существенных изменений, были добавлены дополнительные инструкции для работы со внутренней кэш-памятью (INVD, INVLPG, WBINVD), одна инструкция (BSWAP) для обеспечения совместимости с процессорами Motorola, и инструкция XADD (инструкция для сложения двух операндов с помещением результата во второй операнд, а не в первый как в ADD). Помимо этого к набору инструкций добавилось 75 инструкций FPU.

Длина очереди инструкций была увеличена до 32 байт.

[править] Модели

С момента появления первого процессора Intel486DX было выпущено множество других моделей семейства 486 с суффиксами SX, SL, DX2, DX4, GX. Они отличались функциональным предназначением и некоторыми технологическими параметрами (напряжение питания, тактовая частота, размер кэш памяти, отсутствием или наличием сопроцессора и д.р.), но все были построены на одной архитектуре.

**Процессоры Intel486**
Модель	Кодовое имя	Дата анонса	Описание
Intel486DX	P4	10 апреля 1989	Оригинальный процессор семейства i486
Intel486SX	P23	16 сентября 1991	Подобен i486DX, но с отключённым математическим сопроцессором
Intel487SX	P23N	16 сентября 1991	i486DX со слегка изменённой распиновкой для использования в i486SX системах как FPU.
Intel486DX2	P24	3 марта 1992	Имеет удвоенную тактовую частоту по отношению к внешней шине
Intel486DX OverDrive	P23T	26 мая 1992	Предназначен для модернизации компьютеров с процессорами i486DX/SX
Intel486SL	???	9 октября 1992	i486SX низкого энергопотребления, применялся главным образом в портативных компьютерах
Intel486DX SL-enhanced	P4S	21 июня 1993	i486DX с SL-технологией
Intel486SX SL-enhanced	P23S	21 июня 1993	i486SX с SL-технологией
Intel486DX2 SL-enhanced	P24S	21 июня 1993	i486DX2 с SL-технологией
Intel486DX4 OverDrive PR	P4T	июнь 1993	Предназначен для модернизации компьютеров с процессорами i486DX/SX
Intel486SX2	???	1994	Подобен i486DX2, но с отключённым математическим сопроцессором
Intel486DX4	P4C	7 марта 1994	Имеет утроенную тактовую частоту по отношению к внешней шине
Intel486DX2wb	P24D	октябрь 1994	i486DX2 с кэш памятью типа write-back
Intel486GX	???	25 марта 1996	i486SX для использования в портативных устройствах

Процессоры с индексом DX2 имели коэффциент умножения 2 - то есть, например, при частоте системной шины 33 МГц рабочая частота самого процессора составляла 66 МГц. Позже появились процессоры с индексом DX4 - однако коэффициент умножения у них был не 4, а 3. Уже после ухода с массового рынка 486-процессоров производства Intel компания AMD выпустила процессоры 486DX4-120 и 486DX4-133 (последний использовался преимущественно в портативных системах). В результате введения множителей в широкий обиход впервые вошло такое понятие, как разгон (overclocking) -- повышение производительности процессора путем увеличения тактовой частоты шины или коээфициента умножения. Так, известно, что в России даже в открытую продажу поступали системы, в которых процессоры i486 работали на частотах до 160 МГц.

[править] Конкурентные решения

486-совместимые процессоры производились и другими компаниями такими, как IBM, Texas Instruments, AMD, Cyrix, and Chips and Technologies. Некоторые из них были почти точные копиями как по производительности, так и по техническим характеристикам, другие же, наоборот, отличались от оригинала.

[править] Платформа 486

Первоначально системы на базе Intel486 были оборудованы только 8- и/или 16-битными шинами ISA. Более поздние материнские платы совмещали в себе медленную шину ISA с высокоскоростной шиной VESA (или VLB - Vesa Local Bus), предназначавшуюся прежде всего для видеоплат и контроллеров жесткого диска. Последние материнские платы для процессоров i486 были оборудованы шинами PCI и ISA, а иногда и VESA. Быстродействие шины ISA определялось множителями, а рабочая частота шин PCI, и VLB была равна частоте шины процессора i486 (хотя некоторые материнские платы имели множители также и для них).

Позже материнские платы для i486 обрели поддержку технологии Plug-and-Play, которая использовалась в Windows 95 и позволяющая компьютерам автоматически обнаруживать и настраивать устройства, устанавливаемые на компьютер, и устанавливать соответствующие драйверы.