Основные этапы развития однокристальных микропроцессоров

В истории развития микропроцессорной техники выделяют одиннадцать поколений микропроцессоров.

Процессоры первого и второго поколения

К этим процессорам относятся МП фирмы Intel 8080, 8086/8088 и 80 286. Первым МП, на основе которого стали создавать персональные компьютеры, был МП 8080. Он был 8-разрядным, имел тактовую частоту 2 МГц и содержал 6 тыс. транзисторов. Производительность такого компьютера была невысокой, однако ее оказалось достаточно для успешного применения в качестве контроллера различных приборов, устройств и систем автоматики. В настоящее время этот МП не используется, но вместо него широко применяется 8-разрядный МП 8085, отличающийся значительно меньшей потребляемой мощностью.

Затем фирмой был разработан МП 80 186, не получивший распространения, а в 1982 г. — МП 80 286, ставший основой компьютера PC АТ, появившегося на рынке в 1984 г. Если МП 8086 содержал 29 тыс. транзисторов, то МП 80 286 уже 134 тыс. Этот МП имел ту же разрядность, но более высокие тактовую частоту и объем адресуемой памяти (до 16 Мбайт). Кроме того, МП позволял работать с так называемой виртуальной памятью и поддерживал мультизадачный режим. Если физическая память оказывалась полностью загруженной, то данные, не поместившиеся в память, располагались на винчестере, т. е. процессор работал уже не с реальными, а с виртуальными адресами, которые формировались с помощью специальных таблиц, хранящихся во внутренней регистровой памяти МП.

В мультизадачном режиме процессор выполнял различные программы в отведенные отрезки времени, при этом пользователю казалось, что они выполняются одновременно. В целом производительность МП 80 286 более чем в 6 раз превышала производительность МП 8086.

Процессоры третьего поколения

В 1985 г. был представлен 32-разрядный МП Intel 80 386, который с учетом более совершенных модификаций базового МП выпускался до 1992 г. Этот МП содержал 275 тыс. транзисторов. Процессор работал с более высокой тактовой частотой (последние модификации — до 33 МГц). Удвоение разрядности адресов обеспечивало адресацию физической памяти до 4 Гбайт, а виртуальной — до 64 Гбайт. Повышение производительности МП потребовало и более быстродействующей памяти, и у МП 80 386 впервые была обеспечена работа с внешней кэш-памятью, выполненной на основе быстродействующих статических ЗУ. Для этого на материнской плате компьютера кроме обычных динамических ЗУ размещались микросхемы кэш-памяти и кэш-контроллер.

Выпуском МП 80 386 занималась не только фирма Intel, но и многие ее конкуренты — фирмы Chips & Technologies, Texas Instruments, Cyrix. А фирма AMD разработала и выпустила в 1991 г. МП, работающий с тактовой частотой 40 МГц.

Процессоры четвертого поколения

МП Intel 80 486, появившийся в 1989 г., содержал уже 1,2 млн транзисторов и в течение долгого времени являлся стандартом для высококлассных компьютеров.

Различия между процессором 80 386 и 80 486 значительны. Преимущество в производительности нового МП перед предшественником определялось не столько более высокой тактовой частотой, сколько усовершенствованиями в архитектуре. МП 80 486 имел расширенный набор из шести команд. В микросхему МП была встроена внутренняя кэш-память для данных и команд, управляемая внутренним контроллером. МП 80 486 имел встроенный в микросхему математический сопроцессор, обеспечивавший эффективные вычисления с вещественными числами. Наконец, в МП была реализована конвейеризация вычислений, при которой каждая последующая команда начинала выполняться сразу же после прохождения первой ступени конвейера предыдущей командой.

Фирма Intel последовательно совершенствовала этот МП, выпустив несколько модификаций, в которых работа самого МП осуществлялась с вдвое, а затем и вчетверо большей частотой, чем частота работы в материнской плате (эту возможность обеспечивает наличие внутренней кэшпамяти). Некоторое время он даже конкурировал с МП Pentium.