Informatika – Razvoj procesora

REZIME

U ovom pisanom radu ukratko sam obradio hronološki razvoj procesora sa osvrtajem na njihove karakteristike tj. performanse. S obzirom da je firma Intel pionir u ovom polju, pretežno sam se bazirao upravo na evoluciju njihovih procesora kao i na procesore firme AMD koji su postali prava konkurencija Intelovim!
Ključne reči: procesor, Intel, AMD.

 
UVOD
Procesor (u računarstvu) je izvršna jedinica — prima i izvršava instrukcije pročitane iz odgovarajuće memorije. Kada se kaže samo „procesor“ najčešće se misli na centralni procesor (engl. central processing unit — CPU, centralna procesorska jedinica), ali postoje i procesori specijalnih namena kao što su procesori signala, razni grafički procesori, itd. Sam po sebi procesor ne čini računar, ali je jedan od najvažnijih delova svakog računara.
Prvi procesori su bili mehanički i praktično nisu bili zaseban deo računara (npr. kakve je projektovao Čarls Bebidž) zatim elektromehanički (relejni) pa na bazi elektronskih vakuumskih cevi i bili su jako veliki. Do značajnog smanjenja dimenzija i povećanja performansi došlo je upotrebom tranzistora (miniprocesori) i, u drugoj polovini 20. veka, integralnih kola (mikroprocesori).
Prvi mikroprocesor napravila je davne 1971. godine američka firma Intel. Od tada, pa sve do danas, svedoci smo vrtoglavog napretka u mikroprocesorskoj industriji. Na Intelovim čipovima, kompatibilnim sa 8086, bazirana je većina današnjih stonih računara. Na tržištu mikroprocesora, čija se vrednost meri milijardama dolara, danas se takmiče brojni proizvođači. Neki od njih prave RISC čipove nekompatibilne sa najmasovnijim Intel x86 (popularan naziv za čipove kompatibilne sa 8086) čipovima, dok drugi prave Intel kompatibilne procesore. Ova priča biće uglavnom vezana za dva danas dominantna proizvođača x86 kompatibilnih procesora, Intel i AMD. Dat je pregled celokupnog razvoja Intelove porodice x86 procesora, zaključno sa najnovijim Pentiumom 4, i pregled kompatibilnih rešenja koje je napravio AMD. Posebna pažnja posvećena je trenutno aktuelnim procesorima i dat je detaljan opis njihovih mogućnosti, kao i poređenje performansi.

 
HRONOLOŠKI RAZVOJ PROCESORA

Prvi mikroprocesori
Prvi mikroprocesor bio je Intelov 4-bitni 4004 izrađen 1971.g. napravljen od 2 300 tranzistora brzine 740 kHz. Intel 1974.g. izbacuje na tržište 8008, te kasnije i unapređeni 8085 – 8-bitni mikroprocesor. Motorolini procesori iz serije 650x (6501 i 6502) – prvi procesori čija je prodajna cena bila niža od 1.000,00 $, te su postali popularni za kućne računare kao što su čuveni Commodore i Atari. AMD (Advanced Micro Devices) također je imao svoje predstavnike i to 4-bitni AM2901 te nešto razvijeniji AM951116-bitni procesori Intel 8086
1978.g. Intel izdaje svoj prvi 16-bitni mikroprocesor i8086 (29 000 tranzistora, 5 MHz), a nešto kasnije i i8088, koji je IBM-u poslužio kao bazu za njegov popularni IBM Personal Computer; Oba čipa imala su adresnu magistralu širine 20 bita, što im je omogućavalo adresiranje 1 MB RAM-a, a razlikovali su se po širini magistrale podataka: 16 bita kod 8086 i 8 bita kod 8088. 8088 je zapravo i napravljen kao jeftinije rešenje koje može da koristi postojeće 8-bitne matične ploče. Iako su oba čipa mogla da adresiraju ceo megabajt memorije, celoj memoriji nije moglo da se pristupa odjednom, već samo u segmentima od 64K. Naime, kako su programi i potrebe korisnika rasli, 64K za su se pokazali kao premalo mesta za velike strukture podataka.
Intel 80286
1982.g. na tržištu se pojavljuje i80286 (134 000 tranzistora, 8 MHz) – procesor koji je trebao da prevaziđe nedostatke svojih prethodnika, a pri tom ostane u stanju da izvršava sve programe koji su za njih napisani, tj. ostane potpuno kompatibilan sa njima. i80286 mogao je da radi u 2 režima: realnom i zaštićenom. U realnom režimu 80286 ponašao se kao brzi 8086, zadržavajući sva njegova ograničenja, ali i zadrzavši mogućnost izvršavanja svih programa koji su za njega pisani. U zaštićenom modu 286 mogao je da adresira do 16 MB fizičke memorije, kao i 1GB virtuelne, ali i dalje u segmentima od 64KB. U 80286 se pojavljuju i prvi mehanizmi za kontrolu i zaštitu izvršavanja programa koji je trebalo da omoguće nastanak prvih multitasking operativnih sistema za PC računare. Iako komercijalno uspešan, 80286 nikad nije pokazao svoje potencijale do kraja zbog nezadovoljstva proizvođača Intelovim polovičnim rešenjima u prevazilaženju nasleđenih slabosti od ranijih procesora. Ova polovičnost se pre svega ogledala u teškom prebacivanju procesora iz realnog u zaštićeni mod (bilo je neophodno resetovanje procesora), što je znatno otežavalo pisanje operativnih sistema koji mogu da paralelno izvršavaju 8086 programe i programe pisane za zaštićeni mod procesora 80286.

 
32-bitni procesori
Intel 80386 DX
Posle trogodišnjeg razvoja, oktobra 1985., na tržištu se pojavljuje Intelov pravi odgovor na povećane apetite proizvođača i korisnika – 32 bitni Intel 80386 DX. Radio je na brzini od 16 MHz. Pored 32 bitne magistrale podataka imao je i 32 bitnu adresnu magistralu koja je omogućavala adresiranje do 4 GB fizičke memorije. Iako je ona i dalje segmentirana, veličina segmenta je bila ograničena na 4 GB čime se faktički došlo do linearne memorije. Ovu pogodnost i80386 imao je samo u svom zaštićenom režimu, koji je pored ove imao i brojne druge pogodonsti, pre svega četvoroprsteni model zaštite programa. Naime, svakom programu koji se izvršava mogao se dodeliti nivo privilegija koji je omogućavao da sistemski softver bude privilegovan u odnosu na korisnički, što je omogućavalo pojavu kvalitetnih višeprogramskih operativnih sistema. Zaštićeni mod ima i jednu svoju podvarijantu, tzv. virtuelni 8086 mod koji, za razliku od 286 procesora, omogućava jednostavni prelazak iz 8086 u zaštićeni mod što je omogućilo paralelno izvršavanje programa pisanih za zaštićeni mod procesora 80386 i 8086 programa.
Postojala je i slabija varijanta 80386 DX, nazvana 80386 SX koja se od osnovne razlikovala po duplo užoj spoljnoj magistrali podataka: 16 umesto 32 bita. Ona je bila namenjena jeftinijim sistemima koji ipak imaju sve napredne mogućnosti 80386 DX. U to vreme povećava se brzinski jaz između mikroprocesora i DRAM-a, (već na brzinama magistrale od 33 MHz (30 ns), tadašnje 80 ns memorije postajale su usko grlo, tako da se za 386 ploče vezuju i počeci keširanja na PC računarima. Neke 386 ploče su imale na sebi od 16 do 128 KB keš memorije različitih tehnika preslikavanja.

Intel 80486 DX
Intel 80486 DX, pompezno najavljivani naslednik 386-ice, procesor koji je, po tadašnjoj Intelovoj propagandi, trebalo da brzinom nadmaši i tada aktuelnog RISC šampiona Motorolu 88100, pojavio se na tržištu aprila 1989. Intel 80486 DX je imao 32 bitnu adresnu i magistralu podataka (kao i 80386 DX), i na 25 MHz postizao je 9 MIPS. Obećanja o prestizanju Motorole nisu bila ispunjena, ali ipak je brzinski dobitak bio dovoljan za trzišni uspeh. 80486 imao je keš memoriju prvog nivoa (Level 1 keš) od 8 KB sa write-through ažuriranjem, integrisanu na samom čipu, zajedničku za instrukcije i podatke. Preslikavanje je bilo četvorostruko set asocijativno sa veličinom bloka od 16 bajta. Ona je bila podržana sa još 64-512 KB L2 (Level 2 – keš drugog nivoa) keša koji se nalazio na matičnoj ploči.