80486 | это... Что такое 80486? (original) (raw)

<< Intel 80486 >> Центральный процессор
Микропроцессор Intel 80486
Производство:	с 10 апреля 1989 по сентябрь 2007[1][2]
Частота ЦП:	16—150 МГц
Частота FSB:	16—50 МГц
Технология производства:	600—1000 нм
Наборы инструкций:	x86
Разъём:	PGA168, PGA169, PQFP132, PQFP208

Intel486 (также известный как i486, Intel 80486 или просто 486-ой) — 32-битный скалярный x86-совместимый микропроцессор четвёртого поколения, построенный на гибридном CISC-RISC-ядре и выпущенный фирмой Intel 10 апреля 1989 года. Этот микропроцессор является усовершенствованной версией микропроцессора 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 лаптопы).

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

Содержание

• 1 Описание
  • 1.1 Технические характеристики (сводно)
  • 1.2 Отличия между Intel486DX и Intel386[3]
• 2 Микроархитектура
• 3 Математическая модель и набор инструкций
• 4 Блоки и реализация интерфейсов
  • 4.1 Регистры
  • 4.2 Конвейерная обработка инструкций
  • 4.3 Кэш процессора
  • 4.4 Математический сопроцессор
  • 4.5 Построение вычислительной системы
• 5 Модели
• 6 Конкурентные решения
• 7 Примечания
• 8 Литература
• 9 Ссылки

Описание

Технические характеристики (сводно)

• Дата анонса первой модели: 10 апреля 1989 год
• Разрядность регистров: 32 бит
• Разрядность внешних шин данных и адреса: 32 бит
• Объём виртуальной адресуемой памяти: 64 Мбайт
• Максимальный объём сегмента: 4 Гбайт
• Объём физической адресуемой памяти: 4 Гбайт
• Кеш L1: 8 Кбайт, DX4 — 16 Кбайт
• Кеш L2: на материнской плате (на частоте FSB)
• FPU: на кристалле, у SX отключён
• Тактовые частота процессора, МГц: 16—150
• Тактовые частота FSB, МГц: 16—50
• Напряжение питания: 5—3,3 В
• Количество транзисторов: 1,185 млн, SX2 — 0,9 млн, SL — 1,4 млн, DX4 — 1,6 млн.
• Техпроцесс, нм: 1000, 800 и 600 для DX4
• Площадь кристалла: 81 мм² для 1,185 млн транзисторов и технологии 1000 нм, 67 мм² для 1,185 млн транзисторов и 800 нм технологии, 76 мм² для DX4
• Максимально потребляемый ток: нет данных
• Максимально потребляемая мощность: нет данных
• Разъём: гнездо типа Socket
• Корпус: 168- и 169-контактный керамический PGA, 132- и 208-контактный пластиковый PQFP
• Инструкции: x86 (150 инструкций, не считая модификаций)

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

Отличия между Intel486DX и Intel386[3]

Intel486 DX2 и Intel486 DX4 представляют собой кристалл, содержащий центральный процессор, математический сопроцессор и контроллер кэша. Полностью совместимые на уровне предпроцессора с процессорами Intel386, тем не менее они имеют следующие различия:

• процессоры Intel486, в отличие от Intel ULP486GX, который имеет поддержку только 16-битной шины данных, обеспечивают динамическое изменение размера используемой шины для поддержки 8-, 16- и 32-битных транзакций. Intel386 поддерживают только два размера ширины шины, 16 и 32 бита, и не требуют внешней логики для отрганизации смены ширины шины.
• Процессоры Intel486 имеют режим укороченный передачи, который позволяет за одну транзакцию передать по шине четыре 32-битных слова из внешней памяти в кэш, используя всего пять циклов. Intel386 для передачи того же объёма данных требуется минимум восемь циклов.
• Процессор Intel486 имеет сигнал BREQ, используемый для поддержки мультипроцесорных систем.
• Шина процессора Intel486 значительно мощнее шины процессора Intel386. Новые возможности в виде умножения частоты шины, проверки чётности (отсутствует в ULP486SX и ULP486GX), укороченный цикл передачи данных, кешируемые циклы, в том числе кешируемый цикл без проверки данных, поддержка транзакций по 8-битной шине.
• Для поддержки кеша на кристалле, введены новые управляющие регистры (CD и NW), добавлены новые выводы для шины, новые типы циклов обмена по шине.
• Набор инструкций математического процессора Intel387 не только поддерживается в полном объёме, но и расширен. Во время выполнения команды по обработке данных с плавающей точкой не выполняются никакие циклы ввода-вывода. Не задействовано прерывание 9, происходит прерывание 13.
• Процессор Intel486 поддерживает новые режимы выявления ошибок, что гарантирует совместимость с DOS. Эти новые режимы требуют новый бит в управляющем регистре 0 (NE).
• К набору команд добавлено шесть новых: BSWAP (Byte Swap), XADD (Exchange and Add), CMPXCHG (Compare and Exchange), INVD (Invalidate data cache), WBINVD (Write-back and Invalidate data cache) и INVLPG (Invalidate TLB Entry).
• В управляющем регистре 3 назначены два новых бита отвечающих за страницы таблиц элементов и страницы элементов папок.
• Добавлены новые возможности защиты страниц, требующие новый бит в управляющем регистре 0.
• Добавлены новые возможности проверки выравнивания, требующие новый бит в регистре флагов и управляющем регистре 0.
• Заменен алгоритм для TLB на алгоритм псевдо-LRU (PLRU), подобно используемому в кэше на кристалле.
• Для тестирования кэше на кристалле добавлены три новых тестовых регистра: TR5, TR6 и TR7. Повышена стабильность работы TLB.
• Очередь предварительной выборки увеличена с 16 до 32 байт. Для гарантированного правильного выполнения новых инструкций, всегда выполняются переходы после модификации кода.
• После сброса, в верх байта ID записывается значение <04>.

Микроархитектура

• 
  Микроархитектура i486DX2/DX4
• 
  Микроархитектура Ultra Low Power i486SX и i486GX
• 
  Микроархитектура i486SX

Математическая модель и набор инструкций

Набор инструкций не претерпел существенных изменений, но были добавлены дополнительные инструкции для работы с внутренней кеш-памятью (INVD, INVLPG, WBINVD), одна инструкция (BSWAP) для обеспечения совместимости с процессорами Motorola, две инструкции для атомарных операций с памятью: CMPXCHG (для сравнения с обменом — новое значение записывалось только если старое совпадало с заданным, старое запоминалось) и XADD (инструкция для сложения двух операндов с помещением результата во второй операнд, а не в первый, как в ADD). Инструкция CPUID позволяла впервые в семействе x86 напрямую получить детальную информацию о версии и свойствах процессора. Помимо этого, к набору инструкций добавилось 75 инструкций FPU.

Длина очереди инструкций была увеличена до 32 байт.

Блоки и реализация интерфейсов

• 
  Организация интерфейса с устройствами ввода-вывода
• 
  Организация интерфейса с 32-битными устройствами ввода-вывода
• 
  Организация интерфейса с переменным размером шины данных: 16 бит
• 
  Организация интерфейса с 8-битными устройствами ввода-вывода

Регистры

В процессоре имеется расширенный, по сравнению с в 80386 набор инструкции, в который 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.

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.

Кэш процессора

• 
  Иерархия памяти
• 
• 
  Организация кеша в системах построенных с использованием процессора Intel486.
• 
  Direct Mapped Cache
• 
  Two-Way Set Associative Cache
• 
  Fully Associative Cache

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

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 80386. 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

В Intel486 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.

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.

Построение вычислительной системы

Материнская плата на чипсете SIS (85C496 и 85C497) для процессоров класса i486

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 — англ. 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.

• 
  Построение контроллера системы Intel486
• 
  Организация системы арбитража
• 
  Организация контроллера шины EISA
• 
  Организация интерфейса (моста) PCI-ISA
• 
  Построение системы с использованием контроллера прерываний 82C59A
• 
  Построение системы с использованием касадирования контроллеров прерываний
• 
  Построение типовой конфигурации с использованием шины EISA
• 
  Построение типовой конфигурации с использованием шины PCI
• 
  Построение дешифратора адреса
• 
  Построение дешифратора сигналов A1, BHE# и BLE#
• 
  Построение схем управления и таблица истинности на примере использования ИМС 74S138

Модели

Сводная таблица моделей процессоров Intel486[4][5][6][7]

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 кеш-памяти, отсутствием или наличием сопроцессора и др.).

Процессоры 486DX2 имели коэффициент умножения 2 — то есть, например, при частоте системной шины 33 МГц рабочая частота самого процессора составляла 66 МГц. Позже появились процессоры 486DX4 — однако коэффициент умножения у них был не 4, а 3. В результате введения множителей в широкий обиход впервые вошло такое понятие, как разгон (англ. overclocking) — повышение производительности процессора путём увеличения тактовой частоты шины или коэффициента умножения. Так, известно, что в России даже в открытую продажу поступали системы, в которых процессоры i486 работали на частотах до 160 МГц.

Конкурентные решения

Процессоры i486 в окружении процессоров других производителей. Сверху — AMD Am486DX2-50 в фирменном футляре с кеш-памятью в комплекте. Внизу — типичные представители 4-ого поколения. По центру — серверные решения от Intel. Справа — шедшая в комплекте с Intel486 OverDrive лопаточка для извлечения процессора из слота

Ко времени выпуска Intel486 Intel лишилась прав собственности на товарные знаки x86 и подобные наименования использовали множество производителей. Основной лозунг конкурентов Intel был «Практически то же что и у Intel, только за меньшие деньги».

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

Уже после ухода с массового рынка 486-процессоров производства Intel компания AMD выпустила процессоры 486DX4-120 и Am5x86-133 (последний использовался преимущественно в портативных системах).

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.

Примечания

1. ↑ Intel cashes in ancient chips (англ.). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 10 апреля 2010.
2. ↑ Product Change Notification #106013 — 00
3. ↑ Intel «EMBEDDED Intel486 PROCESSOR FAMILY. DEVELOPER’S MANUAL» Order No: 273021-001
4. ↑ Intel IT Galaxy -> К 40-летию первого микропроцессора Intel. Часть 1
5. ↑ cpu-collection.de >> 486
6. ↑ Коллекция процессоров (8086-80486)
7. ↑ Процессоры DX, DX2, DX4

Литература

• Документация, выпущенная Intel:
  • Order No: 271329-002 «MILITARY Intel486 PROCESSOR FAMILY»
  • Order No: 272755-001 «Embedded Ultra-Low Power Intel486 GX Processor»
  • Order No: 272731-002 «Embedded Ultra-Low Power Intel486 SX Processor»
  • Order No: 272731-001 «Embedded Ultra-Low Power Intel486 SX Processor»
  • Order No: 271329-003 «MILITARY Intel486 PROCESSOR FAMILY»
  • Order No: 241199-002 «Intel486 Family of Microprocessors. Low Power Version. Data Sheet»
  • Order No: 273025-001 «EMBEDDED Intel486 PROCESSOR. HARDWARE REFERENCE MANUAL»
  • Order No: 273021-001 «EMBEDDED Intel486 PROCESSOR FAMILY. DEVELOPER’S MANUAL»
  • Order No: 272815-001 «Ultra-Low Power Intel486 SX PROCESSOR. EVALUATION BOARD MANUAL»
  • Order No: 272771-002 «Embedded Write-Back Enhanced IntelDX4 Processor»
  • Order No: 272771-001 «Embedded Write-Back Enhanced IntelDX4 Processor»
  • Order No: 272770-002 «Embedded IntelDX2 Processor»
  • Order No: 272770-001 «Embedded IntelDX2 Processor»
  • Order No: 272769-002 «Embedded Intel486 SX Processor»
  • Order No: 272769-001 «Embedded Intel486 SX Processor»
  • Order No: 272755-002 «Embedded Ultra-Low Power Intel486 GX Processor»
  • Order No: 240440-006 «Intel486DX MICROPROCESSOR»

Ссылки

• История судебных тяжб между Intel и AMD

Процессоры Intel
Больше непроизводятся	4 бита: 4004 • 4040 • 8 бит: 8008 • 8080 • 8085 • x86-16 (16 бит): 8086 • 8088 • 80186 • 80188 • 80286 • x86-32/IA-32 (32 бита): 80386 • 80486 • Pentium (OverDrive • Pro • II • II OverDrive • III • 4 • M) • Celeron (M • D) • Core • Intel A100/A110 • x86-64/EM64T (64 бита): Pentium 4 (некоторые) • Pentium D • Pentium EE • Celeron D (некоторые) • IA-64 (64 бита): Itanium • Другие: iAPX 432 • RISC: i860 • i960 • StrongARM • XScale
Актуальные	x86-32: EP80579 • Intel CE • Atom • x86-64: Atom (некоторые) • Celeron • Pentium Dual-Core • Core (2 (Solo • Duo • Quad • Extreme) • i3 • i5 • i7) • Xeon • Другие: Itanium 2/Itanium 9300
Списки	Разъём процессора • Типы корпусов • Кодовые имена • Чипсеты • Будущие процессоры • По маркам: Atom • Celeron • Pentium (II • III • M • 4 • D и EE • Dual-Core и последующие) • Core (2 • i3 • i5 • i7) • Xeon • Itanium
Микроархитектуры
P5	0,90 мкм: P5 • 0,60 мкм: P54C • 0,35 мкм: P54CS • P55C • 0,25 мкм: Tillamook
P6	0,50 мкм: P6 • 0,35 мкм: Klamath • 0,25 мкм: Mendocino • Dixon • Tonga • Covington • Deschutes • Katmai • Drake • Tanner • 180 нм: Coppermine • Coppermine T • Cascades • 130 нм: Tualatin • Banias • 90 нм: Dothan • Stealey • 65 нм: Tolapai • Yonah • Sossaman
NetBurst	180 нм: Willamette • Foster • 130 нм: Northwood • Gallatin • Prestonia • 90 нм: Tejas и Jayhawk • Prescott • Smithfield • Nocona • Irwindale • Cranford • Potomac • Paxville • 65 нм: Cedar Mill • Presler • Dempsey • Tulsa
Core	65 нм: Merom-L • Merom • Conroe-L • Allendale • Conroe • Kentsfield • Woodcrest • Clovertown • Tigerton • 45 нм: Penryn • Penryn-QC • Wolfdale • Yorkfield • Wolfdale-DP • Harpertown • Dunnington
Bonnell	45 нм: Silverthorne • Diamondville • Pineview • Lincroft
Nehalem	45 нм: Clarksfield • Lynnfield • Jasper Forest • Bloomfield • Gainestown (Nehalem-EP) • Beckton (Nehalem-EX) • 32 нм (Westmere): Arrandale • Clarkdale • Gulftown (Westmere-EP)
Bridge	32 нм: Sandy Bridge • 22 нм: Ivy Bridge
Будущие	Larrabee • Haswell • Broadwell • Rockwell • Atom (Saltwell • Silvermont • Airmont)