Микропроцессорные наборы
Первые цифровые компьютеры были гигантами, занимавшими целые комнаты, для обслуживания которых требовалось несколько техников и инженеров. Они строились на основе вакуумных ламп и обладали весьма ограниченной вычислительной мощностью по сравнению с современными компьютерами. Однако изобретение технологии ИС в 1964 г. знаменовало начало новой эры в создании компактных электронных устройств. Обладающие гораздо меньшими размерами и потребляющие меньше электроэнергии, транзисторы пришли на смену вакуумным лампам, в результате чего габариты компьютеров начали стремительно уменьшаться.
Первые ИС были сравнительно небольшими устройствами, которые выполняли простые цифровые логические операции. Эти базовые цифровые устройства все еще существуют и образуют класс ИС, называемых устройствами малого уровня интеграции (SSI) или малыми ИС. Малые ИС содержат до 100 транзисторов на одном кристалле (чипе). По мере того, как компании-изготовители совершенствовали технологии изготовления ИС, количество транзисторов на кристалле росло и сложные цифровые схемы изготовлялись в одном технологическом процессе. Со временем появились большие интегральные схемы (БИС) с высоким уровнем интеграции (LSI) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) со сверхвысоким уровнем интеграции (VLSI). БИС содержат от 3000 до 100000 электронных компонентов, а СБИС — свыше 100000 элементов.
Современная технология ИС позволяет изготавливать схемы, содержащие миллионы транзисторов на одном кристалле кремния. Некоторые СБИС содержат целые компьютерные модули. Обычно такие устройства называют специализированными ИС. Благодаря установке нескольких специализированных ИС на печатной плате, компьютеры, которые раньше занимали целую комнату, теперь умещаются на обычном рабочем столе, а в последнее время — даже на ладони.
Для компаний-изготовителей ИС PC-совместимость означает разработку микропроцессорных наборов (чипсетов), в которых используется та же базовая карта памяти, которая применялась в компьютерах IBM РС-АТ. (Т.е. адреса программируемых регистров, ОЗУ, ПЗУ и другие адреса микропроцессорного набора должны были совпадать с адресами компьютера AT.) В этом случае в обеих системах инструкции и данные в программе интерпретировались, обрабатывались и передавались бы одинаково. В процессе достижения этой цели поддерживающий микропроцессорный набор был уменьшен с восьми основных ИС и десятков малых ИС до двух-трех чипов СБИС и небольшого числа средних ИС (СИС).
В некоторых системных платах с очень высокой степенью интеграции единственными используемыми ИС являются микропроцессор, один или два чипа ПЗУ BIOS, ИС одного микропроцессорного набора и модули системной памяти.
Корпуса микропроцессоров
В зависимости от года выпуска и компании-изготовителя, эти ИС могут устанавливаться в корпуса нескольких различных типов. Выемки и точки на различных ИС несут важную информацию при замене микропроцессора. Они обозначают расположение первого контакта, который должен совпадать с выемкой первого контакта гнезда. Надпись на корпусе также важна. Она содержит номер, идентифицирующий тип устройства, помещенного в корпус и, как правило, указывающий на его быстродействие. Микропроцессоры 8088 и 8086 устанавливались в 40-контактные корпуса с двухрядным расположением контактов (DIP). В более поздних версиях XT использовалась функция турбо ускорения, которая позволяла использовать более быстродействующие версии процессоров 8088 (8088-10 и 8088-12) в системах, совместимых по быстродействию с расширительным гнездом шины PC Bus с частотой 4.77 МГц.
Процессор 80286 выпускался в ряде 68-контактных корпусов ИС различных типов, в том числе на керамическом безвыводном кристаллодержателе (ceramic leadless chip carrier, CLCC), на пластмассовом безвыводном кристаллодержателе (plastic leadless chip carrier, PLCC) и в корпусе с матричным расположением штырьковых выводов (pin grid array, PGA).
Устройства CLCC предназначены для установки в гнезда. Контакты вдоль боковой и нижней поверхности устройства обеспечивают соединение с пружинными контактами, встроенными в гнездо. ИС PLCC имеют небольшие штырьковые выводы, которые в форме крыла чайки выступают из боковой поверхности кристалла и припаиваются к контактам на поверхности платы ПК. В корпусах PGA используются металлические штырьковые выводы, которые торчат из нижней поверхности кристалла. Эти выводы запрессовываются в соответствующее плоское гнездо, которое устанавливается на плате ПК.
Процессор 80386DX продолжил эволюцию архитектуры AT и выпускался в 132-контактном корпусе PGA. Версия процессора 80386SX с уменьшенным набором функций выпускалась также в 100-контактном корпусе ИС для поверхностного монтажа.
Микропроцессоры 80486DX и микропроцессоры первого поколения Pentium вернулись к 168-контактным и 273-контактным корпусам PGA. В более совершенных процессорах Pentium используются корпуса с различными конфигурациями штырьковых выводов.
Для выполнения операций, сопряженных с интенсивными математическими вычислениями, некоторые программы могут передавать часть работы специальным, обладающим большим быстродействием, математическим сопроцессорам, если они присутствуют в системе. Эти устройства являются специализированными микропроцессорами, которые для ускорения выполнения математических и логических операций работают параллельно с главным процессором и расширяют набор его инструкций. В основном, они добавляют в процессор большие наборы регистров и дополнительные инструкции обработки арифметических выражений. Некоторые микропроцессоры — такие как 8088, 80286, 80386SX/DX и 80486SX — используют внешние сопроцессоры. Более совершенные устройства, такие как 80486DX и Pentium, имеют встроенные сопроцессоры, являющиеся неотъемлемой частью конструкции ИС.
