Тенденции развития микропроцессорная техника. Структура и режимы функционирования современных микропроцессоров

Год	Процессор	Частота	Разрядность	Технология	Память	Нововведения и особенности
1971	Intel 4004		4 бит
1974	Intel 8080	2 MHz	8 бит	6 µ	64 Kb
1978	Intel 8086	8 MHz	16 бит	3 µ	1 Mb	Сегментация памяти. Положил основу семейству x86
1982	Intel 80286	12.5 MHz	16 бит		16 Mb	Реализован защищенный режим
1985	Intel 80386	20-40 MHz	32 бит	1.5 µ	4 Gb	Введена страничная организация памяти
1989	Intel 80486	50-100 MHz		1 µ	4 Gb	Появляется FPU. Встроенная кэш-память.
1993	Pentium	100-200 MHz	32 бит		4 Gb	Суперскалярная архитектура. Блок BTB (буфер адресов ветвления). Разделенный кэш (команд и данных).
1997	Pentium MMX	133-233 MHz	32 бит		4 Gb	57 новых команд MMX (Multimedia Extensions). 8 регистров MMX0-MMX7. Конвейер – 6 стадий.
1995	Pentium Pro	FSB=66MHz	32 бит		4 Gb	Первый процессор семейства P6. Появляется кэш L2 в ядре процессора. Серверный процессор.
1997	Pentium 2	FSB=100 MHz	32 бит	0.25 µ	64 Gb	L2 вынесен из ядра процессора. Первый массовый процессор семейства P6.
1998	Celeron	FSB=66MHz	32 бит	0.25 µ	64 Gb	L2 снова внесен в корпус процессора
1999	Pentium 3 Katmai	FSB=100 MHz	32 бит		64 Gb	70 команд SSE (мультимедийные команды с плавающей запятой). Также есть MMX и 3DNow!
2000	Pentium 3 Coppermine	FSB=133 MHz	32 бит	0.18 µ	64 Gb
2001	Pentium 3 Tualatin	FSB=133 MHz	32 бит	0.13 µ	64 Gb
2000	Pentium 4 Willamette	FSB=400 MHz(4x100)	32 бит	0.18 µ	64 Gb	Конвейер – 20 стадий. Вместо L1 появляется Trace Cache – кэш трассировки. АЛУ работает с двойной частотой. Добавлены 144 команды SSE2.
2002	Pentium 4 Northwood	FSB=400 MHz(4x100)	32 бит	0.13 µ	64 Gb	Позже появляется FSB=533 MHz. 2003 г. FSB=800 MHz. Самое главное – технология Hyper Threading (два логических процессора в одном физическом ядре).
2002	Pentium 4M	FSB=400 MHz(4x100)	32 бит	0.13 µ	64 Gb	Мобильная версия Pentium 4.
2003	Pentium M Banias	FSB=800 Mhz	32 бит	0.13 µ	64 Gb	Технология Centrino для мобильных устройств. L2 = 1Mb.

Основные тенденции на ближайший год: переход на 64-битную платформу, выпуск двухядерного процессора, переход на технологию 0.06 µ, частота FSB=1033MHz.

Режимы работы современных микропроцессоров:

1. Реальный режим (Real Mode) – полностью совместим с 8086. В этом режиме возможна адресация до 1 Мб физической памяти.
2. Защищенный режим (Protected Mode). В этом режиме процессор позволяет адресовать до 4 Гб физической памяти, через которые при использовании механизма страничной адресации (которая доступна только в защищенном режиме) могут отображаться до 64 Тбайт виртуальной памяти каждой задачи. В защищенном режиме процессор может выполнять дополнительные инструкции, недоступные в реальном режиме. Существует аппаратная поддержка многозадачной работы МП. Есть аппаратная защита памяти.
3. Режим виртуального процессора 8086 (Virtual 8086 Mode). В таком режиме на одном процессоре может параллельно исполняться несколько задач с изолированными друг от друга ресурсами. При этом использование физического адресного пространства памяти управляется механизмами сегментации и трансляции страниц.
4. «Неофициальный» режим Big Real Mode (или Unreal Mode). Позволяет адресоваться ко всему 4-Гбайтному пространству памяти. В этом режиме инструкции исполняются так же, как и в реальном режиме, но с помощью дополнительных сегментных регистров FS и GS программы получают непосредственный доступ к данным во всей физической памяти.
5. Режим системного управления (SMM – System Management Mode). Используется в служебных и отладочных целях.

Структура микропроцессора на примере Intel 80486:

- шинный интерфейс (БШ);
- внутренняя кэш-память (кэш);
- блок опережающей выборки команд (БПВ);
- двухступенчатый дешифратор команд (БДШ);
- блок управления (БУ);
- целочисленное устройство (БИ);
- арифметический сопроцессор (БСопр.);
- блок сегментации (БСег.);
- блок страничного управления (БСтр.).