Intel 80486

Intel 80486 (také známý jako i486, Intel 486 nebo jen 486.) je 32bitový skalární x86 kompatibilní mikroprocesor čtvrté generace postavený na hybridním jádru CISC - RISC a vydaný společností Intel 10. dubna 1989 . Tento mikroprocesor je vylepšenou verzí mikroprocesoru 80386 . Poprvé byl představen na výstavě Comdex Fall na podzim roku 1989 . Byl to první mikroprocesor s vestavěným matematickým koprocesorem (FPU). Používal se především ve stolních počítačích, ve vysoce výkonných pracovních stanicích , v serverech a přenosných počítačích ( notebooky a notebooky).

Vedoucím projektu pro vývoj mikroprocesoru Intel 486 byl Patrick Gelsinger .

Historie

Intel 80486 byl oznámen na jarní výstavě Comdex v dubnu 1989. V době oznámení Intel uvedl, že vzorky budou dostupné ve třetím čtvrtletí roku 1989 a výrobní šarže budou odeslány ve čtvrtém čtvrtletí roku 1989 [3] . První počítače založené na 80486 byly oznámeny na konci roku 1989, ale někteří navrhovali počkat až do roku 1990 s nákupem PC založeného na 80486, protože se objevily dřívější zprávy o chybách a nekompatibilitě softwaru [4] .

K první velké aktualizaci architektury 80486 došlo v březnu 1992 s vydáním řady 486DX2 s integrovaným matematickým koprocesorem a L1 cache [5] . Poprvé byly takty jádra procesoru odděleny od hodin systémové sběrnice dvojitým násobičem hodin, což vedlo k vydání čipů 486DX2 na 40 a 50 MHz . Rychlejší 66 MHz 486DX2-66 byl vydán později v srpnu téhož roku [5] .

Navzdory vydání nové páté generace procesoru Pentium v ​​roce 1993 Intel pokračoval ve vydávání procesorů i486, což vedlo k vydání 486DX4-100 s trojitým násobičem, taktovaným na 100 MHz a L1 cache zdvojnásobenou na 16 KB [ 5] .

Dříve se Intel rozhodl své technologie 80386 a 80486 nesdílet s AMD [5] . AMD však věřilo, že jejich sdílení technologie se rozšířilo na 80386 jako derivát 80286 [5] . AMD tedy provedlo reverzní inženýrství čipu 386 a vydalo 40MHz čip Am386DX-40 , který byl levnější a měl nižší spotřebu energie než nejlepší 33MHz verze Intelu 386 [5] . Intel se snažil zastavit AMD v prodeji procesoru, ale AMD vyhrálo soudní spor, což jí umožnilo uvolnit procesor a etablovat se jako konkurent Intelu [6] .

AMD pokračovalo ve vytváření klonů, což vyústilo ve vydání první generace čipu Am486 v dubnu 1993 s taktovací frekvencí 25-, 33- a 40 MHz [5] . Následující druhá generace čipů Am486DX2, taktovaná na 50, 66 a 80 MHz, byla vydána v následujícím roce. Řada Am486 byla doplněna o 120MHz DX4 čip v roce 1995 [5] .

V roce 1995, po osmileté právní bitvě mezi AMD a Intelem, byla arbitrážní žaloba z roku 1987 vyřízena a AMD získala přístup k mikrokódu Intel 80486 [5] . To údajně vyústilo ve dvě verze procesoru AMD 486 – jedna založená na mikrokódu Intel a druhá využívající mikrokód AMD v procesu vývoje v čistých prostorách . Dohoda však také uvádí, že procesor 80486 bude posledním procesorem Intel, který AMD naklonuje [5] .

Dalším výrobcem 486 klonů byl Cyrix , který byl výrobcem koprocesorových čipů pro systémy 80286/386 bez továrny. První procesory Cyrix 486, 486SLC a 486DLC, byly vydány v roce 1992 a používaly balíček 80386 [5] . Oba procesory Texas Instruments Cyrix byly pinově kompatibilní se systémy 386SX/DX, což z nich činilo možnost dodatečného vybavení starších systémů [6] . Tyto čipy se však nemohly rovnat procesorům Intel 486, měly pouze 1 KB vyrovnávací paměti a žádný vestavěný matematický koprocesor. V roce 1993 vydal Cyrix své vlastní procesory Cx486DX a DX2, které se výkonem přiblížily svým protějškům Intel. To vedlo k tomu, že Intel a Cyrix se navzájem žalovali, přičemž Intel obvinil Cyrixe z porušování patentů a Cyrix podal protinárok na antimonopolní nároky. Soudní spor skončil v roce 1994 vítězstvím Cyrixe a stažením antimonopolní žaloby [5] .

V roce 1995 Cyrix i AMD obrátily svou pozornost na běžně dostupný trh uživatelů, kteří chtěli upgradovat své procesory. Cyrix vydal derivát 486 nazvaný 5x86 založený na jádru Cyrix M1, které běželo na 120 MHz a bylo volitelnou možností pro základní desky 486 Socket 3 [5] [6] . AMD také vydala 133MHz Am5x86 , což byl v podstatě vylepšený 80486 s dvojitou mezipamětí a čtyřnásobným násobičem, který také fungoval s původními základními deskami 486DX [5] . Am5x86 byl prvním procesorem, který používal hodnocení výkonu AMD a byl prodáván jako Am5x86-P75, s tvrzeními, že je ekvivalentní Pentiu 75 [6] . Kingston Technology také vydala modul 'TurboChip' 486, který používal 133MHz Am5x86 [5] .

V důsledku toho Intel vydal upgradovací čip Pentium OverDrive pro základní desky 486, což bylo upravené jádro Pentium běžící až na 83 MHz na deskách s 25 MHz nebo 33 MHz FSB. OverDrive nebyl oblíbený kvůli nízkému výkonu a vysoké ceně. Poté, co se procesory řady Pentium prosadily na trhu, Intel pokračoval ve vydávání 486 jader pro průmyslové vestavěné aplikace a poté koncem roku 2007 zastavil výrobu procesorů řady 80486 [5] .

Popis

Specifikace (souhrn)

• Datum oznámení prvního modelu: 10. dubna 1989
• Šířka registru : 32 bitů
• Šířka externí datové sběrnice : 32 bitů
• Šířka externí adresové sběrnice : 32 bitů
• Virtuální adresovatelná paměť: 64 TB (2 46 ) [7] [8]
• Maximální velikost segmentu : 4 GB
• Fyzická adresovatelná paměť: 4 GB
• Mezipaměť L1 : 8 KB, DX4 16 KB
• L2 cache : na základní desce (při frekvenci FSB )
• FPU : na čipu, SX zakázáno
• Takt procesoru, MHz : 16-100 (DX4)
• Taktovací frekvence FSB , MHz: 16—50
• Napájecí napětí: 5-3,3V
• Počet tranzistorů: 1,185M, SX2 0,9M, SL 1,4M, DX4 1,6M
• Procesní technologie, nm: 1000, 800 a 600 pro DX4
• Plocha matrice: 81 mm² pro 1,185M tranzistory a 1000nm technologii, 67mm² pro 1,185M tranzistory a 800nm ​​technologii, 76mm² pro DX4
• Maximální proudová spotřeba: žádná data
• Maximální spotřeba energie: žádná data
• Konektor: Zásuvka
• Balení: 168- a 169-pinový keramický PGA , 132- a 208-pinový plastový PQFP
• Pokyny: x86 (150 pokynů, nepočítám mody)

Procesor měl 32bitové adresové a datové sběrnice. To vyžadovalo paměť ve formě čtyř 30pinových nebo jedné 72pinové SIMM .

Rozdíly mezi Intel 486DX a Intel 386 [9]

Intel 486DX, 486DX2 a 486DX4 jsou matrice obsahující CPU, matematický koprocesor a řadič mezipaměti. Plně kompatibilní na úrovni preprocesoru s procesory Intel 386, mají však následující rozdíly:

• Procesory Intel 486, na rozdíl od Intel ULP486GX, který podporuje pouze 16bitovou datovou sběrnici, dynamicky mění velikost sběrnice používané pro podporu 8-, 16- a 32bitových transakcí. Intel 386 podporují pouze dvě šířky sběrnice, 16 a 32 bitů, a pro správu změn šířky sběrnice nevyžadují žádnou externí logiku.
• Procesory Intel 486 mají krátký přenosový režim, který umožňuje přenos čtyř 32bitových slov z externí paměti do mezipaměti po sběrnici v jedné transakci za použití pouhých pěti cyklů. Intel 386 vyžaduje k přenosu stejného množství dat minimálně osm cyklů.
• Procesor Intel 486 má signál BREQ používaný pro podporu víceprocesorových systémů.
• Procesorová sběrnice Intel 486 je výrazně výkonnější než procesorová sběrnice Intel 386. Nové funkce v podobě násobení frekvence sběrnice, kontrola parity (není k dispozici u ULP486SX a ULP486GX), kratší cyklus přenosu dat, cykly mezipaměti, včetně cyklu mezipaměti bez dat kontrola, podpora transakcí 8-bitové sběrnice.
• Pro podporu on-chip cache byly zavedeny nové řídicí registry (CD a NW), nové piny pro sběrnici, byly přidány nové typy cyklů výměny sběrnic.
• Instrukční sada matematického procesoru Intel 387 je nejen plně podporována, ale také rozšířena. Během provádění instrukce s pohyblivou řádovou čárkou se neprovádějí žádné I/O cykly. Přerušení 9 není povoleno, dochází k přerušení 13.
• Procesor Intel 486 podporuje nové režimy detekce chyb pro zajištění kompatibility se systémem DOS . Tyto nové režimy vyžadují nový bit v řídicím registru 0 (NE).
• Do sady příkazů bylo přidáno šest nových příkazů: BSWAP (Byte Swap), XADD (Exchange and Add), CMPXCHG (Compare and Exchange), INVD (Nevalidate data cache), WBINVD (Write-back and Invalidate data cache) a INVLPG (Zneplatnit záznam TLB).
• V řídicím registru 3 jsou přiřazeny dva nové bity pro ukládání aktuálního adresáře stránek do mezipaměti.
• Přidány nové funkce ochrany stránky, které vyžadují nový bit v řídicím registru 0.
• Přidány nové možnosti kontroly zarovnání, které vyžadují nový bit v registru příznaků a řídicím registru 0.
• Algoritmus pro TLB byl změněn na algoritmus pseudo-LRU (PLRU) podobný tomu, který se používá v mezipaměti na čipu.
• Pro testování mezipaměti na čipu byly přidány tři nové testovací registry: TR5, TR6 a TR7. Vylepšená stabilita TLB.
• Fronta předběžného načtení byla zvýšena z 16 bajtů na 32 bajtů. Aby bylo zajištěno správné provedení nových instrukcí, skoky se vždy provádějí po úpravách kódu.
• Po resetu je hodnota <04> zapsána na začátek ID bajtu.

Mikroarchitektura

• Mikroarchitektura i486DX2/DX4

• Mikroarchitektura Ultra Low Power i486SX a i486GX

• mikroarchitektura i486SX

Matematický model a sada instrukcí

Instrukční sada nedoznala výraznějších změn, přibyly však další instrukce pro práci s interní cache pamětí (INVD, INVLPG, WBINVD), jedna instrukce (BSWAP) pro kompatibilitu s procesory Motorola, dvě instrukce pro operace s atomickou pamětí: CMPXCHG (pro porovnání s výměnou  - nová hodnota byla zapsána pouze v případě, že stará odpovídala dané, stará byla zapamatována) a XADD (instrukce pro sečtení dvou operandů s výsledkem umístěným ve druhém operandu a ne v prvním, jako v ADD). Instrukce CPUID umožnila poprvé v rodině x86 přímo získat podrobné informace o verzi a vlastnostech procesoru. Kromě toho bylo do instrukční sady přidáno 75 instrukcí FPU.

Délka fronty instrukcí byla zvýšena na 32 bajtů.

Bloky a implementace rozhraní

• Organizace rozhraní se vstupně-výstupními zařízeními

• Organizace rozhraní s 32bitovými I/O zařízeními

• Organizace rozhraní s proměnnou velikostí datové sběrnice: 16 bitů

• Organizace rozhraní s 8bitovými I/O zařízeními

Registry

Procesor má oproti 80386 rozšířenou instrukční sadu, ke které bylo přidáno několik dalších registrů , konkrétně tři 32bitové testovací registry (TR5, TR4, TR3). Nové příznaky byly přidány také do registru příznaků (EFLAGS) a dalších řídicích registrů (CR0, CR3).

Díky začlenění koprocesoru do procesorového čipu může Intel 486 přistupovat také k registrům FPU: datové registry, registr značek, stavový registr, ukazatele příkazů a dat FPU, řídicí registr FPU.

Pokyny pro potrubí

Intel 486 zlepšil mechanismus provádění instrukcí v několika krocích. Procesorová linka Intel 486 sestávala z 5 fází: načítání instrukce, dekódování instrukce, dekódování adresy operandu instrukce, provádění instrukce, záznam výsledku provádění instrukce. Použití pipeline umožnilo provádět přípravné operace na jiné instrukci během provádění jedné instrukce. Tím se výrazně zvýšil výkon procesoru.

CPU cache

• Hierarchie paměti

• Překladatelská asociační vyrovnávací paměť

• Organizace mezipaměti v systémech postavených pomocí procesoru Intel 486.

• Přímá mapovaná mezipaměť

• Obousměrná sada asociativní mezipaměti

• Plně asociativní mezipaměť

Intel 486 měl na čipu mezipaměť 8 KB, později 16 KB, běžící na frekvenci jádra. Přítomnost mezipaměti umožnila výrazně zvýšit rychlost operací mikroprocesoru. Zpočátku fungovala mezipaměť Intel 486 na principu zápisu ( WT  ) , ale později v rámci rodiny Intel 486 byly vydány modely s interní vyrovnávací pamětí zpětného zápisu (WB ) .  Procesor mohl využívat i externí cache, jejíž rychlost čtení a zápisu však byla znatelně nižší než u interní cache. Ve stejné době se interní mezipaměť začala nazývat mezipaměť první úrovně (Cache 1. úrovně) a externí mezipaměť umístěná na základní desce mezipaměť druhé úrovně (Cache 2. úrovně). Cache měla 4-kanálovou sadu asociativní architekturu a fungovala na úrovni adres fyzické paměti.

V důsledku použití integrované mezipaměti se však počet tranzistorů v procesoru výrazně zvýšil a v důsledku toho se zvětšila plocha krystalu. Zvýšení počtu tranzistorů vedlo k výraznému zvýšení ztrátového výkonu. V průměru se ztrátový výkon zvýšil 2krát ve srovnání s podobnými modely řady 80386. To bylo z velké části způsobeno integrací mezipaměti, i když zde byly i další faktory, které však nejsou tak významné. Z tohoto důvodu již starší procesory Intel 486 vyžadovaly nucené (aktivní) chlazení.

Matematický koprocesor

Intel 486 používal vestavěný matematický koprocesor ( anglicky  Floating Point Unit, FPU ).

Byl to první mikroprocesor x86 s integrovaným FPU. Vestavěný FPU byl softwarově kompatibilní s čipem Intel 80387  , matematickým koprocesorem používaným v systémech s procesorem 80386. Použití vestavěného koprocesoru zlevnilo a zrychlilo systém snížením celkového počtu pinů a čipových balíčků.

Zpočátku byly všechny vyráběné mikroprocesory Intel 486 vybaveny funkčním koprocesorem, tyto procesory byly pojmenovány Intel486DX . Později, v roce 1991 , se Intel rozhodl vydat procesory s deaktivovaným koprocesorem a tyto procesory byly pojmenovány Intel486SX . Systémy postavené na těchto procesorech mohou být vybaveny samostatným koprocesorem, například Intel487SX nebo koprocesorem jiných výrobců.

Budování výpočetního systému

Zpočátku byly systémy založené na Intel 486 vybaveny pouze 8- a/nebo 16-bitovými ISA sběrnicemi . Pozdější základní desky kombinovaly pomalou sběrnici ISA s vysokorychlostní sběrnicí VESA (nebo VLB  - anglicky  Vesa Local Bus ), určenou především pro grafické karty a řadiče pevných disků. Nedávné základní desky pro procesory i486 byly vybaveny PCI a ISA a někdy VESA . Rychlost sběrnice ISA byla určena násobiči a pracovní frekvence sběrnic PCI a VLB se rovnala frekvenci sběrnice procesoru i486 (ačkoli některé základní desky měly násobiče i pro ně).

Později získaly základní desky i486 podporu pro technologii Plug-and-Play používanou ve Windows 95 , která počítačům umožňovala automaticky detekovat a konfigurovat periferie a instalovat příslušné ovladače.

• Sestavení řadiče Intel 486 System Controller

• Organizace arbitrážního systému

• Organizace řadiče sběrnice EISA

• Organizace rozhraní (bridge) PCI-ISA

• Vytváření systému pomocí řadiče přerušení 82C59A

• Budování systému pomocí kaskádového řadiče přerušení

• Vytvoření typické konfigurace pomocí sběrnice EISA

• Vytvoření typické konfigurace pomocí sběrnice PCI

• Vytvoření dekodéru adres

• Vytvoření dekodéru pro signály A1, BHE# a BLE#

• Konstrukce řídicích obvodů a pravdivostní tabulky na příkladu použití IC 74S138

Modely

Od představení prvního procesoru Intel 486DX bylo vydáno mnoho dalších modelů rodiny 486 s příponami SX, SL, DX2, DX4, GX. Lišily se funkčním určením a některými technologickými parametry (napájecí napětí, taktovací frekvence, velikost vyrovnávací paměti, absence či přítomnost koprocesoru atd.).

Procesory 486DX2 měly násobič 2 - tedy např. při frekvenci systémové sběrnice 33 MHz byla pracovní frekvence samotného procesoru 66 MHz. Později se objevily procesory Intel DX4 - jejich násobič však nebyl 4, ale 3. V důsledku zavedení násobičů se poprvé začal běžně používat takový koncept jako přetaktování - zvýšení výkonu procesoru zvýšením taktovací frekvence sběrnice nebo multiplikátor .  Je tedy známo, že v Rusku šly do volného prodeje i systémy, ve kterých procesory i486 pracovaly na frekvencích až 160 MHz.

Konkurenční řešení

V době, kdy byla vydána 486, Intel ztratil vlastnictví ochranných známek x86 a mnoho prodejců používala podobná jména. Hlavním sloganem konkurentů Intelu bylo „Prakticky to samé jako Intel, jen za méně peněz“.

Procesory kompatibilní s 486 vyrobily také společnosti jako IBM , Texas Instruments , AMD , Cyrix , UMC a Chips and Technologies . Některé z nich byly téměř přesnými kopiemi jak výkonem, tak specifikacemi, jiné se naopak od originálu lišily.

Poté, co opustila masový trh 486 procesorů vyráběných Intelem, AMD vydala procesory 486DX4 -120 a Am5x86-133.

V květnu 2006 Intel uvedl, že výroba čipů 80486 skončí na konci září 2007 . A i když je tento čip pro aplikační programy na osobních počítačích již dlouho zastaralý, Intel jej nadále vyráběl pro použití ve vestavěných systémech .

• 486 procesorů AMD Cyrix IBM Intel ST Texas Instruments

• procesory i486 obklopené procesory jiných výrobců. [čtrnáct]

• CPU UMC Green

Poznámky

1. ↑ Intel vydělává starověké čipy  (anglicky)  (downlink) . Získáno 10. dubna 2010. Archivováno z originálu 22. srpna 2011.
2. ↑ Oznámení o změně produktu #106013-00 . Získáno 24. srpna 2011. Archivováno z originálu 11. ledna 2012. (neurčitý)
3. ↑ 486 32bitový CPU překračuje novou úroveň v hustotě čipů a provozním výkonu. (Intel Corp.) (oznámení produktu) EDN | 11. května 1989 | Cena, Dave
4. ↑ Lewis, Peter H. . VÝKONNÝ POČÍTAČ; The Race to Market a 486 Machine  (anglicky) , The New York Times  (22. října 1989). Archivováno 5. listopadu 2020. Staženo 7. srpna 2021.
5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Yates, Darren. čtyři. Osm. šest. (anglicky)  // APC. - Future Publishing, 2020. - Listopad ( č. 486 ). - S. 52-55 . — ISSN 0725-4415 .
6. ↑ 1 2 3 4 Lilly, Paul Stručná historie CPU: 31 úžasných let x86  . PC Gamer (14. dubna 2009). Získáno 7. srpna 2021. Archivováno z originálu dne 7. srpna 2021.
7. ↑ P4 (486) Procesory čtvrté generace | Typy a specifikace mikroprocesorů | InformIT . Staženo 2. února 2016. Archivováno z originálu 27. prosince 2019. (neurčitý)
8. ↑ A80486DX4-100 - cpu-world.com . Získáno 25. října 2016. Archivováno z originálu 21. prosince 2019. (neurčitý)
9. ↑ Intel „EMBEDDED Intel486 PROCESSOR FAMILY. PŘÍRUČKA PRO VÝVOJÁŘE" Objednací číslo: 273021-001
10. ↑ Intel IT Galaxy -> Ke 40. výročí prvního mikroprocesoru Intel. 1. část Archivováno 7. září 2014.
11. ↑ cpu-collection.de >> 486 . Získáno 18. září 2012. Archivováno z originálu dne 26. dubna 2012. (neurčitý)
12. ↑ Sbírka procesorů (8086-80486) (odkaz není k dispozici) . Datum přístupu: 18. září 2012. Archivováno z originálu 29. února 2012. (neurčitý) 
13. ↑ Procesory DX, DX2, DX4 . Získáno 18. září 2012. Archivováno z originálu 26. srpna 2012. (neurčitý)
14. ↑ Nahoře - AMD Am486DX2 -50 v proprietárním pouzdře včetně mezipaměti. Níže jsou uvedeni typičtí zástupci 4. generace. V centru – serverová řešení od Intelu. Vpravo - špachtle dodávaná s Intel 486 OverDrive pro vyjmutí procesoru ze slotu

Literatura

• Dokumenty vydané společností Intel:
  • Objednací číslo: 271329-002 "VOJENSKÁ RODINA PROCESORŮ Intel486"
  • Objednací číslo: 272755-001 "Vestavěný procesor Intel486 GX s ultra nízkou spotřebou"
  • Objednací číslo: 272731-002 "Vestavěný procesor Intel486 SX s ultra nízkou spotřebou"
  • Objednací číslo: 272731-001 "Vestavěný procesor Intel486 SX s ultra nízkou spotřebou"
  • Objednací číslo: 271329-003 "VOJENSKÁ RODINA PROCESORŮ Intel486"
  • Objednací číslo: 241199-002 "Řada mikroprocesorů Intel486. Nízkoenergetická verze. datový list"
  • Objednací číslo: 273025-001 "EMBEDDED Intel486 PROCESSOR. HARDWAROVÁ REFERENČNÍ PŘÍRUČKA»
  • Objednací číslo: 273021-001 "ŘADA PROCESORŮ EMBEDDED Intel486. PŘÍRUČKA PRO VÝVOJÁŘE»
  • Objednací číslo: 272815-001 "Procesor Intel486 SX s ultranízkým výkonem. NÁVOD K HODNOCENÍ»
  • Objednací číslo: 272771-002 "Integrovaný procesor IntelDX4 s vylepšeným zpětným zápisem"
  • Objednací číslo: 272771-001 "Integrovaný procesor IntelDX4 s vylepšeným zpětným zápisem"
  • Objednací číslo: 272770-002 Vestavěný procesor IntelDX2
  • Objednací číslo: 272770-001 Vestavěný procesor IntelDX2
  • Objednací číslo: 272769-002 "Vestavěný procesor Intel486 SX"
  • Objednací číslo: 272769-001 Vestavěný procesor Intel486 SX
  • Objednací číslo: 272755-002 "Vestavěný procesor Intel486 GX s ultra nízkou spotřebou"
  • Objednací číslo: 240440-006 "Intel486DX MICROPROCESSOR"
• V.L. Grigorjev. Mikroprocesor i486. Architektura a programování. - M .: Granal. - T. Kniha 1. Softwarová architektura. — 346 s. - ISBN 5-900676-01-3 .
• V.L. Grigorjev. Mikroprocesor i486. Architektura a programování. - M .: Granal. - T. Kniha 2-4. — 382 s. - ISBN 5-900676-02-1 .

Odkazy

• Historie soudních sporů mezi Intel a AMD
• Dokumentace k procesoru na bitsavers.org  (eng.)
•  Řada mikroprocesorů Intel 80486