Microprocesoarele

INTRODUCERE

De la apariţie pînă în momentul actual, evoluţia calculatoarelor personale a cunoscut momente de cotitură, veritabile mutaţii.
Primul este legat de introducerea, în anul 1976, a calculatorului APPLE II, moment care marchează adevărata naştere a domeniului, al doilea este legat de implicarea, în anul 1981 a firmei IBM prin lansarea faimosului IBM PC, iar al treilea este apariţia în arhitectura calculatoarelor personale, a microprocesorului INTEL 80386. Acest microprocesor marchează a treia eră, majoră, în calculul personal, punînd la dispoziţie o putere de calcul deosebită, viteză spo¬rită, precum şi posibilităţi de programare care deschid perspective noi software-ului de bază şi de aplicaţie. 386 este cel mai inovativ microprocesor dezvoltat pînă acum şi fără îndoială,, va fi pentru mult timp cel mai vîndut microprocesor. Fiind un microprocesor pe 32 de biţi puternic şi flexibil, aplicaţiile sale vor fi mult mai extinse, programele existente putînd fi rulate mai rapid şi mai eficient. Programatorii vor fi mult mai liberi de constrîngeri hardware, dezvoltând programe MS DOS precum şi noi programe care beneficiază de lucrul pe 32 de biţi în cadrul noilor sisteme de operare, mult mai eficiente. Cum cunoscutul principiu al "ontogenezei care repetă filogeneza" se respectă şi în domeniul calculatoarelor personale, tehnologia existentă a permis im¬plantarea conceptelor de prelucrare paralelă, interleaving, page mode, cache, maşină virtuală, proprii pînă acum sistemelor medii şi mini în cadrul calculatoarelor personale. 386 conţine el însuşi în arhitectură, o mulţime din conceptele enunţate şi permite de asemenea, implan¬tarea la nivelul resurselor unui calculator personal, a acestor concepte "noi". Toate acestea sugerează faptul că 386 va impune un nou standard pentru calculatoarele personale. In anii care urmează, cele mai multe inovaţii vor fi legate de exploatarea posibilităţilor pe care le oferă acest microprocesor. Cu toate că, în prezent calculatoarele personale realizate pe baza microprocesorului INTEL 80386 nu oferă, în mare, decît ceva mai multă viteză, performanţe deosebite sînt aşteptate pe măsura dezvoltării software-ului ce exploatează caracterristicile noi ale acestui microprocesor. Această lucrare nu îşi propune să prezinte în detaliu structura lui 386. Ea vrea să ofere o imagine adecvată a pieţei de calculatoare personale actuală, ajutîndu-1 pe managerul de astăzi să ia o decizie corectă într-o politică de achiziţie de PC pe termen lung. Chiar şi vînzătorului de calculatoare personale lucrarea îi poate fi utilă, prin indicarea posibilităţilor pe care le oferă piaţa de PC-uri. Tehnologia 386 este prezentată clar, fără să se intre în detalii, care să facă lucrarea greu de abordat de un cititor fără o pregătire de strictă specialitate. Sîntem conştienţi că piaţa româneas¬că de calculatoare, ca orice piaţă scăpată de mecanismele greoaie ale centralizării, are o tendinţă exagerată spre neologisme, în special în faza de început. Lucrarea subliniază faptul că orientarea achiziţiilor trebuie să se facă raţional, criteriul preţ / performanţă trebuind să caracterizeze politica de cumpărare în raport cu fiecare aplicaţie. Există domenii în care o soluţie ieftină (PC XT/AT) poate da deplină satisfacţie. De remarcat însă că o strategie pe termen lung indică PC 386 ca o soluţie recomandabilă, mai ales sub aspectul dezvoltărilor ulterioare, potenţiale. Este ştiut că performanţele calculatoarelor personale depind de arhitectura şi soluţiile adoptate de fiecare constructor. Lucrarea face o analiză a principalelor arhitecturi adoptate, a managementului de memorie, a modului de organizare a magistralelor de date, a diverselor soluţii de conectare a memoriilor externe şi a perifericelor în cadrul unor sisteme 386 puternice cum ar fi IBM PS2/80, COMPAQ DeskPro 386/25, SUN 386i...
80386 oferă o soluţie hardware eficientă pentru multiprogramare şi un mod 8086 virtual prin care calculatorul funcţionează ca şi cum ar rula sisteme MS-DOS "single tasking' multiple. Pentru a folosi acest avantaj, este nevoie de software proiectat pentru a-l utiliza. MS-DOS, în forma nemodificată, nu poate să asigure aceste funcţii. Din această cauză 80386 a generat un interes renăscut pentru sistemele de operare micro, domeniu dominat de MS-DOS în ultimii ani. Lucrarea anali¬zează noile implicaţii în software, versiunile 386 ale OS/2, programe de control 386, sisteme de operare alternative, extensii DOS şi UNIX. Se face o prezentare a evoluţiei microprocesoarelor INTEL, prezentîndu-se caracteristicile fiecărei familii. Pentru o orientare clară, un studiu comparativ al microprocesoarelor pe 32 de biţi evidenţiază locul ocupat de 386. Tendinţele de evoluţie în domeniu sînt prezentate de asemenea, în sfîrşit, tehnicianului i se oferă o imagine a arhitecturii interne a lui 386, registre, tipuri de date, mod de operare precum şi set de instrucţiuni. Un tabel comparativ cu principalii competitori în domeniul PC 386 oferă o imagine selectivă cumpărătorului român asupra pieţei de calculatoare personale la nivelul anilor 1990.
80386, rezultatul unei evoluţii tehnologice
INTEL, arhitectul revoluţiei calculatoarelor personale
Arhitectura microcalculatoarelor de astăzi este datorată în proporţie de 70% firmei INTEL, într-adevăr, luînd în considerare primul calculator personal realizat în 1974, MITS ALT AIR, avînd la bază microprocesorul 8080, IBM PC şi nenumăraţii compatibili care au făcut ca arhitectura 8086/88 să devină un standard, generaţiile succesive ale lui 86, 80286, 80386 cu nenumăratele aplicaţii, foarte rapidul 486, toţi rulînd acelaşi software şi împingînd compatibilitatea de jos în sus înspre secolul următor, putem susţine afirmaţia de mai sus fără ezitare.Succesul lui INTEL se datorează abilităţii acestei firme de a descoperi tendinţe de viitor şi de a se poziţiona astfel încît să poată exploata aceste tendinţe. Cînd Robert Noyce şi Gordon Moore au înfiin ţat compania în 1968, erau deja veterani ai industriei electronice; s-au întîlnit în timp ce lucrau pentru William Shokley, cel ce coinventase tranzistorul şi împreună cu alţi 6, au înfiinţat Fairchild Semicon ductors. In timp ce erau la Fairchild, Noyce a inventat circuitul integrat, iar Moore a coordonat echipa de cercetători care a introdus în fabricaţie primul circuit integrat. Scopul iniţial al lui INTEL, într-un moment cînd memoria calculatoarelor era realizată pe toruri de ferită, era de a realiza o memorie pe un circuit integrat. Prin 1969, INTEL producea primul circuit integrat RAM static, iar în 1970, RAM-ul dinamic 1103 a constituit o soluţie providenţială pentru calculatoarele de capacitate medie, făcînd ca memoriile pe toruri de ferită să fie depăşite şi curînd abandonate. 1971 a marcat două evenimente deosebite pentru INTEL: primul EPROM şi primul microprocesor. Spre deosebire de memoriile programabile anterioare, care trebuiau să fie înlocuite ori de cîte ori era necesară o schimbare a programului conţinut în memorie, EFROM-ul poate fi şters cu un spot de raze ultraviolete şi apoi reprogramat. Microprocesorul, fructul gîndirii creatoare a lui Ted Hoff, a pornit ca rezultat al cercetării unui proiect de realizare a 12 circuite la cererea clientului, BUSICOM, o firmă japoneză care dorea să construiască o familie de calculatoare programabile. Hoff a decis că ideea utilizării a 12 circuite pentru realizarea proiectului respectiv era neinteligentă şi costisitoare şi în loc a dezvoltat unul singur, dispozitiv logic de uz general într-o lume de circuite dedicate. Formal, introdus la sfîrşitul lui 1971, microprocesorul pe 4 biţi 4004, a fost urmat în anul 1972 de cel pe 8 biţi, 8008. In 1974, microprocesorul 8080, oferind o performanţă de 10 ori mai mare decît 8008, devine curînd un standard industrial (pe baza lui s-a realizat primul calculator personal ALTAIR). Evoluţia lui INTEL nu a fost întotdeauna ascendentă, existînd şi perioade mai slabe. Astfel, implicarea prin anii '70 în industria ceasurilor digitale a fost neinspirată; producţia memoriilor MOS dinamice a continuat pînă în anul 1985, cînd a trebuit să fie abandona tă, mai ales datorită dumping-ului practicat de japonezi. Dar implica rea gigantului IBM în afacerile firmei, prin cumpărarea în 1983 a 15% din stocul INTEL, a reprezentat o infuzie de capital şi mai ales de motivaţie care au propulsat INTEL din nou pe poziţii fruntaşe în industria de semiconductoare. Nici abandonarea cooperării cu SIEMENS, nici obositoarea luptă cu NEC asupra procesoarelor compatibile 8086/88, nu au putut slăbi forţa inovativă a acestei companii de excepţie. Trebuie remarcat că, din punct de vedere financiar, 80386 a contribuit în mod decisiv la imaginea de excepţie a firmei.
În iulie 1986, INTEL a început să desfacă microprocesorul 80386 la un preţ de 299 $. Un cîştig de 150 de milioane $ a fost obţinut la sfirşitul anului 1987 m urma vînzării a peste 600.000 de microproce¬soare. La sfîrşitul anului 1988, 386 era un produs de o jumătate de miliard de dolari. Investiţia de 100 milioane $ făcută în 80386 a fost plătită în 1988. în 1987,INTEL a închis anul fiscal cu cîştiguri de 1,9 miliarde $, o creştere de peste 50% faţă de anul 1986. Cîştigul net a sărit la 248 milioane $, după o pierdere de 174 de milioane $ în 1986.
Microcalculatoarele; o privire asupra tehnologiei
Inventarea microprocesorului în 1971 de către Ted Hoff în laboratoarele Fairchild a avut o importanţă mult mai mare decît s-a prevăzut iniţial, căci dincolo de aplicaţiile imediate, de control, el a făcut posibilă apariţia microcalculatorului, un dispozitiv electronic folosit pentru prelucrarea informaţiei cu ajutorul unor semnale electrice produse de circuite plasate pe o pastilă de siliciu. Complexi tatea microprocesorului a crescut de la cîteva circuite pînă la circuitul integrat pe scară foarte largă (VLSI) de astăzi, care adună peste 100.000 de circuite pe aceeaşi pastilă. Microcalculatoarele moderne conţin mai multe subsisteme conectate între ele şi circuite de suport VLSI. Constructorul de microcalculatoare are de ales dintr-o gamă largă de microprocesoare, circuite de memorie, de interfaţă în variante constructive nMOS, CMOS, I2L, factorul primordial de alegere fiind raportul preţ / performanţă.Microprocesorul este, după cum am amintit, cea mai importantă componentă a sistemului. El prelucrează aproape toate informaţiile din interiorul unui microcalculator, citeşte instrucţiuni şi date din memorie, execută prelucrări asupra lor, le trimite sau le primeşte către / dinspre periferice prin instrucţiuni de intrare ieşire. Cunoscut şi sub numele de unitate centrală, microprocesorul este un circuit integrat digital care prelucrează informaţia în mod secvenţial.Toate microcalculatoarele de tip IBM şi compatibilele IBM conţin microprocesoare INTEL din familia 8086/8088,80286,80386SX, 80486. Microprocesoarele MOTOROLA 68000, 68020, 68030 stau la baza microcalculatoarelor APPLE Macintosh şi a staţiilor de lucru din prima linie.Microprocesoarele se clasează după numărul de biţi din cîmpul de adrese şi lărgimea cuvântului. Modul în care datele sînt manevrate în interiorul microprocesorului depind de organizarea internă, de arhitectura căilor de date şi de adrese. Viteza de prelucrare a micropro-cesorului este în mod direct legată de arhitectura acestuia şi de calităţile tehnologice ale circuitelor componente.Dimensiunea cîmpului de adrese determină mărimea spaţiului fizic de memorie care poate fi adresat de microprocesor.De exemplu, un microprocesor pe 8 biţi are un cîmp de adrese cu lărgimea de 16 biţi. Spaţiul de memorie care poate fi adresat este de 216 locaţii, adică 64 000 de locaţii de memorie. 8086 dispune de un cîmp de adrese de lăţime de 20 de biţi. Ca atare acesta poate accesa 220 locaţii, adică pînă la l milion de locaţii de memorie. Magistrala de adrese de 24 de biţi a lui 80286 permite adresarea a 16.000.000 de lo¬caţii; cea de 32 de biţi a lui 80386 adresează un spaţiu liniar de memorie de 4 miliarde de octeţi. Lărgimea căilor de date influenţează în mod direct performanţele de viteză ale microprocesorului. Dimensiu¬nea mai mare a căilor de date înseamnă prelucrarea şi manipularea unei cantităţi mai mari de informaţie pe unitatea de timp. Lărgimea bus-ului de date determină şi rata de transfer din şi către unitatea centrală în lucrul cu perifericele. Un bus de date mai larg înseamnă transferuri mai eficiente, deci o performanţă de viteză mare. Spre exemplu, microprocesoarele 8086 şi 8088 sănt funcţional identice. Diferă însă sub raportul lărgimii busului de date pentru operaţiile deintrare / ieşire. 8086 dispune de 16 biţi de date pentru lucrul cu intrarea / ieşirea, în timp ce 8088, de numai 8 biţi. Ca o consecinţă, 8086 este cu 20% mai rapid decît 8088.
Frecvenţa ceasului de bază este parametrul cel mai intim legat de tehnologia de realizare a microprocesorului. Viteza microprocesoru¬lui depinde în mod invers proporţional de perioada de timp în care microprocesorul execută o operaţie elementară. Cu cît aceasta este mai mică, cu atît numărul de operaţii elementare executate într-o unitate de timp este mai mare. Cum instrucţiunile microprocesorului sînt constituite din succesiunea unor operaţii elementare, rezultă de aici implicaţia directă asupra vitezei de lucru a microprocesorului.După cum am mai spus, creşterea vitezei este limitată de caracteristicile tehnologice ale realizării microprocesorului. În timp, aceste tehnologii au evoluat în sensul creşterii performanţelor de viteză de la PMOS, NMOS, HCMOS etc.O privire asupra evoluţiei microprocesoarelor INTEL în timp, relevă evoluţia acestor factori menţionaţi anterior.
INTEL 4004 - primul microprocesor; apărut în 1971, realizat în tehnologie PMOS, înglobează 2.250 de tranzistoare pe pastila de siliciu. Prelucrare pe 4 biţi, ceas de 740 KHz, viteza 60.000 de operaţij/secun-dă, memorie adresabilă 4 Koct, set de 45 instrucţiuni orientate pe operaţiuni aritmetice.Utilizatorul poate programa microprocesorul să realizeze un număr mare de sarcini diferite, fiind un circuit versatil, spre deosebire de circuitele dezvoltate anterior care erau dedicate.
INTEL 8008 - apărut în 1972, microprocesor pe 8 biţi, tehno¬logie PMOS, grad de integrare 3.300 tranzistoare pe pastila de siliciu, ceas 800 KHz, viteza 30.000 operaţii/secundă, memorie adresabilă 16 Koct, set de 48 de instrucţiuni. Proiectat iniţial pentru comanda unui display pe tub catodic pentru firma DATAPOINT Corporation, microprocesorul nu a fost acceptat, fiind considerat prea lent, faţă de logica cablată clasică. Totuşi, piaţa a absorbit curînd circuitul, aplicaţiile sale de manipulare date şi caractere dovedind utilitatea sa. A devenit evident pentru INTEL că un viitor deosebit era în faţa acestor circuite.
INTEL 8080-tehnologie NMOS, grad de integrare 4.500 de tran zistoare pe capsulă, capacitate de adresare 64 Koct, frecvenţa ceasului 2,083 MHz, 200.000 de operaţii/secundă, set de 72 de instrucţiuni.Succesul deosebit al lui 8008, a determinat INTEL să proiecteze şi să lanseze pe piaţă, în aprilie 1974, microprocesorul 8080. Prin versatilitate, acest microprocesor a determinat apariţia a nenumărate aplicaţii care au înglobat circuitul. 8080 şi-a găsit locul în industria electronică, a bunurilor de consum chiar şi în cea a automobilelor. Dar poate cea mai importantă aplicaţie, cu cele mai penetrante implicaţii în viitor a fost realizarea pe baza lui 8080 a primului calculator personal ALTAIR 8800, produs în 1975 de către firma Micro Instru-mentation Telemetry Systems.Tot de 8080 este legată şi apariţia primului calculator personal "comercial", APPLE II. Istoria naşterii şi evoluţiei firmei APPLE ilustrează extraordinara putere a ideii novatoare în condiţiile econo¬miei de piaţă şi într-un fel mitul succesului american. Proiectat şi realizat literalmente "pe genunchi", într-un garaj, de doi studenţi, Steve Wozniak şi Steven Jobs, vîndut, în 1976 direct din acelaşi garaj; acţiunea, la început cu puţine şanse de reuşită, a pus bazele unei firme APPLE CO, care avea să parcurgă triumfal calea succesului, devenind numai în 8 ani o corporaţie internaţională avînd la activ multe miliarde de dolari.Şi cum inovaţia trebuia susţinută şi în domeniul software-ului, un la fel de tânăr student, Bill Gates, a implementat un BASIC pe calculatorul ALTAIR. A fost prima acţiune a unei mici companii, care va determina în mod decisiv software-ul de microcalculatoare. Microsoft are astăzi mai mult de 1500 de angajaţi şi un venit anual de peste 350 milioane $.
În 1978, INTEL a deschis seria microprocesoarelor pe 16 biţi prin 8086, care înglobează cca 29.000 de tranzistoare pe capsulă, lucrează cu un ceas de 4 sau 8 MHz şi execută 330.000 de operaţii/secundă. Putînd adresa fizic şi virtual l Moct de memorie cu o mărime a segmentului de 64 Koct, 8086 era un microprocesor cu adevărat puternic la momentul respectiv. Şi totuşi, piaţa 1-a acceptat cu greu -reticentă la 16 biţi - nedispunînd de circuite suport pe 16 biţi. Iată de ce în 1979, INTEL corectează eroarea de apreciere a pieţei lansînd microprocesorul 8088, identic cu 8086 sub aspectul arhitecturii interne, dar mai bine adaptat la mediul foarte răspîndit de 8 biţi, comunicînd cu exteriorul pe 8 biţi, un hibrid perfect între 8 şi 16 biţi.Opţiunea gigantului IBM pentru acest microprocesor, pentru realizarea primului calculator personal IBM (IBM PC) a reprezentat un factor hotărîtor în susţinerea pe mai departe a firmei INTEL.Prin IBM PC cele două microprocesoare 8086/8088 au constituit baza calculatoarelor personale acceptată ca standard industrial. Tot pe baza structurii IBM s-au dezvoltat programe devenite standard şi produse standard disponibile astăzi pe piaţa de calculatoare personale. Tactica de "urmărire a leaderului" a făcut, de asemenea, să apară mii de calculatoare IBM PC. Prin aceasta şi prin tactica sistemului deschis prin care utilizatorii aveau posibilitate să dezvolte aplicaţii (plăci adiţionale) care să poată fi introduse în calculatorul personal IBM s-a multiplicat şansa proliferării standardului IBM în domeniul calcula¬toarelor personale. Este exemplul unei strălucite reuşite în domeniul marketingului.Evoluţia lui IBM a fost legată pentru multă vreme de 8086/8088, în fapt o întreagă generaţie de PC, IBM PC original, IBM PC XT, IBM 3270 PC, PC Jr, PC Portable (Hurricane) şi PC Convertible.În scurt timp alternativa compatibilităţii IBM se deplasează din domeniul opţiunii în domeniul necesităţii.Doar APPLE, credincioşi propriului mit şi vocaţiei originalităţii, continuă să supravieţuiască în mod miraculos, ca o strălucită excepţie care confirmă regula, într-o lume de compatibili IBM.În 1982, INTEL lansează 80286, un microprocesor realizat într-o tehnologie superioară faţă de predecesorul său 8086. Însumînd peste 135.000 de tranzistori pe capsulă, lucrînd cu frecvenţe de ceas de 6, 8, 10, 12 MHz, sau chiar 16 MHz, putînd să atingă pînă la 2,1 mili¬oane de instrucţiuni pe secundă, accesînd un spaţiu de memorie real de pînă la 16 Moct şi un spaţiu de memorie virtual de pînă la l Goctet, 80286 reprezintă în domeniul celor 16 biţi un salt deosebit. Păstrînd compatibilitatea totală la nivel de cod obiect cu 8086, realizează performanţe de 2,5 ori mai bune decît 8086, chiar dacă se foloseşte aceeaşi frecvenţă de ceas şi nici una din instrucţiunile sale suplimenta¬re. IBM a fost primul producător mare care a utilizat 80286 atunci cînd a introdus PC AT în 1984. De atunci au urmat multe calculatoare compatibile AT. IBM a continuat să utilizeze acest microprocesor în noua sa generaţie de calculatoare personale IBM PS2, modelul 30 286, 50 şi 60. Astăzi vînzările de PC 286 depăşesc vînzările de sisteme 8086/8088.Principalul atu al lui 286 este, desigur viteza. Arhitectura sa are în vedere un grad înalt de paralelism în execuţia instrucţiunilor, ceea ce îi conferă caracteristici superioare predecesorului său. Mecanismele intrinseci implementate în logica sa internă sînt mai bine adaptate lucrului sub controlul unui sistem de operare multitasking. Pentru prima oară, programe sofisticate, cum ar fi gestiunea bazelor mari de date, programe de proiectare automată (CAD), sau programe sofisticate de editare pot fi rulate independent de calculatoare mini sau medii, pe calculatoare personale.Dar, pe măsură ce aplicaţiile pe calculatoarele personale au depăşit etapa procesării de texte şi a programelor de tip "spreadsheet" şi au intrat în domeniul sofisticat al produselor bazate pe grafica de tip WINDOWS, arhitectura pe 16 biţi a lui 80286 a început să-şi eviden ţieze limitările. În anii 80, 8086/8088 păreau puternice. Limita adresării a l Moctet de memorie părea o ştachetă îndepărtată pentru programe ce solicitau 256K, 512K şi în fine 640 Kocteţi de memorie. În momentul în care programe sofisticate au împins limita cerinţelor peste l Moctet de memorie, au trebuit să se imagineze tehnici complexe, aşa cum sînt comutarea bankurilor de lucru (EMS), sau programe de supra punere (overlay), sau terminate and stay resident (TSR). Aceste programe au prelungit viaţa lui 286, dar au impus limitări de performanţă şi de funcţionare asupra aplicaţiilor.Compatibilitatea cu 8086 este asigurată la 80286 prin existenţa a două moduri de lucru: mod real (8086/8088) şi mod protejat (80286). în mod real, 80286 se prezintă din exterior ca un 8086, putînd accesa l Moctet de memorie. În mod protejat poziţionarea prin program a unui bit de stare permite adresarea unui spaţiu de 16 Mocteţi. Dezvoltînd sistemul de operare OS/2, MICROSOFT a întîlnit o problemă majoră generată de inexistenţa unui mecanism hardware de întoarcere din mod protejat în mod real, fapt care conducea la oprirea procesorului în aceste situaţii. Microsoft a rezolvat problema printr-o comutare de moduri echivalentă cu un reset al sistemului.Dar cea mai mare constrîngere impusă software-ului este modul de programare segmentat al familiei INTEL. Pentru a depăşi bariera celor 64 Kocteţi proprie microprocesoarelor pe 8 biţi, şi pentru a păstra compatibilitatea pe mai departe cu acestea, INTEL a introdus arhitectura segmentată odată cu 8086/8088. Prin extinderea bus-ului de adrese de la 16 la 24 de biţi, utilizînd o tehnică de suprapunere, microprocesorul poate adresa l Moctet de memorie. Totuşi, aplicaţii utilizînd structuri de date şi programe lungi trebuie încă să segmen teze memoria în felii de 64 K. Acest lucru incomodează şi forţează programatorii să partiţioneze o aplicaţie în segmente multiple de cod şi de date.Programele şi structurile de date care depăşesc graniţa celor 64 Kocteţi solicită tehnici foarte complicate şi nu pot elibera aplicaţia, sau limbajul sursă de dificultatea de a manevra segmente de cod şi date. În sfîrşit, 80286 este lipsit de mecanisme hardware pentru implementarea efectivă a conceptului de memorie virtuală, o tehnică prin care capacitatea mare a discurilor de masă este văzută ca şi cum ar fi propria memorie RAM a calculatorului. El realizează aceasta prin programe sofisticate care, ele însele consumă timp şi spaţiu de memorie. Dar punctul slab al lui 80286 este că încearcă să rezolve probleme de anvergură rămînînd în domeniul celor 16 biţi. Această constrîngere îl marchează în mod fatal.în 1985, INTEL a introdus microprocesorul 80386. Dacă celelalte microprocesoare aduceau inovaţii, mai mult sau mai puţin importante, 80386 a reprezentat un salt calitativ revoluţionar faţă de predecesori, în condiţiile păstrării compatibilităţii cu programele dezvoltate pentru 8086/80286.Principala inovaţie este faptul că arhitectura procesorului este pe 32 de biţi, atît internă cît şi externă. 80386 este produs utilizînd tehnologia CHMOS II, un proces care combină calităţile de înaltă frecvenţă ale tehnologiei HMOS, cu cele de consum mic de putere proprii tehnologiei CMOS. Utilizînd geometria de 1,5 u şi 2 straturi metalice, produsul compactează pe plăcuţa de 1/4" de siliciu mai mult de 275.000 de tranzistoare şi un milion de componente electronice.Este o magistrală realizare a tehnologiei VLSI. Tehnica "pipe-line", prelucrarea paralelă, precum şi lucrul la 16, 25, 33 MHz ridică performanţa microprocesorului la 3-5 milioane de instrucţiuni pe secundă (7 MIPS la 25 MHz). Cu aceasta, performanţa lui 80386 depăşeşte viteza multor minicalculatoare şi egalează viteza calculatoa-relor medii de acum 10 ani. Dar cele mai semnificative avantaje sînt oferite de 386 programatorilor înlăturînd barierele întîlnite de sistemele de operare şi aplicaţiile pe microprocesoarele precedente, cum ar fi lucrul pe 32 de biţi, sistemul de paginare al memoriei, caracteris¬tici de I/O superioare şi spaţiul de adresare liniar mult mai mare (4 Gocteţi). Foarte important este faptul că toate aceste modificări structurale au fost implementate într-un superset de funcţiuni, păstrînd în acelaşi timp compatibilitatea cu produsele software pentru 8086/8088 şi 80286. Ca şi în cazul lui 8086, care a fost urmat de un 8088 mai adaptat mediului existent de 8 biţi, şi 80386 a fost urmat de 80386SX, un element de tranziţie între 80286 şi 80386. Ca şi 286, 386SX accesează pînă la 16 Mocteţi de memorie; de asemenea are căi de date de 16 biţi. Intern, însă, SX prelucrează, ca şi 386, 32 de biţi. In plus, 386SX prezintă o compatibilitate perfectă cu toţi predecesorii INTEL (8086/8088 şi 80286) reţinînd modul protejat şi virtual 8086 al lui 80386. 386SX, 386 şi mai departe 486 suferă în prezent de inexistenţa unui software care să exploateze calităţile acestora.Dar calităţile excepţionale expuse anterior dau software-ului şansa de a prinde din urmă hardware-ul. Baza instalată în momentul acesta pe sisteme 386 este suficient de mare ca să merite efortul dezvoltării.Următorul membru al familiei INTEL, 80486, nu este esenţial diferit de predecesorul său 386.Beneficiind de o tehnologie superioară, 486 este mai rapid şi înglobează în structura sa circuite care în mod tradiţional erau circuite suport exterioare, cum ar fi: controllerul pentru memoria coche, coprocesorul matematic şi de periferie: porturile de comunicaţie şi suportul pentru grafica de mare viteză. In plus, circuitul poate susţine lucrul cu procesoare multiple.Avantajele unei viteze mai mari sînt legate în primul rînd de reduceri de preţ. De exemplu, un minicalculator VAX costă mai mult de 20.000 $. O maşină completă 486 poate să se situeze în intervalul de preţ de la 4000 $ la 10.000 $, atingînd performanţe competitive. Caracteristicile de protecţie asigură integritatea sistemului de operare în faţa interfeţei utilizatorilor şi a utilizatorilor între ei înşişi.Siguranţa globală a unui sistem în mod PROTEJAT depinde în principal de robusteţea sistemului de operare, nu de siguranţa progra mului utilizator. Modul PROTEJAT 80386 este preferat datorită lucrului pe 32 de biţi, suportul memoriei virtuale şi securităţii acestuia.Oricum, modul protejat permite o flexibilitate deosebită. In această privinţă, modul 8086 virtual este interesant, întrucît permite rularea oricărui software existent 8086 sub controlul sistemului de operare în mod PROTEJAT pe 32 de biţi. Aici nu există nici un fel de restricţie. Software-ul de aplicaţie 8086 implicat poate fi un program de aplicaţie autohton, sau poate fi un întreg sistem de operare 8086, cum ar fi PC-DOS. Cînd software-ul 8086 este executat în mod 8086 VIR¬TUAL, el "crede" că lucrează pe un 8086 fizic. De fapt, sistemul de operare 80386 maşter în mod PROTEJAT deţine controlul tuturor re¬surselor sistemului. Combinarea compatibilităţii pe 16 biţi şi a funcţiilor adiţionale de operare în mod protejat fac ideală utilizarea lui în sisteme de operare care suportă multitasking-ul într-o varietate de medii de programare. Modul VIRTUAL 8086 este o soluţie elegantă pentru asigurarea compatibilităţii software între generaţii de sisteme de la 8086 la 80386. în acest mediu, 80386 poate executa programe PC-DOS multiple neschimbate într-un mediu protejat.Această calitate conferă lui 80386 o compatibilitate fără pre¬cedent cu membrii anteriori ai familiei INTEL. Modul virtual 8086 pro tejează investiţiile deosebite făcute în software-ul 8086/88 şi fur nizează o cale comodă de abordare a problemelor legate de memoria virtuală, multiprelucrare şi lucrul însuşi pe 32 de biţi. In modul virtual, 80386 poate rula aplicaţii PC DOS simultane separate şi fără interferenţe între programe. Aceasta deoarece fiecare maşină virtuală are spaţiul de adresă propriu, spaţiul porturilor de adresă şi tabela vectorilor de întrerupere. Un program 8086 rulează în acest mediu ca parte dintr-un task virtual 8086.Software-ul care rulează în modul nativ protejat pe 32 de biţi 80386 şi implementează un set de maşini 8086, virtuale este denumit program de control 80386 sau monitor de maşină virtuală.Diferenţa esenţială între Modul Real şi Virtual 86 este faptul că protecţia memoriei, mecanismul de memorie virtuală şi de verificare a privilegiilor sînt valide şi atunci cînd maşina virtuală lucrează. Prin urmare executarea unui program într-o maşină virtuală 8086 nu blo- Anul 1990 a marcat apariţia unor calculatoare personale 486 foarte puternice, folosite îndeosebi ca servere de reţele. Astfel COMPAQ SYSTEMPRO 486/840, IBM Model 95, DELL 433TE, AT&T STAR SERVER, Hewllett-Packard Vectra 486, sînt cîteva nume mari înscrise în cursa pentru performanţă. Ponderea acestor sisteme şi viteza de asimilare a acestora în cursul anului 1991 este obiectul unei analize în capitolul următor. -
MICROPROCESORUL 80386
80386 - Mod de operare
80386 este proiectat pentru a realiza operaţii pe 32 de biţi, dar în acelaşi timp poate funcţiona ca un 8086 sau 80286 rapid. Pentru o mai bună înţelegere este necesară o prezentare a celor trei moduri în care acest microprocesor operează. Aceste moduri de lucru, numite moduri 8086, Real, Protejat şi Virtual dau lui 80386 un grad mare de compatibilitate şi flexibilitate.Principalele distincţii se referă la metodele de adresare a memoriei şi capacităţile de memorie care pot fi adresate.După cum se observă, modul 8086/8088 suportă numai modul real, care adresează l Moctet de memorie. Modul de lucru pe 16 biţi al lui 80286 adaugă modului real 80386, un mod protejat şi de 16 ori mai multă memorie (16 Mocteţi). 80386 adaugă operarea pe 32 de biţi în modul protejat, pentru a adresa cel puţin 4 Gigaocteţi de memorie. 80386 oferă de asemenea un mod subordonat 8086, virtual pentru a realiza compatibilitatea cu software-ul 8086 existent.80386 începe întotdeauna operarea în modul compatibil 8086, modul REAL. Aceasta permite ca software-ul existent să poată fi rulat a viteza oferită de 80386. Modul REAL este denumit astfel deoarece software-ul compatibil 8086 vehiculează adrese reale (fizice). Limitarea de memorie de l Moctet şi modelul de programare segmentat de 64 Kocteţi sînt identice cu modul real pe 80286. În modul REAL, 80386 operează ca un 8086 extrem de rapid, şi anume un program 8086/88 rulat pe 80386 se execută de aproape zece ori mai repede.După pornire, 80386 poate fi instruit să lucreze în modul REAL au PROTEJAT. Acest mod lucrează cu date şi adrese pe 32 de biţi şi mod VIRTUAL de lucru cu memoria în mod pagină. Acest mod este ţinta dezvoltării software-lui pe 32 de biţi. chează sistemul. Dacă un program încearcă să acceseze o adresă de memorie în afara spaţiului maşinii virtuale, se generează o excepţie (întrerupere hardware) şi sistemul de operare preia controlul. Facilitatea de compatibilitate DOS (DOS compatibility Box) conţinută de OS/2 nu include această caracteristică.Cu toate că 80386 suportă maşini virtuale 8086, nu suportă maşini virtuale 80286 sau 386. Modul virtual 8086 permite virtuali zarea numai a mediului modului real. Această limitare este datorată unor constrîngeri existente în instrucţiunile POPF şi PUSHF, precum şi a celor de registre de sistem-memorie. Se aşteaptă ca INTEL să furnizeze posibilitatea ca 80386 să se autovirtualizeze şi să-1 virtu alizeze pe 80286 în elaborările ulterioare.Viitorul rezervă dezvoltări spectaculoase atît în domeniul tehnologiei cît şi în domeniul software-ului. De la început trebuie făcută, însă o remarcă: arhitectura 386 pe 32 de biţi constituie baza dezvoltărilor viitoare. Lumea calculatoarelor personale are acum o fundaţie stabilă, aşa cum a fost arhitectura IBM 370 timp de peste 25 de ani. Se estimează supravieţuirea arhitecturii 386 pe o perioadă cel puţin egală. Între timp, migraţia către sistemele pe 32 de biţi se va accelera. Toate funcţiile unităţii centrale şi cele secundare de I/O vor fi pe 32 de biţi. Consecvent, noile dezvoltări software vor fi numai pentru 32 de biţi.Privite în retrospectivă, calculatoarele personale urmează aceeaşi cale ca şi arhitecturile mini şi mari; de la 3, la 16 şi 32 de biţi. INTEL a început în 1971 cu arhitectura pe 4 biţi, a trecut la 8 biţi, apoi în 1978 la 16 biţi prin 8086/88. În sfîrşit în 1985, INTEL a reuşit să împacheteze o arhitectură completă pe 32 de biţi într-un singur circuit integrat. 386 a reprezentat prima implementare a unui procesor pe 32 de biţi. A doua este i486. Iniţial apărut într-o versiune la 25 MHz, i486 este de 50 de ori mai performant decît unitatea centrală din calculatorul IBM PC original. Curînd i486 va lucra la frecvenţe de 50 şi 60 MHz. INTEL pretinde că performanţa lui 486 este cu 100% pînă la 300% mai mare decît performanţa lui 386, şi aceasta pe baza integrării într-o singură capsulă a coprocesorului matematic, precum şi a controllerului şi memoriei cache. Prin urmare sînt necesari mai puţini cicli pentru a aduce şi executa o instrucţiune.Ca nivel de integrare remarcăm faptul că faţă de 386, care îngloba 275.000 de tranzistoare pe capsulă, 486 înglobează 1,2 milioane de tranzistoare conţine 4 milioane de tranzistoare, în 1996 i686 va împacheta 22 mili¬oane de tranzistoare, iar după anul 2000 - i786, 100 milioane. i586 se configurează în jurul unei unităţi aritmetice şi logice (ALU) cu structură paralelă, care integrează într-o manieră trans¬parentă echivalentul a patru unităţi aritmetice şi logice 386. Acest ALU este, la fel ca 486, echipat cu o unitate de virgulă mobilă (FPU) şi de o memorie cache de 2 ori 8 Kocteţi destinată datelor şi ins trucţiunilor. i586 rămîne compatibil cu toate instrucţiunile şi modurile de funcţionare ale generaţiilor precedente de microprocesoare şi va putea utiliza toate programele aplicative existente astăzi. Este dotat cu trei moduri de funcţionare suplimentare. Primul constă dintr-un tip 64 de biţi nativ, care ar trebui, în timp să favorizeze apariţia mediilor şi programelor aplicative care să beneficieze de aceste caracteristici avansate. Al doilea, supranumit Performance Monitor, se adresează ce¬lor care dezvoltă software. El permite verificarea timpilor de execuţie a programelor şi optimizarea derulării lor. În sfîrşit, al treilea, numit Probe Mode, permite examinarea procesorului şi registrelor şi este ori¬entat spre punerea la punct a software-ului sau a plăcilor adiţionale. Iniţial livrat în versiunea lucrînd la 66 MHz, INTEL i586 va oferi o putere de ordinul de 70-80 Mips, deci, la frecvenţă da ceas egală, du¬blul puterii lui i486. Va fi livrabil începînd cu sfîrşitul acestui an. Preţul va fi situat între 1700 şi 2000 $. Conform celor declarate de un purtător de cuvînt, INTEL va anunţa la jumătatea anului 1992 prime¬le sisteme încorporînd acest microprocesor.
Le monde Informatique, 11 feb. 1991
Privind spre viitor, INTEL vede funcţionarea unor structuri paralele în care 4 unităţi centrale înglobînd fiecare cîte 5 milioane de tranzistoare, vor oferi execuţia codului, 2 unităţi de adresare, de asemenea lucrînd în paralei vor îngloba 10 milioane de tranzistoare, sectorul grafic şi de autotest vor conţine alte 10 milioane. Zona cache cu 40 de milioane de tranzistoare va fi înglobată în acelaşi microprocesor care va utiliza arhitectura RISC, CISC şi prelucrarea paralelă.In termeni de viteză exprimată în MIPS (milioane de instrucţiuni pe secundă), PC-ul original lucra la mai puţin de l MIPS. 80386, cu un tact de 33 MHz lucrează la 10 MIPS. Prin anul 2000, INTEL prevede funcţionarea la frecvenţe apropiate de 250 MHz şi la viteze de 2000 MIPS. Să reţinem doar că 2 miliarde de instrucţiuni pe secundă în¬seamnă de 2 ori viteza celui mai rapid calculator de orice tip existent astăzi.Încă odată facem remarca legată de faptul că toate aceste dezvoltări vor fi tăcute păstrînd compatibilitatea cu arhitectura de bază 386. Valoarea investiţiei făcute în această arhitectură va fi sporită pe măsură ce sistemele de operare pe 32 de biţi şi noile aplicaţii se vor instala.Desigur, estimările făcute de INTEL referitoare la creşterea densităţii de împachetare sînt bazate pe funcţionarea aşa numitei legi a lui MOORE, emisă de Gordon Moore, cofondatorul lui INTEL, con form căreia numărul de tranzistoare împachetate pe un circuit se dublează la fiecare 2 ani.Mult mai utile pentru utilizatorul de PC şi posibilul cumpărător al anului 1992 deci şi pentru o mare categorie din cititorii acestei cărţi par a fi concluziile ce se desprind din examinarea evoluţiei domeniului pînă acum.INTEL, MICROSOFT şi COMPAQ au înregistrat profituri chiar în perioade de recesiune datorită faptului că aceste companii au jucat un rol indispensabil în definirea calculatorului personal clasa business pe care cei mai mulţi utilizatori îl doresc astăzi: un sistem 386 cu o magistrală clasica de tip AT plus WINDOWS
Concluzii:
1. Producţia neîngrădită de microprocesoare
Datorită deciziei inspirate a lui IBM de a alege procesorul 8088 ca motor al PC-ului original, INTEL a demarat elaborarea inovatoare a 3 generaţii succesive de microprocesoare - 286, 386 şi 486. Intre timp printr-un contract de licenţă inteligent, rivalul lui INTEL, AMD a pus la dispoziţia producătorilor de compatibili suficiente microprocesoare care au proliferat standardul AT pînă la nivelul în care a devenit cel mai puternic standard din industria calculatoarelor cu peste 40 mili¬oane de calculatoare vîndute.În momentul de faţă INTEL este preocupat ca prin diverse manevre legale să-l oprească pe AMD să producă 386 şi 486, manevre care sînt în defavoarea producătorilor de compatibili. Dacă INTEL ar fi aplicat aceeaşi politică referitoare la 286, probabil cumpărătorii ar fî achiziţionat acum AT-uri scumpe în locul performantelor 386 de astăzi. Ca atare, considerăm că politica cea mai înţeleaptă este acordarea licenţei către AMD fapt ce va rezolva într-o oarecare măsură Multe firme au anunţat sisteme realizate pe baza lui 80486SX, dar nu este de aşteptat că acestea să înlocuiască linia de produse 386. Este mai degrabă o măsură prin care INTEL încearcă să elimine de pe piaţă pe AMD prin promovarea lui 80486, întrucît aceasta a investit mult în AM386, cu scopul declarat de a rămîne în continuare unic furnizor.
MICROTIMES-Junie 1991
Pentium
La 19 octombrie 1992, Intel a anunţat că cea de a cincea generaţie a liniei sale de microprocesoare compatibile (codificată P5), se va numi procesor Pentium şi nu 586 aşa cum a crezut toată lumea. Ar fi fost normal să se numească 586, dar Intel a descoperit că nu îl poate breveta cu un nume de formă numerică, iar compania vroia să-i împiedice pe ceilalţi producători să denumească la fel cipurile copii pe care le-ar putea proiecta.Cipul Pentium existent astăzi, a fost lansat la 22 martie 1993. Sistemele care îl utilizează au început să apară doar la câteva luni mai târziu.Cipul Pentium este integral compatibil cu procesoarele Intel anterioare, dar se şi deosebeş¬te de acestea in multe privinţe. Cel puţin una dintre aceste deosebiri este majoră: cipul Pentium are două canale identice de procesare a datelor, ceea ce ii permite să execute două instrucţiuni in acelaşi timp. Intel numeşte această capacitate de a executa simultan două instrucţiuni, tehnologie superscalară (procesare paralelă). Această tehnologie asigură performanţe suplimentare faţă de cea a procesorului 486.Cipul standard 486 executa o instrucţiune, în medie, în două perioade de tact, ajungând până la o singură perioadă pe instrucţiune prin introducerea multiplicării interne a tactului, la procesoarele DX2 şi DX4. Datorită tehnologiei de procesare paralelă, cipul Pentium poa te executa mai multe instrucţiuni cu viteza de două instrucţiuni pe ciclu de ceas. Arhitec¬tura superscalară este de obicei asociată cu cipurile evoluate RISC (Reduced Instruction Set Computer procesoare cu set redus de instrucţiuni). Procesorul Pentium este unul din¬tre primele cipuri CISC (Complex Instruction Set Computer- calculator cu set complex de ins trucţiuni), care funcţionează cu procesare paralelă. Procesorul Pentium reprezintă practic două opun 486 intr-o capsulă. .Cele două canale pentru executarea instrucţiunilor din interiorul cipului sunt numite canale u şi v. Canalul u, care este canalul principal, poate executa toate instrucţiunile pentru calculul cu numere întregi şi in virgulă flotantă. Canalul v este canalul secundar şi poate executa numai instrucţiuni simple de calcul cu numere întregi şi unele instrucţiuni in virgulă flotantă. Procesul prin care se execută două instrucţiuni simultan pe canale diferite se numeşte pairing(în pereche). Nu toate instrucţiunile secvenţiale se pot executa în pereche şi, atunci când nu este posibil, este utilizat doar canalul u. Pentru mărirea eficienţei, puteţi recompila softul pentru a permite mai multor instrucţiuni să se execute astfel.Procesorul Pentium este complet compatibil cu cipurile 386 şi 486 şi, deşi toate programe¬le soft existente în prezent rulează mult mai rapid pe Pentium, mulţi producători doresc să recompileze aplicaţiile ca să folosească mai mult din adevărata putere a acestui procesor. Intel a dezvoltat compilatoare noi care folosesc toate avantajele cipului. Firma a acordat licenţă pentru această tehnologie firmelor care produc compilatoare, astfel încât proiectan ţii de soft ii pot folosi avantajele. Un soft optimizat ar trebui să îmbunătăţească performan ţele calculatorului prin creşterea numărului de instrucţiuni care se execută simultan pe cele două canale ale procesorului.Procesorul Pentium are un modul numit BTB (Branch Target Buffer) care utilizează o tehnică numită branch prediction (predicţia salturilor) in scopul reducerii timpului de aşteptare în canalele de procesare, cauzat de aducerea instrucţiunilor unei ramuri aflate la o altă locaţie de memorie. Modulul BTB încearcă să prevadă când va apare o instrucţiune de salt şi să aducă in memorie instrucţiunile corespunzătoare ramurii la care se va face saltul. Utilizarea tehnicii de prevedere a ramificării unui program permite procesorului să menţină in funcţionare, la viteză maximă, cele două canale ale sale. Figura de mai jos prezintă arhitectura internă a procesorului Pentium.Cipul Pentium are o magistrală de adrese pe 32 de biţi şi poate să adreseze 4G de memorie ca şi procesoarele 386DX şi 486. Dar procesorul Pentium extinde magistrala de date la 64 de biţi, ceea ce înseamnă că poate transfera sistemului de două ori mai multe informaţii decât procesorul 486, la aceeaşi frecvenţă de ceas. Magistrala de date fiind pe 64 de biţi, memoria sistemului trebuie accesată cu 64 de biţi, deci fiecare banc de memorie este accesabil pe 64 de biţi.Majoritatea plăcilor de bază au memoria alcătuită din module SIMM (Single In-Line Memory Modules), iar aceste module sunt disponibile în versiuni pe 9 şi pe 36 de biţi. Cele mai multe sisteme Pentium folosesc module SIMM pe 36 de biţi (32 de biţi de date plus 4 biţi de paritate), câte 4 module într-un banc de memorie. Plăcile de bază au 4 socluri pentru module SIMM pe 36 de biţi, deci un total de două bancuri de memorie. Deşi cipul Pentium are o magistrală pe 64 de biţi pentru comunicaţia cu sistemul, registrele lui interne sunt de 32 de biţi. Instrucţiunile fiind procesate în interior, ele sunt împărţite in două segmente, de instrucţiuni şi de date, pe câte 32 de biţi şi executate la fel ca în interiorul cipului 486. Deşi unii s-au gândit că firma Intel i-a înşelat atunci când a afirmat că Pentium este un procesor pe 64 de biţi, totuşi, transferuri pe 64 de biţi se fac cu adevărat. În interior insă, cipul Pentium are registre de 32 de biţi care sunt integral compatibile cu cele ale procesorului 486.Pentium are două memorii cache interne, separate de câte 8K, in comparaţie cu cipul 486 care are o singură astfel de memorie de 8 sau 16K. Memoria cache şi controlerul care o gestionează sunt incluse in cipul CPU. Memoria imediată se comportă ca o oglindă a memoriei RAM, pentru că păstrează o copie a datelor şi a programelor din diverse zone de memorie. De asemenea, memoria cache poate păstra informaţii care vor fi scrise in memoria principală in momentul în care încărcarea unităţii centrale şi a altor componente va fi mai mică. (Procesorul 486 face toate scrierile in memorie imediat.)Memoriile cache separate pentru date şi instrucţiuni sunt organizate in câte două blocuri asociate, fiecare dintre ele fiind împărţite in câte două linii de 32 de biţi fiecare. Fiecare memorie cache are câte un modul TLB (Translation Lookaside Buffer) dedicat, care converteşte adresele logice succesive in adrese fizice. Puteţi configura memoria cache astfel ca datele să fie tratate în modul Write-Backsau Write-Through, linie cu linie. În modul Write-Back, memoria cache păstrează atât operaţiile de scriere, cât şi cele de citire, ceea ce îmbunătăţeşte mult performanţele in comparaţie cu modul Write-Through care memorează doar citirile. Folosirea modului Write-Back duce la reducerea volumului comunicaţiei intre CPU şi memoria sistemului, ceea ce reprezintă o îmbunătăţire majoră, întrucât accesul unităţii centrale la memorie constituie o „strangulare" a sistemelor rapide. Memoria cache pentru instrucţiuni este, evident, protejată la scriere deoarece conţine doar linii de program şi nu date ce pot fi actualizate. Prin folosirea ciclurilor burst, transferurile cu memoria cache sunt foarte rapide.Memoriile cache de nivel 2 (secondary processor cache} de maxim 512K, compuse din cipuri foarte rapide (maxim 20 ns) de tipul SRAM (Static RAM), aduc mari beneficii sistemelor cu procesor Pentium. Atunci când unitatea CPU are nevoie de date care nu există încă in memoria cache de nivel 1, se introduc cicluri de aşteptare care încetinesc procesarea. Dacă datele necesare sunt deja prezente in memoria cache secundară, unitatea CPU poate continua să lucreze fără să mai folosească cicluri wait.Cipul Pentium este realizat în tehnologia BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxid Semiconductor) şi are o arhitectură superscalară care permite atingerea performanţelor ridicate, aşteptate de la acest nou cip. BICMOS determină creşterea cu 10% a complexită¬ţii cipului, dar, în acelaşi timp, duce la o îmbunătăţire a performanţelor cu 30 - 35%, fără un consum suplimentar de putere. Modelele BICMOS funcţionează la frecvenţe peste 66 MHz şi, deşi circuitele CMOS pot fi făcute mai rapide, cele BICMOS pot ajunge şi ele la frecvenţe de operare de 100 - 150 MHz sau chiar mai mult. Firma Intel va folosi probabil această tehnologie la toate generaţiile de procesoare pe care le va proiecta în viitor.Toate procesoarele Pentium sunt SL extinse, ceea ce înseamnă că încorporează modul de administrare SMM (System Management Mode) care asigură controlul complet al facilităţilor de gestionare a alimentării, in scopul reducerii puterii consumate. Procesoarele Pentium din generaţia a doua (cu frecvenţa de tact peste 75 MHz), conţin un modul SMM îmbunătăţit care include şi controlul ceasului, ceea ce vă permite să variaţi viteza de procesare, pentru controlul consumului de putere. Aceste versiuni îmbunătăţite de procesoare Pentium vă permit chiar să opriţi tactul şi să suspendaţi deci funcţionarea procesorului, ceea ce duce la un consum minim. Generaţia a doua de procesoare Pentium se alimentează la 3,3V (in loc de 5V), ceea ce reduce şi mai mult atât consumul de putere, cât şi căldura disipată. Ca şi procesorul 486, cipul Pentium conţine un coprocesor matematic incorporat (FPU). Unitatea de calcul in virgulă mobilă, FPU, a cipului Pentium a fost reproiectată şi are performante semnificativ mai ridicate, în condiţiile în care este integral compatibilă cu unitatea FPU a cipului 486 şi cu cipul 387. Se estimează că unitatea FPU a procesorului Pentium este de 2 până la 10 ori mai rapidă decât cea a procesorului 486. în plus, cele două canale standard de procesare a instrucţiunilor, asigură şi două unităţi de calcul cu numere întregi. (Coprocesorul matematic execută doar calculele matematice mai complexe.) Celelalte procesoare, ca de exemplu 486, au un singur canal de execuţie a instrucţiunilor şi deci, o singură unitate de calcul cu numere întregi. Procesorul Pentium din prima generaţie. În prezent, există două modele de Pentium, fiecare având mai multe versiuni. Modelul de cip Pentium din prima generaţie cuprinde procesoare care lucrează la 60 şi 66 MHz. Acest model foloseşte o capsulă PGA cu 273 de pini şi »e alimentează la 5V. în această variantă, procesorul lucrează cu aceeaşi frecvenţă a tactului ca şi placa de bază, cu alte cuvinte, foloseşte multiplicarea cu x1 a ceasului.Prima generaţie de cipuri Pentium a fost realizată în tehnologia BiCMOS cu trasee de 0,8 microni. Din nefericire, utilizarea acestei tehnologii şi numărul mare de tranzistoare (3,1 milioane) au făcut ca pastila cipului să fie foarte mare şi dificil de fabricat. Intel nu a reuşit să le facă suficient de rapid. Ca urmare, cipurile s-au produs şi au fost livrate în cantităţi mici. Utilizarea traseelor de 0,8 microni a fost criticată de unii producători de echipamente, intre care Motorola şi IBM, care folosiseră deja traseele de 0,6 microni în cipurile evoluate pe care le-au produs. Dimensiunea uriaşă a pastilei, ca şi alimentarea la 5V, au făcut ca versiunile la 66 MHz să consume până la 3,2A (16W), ceea ce produce o cantitate imensă de căldură şi creează dificultăţi sistemelor care nu utilizează tehnici speciale de protecţie. Adesea, este necesar un ventilator separat care să asigure răcirea procesorului.Multe dintre criticile aduse firmei Intel pentru prima generaţie de Pentium erau justificate. Unii au înţeles că prima generaţie de cipuri nu mai putea fi schimbată; ei ştiau că vor apare noi versiuni de Pentium realizate cu tehnologie mai avansată. Mulţi dintre aceştia (între care şi autorul aceste cărţi) vă sfătuiesc să nu achiziţionaţi nici un sistem Pentium, până când nu veţi avea la dispoziţie generaţia a doua de procesoare.O regulă de bază in domeniul calculatoarelor este să nu cumperi niciodată prima generaţie a vreunui procesor. Deşi în felul acesta aţi putea aştepta o veşnicie pentru că există mereu în perspectivă ceva mai bun, uneori este preferabil să aveţi puţină răbdare.
Procesorul Pentium din generaţia a doua. Intel a anunţat apariţia procesorului Pentium din a doua generaţie, la 7 martie 1994. Acest nou procesor era produs iniţial în versiunile cu frecvenţa de 90 şi 100 MHz şi o versiune la 75 MHz pentru sistemele laptop şi portabile în curs de proiectare. Cipul Pentium din generaţia a doua utilizează tehnologia BiCMOS cu trasee de 0,6 microni care reduce dimensiunile pastilei şi consumul de putere. Aceste noi procesoare se alimentează la 3,3V. Versiunea de procesor cu frecvenţa tactului delOO MHz consumă maxim 3,25A la 3,3V, ceea ce înseamnă 10.725W. Versiunea mai puţin rapidă, la 90 MHz, consumă doar 2.95A la 3,3V, adică doar 9.375W. Versiunea având frecventa tactului de 75 MHz va consuma probabilaproximativ 6W şi va constitui o soluţie rezonabilă pentru calculatoarele laptop şi portabile alimentate de la baterii.Procesoarele Pentium din a doua generaţie sunt livrate in capsulă SPGA cu 296 de pini (Staggered Pin Grid Array) care este incompatibilă cu versiunile din prima generaţie. Singura modalitate prin care se poate trece un sistem de la prima la a doua generaţie de cipuri Pentium este schimbarea plăcii de bază. De asemenea, procesoarele Pentium din a doua generaţie au 3,3 milioane de tranzistoare, ceea ce reprezintă o creştere faţă de cipu rile mai vechi. Numărul suplimentar de tranzistoare se datorează extensiei SL cu controlul frecvenţei de ceas, controlerului de întreruperi APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) şi interfeţei pentru lucrul cu procesoare în pereche (dual-processor interface).Controlerul APIC şi interfaţa pentru procesoare in pereche realizează armonizarea funcţionării unui sistem in care două cipuri Pentium din a doua generaţie lucrează simultan pe aceeaşi placă de bază. Multe dintre noile plăci de bază vor avea două socluri de tip 5, care vă permit să folosiţi integral capacitatea de multiprocesare a acestor noi cipuri. Softul care permite ceea ce este cunoscut sub numele de multiprocesare simetrică (Symmetric Multi-Processing) a fost integrat deja in sisteme de operare ca Windows sau OS/2.Procesoarele Pentium din generaţia a doua au circuite de multiplicare a tactului pentru ca procesorul să funcţioneze cu o viteză mai mare decât magistrala. Procesorul Pentium cu frecvenţa de tact de 90 MHz lucrează cu o viteză de 1,5 ori mai mare decât placa de baza care funcţionează in general la 60 MHz. Se pare că, versiunea viitoare de Pentium la 75 MHz va folosi de asemenea multiplicarea de 1,5 ori a frecvenţei şi deci va funcţiona pe plăci de bază care lucrează la 50 MHz.În prezent, o placă de bază care să funcţioneze la 66 MHz nu este realizabilă din cauza limitărilor impuse de performanţele memoriei şi ale magistralei locale. Sistemele Pentium cele mai rapide ar trebui să combine o placă de bază la 66 MHz cu un circuit de multiplicare a tactului de 1,5 ori şi un procesor care funcţionează la frecvenţa de 100 MHz Dacă vă gândiţi că 66 înmulţit cu 1,5 este egal cu 99 şi nu cu 100, aveţi dreptate, numai că, aproape în toate cazurile, valoarea de 66 MHz înseamnă de fapt 66,6666 MHz.Acum, când au devenit disponibile procesoarele Pentium din generaţia a doua, este timpi să achiziţionaţi un sistem Pentium. Calculatorul ideal ar fi acela care foloseşte un cip Pentium la 100 MHz din generaţia a doua şi o placă de bază care funcţionează la 66 MHz.
Asiguraţi-vă că pe placa de bază a calculatorului Pentium pe care îl doriţi sunt montate două socluri care au toate caracteristicile tehnice ale soclului Intel de tip 5 cu 320 de pini In soclul suplimentar puteţi adăuga un al doilea procesor Pentium pentru ca să folosiţi avantajul multiprocesării SMP (Symmetric Multi-Processing) din noile sisteme de operare.De asemenea, asiguraţi-vă că placa de bază poate fi configurată cu jumpere sau în orice mod, astfel încât să vă permită să introduceţi în sistem viitoarele procesoare Pentium Overdrive care vor putea lucra la frecvenţele mai mari ale plăcii de bază.Aceste recomandări simple vă vor permite să faceţi unele modernizări importante, fără să schimbaţi întreaga placă de bază.