З днем народження

Тридцять років тому, 8 червня 1978 року, під амбітним гаслом "провісника зорі нової епохи" корпорація Intel представила свій перший 16-розрядний мікропроцесор 8086. Занадто бундючно? Мабуть, але в дарі передбачення Intel не відмовиш. Сходження 8086 починалося досить повільно, проте архітектура, покладена в основу цього процесора, – пізніше вона придбала популярність під ім'ям x86 – в кінцевому підсумку зуміла домогтися одного з найбільш вражаючих успіхів в історії комп'ютерних технологій.

Під архітектурою x86 розуміється набір машинних команд, використовуваних мікропроцесорами, які випускаються Intel і рядом інших компаній. Конструктори процесорів x86, починаючи від першого зразка 8086, рухаючись далі в напрямку моделей 80186, 80286, 80386, 80486 і різних варіантів Pentium і, закінчуючи сучасними багатоядерними процесорами і процесорами для мобільних додатків, поступово розширювали початковий набір інструкцій x86, але всякий раз зберігали зворотну сумісність з попередніми членами сімейства. Протягом трьох десятиліть з моменту появи процесора 8086 архітектура x86 безперервно розвивалася, освоївши крім настільних ПК сферу серверів, портативних комп'ютерів і суперкомп'ютерів. На цьому шляху інженери Intel зуміли здолати і відсунути на узбіччя цілий ряд конкуруючих архітектур. Навіть на тих ринках, де традиційно правили бал конкуренти (наприклад, в Apple Macintosh довгий час встановлювалися процесори Motorola PowerPC), позиції x86 в останні роки помітно зміцнилися.

Яким же чином архітектурі Intel вдалося завоювати комп'ютерний світ? Звернімося до історії.

Перші кроки

Першим мікропроцесором Intel була 4-розрядна модель 4004, створена в 1971 році для японського калькулятора. Слідом за нею досить швидко був розроблений 8-розрядний чіп 8008, а в 1975 році і 8-розрядний чіп 8080. Процесори 8080 встановлювалися в ПК Altair 8800, які можна було замовити поштою.

Трьома роками пізніше дебютував 16-розрядний процесор 8086. Вибір корпорації IBM, що вирішила зайнятися виробництвом персональних комп'ютерів, упав на 8088 – один з варіантів 8086. Поява на початку 80-х років ПК на базі цих процесорів додало архітектурі x86 колосальний імпульс і допомогло їй перетворитися в галузевий стандарт, яким вона є і сьогодні.

Інженер-електротехнік, конструктор мікросхем, а тепер ще й виконавчий віце-президент Intel Патрік Гелсінгер поворотною точкою в історії галузі ПК – моментом, який дійсно сприяв помітному її прискоренню розвитку, – вважає появу в 1985 році 32-розрядної архітектури 80386. У той час доцільність відмови від 16-розрядної адресації, яка застосовувалася в випускалися раніше моделях, представлялася зовсім не очевидною. "Навіщо нам 32-розрядна адресація? – Лунали звідусіль вигуки. – Це доля міні-комп'ютерів і мейнфреймів". У той період розробники Intel піддавалися гострій критиці за "непотрібну марнотратність ".

Приблизно в цей же час компанія Compaq Computer анонсувала ПК з процесорами 386, ослабивши тим самим гегемонію корпорації IBM на ринку персональних комп'ютерів. IBM ж випускала тільки комп'ютери з 16-розрядними процесорами 80286, які працювали в три рази повільніше.

Кажуть, в IBM відкинули нові процесори 386, тому що у світі тоді просто не було 32-розрядних програм, які давали можливість отримати помітну вигоду з розширеною адресації. Крім того, IBM просувала власну 16-розрядну операційну систему OS / 2.

"IBM тоді володіла архітектурою зверху до низу і контролювала її, – згадує Гелсінгер, один з учасників команди розробників 386. Здійснивши самостійний перехід до наступного покоління, вона могла б придбати монопольне становище єдиної компанії, що пропонує повномасштабне рішення без будь-яких гарантій сумісності існуючих поколінь з подальшими. Але з появою процесора 386 ситуація кардинально змінилася. З вертикальної галузь перетворилася на горизонтальну, і це відкрило перед нами весь світ ".

Услід в 1989 році був випущений процесор 486. Потім, зрозумівши, що цифр на торговельну марку може і не вистачити, представники Intel в 1993 році відмовилися від сформованої традиції вибору імен і замість 586 назвали процесор п'ятого покоління Pentium. Під маркою Pentium на світ з'явилося відразу кілька поколінь процесорів (Pentium Pro, Pentium II, Pentium D і ряд інших). У якийсь момент процесори молодшого класу з архітектурою x86 вирішено було назвати Celeron, а старшого – фігурують сьогодні під торговою маркою Core 2.

Незважаючи на зміну назв – не кажучи вже про вдосконалення конструкції, що дозволила добитися величезного прогресу в частині підвищення швидкодії та ефективності, а також зниження енергоспоживання – Всі вони створені на базі набору інструкцій x86, який вперше з'явився в процесорі 8086 і продовжує розширюватися до цього дня.

Складові рецепту успіху

Чому ж архітектура x86 протягом такого тривалого часу користується успіхом, відсуваючи в бік, а в деяких випадках і повністю витісняючи конкуруючі мікропроцесорні архітектури? Перш за все, архітектура x86 з'явилася в дуже вдале для дебюту час. До 1978 року галузь вже протягом кількох років здійснювала перехід від великих і дорогих мейнфреймів до маленьких і дешевим міні-комп'ютерів. Черговим логічним кордоном у цьому ланцюзі переходів і стали настільні комп'ютери.

Далі, архітектура x86 підтвердила правило, сформульоване в 1965 році Гордоном Муром, який згодом обійняв посаду голови ради директорів корпорації Intel. Суть його висловлювання полягала в тому, що продуктивність мікропроцесорів буде подвоюватися кожні півтора-два роки при незмінній вартості. Прогноз, який пізніше охрестили законом Мура, і справді виявився вірним, а архітектура x86 отримала повсюдне поширення, починаючи від центрів обробки даних і закінчуючи робочими місцями працівників організацій та житлами кінцевих користувачів.

Процесор 8086 і його послідовники продовжували зміцнювати відносини між двома головними першопрохідцями галузі настільних ПК. У 1972 році юні Білл Гейтс і Пол Аллен без особливого успіху намагалися розробляти інтерпретатор мови Basic для процесора 8008. Завершити цю роботу їм вдалося вже для більш потужного процесора 8080, на базі якого в 1975 році був побудований мікрокомп'ютер Altair.

З цього фактично і розпочалася співпраця між Intel і Microsoft, на основі якого згодом була створена гігантська база програмного забезпечення, що продовжує диктувати напрями розвитку галузі. З усіх факторів, що забезпечили успіх архітектури x86, мабуть, жоден не грає такої важливої ролі, як наявні запаси програмного забезпечення. Кращим підтвердженням справедливості цього твердження є нинішній занепад RISC-процесорів.

Ризики, пов'язані з RISC-архітектурою

В кінці 80-х і початку 90-х років серйозною загрозою для архітектури x86 став наступ процесорів RISC (Reduced Instruction Set Computing) зі скороченим набором інструкцій, до числа яких ставилися продукти Sun SPARC, IBM / Apple / Motorola PowerPC, а також процесори MIPS. Ідея полягала в тому, що при виконанні простих інструкцій, які займають один цикл процесора, комп'ютер починає працювати набагато швидше, ніж при обробці інструкцій процесорів зі складним набором команд (Complex Instruction Set Computing, CISC). А саме до категорії CISC і належали всі представники архітектури x86.

Технічні експерти, преса і конкуренти Intel в один голос стверджували, що згодом процесори CISC втратять своє становище. "Для нас це був важкий час, – визнає Гелсінгер. Інженери Intel приступили навіть до розробки свого власного RISC-процесора. Але ні i860, ні якоїсь іншої RISC-процесор так і не зуміли наблизитися до безроздільної гегемонії архітектури x86 ".

І ось як це пояснює Гелсінгер, провідний архітектор 80486: "За день до офіційної презентації процесора 486, яка відбулася 10 квітня 1989 року, його вже чекали програми на мільярди доларів. І хоча CISC-архітектура x86 за швидкістю дещо поступалася RISC-процесорів, до того часу, як програмне забезпечення для RISC-машин нарешті з'явилося, ми зуміли помітно збільшити продуктивність машин x86. У нас було колосальне економічну перевагу, пов'язане з володінням великою базою вже встановленого програмного забезпечення і великим числом розробників. RISC-машини так ніколи і не змогли добитися аналогічних результатів ".

За іронією долі, брак програмного забезпечення для RISC-систем, а також швидке зростання продуктивності процесорів 80486 і Pentium призвели до того, що i860 розділив долю інших RISC-процесорів. Спроба створення альтернативної повномасштабної мікропроцесорної архітектури була помилкою, і пізніше в Intel це визнали.

"Разом з тим розробка RISC-архітектури породила безліч інновацій, – зазначив професор Каліфорнійського університету в Берклі Девід Паттерсон, який у 80-ті роки був одним з найяскравіших "Провідників" таких новаторських рішень. Наприклад, в архітектурі VAX корпорації Digital Equipment не було нічого від RISC, і вона поступово вичерпала себе. Що ж стосується Intel, вона зуміла увібрати популярні ідеї RISC, підтримуючи при цьому свою стару архітектуру, для якої вже була створена величезна база програмного забезпечення. І частина цих ідей згодом знайшла відображення в найвищому організації виробництва Intel”.

"Катастрофа з плаваючою комою"

Мабуть, не меншу загрозу, ніж RISC, таїв у собі кризу, що вибухнула влітку 1994 року, коли інженери Intel, які займалися тестуванням, виявили недолік у схемі обчислень з плаваючою комою нового процесора Pentium. Помилки виникали так рідко, а їх вплив був настільки незначним, що в Intel вирішили просто виправити їх і запустити процесор назад у виробництво, не відкликаючи вже готові дефектні чіпи.

Однак кілька місяців потому професор математики Томас Найслі виявив у своєму ПК дефект. Як визнавали пізніше в Intel, він просто не зміг знайти в корпорації людини, яка хоча б вислухав його скарги. Тоді Найслі розмістив результати свого дослідження в Internet. Через короткий час на корпорацію обрушилася сильна хвиля критики, яка серйозно зашкодила репутації Intel і змусила її відкликати вже випущені процесори. У результаті збитки Intel склали майже півмільярда доларів.

"Це був дуже болісний удар, але в кінцевому підсумку ми навчилися вести себе так, як це належить компанії, що випускає товари для споживчого ринку", – згадує колишній старший віце-президент Intel Альберт Ю.

Змішування і підгонка

Наступний визначальний момент в історії архітектури x86, за свідченням професора Університету Карнегі-Меллона та наукового консультанта Intel Тода Маурі, настав у 1995 році. Корпорація Intel представила мікропроцесор Pentium Pro, в якому з'явився цілий ряд радикальних удосконалень. У процесор була закладена можливість попередньої вибірки потоку інструкцій, визначення того, які з них знадобляться в подальшому, і виконання їх в більш зручній для себе послідовності. У результаті корисне навантаження на процесор збільшилася, а в поєднанні з новою, дуже швидкої кеш-пам'яттю, багатьом додаткам це обіцяло істотне підвищення продуктивності.

"Принципова різниця полягала в тому, що розробники використовували переваги RISC-архітектури, не вносячи змін в сам набір інструкцій, – зазначив Маурі. Вони виконали це, перетворивши інструкції x86 в набір мікрооперацій. У результаті користувачі отримали RISC-машину усередині машини x86, і в один прекрасний день це допомогло Intel ліквідувати відставання в продуктивності ".

Pentium Pro розроблявся шляхом низхідного проектування. "Спочатку конструктори приступили до створення проекту швидкої машини, а вже потім замислилися над тим, як втиснути в її рамки архітектуру x86", – пояснив Маурі.

"Подібний підхід – пошук хороших ідей поза рамками архітектури x86 і повернення до цих ідей згодом – в кінцевому підсумку спрацював, – зауважив Гелсінгер. Поява Pentium стало помітним кроком вперед в частині розвитку архітектури. Ми взяли найкращі ідеї, закладені в міні-комп'ютери і мейнфрейми, і впровадили їх у себе, творчо переосмисливши ".

На відміну від мейнфреймів, у яких обчислювальні компоненти розміщувалися на досить великій площі, запаковування їх у рамках крихітного чіпа, що відрізняється дуже високим ступенем інтеграції, допомогло їх конструкторам отримати додаткову гнучкість, підвищуючи обчислювальну потужність своїх виробів. З роками продуктивність кремнієвих мікросхем зростала відповідно до закону Мура, в той час як системи взаємних зв'язків компонентів удосконалювалися не так швидко.

Зростання конкуренції

Intel так і не вдалося позбутися конкуренції навіть на своєму домашньому полі x86. У 1987 році в Кремнієвої долині була заснована дислокувалася на Тайвані компанія VIA Technologies, яка почала продавати набори мікросхем з базовою логікою. Її продукція, що використала в тому числі і технологію x86, призначалася для встановлення в материнські плати та інші електронні компоненти. Сьогодні VIA випускає достатньо широкий набір продуктів, позиціонуючи свої процесори x86 на ринку мобільних і вбудованих пристроїв з низьким енергоспоживанням.

Компанія Advanced Micro Devices, що займає сьогодні друге місце в світовому рейтингу виробників мікропроцесорів, стала складати серйозну конкуренцію Intel, починаючи приблизно з 2000 року. Протягом 80-х і 90-х років AMD виступала скоріше як наслідувача й не доставляла Intel серйозного занепокоєння. (Сьогодні, за оцінками аналітиків Mercury Research, AMD належить приблизно 15% ринку процесорів з архітектурою x86, призначених для установки в настільні та портативні комп'ютери).

Технічний прорив AMD зробила в 2000 році, представивши архітектуру x86-64 – 64-розрядне розширення набору інструкцій x86. Забезпечення повної сумісності означало, що користувачі нових машин x86-64 могли без проблем запускати на своїх комп'ютерах і старі 32-розрядні програми.

Приблизно в цей же час корпорація Intel представила 64-розрядний процесор Itanium, розроблений фахівцями Intel і HP для організації суперскалярні обчислень. Цей процесор не забезпечував прямий сумісності з 32-розрядним програмним забезпеченням, призначеним для архітектури x86. На виклик AMD інженери Intel відповіли створенням власного 64-розрядного розширення набору інструкцій x86, що отримав назва EM64T, тільки в 2004 році. Активність маркетингової служби AMD і преси, яка стверджувала, що Intel зазнала поразки на ринку 64-розрядних обчислень, в кінцевому підсумку співслужили AMD службу.

"Ми стали свідками того, як гнучкість набору інструкцій x86 була спрямована проти Intel, – зауважив Паттерсон. Навіть в умовах домінування Intel на ринку інша компанія зуміла поставити новий напрямок розвитку архітектури x86 ".

Екстремальні досліди

Сьогодні архітектура x86 освоює і екстремальні області. У квітні Intel підписала угоду з компанією Cray про спільну розробку нових суперкомп'ютерів на основі процесорів Intel x86. (До цього моменту інженери Cray вже використовували в своїх комп'ютерах 64-розрядні процесори AMD Opteron з архітектурою x86.)

На форумі розробників IDF, що пройшов на початку квітня в Шанхаї, Intel анонсувала процесор Atom, самий маленький чіп з архітектурою x86. Його споживана потужність не перевищує 2,5 ват, на той час як типовий процесор для портативного комп'ютера споживає близько 35 ват. Постачання для невеликих портативних і настільних комп'ютерів вже почалися. Що ж потрібно зробити розробникам архітектури x86, для того щоб забезпечити її процвітання чи хоча б виживання протягом наступних 30 років? Існують сили, які вже в найближчому майбутньому принципово змінять конструкцію мікропроцесорів. Але мало хто думає, що представники поважної і шанованої архітектури x86 повністю зникнуть з ринку. "Я не бачу причин, які супроводжували б такому ж гучного успіху якогось іншого набору інструкцій, тому що на платформі x86 працює надто багато цінного програмного забезпечення ", – зазначив Маурі.

Ретроспектива: коротка історія x86

Давайте кинемо погляд на події та технології, що сприяли розвитку архітектури Intel x86, і згадаємо основні віхи її 30-річного царювання.

1947: У лабораторії Bell Labs винайдений транзистор.

1965: Гордон Мур з компанії Fairchild Semiconductor публікує в журналі Electronics статтю, в якій стверджує, що кількість транзисторів у напівпровідникових мікросхемах буде подвоюватися кожні два роки. Стосовно до мікропроцесорах, кількість транзисторів подвоюється через кожні півтора-два роки на протязі ось вже трьох десятків років.

1968: Мур, Роберт Нойс і Енді Гроув заснували компанію Intel, з тим щоб розвивати бізнес INTegrated ELectronics.

1969: Intel анонсує свій перший продукт, першу в світі мікросхему статичної пам'яті RAM 1101 на основі структури "метал-оксид-напівпровідник" (МОП). Ця подія знаменує собою закінчення ери пам'яті на магнітних сердечниках.

1971: Intel випускає перший у світі мікропроцесор, 4-розрядний 4004, розроблений інженером Федеріко Феджіном. Чіп, що складався з 2 тис. транзисторів, призначався для японського калькулятора, але в далекоглядній рекламі Intel це пристрій називався "мікропрограмним комп'ютером на одному кристалі".

1972: Intel анонсує 8-розрядний процесор 8008. Юні Білл Гейтс і Пол Аллен намагаються розробляти для нього мову програмування, але він виявляється недостатньо потужним.

1974: Intel представляє 8-розрядний процесор 8080, який містить 4500 транзисторів і по продуктивності десятикратно перевершує свого попередника.

1975:8080 знаходить свій перший комп'ютер. Поява моделі Altair 8800 стає початком революції ПК. Гейтс і Аллен розробляють для процесора 8080 інтерпретатор Altair Basic, який згодом отримає назва Microsoft Basic.

1976: Архітектура x86 змушена відступити, після того як Стів Джобс і Стів Возняк представили комп'ютер Apple II на базі 8-розрядного процесора Motorola 6502. Процесори конкурента Intel використовував також виробник ПК Commodore.

1978: Intel представляє 16-розрядний мікропроцесор 8086.

1979: Розробники Intel випускають більш дешеву версію 8086 – процесор 8088 з 8-розрядною шиною.

1980:Intel представляє математичний співпроцесор 8087.

1981:Корпорація IBM вибирає для свого ПК процесор Intel 8088. Згодом у Intel назвали це "найбільшою перемогою за весь час існування своєї компанії".

1982: Intel випускає 16-розрядний процесор 80286 на 134 тис. транзисторах.

1984:IBM проектує на базі процесора 80286 ПК другого покоління PC-AT. Комп'ютер, що працює під управлінням операційної системи MS-DOS, на найближчі десять років стає фактичним стандартом у світі ПК.

1985: Intel відмовляється від випуску пам'яті DRAM, вирішивши повністю зосередитися на мікропроцесорах, і представляє 32-розрядний процесор 80386. Новий процесор містить 275 тис. транзисторів і здатний одночасно виконувати відразу кілька програм.

1986: Компанія Compaq Computer випереджає IBM, випускаючи ПК на основі процесора 80386.

1987: Заснована компанія VIA Technologies, яка планує поставляти набори мікросхем базової логіки для архітектури x86.

1989: Intel випускає процесор 80486, утримувати 1,2 млн транзисторів, з вбудованим математичним співпроцесором. Згідно з прогнозами Intel, після 2000 року на ринку повинні з'явитися багатоядерні процесори.

Кінець 80-х років: Архітектура x86, що відноситься до категорії CISC, піддається атаці з боку конкуруючих архітектур RISC, серед яких виділяються процесори Sun SPARC, IBM / Apple / Motorola PowerPC і MIPS. Intel відповідає створенням власного RISC-процесора i860.

1990:Compaq випускає перший сервер на базі ПК з процесором 80486.

1993:Intel представляє процесор Pentium, виконаний за суперскалярной технології, що працює на частоті 66 МГц і має 3,1 млн. транзисторів.

1994:AMD і Compaq формують альянс, мета якого полягає в оснащенні комп'ютерів Compaq мікропроцесорами Am486.

1995:На ринку з'являється "могильник" RISC-архітектури, процесор Pentium Pro, що володіє принципово новими можливостями. Він підтримує функції прогнозування вибірки інструкцій і виконання їх в зручною для себе послідовності. Все це в поєднанні з неймовірно швидкої кеш-пам'яттю і подвійними незалежними шинами дозволяє істотно підвищити продуктивність ряду додатків.

1997:Intel представляє 64-розрядну процесорну технологію Epic. На ринку з'являється чіп Pentium MMX, що підтримує функції обробки графіки, аудіоінформації і голоси і призначений для додатків цифрового сигнального процесора.

1998: Intel представляє недорогий процесор Celeron.

1999: VIA набуває компанії Cyrix і Centaur Technology.

2000:На ринку дебютує процесор Pentium 4, що містить 42 млн транзисторів.

2003:Компанія AMD представляє x86-64, 64-розрядне розширення набору інструкцій x86.

2004: AMD демонструє двоядерний процесор.

2005: Intel постачає свій перший двоядерний процесор.

2005: Apple анонсує переклад комп'ютерів Macintosh з процесорів PowerPC, що поставляються компаніями Freescale (колишнє напівпровідниковий підрозділ Motorola) і IBM, на сімейство процесорів Intel x86.

2005:AMD ініціює антимонопольний розгляд, звинувачуючи Intel у використанні свого становища і порушенні вільної конкуренції. (У 2008 році судовий процес входить у нову фазу.)

2006: Dellоголошує про випуск систем на базі процесорів AMD.


Схожі статті:


Сподобалася стаття? Ви можете залишити відгук або підписатися на RSS , щоб автоматично отримувати інформацію про нові статтях.

Коментарів поки що немає.

Ваш отзыв

Поділ на параграфи відбувається автоматично, адреса електронної пошти ніколи не буде опублікований, допустимий HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

*