Academia de Studii Economice din Moldova

Facultatea „Cibernetică, Statistică și Informatică Economică”

Caracteristica generală a microprocesoarelor Intel

Referat la disciplina universitară „Sisteme de calcul”Studenta grupei TI-131 Căpățînă Irina

Lector superior universitar Andronatiev Victor

Chișinău 2014

0

Plan:

Intel Corporation........................................................................................................................................2

Procesoarele INTEL...................................................................................................................................2

Procesoarele INTEL - o revoluție a calculatoarelor personale..............................................................3

Evoluţia microprocesoarelor INTEL în timp.........................................................................................4

Concluzii:.................................................................................................................................................10

Bibliografie:.............................................................................................................................................10

1

1. Intel Corporation

Intel Corporation este o companie americană, cea mai mare companie de semiconductoare din

lume și cea care a inventat seria de procesoare x86, procesoare găsite în multe calculatoare

personale de tip PC. Fondată în 1968 ca Integrated Electronics Corporation cu sediul în Santa

Clara, California, SUA, Intel mai produce și așa-numite chipset-uri pentru plăci de bază, plăci de

rețea NIC, memorii flash, plăci grafice și alte componente legate de comunicații și computere.

Fondată de pionierii semiconductoarelor Robert Noyce și Gordon Moore, Intel combină designul și

capacitatea avansată a procesoarelor cu capabilitatea producției de vârf. Original cunoscută ca

prima în motoare și tehnologie, în anii 1990 Intel introduce campania "Intel Inside" și produce

celebrele procesoare Pentium.

Intel a fost primul producător al memorilor de tip SRAM și DRAM, acestea reprezentând

majoritatea afacerilor până în anii 1980. Intel a creat primul microprocesor comercial în 1971, dar l-

a produs numai până la crearea calculatorului personal, care a devenit afacerea primară. În anii 1990

și mai târziu Intel investește foarte mult în noi microprocesoare și în industria PC-urilor, care se

dezvoltă rapid. În această perioadă Intel devine furnizorul principal de microprocesoare pentru PC-

uri, și a fost cunoscută pentru tacticile agresive în apărarea poziției pe piață, astfel de exemplu s-a

aliat cu compania Microsoft, și mai târziu și cu Apple, pentru a controla industria IT.

2. Procesoarele INTEL Firma Intel a fost cea care a proiectat primul microprocesor, în anul 1969. Acesta a fost

microprocesorul 4004, de 4 biţi. Au urmat apoi microprocesoarele de 8 biţi 8080 şi 8085. Primul

procesor al familiei 80x86 (numită şi familia cu arhitectura Intel – Intel Architecture) a fost însă

procesorul 8086, care a ap ărut în 1978, fiind urmat în scurt timp de o versiune mai ieftină pentru

sisteme mai simple, procesorul 8088. Programele scrise pentru aceste procesoare pot fi executate

fără modificări şi pe ultimele procesoare ale familiei 80x86.

2

2.1. Procesoarele INTEL - o revoluție a calculatoarelor personale

Arhitectura microcalculatoarelor de astăzi este datorată în proporție 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 și nenumărații compatibili care au făcut ca arhitectura 8086/88 să

devină un standard, generațiile succesive ale lui 86, 80286, 80386 cu nenumăratele aplicații, foarte

rapidul 486, toți rulînd același software și împingînd compatibilitatea de jos în sus înspre secolul

următor, putem susține afirmația de mai sus fără ezitare. Succesul lui INTEL se datorează abilității

acestei firme de a descoperi tendințe de viitor și de a se poziționa astfel încît să poată exploata aceste

tendințe.

Cînd Robert Noyce si Gordon Moore au înființat compania în 1968, erau deja veterani ai industriei

electronice; s-au întîlnit în timp ce lucrau pentru William Shokley, cel ce coinventase tranzistorul și

împreună cu alți 6, au înființat Fairchild Semiconductors. În timp ce erau la Fairchild,  Noyce a inventat

circuitul integrat, iar Moore a coordonat echipa de cercetători care a introdus în fabricație primul

circuit integrat.

Scopul inițial 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 soluție providențială pentru

calculatoarele de capacitate medie, făcînd ca memoriile pe toruri de ferită să fie depășite și curînd

abandonate. 1971 a marcat două evenimente deosebite pentru INTEL: primul EPROM si primul

microprocesor. Spre deosebire de memoriile programabile anterioare, care trebuiau să fie înlocuite ori

de cîte ori era necesară o schimbare a programului conținut în memorie, EFROM-ul poate fi șters cu

un spot de raze ultraviolete și 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 ca ideea utilizării a 12 circuite pentru realizarea proiectului respectiv era neinteligența sa

costisitoare și în loc a dezvoltat unul singur, dispozitiv logic de uz general într-o lume de circuite

dedicate. 

Evoluția lui INTEL nu a fost întotdeauna ascendentă, existînd și perioade mai slabe. Astfel,

implicarea prin anii '70 în industria ceasurilor digitale a fost neinspirată; producția memoriilor MOS

dinamice a continuat pîna în anul 1985, cînd a trebuit să fie abandonată, mai ales datorită dumping-

3

ului practicat de japonezi. Dar implicarea gigantului IBM în afacerile firmei, prin cumpărarea

în 1983 a 15% din stocul INTEL, a reprezentat o infuzie de capital și mai ales de motivație care au

propulsat INTEL din nou pe poziții fruntașe în industria de semiconductoare. Nici abandonarea

cooperării cu SIEMENS, nici obositoarea luptă cu NEC asupra procesoarelor compatibile 8086/88, nu

au putut slăbi forța inovativă a acestei companii de excepție. Trebuie remarcat că, din punct de vedere

financiar, 80386 a contribuit în mod decisiv la imaginea de exceptie a firmei.

În iulie 1986, INTEL a început să desfacă microprocesorul 80386 la un preț de $299. Un cîștig de

$150 de milioane a fost obținut la sfîrșitul anului 1987 în urma vînzării a peste 600.000 de microproce-

soare. La sfîrșitul anului 1988, 386 era un produs de o jumătate de miliard de dolari. Investiția de $100

milioane făcută în 80386 a fost plătită în 1988. În 1987, INTEL a închis anul fiscal cu cîștiguri de $1,9

miliarde, o creștere de peste 50% față de anul 1986. Cîștigul net a sărit la $248 milioane, după o

pierdere de $174 de milioane în 1986.

2.2. Evoluţia microprocesoarelor INTEL în timp

4004

Intel 4004 este primul microprocesor; a apărut în 1971, realizat în tehnologie PMOS, înglobează 2250

tranzitoare pe pastila de Si. Prelucrare pe 4 biţi, frecvenţa de tact de 740 kHz, viteza 60000 operaţii

memorie adresabilă 4 koct., set de 45 instrucţiuni orientate pe instrucţiuni aritmetice.

8008

Intel 8008 a apărut în 1972, microprocesorul pe 8 biţi, tehnologie PMOS grad de integrare 3300

tranzistoare pe pastila de Si; frecvenţa 800 kHz, viteza 30000 operaţii/s, memorie adresabilă 16 Kocteţi,

set de 48 instrucţiuni.

8080

Intel 8080 – apărut în 1974, realizat în tehnologie NMOS, microprocesor pe 8 biţi, cu grad de

integrare 4500 de tranzistoare/capsulă, capacitate de adresare 64 kocteţi, frecvenţă de tact 2,083 MHz,

200000 operaţii/sec, set de 72 instrucţiuni. De acest microprocesor este legată şi apariţia primului

calculator personal “comercial APPLE”.

4

8086 şi 8088

Procesorul 8086, apărut în 1978, are registre de 16 biţi, o magistrală externă de date de 16 biţi, şi

o magistrală de adrese de 20 de biţi, astfel că spaţiul de adresare este de maxim 1 MB. Procesorul

8088 este similar, cu excepţia faptului că magistrala externă de date este de 8 biţi. Aceste procesoare

au introdus conceptul de segmentare a memoriei: memoria este împ ărţită în zone numite segmente

de maxim 64 KB, iar cele patru re-gistre de segment pot păstra adresele de bază ale segmentelor

active. Prin utilizarea registrelor de segment poate fi adresat un spaţiu de memorie de până la 256 KB

fără modificarea conţinutului acestor registre, fiind disponibil un spaţiu total de memorie de 1 MB.

Aceste procesoare pot funcţiona numai în modul real, care este un mod uni-proces, în care se execută

un singur proces (program sau task) la un moment dat. Din punct de vedere al programatorului, cele

două procesoare sunt identice, cu excepţia faptului că 8086 va prelucra datele într-un mod mai

eficient dacă acestea sunt aliniate la adrese de cuvânt (adrese pare).

80186 şi 80188

Procesoarele 80186 şi 80188 sunt versiuni îmbunătăţite ale procesoarelor 8086, respectiv 8088.

Au fost adăugate noi instrucţiuni şi anumite instrucţiuni vechi au fost optimizate pentru creşterea

vitezei. Aceste procesoare conţin în aceeaşi capsulă şi circuite suplimentare: un generator de tact, un

controler DMA cu două canale, trei numărătoare/temporizatoare programabile, şi un controler de

întreruperi, care poate gestiona patru surse externe de întrerupere.

80286

Procesorul 80286, apărut în 1982, poate funcţiona în modul real al procesoarelor precedente, dar

dispune şi de un mod de adresare virtuală sau mod protejat. Acest mod utilizează conţinutul

registrelor de segment ca selectori sau pointeri în tabele ale descriptorilor de segment. Descriptorii

furnizează adrese de bază de 24 de biţi, permiţând adresarea unei memorii fizice de până la 16 MB.

Procesorul dispune de o unitate de gestiune a memoriei virtuale, cu care poate translata adrese pentru

o memorie virtuală de 1 GB în spaţiul adreselor fizice de 16 MB. În modul protejat, procesorul poate

func ţiona în regim multi-proces (multitasking), în care pot fi executate mai multe procese în mod

concurent. În acest mod se realizează o comutare prin hardware între procesele care se execută

concurent. Memoria utilizată de fiecare proces este protejată faţă de acţiunile altor procese. Pentru

aceasta procesorul dispune de diferite mecanisme de protecţie. Acestea cuprind testarea limitelor

segmentelor, existenţa atributelor de segment care permit doar citirea conţinutului unui segment sau

5

doar execuţia codului din acel seg-ment, şi până la patru nivele de privilegiu pentru protecţia codului

sistemului de ope-rare de programele de aplicaţii sau de programele utilizatorului. Existenţa unor

tabele ale descriptorilor locali de segment permite sistemului de operare protejarea între ele a

programelor de aplicaţii sau a programelor utilizatorului. Sunt disponibile instrucţiuni privilegiate

suplimentare pentru setarea modului protejat şi controlul proceselor multiple.

80386

Procesorul 80386, apărut în 1985, a introdus în cadrul arhitecturii Intel registre de 32 de biţi,

utilizate atât pentru păstrarea datelor, cât şi pentru adresare. Pentru compatibilitate cu procesoarele

anterioare, aceste registre s-au obţinut prin extinderea registrelor de 16 biţi, fiind posibilă utilizarea în

continuare a vechilor registre, acestea constituind ju-mătatea de ordin inferior a registrelor de 32 de

biţi. A fost introdus un nou mod de funcţionare, numit mod virtual 8086, care permite execuţia mai

eficientă a programe-lor scrise pentru procesoarele 8086 şi 8088 pe noul procesor de 32 de biţi.

Magistrala externă de adrese a fost extinsă la 32 de biţi, spaţiul adreselor fizice fiind astfel de 4 GB.

Spaţiul adreselor virtuale este de 64 TB. Dimensiunea fiecărui segment nu mai este limitată la 64 KB,

dimensiunea maximă a unui segment fiind de 4 GB. Instrucţiu-nile originale au fost extinse cu noi

forme care utilizează operanzi şi adrese de 32 de biţi, şi au fost introduse instrucţiuni complet noi, ca

de exemplu instrucţiuni pentru operaţii la nivel de bit.

Procesorul 80386 a introdus de asemenea mecanismul de paginare ca metodă de gestiune a

memoriei virtuale, dimensiunea fixă de 4 KB a paginilor de memorie asigurând o eficienţă mai

ridicată comparativ cu utilizarea segmentelor, metoda fiind complet transparentă pentru programele

de aplicaţii, fără o reducere semnificativă a vitezei de execuţie. În plus, posibilitatea definirii

segmentelor având dimensiunea ma-ximă a spaţiului adreselor fizice de 4 GB, împreună cu

paginarea, au permis introdu-cerea modelului protejat de adresare liniară în cadrul arhitecturii, în care

este necesară o singură componentă a adresei pentru accesul la întregul spaţiu de adresare al memo-

riei. Acest model este utilizat şi de sistemul de operare UNIX. Procesorul 80386 a fost primul din

cadrul familiei 80x86 care a utilizat o formă de prelucrare paralelă. Arhitectura acestui procesor

cuprinde un număr de şase unităţi care funcţionează în paralel. Acestea sunt următoarele:

Unitatea de interfaţă cu magistrala, care realizează accesul la memorie şi la dispozitivele

de I/E;

Unitatea de încărcare a instrucţiunilor, care primeşte codul instrucţiunilor de la unitatea de

6

interfaţă cu magistrala şi le depune într-o coadă de 16 octeţi;

Unitatea de decodificare a instrucţiunilor, care decodifică codul obiect al in-strucţiunilor şi

generează un microcod pentru execuţia acestora;

Unitatea de execuţie, care execută microcodul corespunzător fiecărei instruc-ţiuni;

Unitatea de segmentare, care translatează adresele logice în adrese liniare şi efectuează

testele necesare protecţiei;

Unitatea de paginare, care translatează adresele liniare în adrese fizice, efec-tuează testele

necesare protecţiei paginilor de memorie şi conţine o memorie cache cu informaţii despre până la 32

de pagini cel mai recent accesate.

80486

Procesorul 80486 a extins posibilităţile de execuţie paralelă a instrucţiunilor, în principal prin

extinderea unităţilor de decodificare a instrucţiunilor şi de execuţie ale procesorului 80386 în cinci

etaje de tip pipeline, fiecare etaj operând în paralel cu celelalte asupra a cinci instrucţiuni aflate în

diferite faze de execuţie. Fiecare etaj poate termina prelucrările pe care le efectuează asupra unei

instrucţiuni într-o perioa-dă de tact, astfel încât procesorul 80486 poate executa câte o instrucţiune în

fiecare perioadă de tact. Procesorului i s-a adăugat o memorie cache de nivel 1 (L1 – Level 1) de 8

KB pentru a creşte în mod semnificativ procentul instrucţiunilor care se pot exe-cuta la rata de o

instrucţiune într-o perioadă de tact: astfel, şi instrucţiunile cu acces la memorie se pot executa la

această rată, dacă operanzii acestora se află în memoria cache L1. Procesorul 80486 a fost primul din

familia 80x86 la care unitatea de calcul în virgulă mobilă a fost integrată în acelaşi circuit cu unitatea

centrală. Au fost adău-gaţi de asemenea noi pini şi noi instrucţiuni care permit realizarea unor

sisteme mai complexe: sisteme multiprocesor şi sisteme care conţin o memorie cache de nivel 2 (L2

– Level 2). Au fost dezvoltate versiuni ale procesorului 80486 în care au fost incluse facilităţi pentru

reducerea consumului de putere, ca şi alte facilităţi de gestiune a sis-temului. Procesorul 80386 SL a

fost de fapt primul care conţinea asemenea facilităţi, acestea fiind extinse apoi la procesoarele 80486

SL şi 80486 SL Enhanced , care au fost utilizate pentru realizarea calculatoarelor “notebook”. Una

din aceste facilităţi este noul mod de gestiune a sistemului (System Management Mode – SMM),

pentru care s-a prevă zut un pin dedicat de întrerupere. Acest mod permite operaţii complexe de

gestiune a sistemului (ca de exemplu gestiunea puterii consumate de diferitele subsisteme ale

calculatorului), într-un mod transparent pentru sistemul de operare şi pentru programele de aplicaţii.

Facilităţile numite “Stop Clock” şi “Auto Halt Powerdown” permit funcţionarea unităţii centrale la o

7

frecvenţă redusă a tactului pentru reducerea puterii consumate, sau chiar oprirea funcţionării (cu

memorarea stă-rii).

Pentium

Procesorul Pentium (1993) a adăugat o nouă linie de execuţie de tip pipeline a in-strucţiunilor,

pentru a se obţine performanţe superscalare. Cele două linii de execuţie a instrucţiunilor, numite u şi

v, permit execuţia a două instrucţiuni pe durata unei pe-rioade de tact. Capacitatea memoriei cache

L1 a fost de asemenea dublată, fiind alo-caţi 8 KB pentru instrucţiuni şi 8 KB pentru date. Memoria

cache pentru date utilizează protocolul MESI, care permite gestiunea memoriei cache atât prin

metoda mai eficientă “write-back”, cât şi prin metoda “write-through” utilizată de procesorul 80486.

Procesorul Pentium utilizează predicţia salturilor pentru a creşte performanţele construcţiilor care

utilizează bucle de program. S-au adăugat extensii pentru a creşte eficienţa modului virtual 8086, şi

pentru a permite atât pagini cu dimensiunea de 4 MB, cât şi cu dimensiunea de 4 KB. Registrele

generale sunt tot de 32 de biţi, dar s-au adăugat căi interne de date de 128 şi 256 de biţi pentru a cre

şte viteza transferurilor interne, iar magistrala externă de date a fost extinsă la 64 de biţi. Procesorului

i s-a adăugat un controler avansat de întreruperi (Advanced Programmable Interrupt Con-troller –

APIC) pentru a permite realizarea sistemelor cu mai multe procesoare Pentium, fiind adăugate de

asemenea noi pini şi un mod special de procesare duală pentru sistemele cu două procesoare.

Pentium Pro

Procesorul Pentium Pro (1995) este primul din cadrul familiei de procesoare P6. Acest

procesor are o arhitectur ă superscalară îmbunătăţită, care permite execuţia a trei instrucţiuni într-o

perioadă de tact. Procesorul Pentium Pro, ca şi următoarele proce-soare din familia P6, se

caracterizează prin execuţia dinamică a instrucţiunilor, care constă din analiza fluxului de date,

execuţia instrucţiunilor într-o altă ordine decât cea secvenţială, o predicţie îmbunătăţită a salturilor şi

execuţia speculativă. Există trei unităţi de decodificare a instrucţiunilor, care lucrează în paralel

pentru decodificarea codului obiect în operaţii elementare numite micro-operaţii. Acestea sunt depuse

într-un rezervor de instrucţiuni, şi pot fi executate într-o ordine diferită de cea secven-ţială dacă nu

există dependenţe de date. Execuţia se realizează de către cele cinci uni-tăţi paralele de execuţie:

două unităţi pentru numere întregi, două unităţi pentru numere în virgulă mobilă, şi o unitate de

interfaţă cu memoria. Unitatea de retragere (Retirement Unit) elimină din rezervorul de instrucţiuni

micro-operaţiile care au fost executate, ţinând cont de salturile posibile. Pe lângă cele două memorii

cache L1 de câte 8 KB, prezente şi la procesorul Pentium, procesorul Pentium Pro dispune şi de o

8

memorie cache L2 de 256 KB, aflată în acelaşi circuit cu unitatea centrală, conectată cu aceasta

printr-o magistrală dedicată de 64 de biţi. Memoria cache L1 are porturi duale (două porturi de

acces), iar memoria cache L2 permite până la 4 accesuri concu-rente. Magistrala externă de date este

orientată pe tranzacţii, ceea ce înseamnă că fie-care acces este tratat ca o cerere şi un răspuns separat,

fiind permise mai multe cereri în timp ce se aşteaptă un răspuns. Aceste caracteristici de acces paralel

la date, împre-ună cu posibilităţile de execuţie paralelă a instrucţiunilor asigură creşterea gradului de

utilizare a procesorului şi îmbunătăţirea performanţelor. Procesorul Pentium Pro are o magistrală de

adrese extinsă la 36 de biţi, astfel încât spaţiul adreselor fizice este de până la 64 GB.

Pentium II

Procesorul Pentium II (1997) se bazează pe arhitectura Pentium Pro, la care s-au adăugat

extensiile MMX (Multimedia Extensions). La acest procesor s-au utilizat noile tehnici de încapsulare

numite “Slot 1” şi “Slot 2”. În cazul acestor tehnici, în locul unui soclu se utilizează un conector.

Memoria cache L2 a fost mutată în afara capsulei procesorului. Atât memoria cache L1 pentru date,

cât şi memoria cache L1 pentru in-strucţiuni au fost extinse la 16 KB fiecare. Dimensiunea memoriei

cache L2 poate fi de 256 KB, 512 KB, 1 MB sau 2 MB (numai cu tehnica “Slot 2”). Procesorul cu

“Slot 1” utilizează pentru comunicaţia cu memoria cache L2 o magistrală care funcţi-onează la o

frecvenţă egală cu jumătatea frecvenţei de tact a procesorului, în timp ce în cazul procesorului cu

“Slot 2” această frecvenţă este egală cu frecvenţa de tact a procesorului. Procesorul Pentium II

utilizează diferite stări cu consum redus de putere, ca de exemplu “AutoHALT”, “Stop-Grant”,

“Sleep” şi “Deep Sleep”, pentru reduce-rea puterii consumate în perioadele de inactivitate.

Pentium II XEON

Intel Pentium II XEON a apărut în 1998 și era destinat în special Serverelor pe care rulează aplicaţii

mari consumatoare de resurse. Se puteau construi sisteme ce 2,4, sau 8 astfel de procesoare.

Celeron

Intel Celeron, apărut în 1999, este o versiune mai puţin performantă a procesorului Pentium II

destinată calculatoarelor mai ieftine, oferind un raport bun preţ/calitate.

9

Pentium III

Acest processor, apărut în 1999 este ultimul din cadrul familiei P6, şi se bazează pe arhitecturile

procesoarelor Pentium Pro şi Pentium II. Au fost adăugate 70 de noi in-strucţiuni la setul de instrucţiuni

existent. Acestea sunt destinate atât unităţilor funcţi-onale existente la procesoarele precedente, cât şi

noii unităţi de calcul în virgulă mobilă de tip SIMD (Single Instruction, Multiple Data).

Pentium IV

Intel Pentium IV, apărut în 2000 era destinat creării de fişiere video performante, graficii 3D. Are 42

milioane tranz.

Itanium

Intel Itanium, apărut în 2001, a fost primul procesor cu magistrala de adrese de 64 de biţi, fiind

destinat numai serverelor.

Concluzii:Progresele făcute de tehnologia calculatoarelor sunt absolut uluitoare; ajunge să îţi cumperi un

calculator nou după doi ani ca să fii impresionat de câştigul de performanţă înregistrat. Sporul de

performanţă se datorează unor procesoare din ce în ce mai sofisticate şi mai rapide, şi unor memorii de

capacităţi din ce în ce mai mari. Răspunzătoare pentru creşterea exponenţială a performanţei sunt însă în

cea mai mare măsură microprocesoarele. Performanţa acestora s-a situat pe o curbă exponenţială în toţi cei

treizeci de ani de la crearea lor. Miniaturizarea şi tehnicile de design contribuie în mod egal la aceste

spectaculoase creşteri. Însă, aceasta se apropie de sfârşit, datorită unor bariere fizice fundamentale.

Bibliografie:1. http://biblioteca.regielive.ro/cursuri/calculatoare/microprocesoare-5239.html

2. http://ro.wikipedia.org/wiki/Intel

3. http://www.referatele.com/referate/informatica/online6/Microprocesoarele-INTEL-4004--8008--

8080--Pentium-referatele-com.php

4. http://referat.clopotel.ro/Evolutia_microprocesoarelor-10176.html

10