Intel 486 , официальное название i486 , а также известный как 80486 , представляет собой микропроцессор . Это более производительный вариант Intel 386 . i486 был представлен в 1989 году. Он представляет собой четвертое поколение двоично-совместимых процессоров после 8086 1978 года, Intel 80286 1982 года и i386 1985 года .
Это была первая конструкция x86 с жесткой конвейеризацией , а также первый чип x86, включавший более миллиона транзисторов. Он предлагал большой встроенный кэш и встроенный модуль вычислений с плавающей запятой .
Когда было объявлено, первоначальная производительность первоначально была опубликована между 15 и 20 VAX MIPS , между 37 000 и 49 000 dhrystones в секунду и между 6,1 и 8,2 мегаточечными камнями двойной точности в секунду для версии с частотой 25 и 33 МГц. [1] Типичный i486 с частотой 50 МГц выполняет около 40 миллионов инструкций в секунду (MIPS), достигая пиковой производительности 50 MIPS. Это примерно в два раза быстрее, чем у i386 или i286 за такт . Повышенная производительность i486 достигается благодаря пятиступенчатому конвейеру, все этапы которого привязаны к одному циклу. Усовершенствованный блок FPU на чипе работал значительно быстрее, чем FPU i387 за цикл. Intel 80387 FPU («i387») представлял собой отдельный дополнительный математический сопроцессор, который устанавливался в разъем материнской платы рядом с i386.
На смену i486 пришел оригинальный Pentium .
Концепция этого поколения микропроцессоров обсуждалась с Пэтом Гелсингером и Джоном Кроуфордом вскоре после выпуска процессора 386 в 1985 году. Команда приступила к компьютерному моделированию в начале 1987 года. Они завершили работу над логикой и функцией микрокода в 1988 году. Команда завершила работу над базой данных в Февраль 1989 года до выхода ленты 1 марта. Первый кремний с производства они получили 20 марта. [3]
i486 был анонсирован на Spring Comdex 10 апреля 1989 года. [1] В объявлении Intel заявила, что образцы будут доступны в третьем квартале, а серийные поставки начнутся в четвертом квартале. [4] Первые ПК на базе i486 были анонсированы в конце 1989 года. [5]
Первое крупное обновление конструкции i486 произошло в марте 1992 года с выпуском серии 486DX2 с удвоенной тактовой частотой . [6] Впервые тактовая частота ядра ЦП была отделена от тактовой частоты системной шины с помощью двойного умножителя тактовой частоты, поддерживающего чипы 486DX2 на частотах 40 и 50 МГц. В августе того же года был выпущен более быстрый процессор 486DX2-66 с частотой 66 МГц. [6]
Процессор Pentium пятого поколения был выпущен в 1993 году, в то время как Intel продолжала производить процессоры i486, включая процессор 486DX4-100 с тройной тактовой частотой и тактовой частотой 100 МГц и кэшем L1, увеличенным вдвое до 16 КБ. [6]
Ранее Intel решила не делиться технологиями 80386 и 80486 с AMD. Однако AMD считала, что их соглашение о совместном использовании технологий распространяется на 80386 как производную от 80286. [6] AMD провела реверс-инжиниринг 386 и произвела чип Am386DX-40 с тактовой частотой 40 МГц , который был дешевле и имел более низкое энергопотребление, чем лучшие процессоры Intel. Версия 33 МГц. [6] Intel попыталась помешать AMD продать процессор, но AMD выиграла суд, что позволило ей утвердиться в качестве конкурента. [7]
AMD продолжила создавать клоны, выпустив в апреле 1993 года чип Am486 первого поколения с тактовыми частотами 25, 33 и 40 МГц. В следующем году были выпущены чипы Am486DX2 второго поколения с тактовой частотой 50, 66 и 80 МГц. [6] В 1995 году серия Am486 была дополнена чипом DX4 с частотой 120 МГц. [6]
Многолетний арбитражный иск AMD против Intel в 1987 году был урегулирован в 1995 году, и AMD получила доступ к микрокоду Intel 80486. [6] Это привело к созданию двух версий процессора AMD 486: одна была создана на основе микрокода Intel, а другая использовала микрокод AMD в процессе проектирования в «чистой комнате» . Однако в соглашении также было установлено, что 80486 станет последним клоном Intel от AMD. [6]
Еще одним производителем клонов 486 была Cyrix , которая была производителем чипов сопроцессора без фабрики для систем 80286/386. Первые процессоры Cyrix 486 , 486SLC и 486DLC, были выпущены в 1992 году и использовали пакет 80386. [6] Оба процессора Cyrix производства Texas Instruments были совместимы по выводам с системами 386SX/DX, что позволяло использовать их в качестве опции для обновления. [7] Однако эти чипы не могли сравниться с процессорами Intel 486, имеющими только 1 КБ кэш-памяти и не имеющими встроенного математического сопроцессора. В 1993 году Cyrix выпустила собственные процессоры Cx486DX и DX2, которые по производительности были ближе к аналогам Intel. Intel и Cyrix подали в суд друг на друга: Intel подала иск о нарушении патентных прав , а Cyrix — о нарушении антимонопольного законодательства . В 1994 году Cyrix выиграла дело о нарушении патентных прав и отказалась от антимонопольного иска. [6]
В 1995 году и Cyrix, и AMD начали искать готовый рынок для пользователей, желающих обновить свои процессоры. Cyrix выпустила производный процессор 486 под названием 5x86 , основанный на ядре Cyrix M1, который работал с тактовой частотой до 120 МГц и был опцией для материнских плат 486 Socket 3. [6] [7] AMD выпустила обновленный чип Am5x86 с тактовой частотой 133 МГц , который по сути представлял собой улучшенный 80486 с двойным кэшем и счетверенным множителем, который также работал с оригинальными материнскими платами 486DX. [6] Am5x86 был первым процессором, использующим рейтинг производительности AMD, и продавался как Am5x86-P75, с утверждениями, что он эквивалентен Pentium 75. [7] Kingston Technology выпустила обновление системы «TurboChip» 486, в котором использовалась частота 133 МГц. Ам5х86. [6]
В ответ Intel выпустила чип обновления Pentium OverDrive для материнских плат 486, который представлял собой модифицированное ядро Pentium, работающее на частоте до 83 МГц на платах с тактовой частотой внешней шины 25 или 33 МГц. OverDrive не пользовался популярностью из-за скорости и цены. [6] Модель 486 была объявлена устаревшей еще в 1996 году, когда школьный округ Флориды приобрел в том же году парк машин 486DX4, что вызвало споры. Новых компьютеров, оснащенных процессорами 486, на складах со скидкой стало мало, а представитель IBM назвал их «динозаврами». [8] Однако даже после того, как серия процессоров Pentium закрепилась на рынке, Intel продолжала производить 486 ядер для промышленных встраиваемых приложений. Intel прекратила производство процессоров i486 в конце 2007 года. [6]
Набор инструкций i486 очень похож на i386, с добавлением нескольких дополнительных инструкций, таких как CMPXCHG, атомарная операция сравнения и замены , и XADD, атомарная операция выборки и добавления , возвращающая исходное значение. значение (в отличие от стандартного ADD, который возвращает только флаги).
Архитектура производительности i486 значительно лучше i386. Он имеет встроенный унифицированный кэш инструкций и данных , встроенный блок операций с плавающей запятой (FPU) и усовершенствованный блок интерфейса шины . Из-за жесткой конвейеризации последовательности простых инструкций (таких как ALU reg,regи ALU reg,im) могут поддерживать пропускную способность за один такт (одна инструкция завершается за каждый такт). Другими словами, он работал примерно 1,8 такта на инструкцию. [3] Эти улучшения привели к примерно удвоению производительности целочисленного ALU по сравнению с i386 при той же тактовой частоте . Таким образом, i486 с частотой 16 МГц имел производительность, аналогичную i386 с частотой 33 МГц. Старая конструкция должна была достигать частоты 50 МГц, чтобы быть сопоставимой с частью i486 с частотой 25 МГц. [д]
Как и в i386, можно было реализовать плоскую модель памяти на 4 ГБ. Все регистры «селектора сегмента» могут быть установлены на нейтральное значение в защищенном режиме или на ноль в реальном режиме , используя только 32-битные «регистры смещения» (x86-терминология для общих регистров ЦП, используемых в качестве адресных регистров) в качестве линейный 32-битный виртуальный адрес в обход логики сегментации. Затем виртуальные адреса обычно сопоставлялись с физическими адресами системой подкачки, за исключением случаев, когда она была отключена ( реальный режим не имел виртуальных адресов). Как и в случае с i386, обход сегментации памяти может существенно повысить производительность некоторых операционных систем и приложений.
На типичной материнской плате ПК требовалось либо четыре одинаковых 30-контактных (8-битных) SIMM , либо один 72-контактный (32-битный) SIMM на каждый банк, чтобы соответствовать 32-битной шине данных i486 . В адресной шине использовались 30 бит (A31..A2), дополненные четырьмя выводами выбора байтов (вместо A0, A1), что позволяло осуществлять любой 8/16/32-битный выбор. Это означало, что предел непосредственно адресуемой физической памяти также составлял 4 гигабайта (2 30 32-битных слова = 2 32 8-битных слова).
Intel предложила несколько суффиксов и вариантов (см. таблицу). Варианты включают:
Максимальная внутренняя тактовая частота (в версиях от Intel) составляла от 16 до 100 МГц. Модель i486SX с частотой 16 МГц использовалась компанией Dell Computers .
Одна из немногих моделей i486, рассчитанных на шину 50 МГц (486DX-50), изначально имела проблемы с перегревом и была переведена на процесс изготовления с толщиной 0,8 микрометра . Однако проблемы продолжились, когда 486DX-50 был установлен в системах локальной шины из-за высокой скорости шины, что сделало его непопулярным среди основных потребителей. В то время видео по локальной шине считалось обязательным требованием, хотя оно оставалось популярным среди пользователей систем EISA . Вскоре 486DX-50 был затмён i486DX2 с удвоенной тактовой частотой, который, хотя и работал с внутренней логикой ЦП на удвоенной частоте внешней шины (50 МГц), тем не менее был медленнее, поскольку внешняя шина работала всего на частоте 25 МГц. i486DX2 на частоте 66 МГц (с внешней шиной 33 МГц) в целом оказался быстрее, чем 486DX-50.
Более мощные версии i486, такие как OverDrive и DX4, были менее популярны (последний доступен только как OEM-деталь), поскольку они появились после того, как Intel выпустила семейство процессоров Pentium следующего поколения . Некоторые степпинги DX4 также официально поддерживали работу шины 50 МГц, но эта функция использовалась редко.
* WT = стратегия кэширования со сквозной записью, WB = стратегия кэширования с обратной записью
Процессоры, совместимые с i486, производились такими компаниями, как IBM , Texas Instruments , AMD , Cyrix , UMC и STMicroelectronics (ранее SGS-Thomson). Некоторые из них были клонами (идентичными на микроархитектурном уровне), другие представляли собой чистую реализацию набора инструкций Intel. (Требование IBM к нескольким источникам было одной из причин производства x86 после 80286.) Однако на i486 распространяется множество патентов Intel, в том числе на предыдущий i386. Intel и IBM имели широкие перекрестные лицензии на эти патенты, а AMD получила права на соответствующие патенты в результате урегулирования судебного процесса между компаниями в 1995 году. [9]
AMD выпустила несколько клонов, использующих шину 40 МГц (486DX-40, 486DX/2-80 и 486DX/4-120), которые не имели эквивалента Intel, а также деталь, рассчитанную на 90 МГц, с использованием внешней тактовой частоты 30 МГц. он продавался только OEM-производителям. Самый быстрый процессор, совместимый с i486, Am5x86 , работал на частоте 133 МГц и был выпущен AMD в 1995 году. Планировались части с частотой 150 МГц и 160 МГц, но официально они так и не были выпущены.
Cyrix выпустила множество i486-совместимых процессоров, предназначенных для чувствительных к стоимости рынков настольных компьютеров и ноутбуков с низким энергопотреблением. В отличие от клонов AMD 486, процессоры Cyrix были результатом реверс-инжиниринга в «чистой комнате». Ранние предложения Cyrix включали 486DLC и 486SLC, два гибридных чипа, которые подключались к разъемам 386DX или SX соответственно и предлагали 1 КБ кэш-памяти (против 8 КБ у нынешних компонентов Intel/AMD). Cyrix также создала «настоящие» процессоры 486, которые подключались к разъему i486 и предлагали 2 или 8 КБ кэша. В тактовой частоте чипы Cyrix в целом были медленнее, чем их эквиваленты Intel/AMD, хотя более поздние продукты с кэш-памятью 8 КБ были более конкурентоспособными, хотя и поздно вышли на рынок.
Motorola 68040 , хотя и не был совместим с i486, часто позиционировался как его эквивалент по функциям и производительности. В тактовой частоте Motorola 68040 может значительно превзойти чип Intel. [10] [11] Однако i486 мог работать значительно быстрее без перегрева. Производительность Motorola 68040 отставала от систем i486 более позднего производства. [ нужна цитата ]
Ранние компьютеры на базе i486 были оснащены несколькими слотами ISA (с использованием эмулируемой шины PC/AT ), а иногда одним или двумя только 8-битными слотами (совместимыми с шиной PC/XT). [e] Многие материнские платы позволяли разгонять их со стандартных 6 или 8 МГц до, возможно, 16,7 или 20 МГц (половина тактовой частоты шины i486) в несколько этапов, часто из настроек BIOS . Особенно старые периферийные карты обычно хорошо работали на таких скоростях, поскольку в них часто использовались стандартные чипы MSI вместо более медленных (в то время) специальных конструкций VLSI . Это может дать значительный прирост производительности (например, для старых видеокарт, перенесенных с компьютера 386 или 286). Однако работа на частоте выше 8 или 10 МГц иногда может привести к проблемам со стабильностью, по крайней мере, в системах, оснащенных SCSI или звуковыми картами .
Некоторые материнские платы были оснащены 32-битной шиной EISA, которая была обратно совместима со стандартом ISA. EISA предлагала привлекательные функции, такие как увеличенная пропускная способность, расширенная адресация, совместное использование IRQ и настройка карты с помощью программного обеспечения (а не с помощью перемычек, DIP-переключателей и т. д.). Однако карты EISA были дорогими и поэтому в основном использовались на серверах и рабочих станциях. Потребительские настольные компьютеры часто использовали более простую и быструю локальную шину VESA (VLB). К сожалению, склонен к электрической и временной нестабильности; типичные потребительские настольные компьютеры имели слоты ISA, совмещенные с одним слотом VLB для видеокарты. В последние годы периода i486 VLB постепенно заменялся PCI . Лишь немногие материнские платы класса Pentium имели поддержку VLB, поскольку VLB был основан непосредственно на шине i486; сильно отличается от шины Pentium P5. ISA сохранялась в поколении Pentium P5 и не была полностью вытеснена PCI до эпохи Pentium III, хотя ISA сохранялась и в эпоху Pentium 4, особенно среди промышленных ПК.
Платы более поздних версий i486 обычно оснащались слотами PCI и ISA, а иногда и одним слотом VLB. В этой конфигурации пропускная способность VLB или PCI страдала в зависимости от способа соединения шин. Изначально слот VLB в этих системах обычно был полностью совместим только с видеокартами (так как «VESA» означает « Ассоциация стандартов видеоэлектроники » ); Карты VLB-IDE, multi I/O или SCSI могут иметь проблемы на материнских платах со слотами PCI. Шина VL работала на той же тактовой частоте, что и шина i486 (по сути, локальная шина), в то время как шина PCI также обычно зависела от тактовой частоты i486, но иногда имела настройку делителя, доступную через BIOS. Это значение можно установить на 1/1 или 1/2, а иногда даже на 2/3 (для тактовой частоты процессора 50 МГц). Некоторые материнские платы ограничивали тактовую частоту PCI указанным максимумом в 33 МГц, а некоторые сетевые карты зависели от этой частоты для правильной скорости передачи данных. Тактовая частота ISA обычно генерируется делителем тактовой частоты CPU/VLB/PCI.
Одной из первых полноценных систем, в которых использовался чип i486, была Apricot VX FT, производимая британским производителем оборудования Apricot Computers . [12] Даже за рубежом, в Соединенных Штатах, он был популяризирован как «Первый в мире 486».
Более поздние платы i486 поддерживали Plug-And-Play , спецификацию, разработанную Microsoft , которая началась как часть Windows 95 , чтобы упростить установку компонентов для потребителей.
AMD Am5x86 и Cyrix Cx5x86 были последними процессорами i486, которые часто использовались в материнских платах i486 последнего поколения. Они поставлялись со слотами PCI и 72-контактными модулями SIMM, которые были разработаны для работы с Windows 95 , а также использовались для обновления материнских плат 80486. В то время как Cyrix Cx5x86 исчез с приходом Cyrix 6x86 , AMD Am5x86 оставался важным, учитывая задержки с AMD K5 .
Компьютеры на базе i486 оставались популярными до конца 1990-х годов, служа процессорами начального уровня для ПК начального уровня. Производство традиционных настольных и портативных систем прекратилось в 1998 году, когда Intel представила бренд Celeron , хотя его производство для встраиваемых систем продолжалось до конца 2000-х годов.
В качестве настольных компьютеров общего назначения машины на базе i486 продолжали использоваться до начала 2000-х годов, особенно потому, что Windows 95–98 и Windows NT 4.0 были последними операционными системами Microsoft, которые официально поддерживали системы на базе i486. [13] [14] Windows 2000 могла работать на машине с процессором i486, хотя и с неоптимальной производительностью из-за минимальных аппаратных требований процессора Pentium. [15] Однако, когда их вытеснили новые операционные системы, системы i486 вышли из употребления, за исключением обратной совместимости со старыми программами (особенно с играми), особенно с учетом проблем, запускаемых в новых операционных системах. Однако DOSBox был доступен для более поздних операционных систем и обеспечивает эмуляцию набора инструкций i486, а также полную совместимость с большинством программ на базе DOS. [16]
В конечном итоге i486 был заменен Pentium для приложений для персональных компьютеров , хотя Intel продолжала производить процессоры для использования во встраиваемых системах . В мае 2006 года Intel объявила, что производство i486 прекратится в конце сентября 2007 года. [17]