Intel 80486

Intel 80486 (også kendt som i486, Intel 486 eller bare 486.) er en 32 - bit skalar x86 - kompatibel fjerde generations mikroprocessor bygget på en hybrid CISC - RISC -kerne og udgivet af Intel den 10. april 1989 . Denne mikroprocessor er en forbedret version af 80386 mikroprocessoren . Den blev første gang vist på Comdex Fall-udstillingen i efteråret 1989 . Det var den første mikroprocessor med en indbygget matematisk coprocessor (FPU). Anvendes hovedsageligt i stationære pc'er, højtydende arbejdsstationer, i servere og bærbare pc'er ( notebooks og bærbare computere).

Projektlederen for udviklingen af ​​Intel 486 mikroprocessoren var Patrick Gelsinger .

Historie

Intel 80486 blev annonceret på Comdex forårsudstilling i april 1989. På tidspunktet for meddelelsen udtalte Intel, at prøver ville være tilgængelige i tredje kvartal af 1989, og produktionspartier ville blive sendt i fjerde kvartal af 1989 [3] . De første pc'er baseret på 80486 blev annonceret i slutningen af ​​1989, men nogle foreslog at vente til 1990 med at købe en pc baseret på 80486, da der var tidligere rapporter om fejl og softwareinkompatibilitet [4] .

Den første større opdatering af 80486-arkitekturen fandt sted i marts 1992 med udgivelsen af ​​486DX2-serien med en integreret matematisk coprocessor og L1-cache [5] . For første gang blev processorens kerneur adskilt fra systembus-uret med en dobbelt clock-multiplikator, hvilket førte til frigivelsen af ​​486DX2-chips ved 40- og 50- MHz . En hurtigere 66 MHz 486DX2-66 blev frigivet senere i august samme år [5] .

På trods af udgivelsen af ​​den nye femte generation af Pentium-processor i 1993, fortsatte Intel med at frigive i486-processorer, hvilket førte til udgivelsen af ​​486DX4-100 med en tredobbelt multiplikator, klokket til 100 MHz og L1-cache fordoblet til 16 KB [ en] 5] .

Tidligere besluttede Intel ikke at dele sine 80386- og 80486-teknologier med AMD [5] . AMD mente dog, at deres teknologideling udvidede sig til 80386 som et afledt af 80286 [5] . Så AMD reverse-manipulerede 386-chippen og udgav 40MHz Am386DX-40- chippen , som var billigere og havde lavere strømforbrug end Intels bedste 33MHz-version af 386 [5] . Intel forsøgte at stoppe AMD i at sælge processoren, men AMD vandt retssagen, som gjorde det muligt for den at frigive processoren og etablere sig som en konkurrent til Intel [6] .

AMD fortsatte med at skabe kloner, hvilket resulterede i udgivelsen af ​​den første generation af Am486- chip i april 1993 med klokhastigheder på 25-, 33- og 40 MHz [5] . Efterfølgende anden generation af Am486DX2-chips, klokket til 50-, 66- og 80MHz, blev udgivet året efter. Am486-serien blev færdiggjort med 120MHz DX4-chippen i 1995 [5] .

I 1995, efter en otte-årig juridisk kamp mellem AMD og Intel, blev voldgiftskravet i 1987 afgjort, og AMD fik adgang til Intel 80486-mikrokoden [5] . Dette resulterede angiveligt i to versioner af AMD's 486-processor - den ene baseret på Intel-mikrokode og den anden ved hjælp af AMD-mikrokode i en renrumsudviklingsproces . Aftalen siger dog også, at 80486-processoren vil være den sidste Intel-processor, der bliver klonet af AMD [5] .

En anden producent af 486 kloner var Cyrix , som var en fabriksløs producent af coprocessorchips til 80286/386-systemer. De første Cyrix 486-processorer, 486SLC og 486DLC, blev udgivet i 1992 og brugte 80386-pakken [5] . Begge Texas Instruments Cyrix-processorer var pin-kompatible med 386SX/DX-systemer, hvilket gør dem til en eftermonteringsmulighed for ældre systemer [6] . Disse chips kunne dog ikke matche Intel 486-processorerne, idet de kun havde 1 KB cache og ingen indbygget matematisk coprocessor. I 1993 udgav Cyrix sine egne Cx486DX- og DX2-processorer, som var tættere på deres Intel-modstykker i ydeevne. Dette førte til, at Intel og Cyrix sagsøgte hinanden, hvor Intel anklagede Cyrix for patentkrænkelse og Cyrix modkrav på antitrustkrav. Retssagen endte i 1994 med Cyrix' sejr og tilbagetrækningen af ​​antitrustsagen [5] .

I 1995 vendte både Cyrix og AMD deres opmærksomhed mod et hyldemarked af brugere, der ville opgradere deres processorer. Cyrix udgav et derivat af 486 kaldet 5x86 baseret på Cyrix M1 kernen, som kørte ved 120 MHz og var en mulighed på 486 Socket 3 [5] [6] bundkort . AMD udgav også 133MHz Am5x86 , som i det væsentlige var en forbedret 80486 med dobbelt cache og firdobbelt multiplikator, der også fungerede med de originale 486DX [5] bundkort . Am5x86 var den første processor, der brugte AMD's ydeevnevurdering og blev markedsført som Am5x86-P75, med påstande om at svare til Pentium 75 [6] . Kingston Technology udgav også 'TurboChip' 486-modulet, som brugte 133MHz Am5x86 [5] .

Som et resultat frigav Intel Pentium OverDrive- opgraderingschippen til 486 bundkort, som var en modificeret Pentium-kerne, der kørte op til 83MHz på kort med en 25MHz eller 33MHz FSB. OverDrive var ikke populær på grund af lav ydeevne og høj pris. Efter at Pentium-seriens processorer fik fodfæste på markedet, fortsatte Intel med at frigive de 486 kerner til industrielle indlejrede applikationer, og stoppede derefter produktionen af ​​80486-seriens processorer i slutningen af ​​2007 [5] .

Beskrivelse

Specifikationer (resumé)

• Dato for annoncering af den første model: 10. april 1989
• Registerbredde : 32 bit
• Bredde på ekstern databus : 32 bit
• Ekstern adressebusbredde : 32 bit
• Virtuel adresserbar hukommelse: 64 TB (2 46 ) [7] [8]
• Maksimal segmentstørrelse : 4 GB
• Fysisk adresserbar hukommelse: 4 GB
• L1 Cache : 8 KB, DX4 16 KB
• L2-cache : på bundkort (ved FSB-frekvens )
• FPU : on-chip, SX deaktiveret
• Processorens clockhastigheder, MHz : 16-100 (DX4)
• Urfrekvenser FSB , MHz: 16—50
• Forsyningsspænding: 5-3,3 V
• Antal transistorer: 1.185M, SX2 0.9M, SL 1.4M, DX4 1.6M
• Procesteknologi, nm: 1000, 800 og 600 for DX4
• Matriceareal: 81mm² for 1.185M transistorer og 1000nm teknologi, 67mm² for 1.185M transistorer og 800nm-teknologi, 76mm² for DX4
• Maksimalt strømforbrug: ingen data
• Maksimalt strømforbrug: ingen data
• Stik: Stik
• Pakke: 168- og 169-bens keramisk PGA , 132- og 208-bens plastik PQFP
• Instruktioner: x86 (150 instruktioner, mods tæller ikke med)

Processoren havde 32-bit adresse- og databusser. Dette krævede hukommelse i form af fire 30-bens eller en 72-bens SIMM'er .

Forskelle mellem Intel 486DX og Intel 386 [9]

Intel 486DX, 486DX2 og 486DX4 er en die, der indeholder CPU, matematisk coprocessor og cache-controller. Fuldt kompatible på præprocessorniveau med Intel 386-processorer, men de har følgende forskelle:

• Intel 486-processorerne, i modsætning til Intel ULP486GX, som kun understøtter en 16-bit databus, ændrer dynamisk størrelsen på bussen, der bruges til at understøtte 8-, 16- og 32-bit transaktioner. Intel 386s understøtter kun to busbredder, 16 og 32 bit, og kræver ingen ekstern logik for at styre busbreddeændringer.
• Intel 486-processorer har en kort overførselstilstand, der tillader fire 32-bit ord fra ekstern hukommelse til cache at blive overført over bussen i én transaktion ved hjælp af kun fem cyklusser. Intel 386 kræver minimum otte cyklusser for at overføre den samme mængde data.
• Intel 486-processoren har et BREQ-signal, der bruges til at understøtte multiprocessorsystemer.
• Intel 486-processorbussen er væsentligt kraftigere end Intel 386-processorbussen. Nye funktioner i form af busfrekvensmultiplikation, paritetstjek (ikke tilgængelig i ULP486SX og ULP486GX), kortere dataoverførselscyklus, cachede cyklusser, inklusive cachecyklus uden data check, understøttelse af transaktioner af 8-bit bus.
• For at understøtte on-chip cachen er der indført nye kontrolregistre (CD og NW), nye stifter til bussen, nye typer busudvekslingscyklusser er blevet tilføjet.
• Instruktionssættet til Intel 387 matematiske processor er ikke kun fuldt understøttet, men også udvidet. Der udføres ingen I/O-cyklusser under udførelsen af ​​en flydende komma-instruktion. Interrupt 9 er ikke aktiveret, interrupt 13 forekommer.
• Intel 486-processoren understøtter nye fejlregistreringstilstande for at sikre DOS -kompatibilitet . Disse nye tilstande kræver en ny bit i kontrolregister 0 (NE).
• Seks nye kommandoer er blevet tilføjet til kommandosættet: BSWAP (Byte Swap), XADD (Exchange and Add), CMPXCHG (Compare and Exchange), INVD (Invalidate data cache), WBINVD (Write-back and Invalidate data cache) og INVLPG (Ugyldiggør TLB-indtastning ).
• I kontrolregister 3 tildeles to nye bits for at cache det aktuelle sidebibliotek.
• Tilføjet nye sidebeskyttelsesfunktioner, der kræver en ny bit i kontrolregister 0.
• Tilføjet nye tilpasningskontrolfunktioner, der kræver en ny bit i flagregisteret og kontrolregister 0.
• Ændrede algoritmen for TLB til en pseudo-LRU (PLRU) algoritme svarende til den, der blev brugt i on-chip cachen.
• Tre nye testregistre er blevet tilføjet for at teste on-chip cachen: TR5, TR6 og TR7. Forbedret TLB-stabilitet.
• Prefetch-køen er blevet øget fra 16 bytes til 32 bytes. For at sikre, at nye instruktioner udføres korrekt, foretages der altid spring efter kodeændringer.
• Efter nulstilling skrives værdien <04> til toppen af ​​ID-byten.

Mikroarkitektur

• Mikroarkitektur i486DX2/DX4

• Mikroarkitektur Ultra Low Power i486SX og i486GX

• i486SX mikroarkitektur

Matematisk model og instruktionssæt

Instruktionssættet har ikke gennemgået væsentlige ændringer, men der er tilføjet yderligere instruktioner til at arbejde med intern cachehukommelse (INVD, INVLPG, WBINVD), en instruktion (BSWAP) for kompatibilitet med Motorola-processorer, to instruktioner til atomhukommelsesoperationer: CMPXCHG (for sammenligninger med en udveksling  - en ny værdi blev kun skrevet, hvis den gamle matchede den givne, den gamle blev husket) og XADD (en instruktion til at tilføje to operander med resultatet placeret i den anden operand, og ikke i den første, som i ADD). CPUID- instruktionen tillod for første gang i x86-familien direkte at få detaljerede oplysninger om processorens version og egenskaber. Derudover er der tilføjet 75 FPU instruktioner til instruktionssættet.

Længden af ​​instruktionskøen er blevet øget til 32 bytes.

Blokke og implementering af grænseflader

• Organisering af grænsefladen med input-output-enheder

• Organisering af grænsefladen med 32-bit I/O-enheder

• Organisering af grænsefladen med variabel databusstørrelse: 16 bit

• Organisering af grænsefladen med 8-bit I/O-enheder

Registre

Processoren har et udvidet instruktionssæt sammenlignet med 80386, hvortil flere yderligere registre er tilføjet , nemlig tre 32-bit testregistre (TR5, TR4, TR3). Der er også tilføjet nye flag i flagregistret (EFLAGS) og andre kontrolregistre (CR0, CR3).

På grund af inkluderingen af ​​coprocessoren i processorchippen kan Intel 486 også få adgang til FPU-registrene: dataregistre, tagregister, statusregister, FPU-kommando og datapointere, FPU-kontrolregister.

Pipelining instruktioner

Intel 486 forbedrede instruktionsudførelsesmekanismen i flere trin. Intel 486-seriens processorpipeline bestod af 5 trin: instruktionshentning, instruktionsdekodning, instruktionsoperandadresseafkodning, instruktionsudførelse, instruktionsudførelsesresultatregistrering. Brugen af ​​en pipeline gjorde det muligt at udføre forberedende operationer på en anden instruktion under udførelsen af ​​en instruktion. Dette øgede processorens ydeevne betydeligt.

CPU cache

• Erindringens hierarki

• Oversættelsesforeningens buffer

• Cache-organisation i systemer bygget ved hjælp af Intel 486-processoren.

• Direkte kortlagt cache

• Tovejs sæt associativ cache

• Fuldt associativ cache

Intel 486 havde en on-chip cache på 8 KB, senere 16 KB, der kørte ved kernefrekvensen. Tilstedeværelsen af ​​cachen gjorde det muligt at øge hastigheden af ​​mikroprocessorens operationer betydeligt. Oprindeligt fungerede Intel 486-cachen efter gennemskrivningsprincippet ( WT  ) , men senere, inden for Intel 486-familien, blev modeller med en intern tilbageskrivningscache ( skrivning, WB ) frigivet .  Processoren kunne også bruge en ekstern cache, hvis læse-skrivehastighed dog var mærkbart lavere end den interne cache. Samtidig begyndte den interne cache at blive kaldt første niveau cache (Level 1 Cache), og den eksterne cache placeret på bundkortet, andet niveau cache (Level 2 Cache). Cachen havde en 4-kanals sæt-associativ arkitektur og fungerede på niveau med fysiske hukommelsesadresser.

Men som et resultat af brugen af ​​den integrerede cache-hukommelse er antallet af transistorer i processoren steget betydeligt, og som et resultat er krystallens areal steget. Stigningen i antallet af transistorer har ført til en betydelig stigning i effekttab. I gennemsnit er strømtabet steget med 2 gange sammenlignet med lignende modeller af 80386-serien. Dette skyldtes i høj grad integrationen af ​​cachehukommelse, selvom der var andre faktorer, men de er ikke så væsentlige. Af denne grund krævede ældre Intel 486-processorer allerede tvungen (aktiv) køling.

Matematisk coprocessor

Intel 486 brugte en indbygget matematisk coprocessor ( engelsk  Floating Point Unit, FPU ).

Det var den første x86 mikroprocessor med en integreret FPU. Den indbyggede FPU var softwarekompatibel med Intel 80387- chippen  , en matematisk coprocessor, der bruges i systemer med processoren 80386. Brug af den indbyggede coprocessor gjorde systemet billigere og hurtigere ved at reducere det samlede antal pins og chippakker.

Oprindeligt var alle fremstillede Intel 486 mikroprocessorer udstyret med en fungerende coprocessor, disse processorer fik navnet Intel486DX . Senere, i 1991 , besluttede Intel at frigive processorer med en deaktiveret coprocessor, og disse processorer fik navnet Intel486SX . Systemer bygget på disse processorer kunne udstyres med en separat coprocessor, for eksempel Intel487SX eller en coprocessor fra andre producenter.

Opbygning af et computersystem

Oprindeligt var Intel 486-baserede systemer kun udstyret med 8- og/eller 16-bit ISA-busser . Senere bundkort kombinerede den langsomme ISA-bus med højhastigheds-VESA-bussen (eller VLB  - engelsk  Vesa Local Bus ), primært beregnet til videokort og harddiskcontrollere. Nylige bundkort til i486-processorerne var udstyret med PCI og ISA, og nogle gange VESA . Hastigheden af ​​ISA-bussen blev bestemt af multiplikatorer, og driftsfrekvensen af ​​PCI- og VLB-busserne var lig med frekvensen af ​​i486-processorbussen (selvom nogle bundkort også havde multiplikatorer til dem).

Senere fik i486-bundkort støtte til Plug-and-Play- teknologien brugt i Windows 95 , som gjorde det muligt for computere automatisk at opdage og konfigurere periferiudstyr og installere de relevante drivere.

• Opbygning af Intel 486 System Controller

• Organisation af voldgiftssystem

• EISA bus controller organisation

• Organisering af interface (bro) PCI-ISA

• Opbygning af et system ved hjælp af 82C59A Interrupt Controller

• Opbygning af et system ved hjælp af interrupt controller cascading

• Opbygning af en typisk konfiguration ved hjælp af EISA -bussen

• Opbygning af en typisk konfiguration ved hjælp af PCI-bussen

• Opbygning af en adressedekoder

• Opbygning af en dekoder til A1, BHE# og BLE# signaler

• Konstruktion af styrekredsløb og sandhedstabel på eksemplet med brug af IC 74S138

Modeller

Siden introduktionen af ​​den første Intel 486DX-processor er mange andre modeller af 486-familien blevet frigivet med suffikserne SX, SL, DX2, DX4, GX. De adskilte sig i deres funktionelle formål og nogle teknologiske parametre (forsyningsspænding, klokfrekvens, størrelse på cachehukommelsen, fravær eller tilstedeværelse af en coprocessor osv.).

486DX2-processorerne havde en multiplikator på 2 - det vil sige, for eksempel ved en systembusfrekvens på 33 MHz , var selve processorens driftsfrekvens 66 MHz. Senere dukkede Intel DX4-processorer op - dog var deres multiplikator ikke 4, men 3. Som et resultat af introduktionen af ​​multiplikatorer kom et sådant koncept som overclocking for første gang i almindelig brug - hvilket øgede processorydelsen ved at øge bus-clock-frekvensen eller multiplikator .  Så det er kendt, at i Rusland blev selv systemer, hvor i486-processorer fungerede ved frekvenser op til 160 MHz, i åbent salg.

Konkurrencedygtige løsninger

På det tidspunkt, hvor 486'eren blev frigivet, havde Intel mistet ejerskabet af x86- varemærkerne , og mange leverandører brugte lignende navne. Hovedsloganet for Intels konkurrenter var "Stort set det samme som Intel, kun for færre penge."

486-kompatible processorer blev også lavet af virksomheder som IBM , Texas Instruments , AMD , Cyrix , UMC og Chips and Technologies . Nogle af dem var næsten nøjagtige kopier både med hensyn til ydeevne og specifikationer, mens andre tværtimod adskilte sig fra originalen.

Efter at have forladt massemarkedet 486 processorer fremstillet af Intel, frigav AMD 486DX4 -120 og Am5x86-133 processorerne.

I maj 2006 oplyste Intel, at produktionen af ​​80486-chipsene ville slutte i slutningen af ​​september 2007 . Og selvom denne chip længe har været forældet til applikationsprogrammer på personlige computere, fortsatte Intel med at fremstille den til brug i indlejrede systemer .

• 486 AMD Cyrix IBM Intel ST Texas Instruments processorer

• i486-processorer omgivet af processorer fra andre producenter. [fjorten]

• UMC Grøn CPU

Noter

1. ↑ Intel indkasserer gamle chips  (eng.)  (downlink) . Hentet 10. april 2010. Arkiveret fra originalen 22. august 2011.
2. ↑ Meddelelse om produktændring #106013-00 . Hentet 24. august 2011. Arkiveret fra originalen 11. januar 2012. (ubestemt)
3. ↑ 486 32-bit CPU bryder ny jord i chiptæthed og driftsydelse. (Intel Corp.) (produktmeddelelse) EDN | 11. maj 1989 | Pris, Dave
4. ↑ Lewis, Peter H. . LEDENDE COMPUTEREN; The Race to Market a 486 Machine  (engelsk) , The New York Times  (22. oktober 1989). Arkiveret 5. november 2020. Hentet 7. august 2021.
5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Yates, Darren. fire. Otte. seks. (engelsk)  // APC. - Future Publishing, 2020. - November ( nr. 486 ). - S. 52-55 . — ISSN 0725-4415 .
6. ↑ 1 2 3 4 Lilly, Paul En kort historie om CPU'er: 31 fantastiske år med x86  . PC Gamer (14. april 2009). Hentet 7. august 2021. Arkiveret fra originalen 7. august 2021.
7. ↑ P4 (486) Fjerde generations processorer | Mikroprocessortyper og specifikationer | InformIT . Hentet 2. februar 2016. Arkiveret fra originalen 27. december 2019. (ubestemt)
8. ↑ A80486DX4-100 - cpu-world.com . Hentet 25. oktober 2016. Arkiveret fra originalen 21. december 2019. (ubestemt)
9. ↑ Intel "EMBEDDED Intel486 PROCESSOR FAMILY. DEVELOPER'S MANUAL" Bestillingsnr.: 273021-001
10. ↑ Intel IT Galaxy -> Til 40-årsdagen for den første Intel-mikroprocessor. Del 1 Arkiveret 7. september 2014.
11. ↑ cpu-collection.de >> 486 . Hentet 18. september 2012. Arkiveret fra originalen 26. april 2012. (ubestemt)
12. ↑ Processor Collection (8086-80486) (link ikke tilgængeligt) . Dato for adgang: 18. september 2012. Arkiveret fra originalen 29. februar 2012. (ubestemt) 
13. ↑ Processorer DX, DX2, DX4 . Hentet 18. september 2012. Arkiveret fra originalen 26. august 2012. (ubestemt)
14. ↑ Ovenfor - AMD Am486DX2 -50 i et proprietært etui med cache inkluderet. Nedenfor er typiske repræsentanter for 4. generation. I centrum - serverløsninger fra Intel. Til højre - spatelen, der fulgte med Intel 486 OverDrive for at fjerne processoren fra slottet

Litteratur

• Dokumentation udgivet af Intel:
  • Bestillingsnummer: 271329-002 "MILITARY Intel486 PROCESSOR FAMILY"
  • Bestillingsnr.: 272755-001 "Embedded Ultra-Low Power Intel486 GX Processor"
  • Bestillingsnr.: 272731-002 "Embedded Ultra-Low Power Intel486 SX Processor"
  • Bestillingsnr.: 272731-001 "Embedded Ultra-Low Power Intel486 SX Processor"
  • Bestillingsnummer: 271329-003 "MILITARY Intel486 PROCESSOR FAMILY"
  • Bestillingsnummer: 241199-002 "Intel486 familie af mikroprocessorer. Lav effekt version. datablad"
  • Bestillingsnr.: 273025-001 "EMBEDDED Intel486 PROCESSOR. HARDWARE REFERENCE MANUAL»
  • Bestillingsnummer: 273021-001 "EMBEDDED Intel486 PROCESSOR FAMILY. UDVIKLERMANUAL»
  • Bestillingsnummer: 272815-001 "Ultra-Low Power Intel486 SX PROCESSOR. EVALUATION TAVALET MANUAL»
  • Bestillingsnummer: 272771-002 "Embedded Write-Back Enhanced IntelDX4 Processor"
  • Bestillingsnummer: 272771-001 "Embedded Write-Back Enhanced IntelDX4 Processor"
  • Bestillingsnr.: 272770-002 Embedded IntelDX2 Processor
  • Bestillingsnr.: 272770-001 Indbygget IntelDX2-processor
  • Bestillingsnummer: 272769-002 "Embedded Intel486 SX Processor"
  • Bestillingsnr.: 272769-001 Indbygget Intel486 SX-processor
  • Bestillingsnr.: 272755-002 "Indbygget Ultra-Low Power Intel486 GX-processor"
  • Bestillingsnummer: 240440-006 "Intel486DX MICROPROCESSOR"
• V.L. Grigoriev. Mikroprocessor i486. Arkitektur og programmering. - M . : Granal. - T. Bog 1. Softwarearkitektur. — 346 s. - ISBN 5-900676-01-3 .
• V.L. Grigoriev. Mikroprocessor i486. Arkitektur og programmering. - M . : Granal. - T. Bog 2-4. — 382 s. - ISBN 5-900676-02-1 .

Links

• Historie om retssager mellem Intel og AMD
• Dokumentation til processoren på bitsavers.org  (eng.)
• Intel 80486 mikroprocessor  familie