История технологий и поколений ЭВМ

В 1992 году появляется процессор Intel 80486DX4, который работает на учетверенной частоте внешней  шины, что позволило увеличить  тактовую частоту процессора до 100 МГц. 

Следующие основные даты развития операционных систем фирмы Microsoft шли одновременно с развитием аппаратной части персонального компьютера. 

6 апреля 1992 –  выход Windows 3.1. В ней исправлено  множество ошибок, повышена стабильность, добавлены некоторые новые возможности,  в том числе масштабируемые шрифты TrueType. Windows 3.x становится самой популярной в США (по числу инсталляций) операционной средой для ПК и остается таковой до 1997г. 

27 октября 1992 - выход Windows for Workgroups 3.1. В ней интегрируются функции, ориентированные на обслуживание сетевых пользователей и рабочих групп, в том числе доставки электронной почты, совместного использования файлов и принтеров и календарного планирования. Версия 3.1 стала предвестником бума малых локальных сетей, но потерпела коммерческую неудачу, получив обидное прозвище «Windows for Warehouse» («Windows для складов»). 

24 мая 1993 –  выпуск Windows NT (сокращение от New Technology – новая технология). Для функционирования  первой версии 3.1, изначально ориентированной  на аудиторию взыскательных пользователей и рынок серверов, требуется ПК высокого класса; кроме того, продукт не свободен от шероховатостей. Однако Windows NT хорошо принята разработчиками благодаря ее повышенной защищенности, стабильности и развитому API – интерфейсу Win32, упрощающему составлению мощных программ. Проект начинается как OS/2 3.0, но в итоге исходный текст продукта был полностью переработан. 

8 ноября 1993 – выпуск Windows for Workgrounds 3.11. В ней обеспечена более полная совместимость с NetWare и Windows NT; кроме того, в архитектуру ОС внесены многие изменения, направленные на повышение производительности и стабильности и позднее нашедшее применения в Windows 95. Продукт был гораздо более доброжелательно встречен корпоративной Америкой. 

В 1993 году появились  первые процессоры Pentium с частотой 60 и 66 МГц – это были 32-разрядные процессоры с 64-битной шиной данных. Pentium имел 3,1 млн. транзисторов, и был изготовлен по технологии 0,8 мкм; питание 5В. От 486-го его принципиально отличается суперскалярной архитектурой – способностью за один такт выпускать с конвейеров до двух инструкций. Интерес к процессору со стороны производителей и покупателей PC сдерживался его очень высокой ценой. Кроме того, возник скандал с обнаружением ошибки сопроцессора. Хотя фирма Intel математически обосновала не высокую вероятность ее проявления (раз в несколько лет), она все-таки пошла на бесплатную замену уже проданных процессоров на исправленные. 

Процессоры Pentium с частотой 75, 90 и 100 МГц, появившиеся  в 1994 году, представили уже второе поколение процессоров Pentium (семейство P6). При почти том же числе транзисторов они выполнялись по технологии 0,6 мкм, что позволило снизить потребляемую мощность. От первого поколения они отличались внутреннем умножением частоты и имели другой тип корпуса. Была введена новая шина, которой до этого оснащались большие ЭВМ и в одном ПК могли присутствовать до 4-х процессоров Р6. Появились версии (75 МГц в миниатюрном корпусе) для мобильных применений (блокнотные ПК). Процессоры Pentium второго поколения стали весьма популярны в PC. В 1995 году появились процессоры на 120 и 133 МГЦ, выполненные уже по технологии 0,35 мкм. 1996-й называют годом Pentium – появились процессоры на 150, 166 и 200 МГц, и Pentium стал рядовым процессором для PC широкого применения. 

24 августа 1995 года после многочисленных задержек  и без беспрецедентной для  программного продукта рекламной  шумихи на рынке выходит Windows 95. Потеряв голову, в очередях  за ней стоят даже люди, не  имеющие компьютера. Windows 95 – самая  дружественная пользователю версия Windows для инсталляции которой не требуется предварительно устанавливать DOS; ее появление делает ПК более доступным массовому потребителю. Благодаря значительно усовершенствованному интерфейсу наконец-то ликвидировано отставание от платформы Мас и компьютеры Мас оказываются окончательно оттесненными в узкую нишу рынка. В Windows 95 имеется встроенный набор протоколов TCP/IP, утилита Dial-Up Net-working и допускается использование длинных имен файлов. 

Параллельно с Pentium развился и процессор Pentium Pro, который отличался новшествами «динамического исполнения инструкций». Кроме того, в его корпусе разместили и вторичный кэш, для начала объемом 256 Кб. Однако на 16-битных приложениях, а также в среде Windows 95 его применение не дало преимуществ. Процессор содержал 5,5 млн. транзисторов ядра, и 15,5 млн. транзисторов для вторичного кэша объемом 256 Кб. Первый процессор с частотой 150 МГц появился в начале 1995 года (технология 0,6 мкм), а уже в конце года появились процессоры с частотой 166, 180, 200 МГц (технология 0,35 мкм), у которых кэш достигал 512 Кб. 

После долгих обещаний в начале 1997 года появились процессоры Pentium MMX. Расширение ММХ предполагает параллельную обработку группы операндов  одной инструкцией. Технология ММХ призвана ускорять выполнение мультимедийных приложений, в частности операции с изображениями и обработку сигналов. Ее эффективность вызывает споры в среде разработчиков, поскольку выигрыш в самих операциях обработки компенсируется проигрышем на дополнительных операциях упаковки-распаковки. Кроме того, ограниченная разрядность ставит под сомнение применение ММХ в декодерах MPEG-2, в которых требуется обработка 80-битных операндов. Кроме расширения ММХ эти процессоры, по сравнению с обычным Pentium, имеют удвоенный объем первичного кэша, и некоторые элементы архитектуры, позаимствованные у Pentium Pro, что повышает производительность процессора Pentium ММХ и на обычных приложениях. Процессоры Pentium ММХ имеют 4,5 млн транзисторов и выполнены по технологии – 0,35 мкм. По состоянию на июнь 1997 года имеются процессоры с тактовыми частотами 166, 200 и 233 МГц. 

Технология ММХ  была соединена с архитектурой Pentium Pro – и в мае 1997 года появился процессор Pentium II. Он представляет собой слегка урезанный вариант ядра Pentium Pro с более высокой внутренней тактовой частотой, в которое внесли поддержку ММХ. Трудности размещения вторичного кэша в одном корпусе с процессором преодолели нехитрым способом – кристалл с ядром процессора и набор кристаллов статической памяти и дополнительных схем, реализующих вторичный кэш, разместили на небольшой печатной плате-картридже. Все кристаллы закрыты общей специальной крышкой и охлаждаются специальным вентилятором. Тактовые частоты ядра – 233, 266 и 300 МГц. 

Конечно же, перечисленным моделями не исчерпывается весь мировой ассортимент микропроцессоров. Это только представители семейства процессоров, имеющих обобщенное название х86. Ряд фирм (DEC, Motorola, Texas Instruments и другие) имеют разработки, существенно отличающиеся от данного семейства; есть другие классы процессоров и у Intel. Среди них есть гораздо более мощные процессоры относящиеся, к таким классам как RISC, так и CISC архитектуру. Однако процессоры Pentium особенно с поддержкой ММХ, имеют самую сложную в мире систему команд. 

Процессоры, совместимые  с семейством х86, выпускаются не только фирмой Intel. Традиционный конкурент  – AMD – выпускает совместимые  процессоры обычного несколько позже, но заметно дешевле, иногда по ряду технических свойств они даже опережают аналогичные процессоры Intel. Фирма Cyrix славится своими быстрыми сопроцессорами. 

7 июня 1998 компания Intel представила процессор Celeron с  тактовой частотой 300 МГц и снизила  цену на ранее выпускавшуюся  модель 266 МГц. Компания, однако, предпочитает  не афишировать, что эти частоты – далеко не предел возможностей Celeron, и безо всяких переделок процессор способен на нечто большее. 

Ядро Celeron изготовляется  по последней 0,25 микронной технологии и имеет кодовое название Deschutes. Оно такое же, как у процессоров Pentium II, предназначенных для работы на частотах 333, 350 и 400 МГц (в младших моделях Pentium II используется ядро Klamath с 0,35 микронной технологией). 

25 июля 1998 корпорация Microsoft выпускает Windows 98 – последнюю  версию Windows на базе старого ядра, функционирующего на фундаменте DOS. Система Windows 98 интегрирована с интернет-браузером Internet Explorer 4 и совместима с многочисленными – от USB до спецификаций управления энергопотреблением ACPI. Последующие версии Windows для рядового пользователя будут построены на базе ядра NT. 

6 октября 1998 года корпорация Intel анонсировала  самую быстродействующую версию  процессора Pentium® II Xeon™ с тактовой  частотой 450 МГц, предназначенную  для двухпроцессорных (двухканальных)  серверов и рабочих станций. Новая модель на 450 МГц обеспечивает наивысший в отрасли уровень производительности благодаря увеличенной емкости и быстродействию кэш-памяти 2-го уровня (L2), возможности установки нескольких процессоров, а также наличию системной шины, работающей на частоте 100 МГц. Сочетание высокой производительности процессора Pentium II Xeon с системной масштабируемостью выводит показатель соотношения "производительность/цена" на уровень, не имеющий аналогов на рынке двухканальных серверов и рабочих станций. Набор микросхем 440GX AGPset для серверов и рабочих станций, обеспечивающий возможность установки одного или двух процессоров, поддерживает до 2 Гб системной памяти и быструю графическую шину AGP. 
 

К началу 1999 года оба конкурента Intel и AMD подошли, имея процессоры с тактовой частотой 400 МГц - Intel выпускала Pentium II, в арсенале у AMD был процессор K6-2 с той же тактовой частотой, но с меньшей производительностью.

В 1998 году компания Intel анонсирует новое ядро Willamette.

Предполагалось, что Willamette выйдет во второй половине 1998 года, однако, в результате многочисленных задержек анонс был перенесён на конец 2000 года. В феврале 2000 года на форуме разработчиков Intel (IDF Spring 2000) был продемонстрирован компьютер, основой которого служил инженерный образец процессора Willamette, получившего наименование «Pentium 4», работающий на частоте 1,5 ГГц. 

Первые серийные процессоры Pentium 4 на ядре Willamette, анонсированные 20 ноября 2000 года, производились по 180 нм технологии. Дальнейшим развитием семейства Pentium 4 стали процессоры на ядре Northwood, производившиеся по 130 нм технологии. 2 февраля 2004 года были представлены первые процессоры на ядре Prescott (90 нм), а последним ядром, использовавшимся в процессорах Pentium 4 стало ядро Cedar Mill (65 нм). На базе ядер Northwood и Prescott выпускались также мобильные процессоры Pentium 4 и Pentium 4-M, представлявшие собой Pentium 4 с пониженным энергопотреблением. На базе всех ядер, перечисленных выше, выпускались также процессоры Celeron, предназначенные для бюджетных компьютеров, представлявшие собой Pentium 4 с уменьшенным объёмом кэш-памяти второго уровня и пониженной частотой системной шины. 

7 января 2002 года  компанией Intel были анонсированы процессоры Pentium 4 на новом ядре Northwood, представлявшем собой ядро Willamette с увеличенным до ½ Мбайт объёмом кэш-памяти второго уровня. Процессоры на ядре Northwood содержали 55 млн транзисторов и производились по новой 130 нм КМОП-технологии с медными соединениями. За счёт использования новой технологии производства удалось значительно сократить площадь кристалла: кристалл процессоров на ядре Northwood ревизии B0 имел площадь 146 мм², а в последующих ревизиях площадь кристалла уменьшилась до 131 мм². 

Тактовая частота  процессоров Pentium 4 на ядре Northwood составляла 1,6—3,4 ГГц, частота системной шины — 400, 533 или 800 МГц в зависимости от модели. Все процессоры на ядре Northwood выпускались в корпусе типа FC-mPGA2 и предназначались для установки в системные платы с разъёмом Socket 478, напряжение ядра этих процессоров составляло 1,475—1,55 В в зависимости от модели, а максимальное тепловыделение — 134 Вт на частоте 3,4 ГГц. 

14 ноября 2002 года  был представлен процессор Pentium 4 3066 МГц, поддерживающий технологию виртуальной многоядерности — Hyper-threading. Этот процессор оказался единственным процессором на ядре Northwood с частотой системной шины 533 МГц, обладавшим поддержкой технологии Hyper-threading. В дальнейшем эту технологию поддерживали все процессоры с частотой системной шины 800 МГц (2,4—3,4 ГГц). 

Характерной особенностью процессоров Pentium 4 на ядре Northwood была невозможность продолжительной работы при повышенном напряжении ядра (повышение напряжения ядра при разгоне является распространённым приёмом, позволяющим повысить стабильность работы на повышенных частотах). Повышение напряжения ядра до 1,7 В приводило к быстрому выходу процессора из строя, несмотря на то, что температура кристалла при этом оставалась невысокой. Это явление, названное «синдромом внезапной смерти Northwood» (англ. sudden Northwood death syndrome), серьёзно ограничивало разгон Pentium 4 на ядре Northwood.

2 февраля 2004 года компанией Intel были анонсированы первые процессоры Pentium 4 на ядре Prescott. Впервые с момента своего появления архитектура NetBurst претерпела значительные изменения. 

Основным отличием ядра Prescott от предшественников являлся удлинённый с 20 до 31 стадии конвейер. Это позволило увеличить частотный потенциал процессоров Pentium 4, однако могло приводить к более серьёзным потерям производительности при ошибке предсказания переходов. В связи с этим ядро Prescott получило усовершенствованный блок предсказания переходов, позволивший значительно сократить количество ошибок предсказания. Кроме того, было модернизировано АЛУ, в частности, был добавлен блок целочисленного умножения, отсутствовавший в процессорах на ядрах Willamette и Northwood. Кэш данных первого уровня был увеличен с 8 до 16 Кбайт, а кэш второго уровня — с 512 Кбайт до 1 Мбайт. 

Тактовая частота  процессоров Pentium 4 на ядре Prescott составляла 2,4—3,8 ГГц, частота системной шины — 533 или 800 МГц в зависимости от модели. При этом в настольных процессорах с тактовой частотой ниже 2,8 ГГц была отключена поддержка технологии Hyper-threading. Изначально процессоры на ядре Prescott выпускались в корпусе типа FC-mPGA2 (Socket 478), а затем — в корпусе типа FC-LGA4 (LGA775). Процессоры содержали 125 млн транзисторов, производились по 90 нм технологии КМОП с использованием напряженного кремния (en:strained silicon), площадь кристалла составляла 112 мм², напряжение ядра — 1,4—1,425 В в зависимости от модели. 

Несмотря на то, что процессоры на ядре Prescott производились по новой 90 нм технологии, добиться снижения тепловыделения не удалось: так, например, Pentium 4 3000 на ядре Northwood имел типичное тепловыделение 81,9 Вт, а Pentium 4 3000E на ядре Prescott в корпусе типа FC-mPGA2 — 89 Вт. Максимальное тепловыделение процессоров Pentium 4 на ядре Prescott составляло 151,13 Вт на частоте 3,8 ГГц. 

Процессоры Pentium 4 на ядре Prescott получили поддержку нового дополнительного набора команд — SSE3, а также поддержку технологии EM64T (в ранних процессорах поддержка 64-битных расширений была отключена). Кроме того, была оптимизирована технология Hyper-threading (в частности, в набор SSE3 вошли инструкции, предназначенные для синхронизации потоков).