Процессор может адресовать память объемом до 4 Гбайт. Встроенный администратор памяти позволяет программам работать так, как будто в их распоряжении есть практически неограниченная виртуальная память объемом 64 Тбайт (1 Тбайт = 1 024 Гбайт = 1 099 511 627 776 байт).

Процессор 386SX

Этот процессор предназначен для компьютеров с возможностями процессора 386, который стоил бы не больше системы 286. Как и в процессоре 286, для взаимодействия с остальными компонентами компьютера использовалась 16-разрядная шина данных. Однако внутренняя архитектура процессора 386SX аналогична архитектуре 386DX, т. е. он может обрабатывать одновременно 32 бит данных. Шина адреса 386SX - 24-разрядная (в отличие от 32-разрядной в других модификациях процессора 386), и он может адресовать только 16 Мбайт (а не 4 Гбайт) памяти, т. е. столько же, сколько 286-й. Процессоры 386 выпускаются с различными тактовыми частотами в пределах от 16 до 33 МГц.

Появление 386SX ознаменовало конец "карьеры" процессора 286 прежде всего благодаря более совершенному MMU и появлению виртуального режима. Под управлением операционных систем Windows или OS/2 процессор 386SX может одновременно выполнять несколько программ DOS. Кроме того, в отличие от 286-го и предшествующих, он может выполнять все программы, ориентированные на процессоры 386. Например, Windows 3.1 работает с 386SX почти так же хорошо, как с 386DX.

Замечание

Если вы думаете, что для превращения системы 286 в 386 достаточно установить процессор 386SX вместо уже имеющегося, то вы ошибаетесь. В процессорах 386SX и 286 различные разводки и расположение выводов, поэтому установить новый процессор в старое гнездо не удастся. Вам понадобятся дополнительные приспособления для установки процессора 386SX в систему 286. Но такая замена почти не дает выигрыша в быстродействии, так как возможности обмена с памятью и периферийными устройствами ограничены 16-разрядным интерфейсом системной платы. Процессор 386SX с тактовой частотой 16 МГц лишь ненамного превосходит по производительности процессор 286 с той же частотой, однако его возможности управления памятью значительно шире (если системная плата позволяет их использовать). Кроме того, вы получаете возможность работать с программами, разработанными специально для систем 386.

Процессор 386SL

Это еще одна версия процессоров 386. Процессор 386SL с малым потреблением мощности предназначен для портативных компьютеров, в которых это обстоятельство имеет решающее значение; при этом он обладает всеми возможностями процессора 386SX. В процессоре 386SL предусмотрены возможности снижения энергопотребления, что имеет важное значение при питании компьютера от аккумуляторов, и несколько дежурных режимов, в которых расход энергии уменьшается.

Структура процессора несколько усложнена за счет схем SMI (System Management Interrupt), обеспечивающих управление потребляемой мощностью. В процессоре 386SL также предусмотрена поддержка расширенной памяти стандарта LIM (Lotus Intel Microsoft) и встроен кэш-контроллер для управления внешней кэш-памятью объемом от 16 до 64 Кбайт.

В результате этих нововведений количество транзисторов в микросхеме возросло до 855 тыс., и их стало больше, чем в 386DX. Тактовая частота центрального процессора 386SL равна 25 МГц.

Intel разработала вспомогательную микросхему ввода-вывода 82360SL для совместного использования с центральным процессором 386SL в портативных компьютерах. В ней на одном кристалле объединены такие стандартные устройства, как последовательные и параллельные порты, контроллер прямого доступа к памяти, контроллер прерываний, а также схема управления потребляемой мощностью для процессора 386SL. Эта микросхема использовалась вместе с процессором в малогабаритных компьютерах с ограниченными ресурсами.

Сопроцессор 80387

Несмотря на то что микросхема 80387 работает асинхронно, компьютеры с процессором 386 спроектированы так, что сопроцессор работает на частоте процессора. В отличие от 80287 (который аналогичен 8087 во всем, кроме разводки выводов), сопроцессор 80387 с повышенной производительностью разрабатывался специально для работы с процессором 386.

Все микросхемы 387 производятся по CMOS-технологии и отличаются малым потреблением мощности. Существует две разновидности сопроцессора: 387DX (работает с CPU 386DX) и 387SX (работает с CPU 386SX, SL и SLC).

Сначала Intel выпускала несколько модификаций 387DX с разными тактовыми частотами. Но при разработке сопроцессора на 33 МГц пришлось уменьшить длину сигнальных проводников (при этом, естественно, потребовались новые

фотошаблоны). В результате размер структур на кристалле удалось уменьшить с 1,5 до 1 мкм, а площадь кристалла сократить на 50%. В конечном итоге производительность микросхемы увеличилась на 20%.

Замечание

Intel запоздала с разработкой сопроцессора 387: гнездо для сопроцессора 287 устанавливалось еще в первых компьютерах с процессором 386. Разумеется, производительность такого комплекта оставляла желать лучшего.

Некоторые компании разработали собственные варианты сопроцессоров 387, рекламируемые как более быстродействующие по сравнению с микросхемами Intel. Все они полностью совместимы с упомянутыми сопроцессорами.

Четвертое поколение процессоров: P4 (486)

Процессоры 486

Появление процессора 80486 (или просто 486) стало следующим этапом повышения быстродействия компьютера. Его новые возможности привели к бурному росту производства программного обеспечения. Десятки миллионов копий Windows и миллионы копий OS/2 были проданы потому, что благодаря процессору 486 графический пользовательский интерфейс превратился в нечто само собой разумеющееся для тех, кто ежедневно работает на компьютере.

Достичь вдвое большей производительности процессора 486 по сравнению с 386-м (при одной и той же тактовой частоте) удалось благодаря целому ряду нововведений.

Сокращение времени выполнения команд. В среднем одна команда в процессоре 486 выполняется всего за 2 такта, а не за 4,5, как в 386-м.

Встроенная кэш-память первого уровня. Обеспечивает коэффициент попадания 90-95% (коэффициент, отображающий, как часто операции считывания выполняются без ожидания). Использование дополнительного внешнего кэша может еще больше увеличить этот коэффициент.

Укороченные циклы памяти (burst mode). Стандартный 32-разрядный (4-байтовый) обмен с памятью происходит за 2 такта. После стандартного 32-разрядного обмена можно выполнить до трех следующих обменов (т. е. до 12 байт), затрачивая на каждый из них по одному такту вместо двух. В результате 16 последовательных байтов данных передаются за пять тактов вместо восьми. Выигрыш может оказаться даже еще большим при 8- или 16-разрядных обменах.

Встроенный (синхронный) сопроцессор (в некоторых моделях). Сопроцессор работает на той же тактовой частоте, что и основной процессор, поэтому на выполнение математических операций затрачивается меньше циклов, чем в предыдущих сопроцессорах. Производительность встроенного сопроцессора в среднем в 2-3 раза выше по сравнению с внешним 80387.

Быстродействие процессоров 486 в два раза выше, чем у 386-го, т. е. производительность процессора 486SX на 20 МГц такая же, как и у процессора 386DX на 40 МГц. Процессор 486 с более низкой тактовой частотой не только обладает таким же (или даже более высоким) быстродействием, но и имеет еще одно преимущество: его можно легко заменить на DX2 или DX4, производительность которых еще в 2-3 раза выше. Теперь нетрудно понять, почему процессор 486 быстро вытеснил 386-й.

С появлением еще более быстродействующего процессора Pentium компания Intel начала снижать цены на процессоры семейства 486, стремясь сделать их доминирующими. Было выпущено множество модификаций процессора 486: с сопроцессором и без него, с тактовыми частотами от 16 до 120 МГц, с устройствами снижения энергопотребления и с напряжением 3,3 В (что позволяет еще больше снизить потребляемую мощность).

Процессор с максимальной тактовой частотой будет работать и на меньших частотах. Например, 486DX4 с тактовой частотой 100 МГц будет работать на частоте 75 МГц в составе системной платы с рабочей частотой 25 МГц. Отметим, что в процессорах DX2/OverDrive внутренние операции выполняются с частотой, в два раза превышающей рабочую частоту системной платы, а в процессоре DX4 этот коэффициент может быть равен 2, 2,5 или 3. В представленной далее таблице приведены возможные варианты использования процессоров DX2 и DX4 при различных рабочих частотах системной платы.

Внутренняя частота процессора DX4 контролируется сигналом кратности умножения частоты CLKMUL на выводе R-17 (гнездо типа Socket 1) или S-18 (гнездо типа Socket 2, Socket 3 или Socket 6).

Процессор DX4-100 имеет одну интересную возможность: он способен работать в режиме удвоения тактовой частоты с системной платой, имеющей частоту 50 МГц, что существенно повышает производительность шины памяти при частоте процессора 100 МГц (как будто вы работаете с процессором в режиме утроения тактовой частоты 33/100 МГц). Однако, если вы хотите, чтобы платы VL-Bus корректно выполняли операции, уменьшите частоту до 33 или 40 МГц. Гнезда VL-Bus в большинстве системных плат VL-Bus могут работать в буферном режиме. Кроме того, эти системные платы способны добавлять состояния ожидания и даже избирательно изменять частоту исключительно для разъемов

Тактовые частоты процессоров DX2 и DX4 в зависимости от рабочей частоты системной платы

VL-Bus, чтобы обеспечить их совместимость. Вряд ли они будут корректно работать при частоте 50 МГц. Конструкция системной платы описана в технической документации.

Процессоры 486 различаются не только быстродействием, но и разводкой выводов. Их разновидности DX, DX2 и SX выпускаются практически в одинаковых 168-контактных корпусах, а микросхемы OverDrive - либо в обычном 168-контактном, либо в модифицированном 169-контактном варианте (который иногда называют корпусом 487SX).

Внимание!

Гнездо модернизируемого компьютера должно соответствовать устанавливаемому процессору. Если установить процессор DX4 в гнездо с уровнем сигнала 5 В, то процессор выйдет из строя!

Семейство процессоров 486 обладает столь высокой производительностью (по сравнению с предыдущими типами процессоров) в основном благодаря тому, что такие устройства, как кэш-контроллер, кэш-память и сопроцессор, которые до сих пор выпускались в виде отдельных микросхем, введены в состав самих процессоров. Еще одно достоинство - простота модернизации. В большинстве случаев достаточно установить новый процессор - и можно практически удвоить производительность компьютера.

Процессоры 486DX

Первый процессор 486DX был выпущен Intel 10 апреля 1989 года, а первые компьютеры на его основе - в 1990 году. Тактовая частота первого процессора составляла 25 МГц, напряжение питания - 5 В. Позднее появились микросхемы на 33 и 50 МГц. Сначала они выпускались только в 168-контактных корпусах PGA, но существуют модификации как с напряжением питания 5 В в 196-контактных корпусах PQFP (Plastic Quad Flat Pack), так и 3,3 В в 208-контактных корпусах SQFP (Small Quad Flat Pack). Два последних варианта выпускаются в улучшенной версии SL Enhanced и предназначены для портативных компьютеров, в которых важна малая потребляемая мощность.

Процессоры 486 отличаются от старых CPU 286 и 386 высокой степенью интеграции (в них есть встроенные сопроцессор, кэш-контроллер и кэш-память) и возможностью модернизации компьютеров на их основе - для большинства разновидностей 486 существуют варианты OverDrive с удвоенным быстродействием.

Процессор 486DX производится по технологии CMOS (КМОП-технологии), его внутренние регистры, внешняя шина данных и шина адреса 32-разрядные, как и у процессора 386. На кристалле размером с ноготь размещается 1,2 млн транзисторов (в четыре раза больше, чем в процессоре 386). По этому параметру можно косвенно судить о возможностях микросхемы. Процессор 486 показан на следующем рисунке.

В стандартный процессор 486DX входят арифметико-логическое устройство, сопроцессор, устройство управления памятью и встроенный кэш-контроллер с памятью емкостью 8 Кбайт. Благодаря встроенной кэш-памяти и эффективному арифметико-логическому устройству среднестатистическая команда в процессорах семейства 486 выполняется всего за 2 такта (в процессорах 286 и 386 на это затрачивается 4,5 такта, а в процессорах 8086/8088 - 12 тактов). При одной и той же тактовой частоте процессор 486 вдвое производительнее 386-го.

Система команд процессора 486 полностью совместима с системами команд предыдущих процессоров Intel, например 386-го, но в ней предусмотрены некоторые дополнения, связанные в основном с управлением встроенным кэшем.

Как и 386-й, процессор 486 может адресовать память объемом 4 Гбайт и работать с виртуальной памятью до 64 Тбайт. Он может работать во всех трех предусмотренных для процессора 386 режимах: реальном, защищенном и виртуальном.

В реальном режиме выполняются программы, написанные для процессора 8086.

В защищенном режиме реализуются более эффективная страничная организация памяти и программные переключения.