Hardware pro trochu znalé – díl III. – Intelovy procesory rodiny x86

Největší změna byla provedena 15. listopadu 1985, kdy byl uveden procesor i80386. Datová šířka procesoru se zvětšila z původních 16 na 32 bitů. To umožnilo zvětšení datové i adresové šířky – přímý adresový prostor se zvětšil na 4 GB a virtuální dokonce na 64 TB. Díky zdvojení šířky se tento procesor začal označovat jako i80386DX (Double-word eXternal). Jeho počáteční rychlost byla 16 MHz, maximální takt vyrobený firmou Intel byl 33 MHz. Procesor byl obohacen o velké množství instrukcí pro využití nového adresového prostoru či pro management a bezpečnost programů – vznikl např. chráněný mód. Pro využití nových vlastností však bylo nutné programy od základu přepsat. Ke dvěma pracovním režimům, převzatým z procesoru i80286 přibyl ještě třetí – virtuální 8086 mód. V tomto režimu je simulováno více procesorů i8086, pracujících současně.

Aby bylo možné využít velké množství součástek pro spolupráci s procesorem i80286, které byly levnější, než ty pro i80386, vytvořila firma Intel speciální verzi procesoru 386 s názvem i80386SX (SX ve významu Single-word eXternal). Procesor byl uveden 16. června 1988. Ten byl obdobou dřívějšího procesoru i8088 – oba mají vnější strukturu poloviční šířky, než interní. Procesor i80386SX byl stejně jako procesor 386 (nyní 386DX) 32bitový, ovšem externě byl 16bitový stejně jako předchozí procesor i80286.

Procesor i80486 vznikl 10. dubna 1989 urychlením jádra procesoru 386 a doplněním o matematický koprocesor a L1 cache. Dva roky poté, 22. dubna 1991 (neboli na výročí narození V.I.Lenina), byla uvedena verze bez koprocesoru s názvem i80486SX. Poprvé v historii Intelu vznikl zmatek v označování (rozdílný význam zkratky SX u 386 a 486). Původní verze byly plnohodnotné 486DX (neboli s koprocesorem), ovšem ten byl s chybami, proto byl umrtven. Pozdější verze procesorů 486SX se již vyráběly od začátku bez koprocesoru. V roce 1992 byl představen první procesor x86 světa, který měl interní takt jiný, než externí – vznikl tak první procesor i80486DX2/50 a vzápětí 66 MHz. Do té doby totiž pracoval celá základní deska na taktu procesoru a v té době byly dosahované kmitočty procesorů neúnosně vysoké. Procesory skupiny DX2 měly interní takt dvojnásobný proti externímu (neboli DX2/66 má interní takt 66 MHz, externí ovšem 33 MHz).

Porovnání velikosti čipu procesoru Pentium s prstem

Dne 22. března 1993 byly uvedeny první procesory Pentium s taktem 60 a 66 MHz. Ty měly poprvé větší externí šířku než interní. Interně to byl stále 32bitový procesor, externí sběrnice se rozšířila na 64 bitů. Díky tomu se bez zvyšování externího taktu umožnil dvojnásobný datový průtok. Interní cache L1 byla rozdělena na datovou a instrukční. Jejich napájecí napětí bylo jako u posledních procesorů Intelu 5 voltů. Bylo to totiž právě vysoké napětí, které způsobovalo přehřívání prvních procesorů. Nebyl to ovšem jediný problém – první modely měly chybu ve výpočetní části. Intel nabídl bezplatnou výměnu procesoru, tuto možnost ovšem využilo jen menší množství uživatelů. Další verze již měly napájení nižší než 5 V (typicky 3,3 V).

Prvního listopadu 1995 firma Intel ohlásila procesor Pentium Pro, který byl prvním procesorem v x86 světě, který do jednoho pouzdra integroval více čipů. Do keramického pouzdra byl vedle vlastního procesoru integrována i cache L2 velikosti 256, 512 a později i 1024 KB podle verze. Myšlenka to byla dobrá, bohužel keramické pouzdro se pro dvoučipové provedení z finančních důvodů ukázalo jako naprosto nevhodné. Na rozdíl od předchozích verzí byl tento procesor určen výhradně pro servery a pracovní stanice a tato kategorie procesoru Pentium Pro zůstala. Procesor byl určen pro 32bitové aplikace a operační systémy, kterých v době uvedení zrovna moc nebylo (MS Windows NT či IBM OS/2 ano, v tomto roce uvedený MS Windows 95 je 32bitový jen částečně).

Procesor Intel Pentium s MMX zespodu a zvrchu

Další velkou změnou instrukční sady byl 5. ledna 1997 příchod procesoru Pentium MMX. Tento procesor obsahoval 57 nových instrukcí s názvem MultiMedia eXtension (MMX), určených pro audio, video a komunikace. Tato část procesoru umožňuje 64bitové operace a proto ji lze považoval za počátek přechodu od 32bitové k 64bitové architektuře. Podružnou změnou bylo dvojí napájení procesoru, kdy se oddělilo napájení jádra procesoru (nižší napětí – pod 3 volty) od napětí, potřebného pro komunikaci s okolím (3,3 V).

Procesor Intel Pentium II byl představen 7. května 1997 a již na první pohled bylo znát, že je skutečně jiný, než jeho předchůdci. Byl totiž v umělohmotném pouzdru velikosti 12,7 x 5,08 x 1,67 cm. Vzhledem k rozměrům zvolil Intel poměrně originální řešení – přímý konektor procesoru s názvem Single Edge Connector (S.E.C.). V praxi se vžil název Slot 1. První modely byly taktovány na 233, 266 a 300 MHz. Obdobně jako Pentium Pro obsahuje L2 cache na zvláštním čipu – zde kapacity 512 KB. Na rozdíl od procesoru Pentium Pro je takt cache L2 poloviční v porovnání s jádrem procesoru a rovněž čipy nejsou vsazeny do drahého keramického pouzdra, ale připájeny na tištěný spoj a s ním zapouzdřeny do krytu.

Procesor Intel Pentium II bez krytu

Odlehčená verze procesoru Intel Pentium II s názvem Intel Celeron a taktem 266 MHz byla ohlášena 15. dubna 1998. Celeron neměl L2 cache a neměl tak velké pouzdro, ale rovněž podporoval Slot 1. Právě absence L2 cache byla důvodem překvapivě nízké rychlosti. Intel proto urychleně (24. srpna téhož roku, za 4 měsíce) uvedl procesor Intel Celeron 300A, který přímo na čip procesoru integroval cache L2 velikosti 128 KB. Ta byla na rozdíl od Pentia II na plné rychlosti procesoru.

Procesor Intel Celeron

Pro nejvýkonnější použití již procesor Pentium Pro nestačil, proto byl 29. června 1998 uveden nástupce pod názvem Intel Pentium II Xeon s taktem 400 MHz. Byl to první člen nové rodiny Xeon.

Překvapení nastalo 4. ledna 1999, kdy byly procesory Intel Celeron 366 a 400 MHz ohlášeny v novém pouzdru zvaném PPGA (též jako Socket 370). Ten byl opět návratem ke klasickým keramickým pouzdrům procesoru.

Další rozšíření instrukční sady nastalo 26. února 1999 uvedením procesoru Intel Pentium III a dne 17. března roku 1999 uvedením procesoru Intel Pentium III Xeon. Novým 70 instrukcím se postupně říkalo MMX-2, KNI (Katmai New Instructions – procesor Pentium III měl kódové jméno Katmai) a konečným názvem je SSE (Streaming SIMD Extensions). Sada je určena především pro 3D grafiku a jiné aplikace s obdobnou náročností. Procesory přinesly i další novinku zvanou Intel Processor Serial Number. Znamenalo to, že každý procesor má mít své jedinečné sériové číslo, které lze programem přečíst. Tento užitečný nápad bohužel sklidil vlnu nepochopení a v další generaci se již neobjevil. Přesun k patici Socket 370 pro hlavní kategorii nastal 25. října 1999, kdy byly uvedeny první procesory Intel Pentium III 500 až 733 MHz nejen v pouzdru S.E.C.C. 2 pro Slot 1, ale též v pouzdru FCPGA (Flip Chip Pin Grid Array) pro Socket 370. Procesor již byl umístěn do jediného čipu, ovšem velikost cache L2 se z 512 KB zmenšila na 256 KB. Výhodou ovšem byla větší interní šířka (256 bitů místo dosavadních 64 bitů). Tato skutečnost dostala obchodní název Advanced Transfer Cache.

Změna jádra procesoru řady Celeron začala 29. března 2000, kdy místo jádra z Pentia II s L2 cache 128 KB procesor dostal jádro z procesoru Pentium III (tj. včetně SSE instrukcí). Celek se obdobně jako nové procesory Intel Pentium III pouzdřil do FCPGA. Díky tomu jde snadno rozpoznat nové a starší verze procesoru řady Celeron.

Čip procesoru Intel Pentium III s vyznačenými částmi

Popis jádra procesoru Intel Pentium III