Первый серийно выпускаемый процессор, переваливший через отметку в один миллион транзисторов на чипе. Его появление навсегда изменило представление о производительности компьютеров. Darren Yates рассказывает о легендарном процессоре Intel и его истории.

Сегодня рынок CPU для ПК – это хорошо отлаженная машина для производства и сбыта. Эти процессы ежегодно совершенствуется и сравнимы с часовым механизмом. В самом деле, любой перенос даты выпуска гарантированно станет новостью.

Однако давайте перенесёмся в 1989 год, когда после четырёх лет ожидания Intel наконец выпускает одну из своих наиболее значимых моделей процессоров. Это первый массово выпускаемый CPU, достигший отметки 1 миллион транзисторов, а также первый чип со встроенным модулем обработки операций с плавающей запятой (FPU). Впоследствии он станет одним из первых микропроцессоров с архитектурой x86, который преодолеет барьер в 100 МГц. Кроме того, с ним связана одна из самых ожесточённых битв в истории за патент на технологию. Это процессор Intel 80486.

Жажда скорости

К концу 1980-х годов идеи IBM относительно развития «персонального компьютера» нашли своё подтверждение. Сочетание программного обеспечения и железа, имеющего совместимые с IBM компоненты, стало всё чаще встречаться на рынке ПК. Эта комбинация нанесла сокрушительный удар по 8-битным домашним компьютерам.

Выпущенные в 1985 году процессоры 80386 от Intel также имели оглушительный успех, и не в последнюю очередь благодаря недавно появившемуся бренду ПК – Compaq. После выпуска первого ПК в 1981 году IBM могла бы стать центром притяжения электронно-вычислительных машин. Однако появление Deskpro 386, первого компьютера на чипе 80386 фирмы Compaq, свидетельствовало о смене лидера на рынке ПК. Впервые чип имел 32-битную обработку данных, и это могло бы продвинуть всю индустрию на 20 лет вперёд. Но, несмотря на этот успех, ему было ещё далеко до той архитектуры, которую мы знаем сегодня. Число операций в секунду у 80386-го увеличилось на 50% по сравнению с 80286-м (0,33 против 0,21). Но поскольку сопроцессора и встроенной кэш-памяти у него не было, а спрос на увеличение производительности всё возрастал, то 386-му с его 275 000 транзисторами было больше особенно нечего предложить.


Compaq Deskpro 386 — первый ПК, превзошедший по производительности IBM

80486-й процессор, выпущенный в 1989 году, получил немного улучшенный набор команд. Главной же его отличительной чертой была прорывная для того времени скорость. В тестах производительности при относительно умеренных 25 МГц он разносил разогнанный до 33 МГц процессор 80386. Благодаря внедрению кэш-памяти L1 (скромные 8 Кб) и встроенного FPU среднее число операций в секунду 80486-го увеличилось более чем в два раза и достигло пика при 1 MIPS/МГц. Производительность самого быстрого в ту пору из 80386-х процессоров 386DX-33 достигала 10 MIPS. Те же, кто мог позволить себе 25-мегагерцевый 80486-й (когда он только поступил в продажу, стоил в три раза дороже 386-го), пускали в ход в среднем 20 MIPS при максимальных 25 MIPS. 80486-й также имел много других тузов в рукаве. Например, более быстрый пакетный режим загрузки памяти, в ходе которого пересылалось 16 байт кэша внутри 5 тактовых циклов. Это на 3 цикла быстрее, чем у его предшественника. Подобно процессору 80386 32-битная адресация 80486-го позволяла обрабатывать 4 Гб оперативной памяти, но из-за существующих в то время цен большинство систем ограничивались лишь 16 Мб ОЗУ.

Тем не менее благодаря 80486 пользователи могли ощутить вкус будущего. Это случилось благодаря выходу новой Windows 3.1 от Microsoft, 3D-игр, тайтлов вроде Wolfenstein 3D. Множество ПК со временем также обновилось до Windows 95.

На равных правах

IBM решила собирать персональные компьютеры из готовых компонентов поставщиков и позволила своим ключевым партнёрам Intel и Microsoft перепродавать эти компоненты другим брендам. Так появилось выражение «IBM-совместимый», бытовавшее в лексиконе каждого покупателя компьютера. Как правило, на IBM-совместимые компьютеры можно было установить огромное число программ. И, поскольку далеко не каждое ПО можно было поставить на домашний ПК 80-х годов, то можно сказать, что совместимые с IBM ПК сделали революцию на рынке.

Новый IBM 5150 мгновенно обрёл популярность. К тому же Синий великан сделал его в рекордно короткие сроки. Однако вместе с огромным успехом пришло и беспокойство по поводу системы снабжения, и, заключая с Intel контракт на поставку CPU, IBM потребовала от неё предоставить второй источник поставки чипов на случай, если та не будет справляться одна. Intel выбрала AMD. В результате сделки AMD предоставлялся доступ к 8086/88 процессорам, а также к новой технологии производства 80286-го CPU. Однако впоследствии это партнёрство привело к одной из самых ожесточённых технологических судебных тяжб в истории.


Персональный компьютер IBM 51502

В те дни главным клиентом Intel была IBM, которая главенствовала на рынке ПК. И хотя IBM-совместимые ПК вытеснили с рынка домашние 8-битные компьютеры, Синий великан всё же сдавал свои позиции. Фирма Compaq начала наступать ему на пятки, особенно после выпуска 80386-го процессора Intel в 1985-ом. Выход Compaq Deskpro 386 на следующий год стал знаковым событием в новом IBM-совместимом мире. Теперь потребители осознали, что CPU внутри коробки значит больше, чем логотип, приклеенный на неё. Более того, единолично контролируя процесс производства CPU, Intel поняла, что имеет на руках козырную карту – и готова была разыграть её.

Не говорите про войну

По мере того, как позиции IBM ослабевали, а Intel укреплялись, последняя решила не делиться с AMD подробностями о своём новом сокровище – 80386-м процессоре.

AMD посчитала это нарушением их текущего соглашения об обмене технологиями и попросила суд разрешить спор в 1987-м. Конец войне был положен лишь спустя 22 года в 2009-м, когда Intel выплатила 1,25 млрд. долл. в качестве окончательного расчёта. Так что забудьте о противостоянии Apple и Samsung – битва ‘Intel vs AMD’ остаётся золотым стандартом из-за продолжительности судебных тяжб. Интересно, что основатели Intel и AMD работали в одно и то же время в компании, которая была первопроходцем в создании чипов — Fairchild Semiconductor. После ухода из Fairchild Гордон Мур и Роберт Нойс основали Intel в 1968 году, а Джерри Сандерс — AMD.


Основатели Intel (слева направо): Эндрю Гроув, Роберт Нойс и Гордон Мур (1978)

Intel Inside

Новый дизайн 80486-го повлёк изменения, которые сформировали облик современных ПК. Версия 486DX2, появившаяся в марте 1992 года, помимо встроенного сопроцессора и кэша L1, получила первое крупное обновление. Теперь тактовая частота ядра CPU не зависела от передней системной шины, а благодаря коэффициенту умножения, равному двум, новые чипы 486DX2-40 и -50 можно установить на место прежних 5-вольтных CPU, и тем самым значительно увеличить скорость работы ПК. Пользовавшийся огромной популярностью 486DX2-66 появился в августе того же года.


Кристалл процессора Intel 486DX2-66

Несмотря на запуск нового процессора 5-го поколения Pentium в 1993-м, Intel не останавливала производство 486-х процессоров, и в начале 1994 года выпустила серию DX4. Кэш L1 в DX4-100 увеличился в 2 раза, достигнув отметки 16 Кб, а тактовая частота впервые достигла 100 МГц – тот же показатель был у Pentium-100. Кроме того, 80486-й был в центре внимания знаменитой маркетинговой кампании ‘Intel Inside’, запущенной в 1991 году.

Атака клонов

Решение не делиться с AMD технологией производства 80386-го CPU дало Intel свободу действий на быстро развивающемся рынке ПК. Однако AMD посчитала, что ранее заключённое соглашение об обмене технологиями распространяется и на 80386-й, поскольку тот является производным продуктом от 80286-го. Так благодаря методу обратной разработки AMD создала собственный чип ‘Am386’. Процесс предположительно занял 1,5 года, но из-за правовых заморочек чипы не попадали на полки магазинов до 1991 года. Тем не менее процессоры пользовались успехом, поскольку они работали на частоте 40 МГц, и были быстрее лучшего 386DX от Intel, который мог работать на частоте не превышающей 33 МГц.
Первое поколение Am486 от AMD также повторяло дизайн процессоров Intel. Произведённые в апреле 1993 года чипы ‘Am486DX’ представляли собой модели, мощность которых была рассчитана на 25, 33 и 40 МГц. Второе поколение, ‘DX2’, выпущенное на следующий год, являло собой чипы на 50, 66 и 80 МГц. Последнее поколение чипов, ‘DX4’, 1995 года представляло собой верх производительности и выдавало 120 МГц.


Am486 от AMD, производительность которого аналогична оригинальному CPU Intel

Однако путь 486-го CPU от AMD к потребителю был нелёгок. Арбитражный иск AMD, изначально поданный в 1987 году, привёл к 8-летней судебной войне между чипмейкерами. Несмотря на то, что AMD удалось отбить Am386-й у Intel, сражение за 80486-й тянулось до тех пор, пока обе стороны не пошли на мировое соглашение и AMD не получила доступ к системе микрокоманд интелевского 486-го процессора. Предположительно, это обстоятельство привело к появлению двух версий 486-го процессора от AMD: первая имитировала микрокод Intel, вторая использовала систему микрокоманд AMD через процесс под названием ‘clean room design’. Для Intel же было более важно, что мировое соглашение подтверждало, что 80486-й был последним клонированным AMD процессором.

Встречайте — Cyrix

С другой стороны, 486-ми CPU заинтересовалась новоиспечённая компания Cyrix, которая в то время специализировалась на сопроцессорных чипах для систем 80286/386. Cyrix был чипмейкером без собственных производственных мощностей. Для изготовления процессоров он использовал SGS-Thomson (сейчас это ST Microelectronics), Texas Instruments и IBM. Первые версии 80486-го чипа от Cyrix появились под кодовым названием 486SLC/DLC в 1992 году и были установлены в модуль 80386. Ввиду того, что ПК в то время стоили гораздо дороже, чем сегодня, существовал большой спрос на товары, предназначенные для тех пользователей, кто желал сохранить в порядке текущую систему и просто обновить процессор. Однако Cyrix 486xLC с 1 Кб кэша L1 и без FPU не были совместимы с оригинальными 486-ми процессорами от Intel. В 1993 году Cyrix выпустил Cx486DX и DX2, и они больше походили на интелевские CPU.


Cyrix486. Первый популярный процессор компании Cyrix.

Тем не менее производители начали судиться друг с другом: Cyrix подала антимонопольный иск к Intel, а Intel обвинила Cyrix в нарушении патентных прав. В январе 1994 г. благодаря текущим контрактам между Intel, производителем чипов Texas Instruments и SGS Thomson, компания Cyrix одержала победу в суде, отказавшись при этом от антимонопольного иска.

Тем временем появление Intel Pentium в 1993 году с новым сокетом CPU заставило владельцев 486-х процессоров искать альтернативы. Вдохновившись победой в суде, Cyrix начала специализироваться на выпуске продуктов для улучшения работоспособности CPU. Выпущенный в 1995-м процессор 5x86 разгонялся до 120 МГц и был прямой заменой для 486-х систем, функционирующих при напряжении 3,3 вольт. Процессор Cyrix 5x86, по сути, был упрощённой энергоэффективной альтернативой Pentium, построенной на основе ядра M1. Уровень производительности 5x86 был сопоставим с Pentium-75.


Кристалл Cyrix 486-го CPU

После урегулирования дел с Intel в 1995 AMD также стала успешно внедрять на рынок компоненты для обновления ПК и выпустила Am5x86 в ноябре того же года. Это был значительно улучшенный 133-мегагерцевый процессор 80486, который предлагал удвоенный кэш L1 и встроенный множитель X4 для работы на оригинальной плате DX.

Неудивительно, что Intel, увидев, как AMD и Cyrix приторговывают обновлёнными компонентами, вытащила свою большую пушку и выпустила в 1995-м Pentium OverDrive. Это был усовершенствованный процессор Intel Pentium со множителем 2,5 внутри 80486-го модуля. Он мог работать на плате при 5 и 3,3 вольтах и поддерживал шины на 25 или 33 МГц. Но из-за низкой скорости – максимальный показатель всего 83 МГц — и высокой цены чипы OverDrive не получили широкого распространения.


Intel создал Overdrive в качестве апгрейда для 486-х систем

Сколько?

По нынешним меркам ПК, выпускавшиеся в начале 90-х годов, стоили недёшево. Компьютер на базе процессора 486DX2-66, с монитором VGA, 4 Мб оперативной памяти, жёстким диском на 320 Мб и двухскоростным CD-ROM от брендов вроде Olivetti или Compaq продавались примерно за 3 500$. Вместе с тем ПК на базе Pentium-133 с ОС Windows 95 1995 года выпуска стоил целых 7 800$.

Однако одним из важнейших с позиции потребителя решений IBM относительно концепта «персональный компьютер» было разрешение Microsoft и Intel перепродавать их собственные продукты другим брендам. Это означало, что любой человек, с достаточным багажом знаний и храбрости мог считать себя ПК производителем. Многие так и начинали: по одному или по двое. В их числе широко известные бренды вроде Gateway и Dell. Покупая компоненты у менее крупных производителей, вы могли бы сэкономить до 40%. Т. е. цена на ПК снизилась бы с 3 000$, до 1 800$. Да ещё бы функциональных возможностей добавилось.

486-й сегодня

Итак, как же спустя 30 лет на фоне нынешних чудо-чипов смотрится наш 80486-й? Нет сомнений в том, что производительность 486-го в миллион команд в секунду можно назвать весьма скромной, особенно по сравнению с нынешним Ryzen Threadripper 3990X от AMD с 64 ядрами и заявленными 500 MIPS на ядро. Тем не менее найти компьютер со схожей 486-му CPU производительностью на рынке можно.

Вспомнить хотя бы STM32F103C8T6 – 32-битный микроконтроллер Cortex-M3. Он был спроектирован ARM, компанией, которая создаёт CPU для смартфонов, и произведён ST Microelectronics. Его тактовая частота равняется 72 МГц, а быстродействие – 1,25 MIPS. Нередко Cortex-M3 используется в проектах на Arduino. Его можно купить на Ebay за 5$.


STM32F103 на плате за 5$ работает немного быстрее, чем 80486-й

Наследие

Имея в арсенале более 70 различных моделей в исполнении Intel, AMD и Cyrix (не учитывая версии CPU от IBM, SGS-Thomson, Texas Instruments и других производителей), 80486-й может составить конкуренцию 8086-му по количеству разновидностей и модификаций.

И всё же, несмотря на огромное число двойников и улучшенных версий, производство 80486-х пошло на убыль, когда случилась революция под названием Windows 95. Microsoft поменяла представление о персональных компьютерах, а Intel стала успешной благодаря выпуску новых процессоров Pentium.

По мере того как Pentium набирал популярность, Intel стала выпускать 486-е для промышленных приложений, остановив их производство лишь в 2007-м, и проложила тем самым путь к быстро растущему рынку встроенных процессоров.

С тех пор появилось и исчезло не одно поколение процессоров, однако наследие 80486-го — множитель шины, встроенный кэш и FPU – живы и поныне. Хорошая работа, 80486-й.