Микропроцессоры четвертого поколения

МП i80486. Архитектура нового МП отчасти напоминала строение своего предшественника, но вместе с тем имела и ряд коренных отличий. 1,2 млн. транзисторов позволили разработчикам реализовать на кристалле быстродействующую кэш-память (L1) и математический сопроцессор. Такое техническое решение свело к возможному минимуму число чипов на плате и самым благоприятным образом сказалось на стоимости готовых систем.

В 486-м процессоре кэш-память имела объем 8 Кб и была предназначена для одновременного хранения данных и инструкций. Кэш-память имела 4-канальную наборно-ассоциативную ар-33 тала в режиме Write Throu архитектуру и работала на уровне физических адресов памяти. Она содержала 128 наборов по 4 строки размером по 16 байт. Кэш-память умела работать только со строками, и если процессор требовал какой-нибудь байт, отсутствующий в кэше, то кэш-контроллер загружал из ОЗУ всю 16-байтную строку, содержащую необходимый байт.

Выбор строки для замещения производился по алгоритму « псевдо-LRU», для этого каждому набору строк отводилось по 3 бита статистики использования. Алгоритм LRU (Least Recently Used) основан на поиске элемента, к которому дольше всего не было обращений. При каждом обращении к строке кэш-контроллер увеличивал на 1 соответствующий счетчик LRU. Приставка «псевдо» означает лишь несовершенство механизма работы, ведь под счетчик отводилось всего 3 бита, что дает всего 8 состояний счетчика (2³). После 8-го обращения к строке счетчик обнулится и соответствующая строка из самой «необходимой» станет самой «не необходимой» и будет прямым кандидатом на замещение.

Кэш-память первых 486-х работала в режиме Write Through (сквозная запись). В этом случае при записи данных тратилось дополнительное время на их запись во внешнюю память (даже если они присутствовали в кэше). Это давало возможность ускорить чтение данных, но скорость записи, при этом, не ускоряется.

В следующих модификациях 486-х процессоров (некоторые 486DX2 и все 486DX4) был реализован принцип Write Back. В этом варианте запись данных, если их старая копия уже присутствовала в кэш-памяти, производилась только в кэш-память, а запись в ОЗУ откладывалась.

Процессор i486 мог использовать и внешнюю кэш-память (L2), расположенную вне кристалла микросхемы процессора. В 486-м, как видно, появилось 2-х уровневой кэш. Очевидно, что даже если оба кэш работают на одной частоте, кэш-память L1 функционирует быстрее второго. Это связано с тем, что при чтении данных из кэш-памяти L2 процессор все равно вынужден делать несколько пустых тактов, хотя и меньше, чем при чтении из ОЗУ.

Объем L2 составлял от 256 до 512 Кб. В системных платах 386-х моделей L2 обычно не превышал 128 Кб (типичный объем - 64 Кб). В марте 1994-го Intel, выпустив 486DX4, увеличила объем L1 до 16 Кб, при этом он по-прежнему оставался общим для данных и для команд.

МП функционировал в трех режимах и был ориентирован на многозадачные среды. За счет интеграции математического сопроцессора в БИС, а также модернизации его архитектуры производительность на задачах вычислительного характера возросла в 3 - 4 раза. Общая же производительность 486-го превышала аналогичный параметр своего предшественника в 4 - 5 раз.

Ровно через два года после выпуска i80486 появилась упрощенная версия кристалла (без сопроцессора), получившая обозначение i80486SX. Дальнейшее совершенствование пошло по пути увеличения тактовой частоты: были представлены версии на 50, 66, 75 и 100 МГц.