Intel486 (также известный как i486, Intel 80486 или просто 486-ой) — 32-битный скалярный x86-совместимый микропроцессор четвёртого поколения, построенный на гибридном CISC-RISC ядре, и выпущенный фирмой Intel 10 апреля 1989 года. Этот микропроцессор является усовершенствованной версией микропроцессора Intel 80386. Впервые он был продемонстрирован на выставке Comdex Fall, осенью 1989 года. Это был первый микропроцессор со встроенным математическим сопроцессором (FPU). Применялся, преимущественно, в настольных ПК, в высокопроизводительных рабочих станциях, в серверах и портативных ПК (ноутбуки и лаптопы).

К тому времени Intel уже лишилась прав собственности на товарные знаки x86, и теперь подобные наименования использовали множество производителей. Основной лозунг конкурентов Intel тогда — «Практически то же что и у Intel, только за меньшие деньги». Тогда-то и обострилась конкурентная борьба между производителями процессоров x86.

Руководителем проекта по разработке микропроцессора Intel486 был Патрик Гелсингер (англ. Pat Gelsinger).

В мае 2006 года Intel заявила, что производство чипов 80486 прекратится в конце сентября 2007 года. И хотя для прикладных программ на персональных компьютерах этот чип уже долгое время являлся устаревшим, Intel продолжала производить его для использования во встраиваемых системах.

Описание

Процессор базируется на той же архитектуре, что применялась, однако в нём имелось несколько значимых усовершенствований. Основные из которых:

• Внутренний кеш первого уровня (кроме удешевлённой версии — 80486SX)
• Встроенный математический сопроцессор (кроме удешевлённой версии — 80486SX)
• Конвейерная обработка инструкций (команд)
• Усовершенствованный модуль интерфейса шины (bus interface unit)
• Укороченные циклы памяти (burst mode)
• Использование буферов записи

Процессор обладал 32-битными шинами адреса и данных. Это требовало наличия памяти в виде четырёх 30-контактных или одного 72-контактного модуля SIMM.

Кэш процессора

Intel486 имел расположенную на кристалле кеш-память объёмом 8 Кбайт, позднее — 16 Кбайт, работающую на частоте ядра. Наличие кеша позволило существенно увеличить скорость выполнения операций микропроцессором. Изначально кеш Intel486 работал по принципу сквозной записи (англ. write-through, WT), но позже, в рамках семейства Intel486, были выпущены модели с внутренним кешем, работающим по принципу обратной записи (англ. write-back, WB). Процессор мог использовать и внешний кеш, скорость чтения-записи которого, однако, была заметно ниже чем у внутреннего кеша. При этом внутренний кеш стали называть кешем первого уровня (Level 1 Cache), а внешний кеш, расположенный на материнской плате, кешем второго уровня (Level 2 Cache). Кеш имел 4-канальную наборно-ассоциативную архитектуру и работал на уровне физических адресов памяти.

Однако, в результате использования интегрированной кеш-памяти, существенно возросло количество транзисторов в процессоре и, как следствие, увеличилась площадь кристалла. Увеличение количества транзисторов привело к существенному увеличению рассеиваемой мощности. В среднем, рассеиваемая мощность увеличилась в 2 раза, по сравнению с аналогичными моделями серии Intel386. Во многом этому способствовала интеграция кеш-памяти, хотя были и другие факторы, но они не столь существенны. По этой причине процессоры Intel486 старших моделей уже требовали принудительного (активного) охлаждения.

Математический сопроцессор

В Intel486 был использован встроенный математический сопроцессор (англ. Floating Point Unit, FPU). Вообще, это был первый микропроцессор семейства x86 со встроенным FPU. Встроенный FPU был программно совместим с микросхемой Intel 80387 — математическим сопроцессором, применявшимся в системах с процессором Intel386. Благодаря использованию встроенного сопроцессора удешевлялась и ускорялась система за счёт уменьшения общего числа контактов и корпусов микросхем.

Изначально все выпускавшиеся микропроцессоры Intel486 оснащались работающим сопроцессором, эти процессоры получили имя Intel486DX. Позже, в 1991 году, Intel решает выпустить процессоры с отключённым сопроцессором, и эти процессоры получили наименование Intel486SX. Системы построенные на этих процессорах могли оснащаться отдельным сопроцессором, например, Intel487SX или сопроцессором других производителей.

Конвейерная обработка инструкций

В Intel486 был усовершенствован механизм выполнения инструкций в несколько этапов. Конвейер процессоров серии Intel486 состоял из 5 ступеней: выборка инструкции, декодирование инструкции, декодирование адресов операндов инструкции, выполнение команды, запись результата выполнения инструкции. Использование конвейера позволило во время выполнения одной инструкции производить подготовительные операции над другой инструкцией. Это в значительной степени позволило увеличить производительность процессора.

Регистры и инструкции

В процессоре имеется тот же набор инструкции что и в Intel386, к которому было добавлено несколько дополнительных регистров, а именно, три 32-битных тестовых регистра (TR5, TR4, TR3). Также были добавлены новые флаги в регистре флагов (EFLAGS) и в других управляющих регистрах (CR0, CR3).

Вследствие включения сопроцессора в кристалл процессора, в Intel 486 можно обращаться и к регистрам FPU: регистры данных, регистр тегов, регистр состояния, указатели команд и данных FPU, регистр управления FPU.

Набор инструкций не претерпел существенных изменений, но были добавлены дополнительные инструкции для работы с внутренней кеш-памятью (INVD, INVLPG, WBINVD), одна инструкция (BSWAP) для обеспечения совместимости с процессорами Motorola, две инструкции для атомарных операций с памятью: CMPXCHG (для сравнения с обменом — новое значение записывалось только если старое совпадало с заданным, старое запоминалось) и XADD (инструкция для сложения двух операндов с помещением результата во второй операнд, а не в первый, как в ADD). Инструкция CPUID позволяла впервые в семействе x86 напрямую получить детальную информацию о версии и свойствах процессора. Помимо этого, к набору инструкций добавилось 75 инструкций FPU.

Длина очереди инструкций была увеличена до 32 байт.

Модели

С момента появления первого процессора Intel486DX было выпущено множество других моделей семейства 486 с суффиксами SX, SL, DX2, DX4, GX. Они отличались функциональным предназначением и некоторыми технологическими параметрами (напряжение питания, тактовая частота, размер кеш-памяти, отсутствием или наличием сопроцессора и др.), но все были построены на одной архитектуре.

Процессоры с индексом DX2 имели коэффициент умножения 2 — то есть, например, при частоте системной шины 33 МГц рабочая частота самого процессора составляла 66 МГц. Позже появились процессоры с индексом DX4 — однако коэффициент умножения у них был не 4, а 3. Уже после ухода с массового рынка 486-процессоров производства Intel компания AMD выпустила процессоры 486DX4-120 и Am5x86-133 (последний использовался преимущественно в портативных системах). В результате введения множителей в широкий обиход впервые вошло такое понятие, как разгон (англ. overclocking) — повышение производительности процессора путём увеличения тактовой частоты шины или коэффициента умножения. Так, известно, что в России даже в открытую продажу поступали системы, в которых процессоры i486 работали на частотах до 160 МГц.

Технические характеристики

• Дата анонса первой модели: 10 апреля 1989 год
• Разрядность регистров: 32 бит
• Разрядность внешних шин данных и адреса: 32 бит
• Объём виртуальной адресуемой памяти: 64 Мбайт
• Максимальный объём сегмента: 4 Гбайт
• Объём физической адресуемой памяти: 4 Гбайт
• Кеш L1: 8 Кбайт, DX4 — 16 Кбайт
• Кеш L2: на материнской плате (на частоте FSB)
• FPU: на кристалле, у SX отключён
• Тактовые частота процессора, МГц: 16—150
• Тактовые частота FSB, МГц: 16—50
• Напряжение питания: 5—3,3 В
• Количество транзисторов: 1,185 млн, SX2 — 0,9 млн, SL — 1,4 млн, DX4 — 1,6 млн.
• Техпроцесс, нм: 1000, 800 и 600 для DX4
• Площадь кристалла: 81 мм² для 1,185 млн транзисторов и технологии 1000 нм, 67 мм² для 1,185 млн транзисторов и 800 нм технологии, 76 мм² для DX4
• Максимально потребляемый ток: нет данных
• Максимально потребляемая мощность: нет данных
• Разъём: гнездо типа Socket
• Корпус: 168- и 169-контактный керамический PGA, 132- и 208-контактный пластиковый PQFP
• Инструкции: x86 (150 инструкций, не считая модификаций)

Конкурентные решения

486-совместимые процессоры производились и другими компаниями такими, как IBM, Texas Instruments, AMD, Cyrix, UMC и Chips and Technologies. Некоторые из них были почти точными копиями как по производительности, так и по техническим характеристикам, другие же, наоборот, отличались от оригинала.

Платформа 486

Первоначально системы на базе Intel486 были оборудованы только 8- и/или 16-битными шинами ISA. Более поздние материнские платы совмещали в себе медленную шину ISA с высокоскоростной шиной VESA (или VLB — англ. Vesa Local Bus), предназначавшуюся прежде всего для видеоплат и контроллеров жесткого диска. Последние материнские платы для процессоров i486 были оборудованы шинами PCI и ISA, а иногда и VESA. Быстродействие шины ISA определялось множителями, а рабочая частота шин PCI, и VLB была равна частоте шины процессора i486 (хотя некоторые материнские платы имели множители также и для них).

Позже материнские платы для i486 обрели поддержку технологии Plug-and-Play, которая использовалась в Windows 95 и позволяющая компьютерам автоматически обнаруживать и настраивать устройства, устанавливаемые на компьютер, и устанавливать соответствующие драйверы.

Примечания