Как все начиналось
(1957-1977)

Первый в мире микропроцессор был 4-х разрядным, имел 2300 транзисторов на кристалле и работал на тактовой частоте 108 кГц. Эта разработка поражала воображение современников: устройство размером с сустав указательного пальца, было сравнимо по своей вычислительной мощи с первой ЭВМ ENIAC, которая была создана в 1946 г. и занимала пространство объемом в 85 кубометров.

Далее, с промежутком в год, последовали i8008 и i8080. Это были уже 8-разрядные устройства. Тактовая частота их составляла 200 кГц и 2 МГц соответственно. Популярность последнего из них была чрезвычайно высока. Именно он послужил основой для многочисленных любительских разработок того времени, во многом определивших дальнейшие пути развития персональных компьютеров. Именно его модификацию и взяла на вооружение компания AMD, заключив в 1975 году лицензионное соглашение с Intel и выпустив свое устройство Am8080A. Собственные исследования AMD в этой области были во многом свернуты (за исключением полузабытого сейчас семейства Am2900) и фактически, на тот момент, был взят курс на копирование разработок Intel. К слову сказать, точно такое же решение было принято в то время и руководством электронной промышленности СССР, где в конце 70-х был выпущен первый массовый советский микропроцессор К580ИК80, являвшийся полной копией i8080. Отмечу, что i8080 был замечателен еще и тем, что вызвал к жизни понятие чипсета (chipset), т. е. набора вспомогательных микросхем, предназначенных для работы с конкретным микропроцессором. Следующая 8-битная разработка, Intel, процессор 8085, аналог 8080, требующий лишь одного источника питания (8080 нуждался в трех), не снискала широкой популярности и была вытеснена с рынка исключительно удачным процессором Z80 фирмы Zilog.

Появление архетектуры x86
(1978-1984) Для выхода из наметившегося кризиса Intel был нужен качественный скачок, и он был совершен в 1978 году с выпуском легендарного i8086. Его тактовая частота составляла 4,77-10 МГц, он обладал 16-разрядной шиной данных и 20-разрядной шиной адреса и был произведен по технологии 3 мкм. Этот революционный для своего времени процессор, и его упрощенная версия i8088 послужили основой для первых персоналок от IBM (серия PC XT). Именно от него берет начало платформа x86, верой и правдой служащая нам по сей день. Почти одновременно с i8086 появляется и математический сопроцессор (FPU) i8087, позволяющий с высокой скоростью выполнять арифметические вычисления с плавающей точкой. Эта параллельная линейка сопроцессоров развивалась и в дальнейшем, вплоть до выхода i486DX с интегрированным FPU.

А что же AMD? Никакой заметной реакции. И только в 1982 году, с выпуском Intel довольно удачного i80286, следует новая копия - Am286. В то время мало кто воспринимал платформу PC всерьез и Intel для ее популяризации дал "зеленую улицу" производителям клонов, что доставило корпорации немало неприятностей в будущем. Кстати, именно появление i80286, по-видимому, вызвало к жизни понятие "разгона" (overclocking). Компьютеры на его базе (PC AT) впервые были снабжены трогательной кнопочкой "turbo", позволяющей работать в двух режимах - нормальном (с номинальной тактовой частотой) и медленном (с частотой в 2 раза меньше, для обеспечения корректной работы со старыми приложениями, особенно играми).

Однако народная мысль пошла дальше задумки производителей и первые "гонщики", вооружившись паяльниками, стали вносить собственные изменения в схемотехнику материнских плат, заставляя "двойки" работать на частоте 12 МГц и даже выше. Ответом на такую дерзость послужили специальные программные вставки в BIOS, проверяющие при загрузке соответствие тактовой частоты номинальному значению. Но голь на выдумки хитра! Тут же появились варварские схемы с выведенным на переднюю панель системного блока потенциометром, позволяющие загружаться при номинальной частоте, а затем вручную доводить ее до максимально возможного значения. Разработчики BIOS'ов отныне и навсегда выбросили белый флаг. Появление многозадачности
(1985-1992) В 1985 году Intel представила на суд общественности свой новый процессор i80386DX. Это был первый 32-разрядный процессор, способный работать в многозадачной среде. Его тактовая частота в поздних модификациях доходила до фантастических по тем временам 40 МГц. Пик его популярности совпал с выходом многозадачной Microsoft Windows 3.1. "Сладкая парочка" 386+Windows имела колоссальный успех, воодушевив AMD на новую копию - Am386DX. Обеспокоенная необходимостью делиться своей прибылью, компания Intel ответила судебным иском, первым, но отнюдь не последним в длинной череде судебных тяжб, сопровождающих всю историю двух гигантов компьютерной индустрии.

"Бюджетная" модификация нового процессора вышла чуть позже и получила название i80386SX (и, соответственно, Am386SX). Она отличалась уменьшенными разрядностями системных шин (16 бит для данных и 24 для адреса против 32*32 у 386DX). Кстати, довольно широко распространено заблуждение, что у i80386DX имелся встроенный FPU, но это не так - наличие FPU суффикс DX стал означать позднее, в "эпоху 486".

Очередной продукт развития линейки х86 появился в 1989 году и носил, как и следовало ожидать, название i80486DX. Главные нововведения - интегрированные кэш первого уровня (8кБ) и математический сопроцессор. Тактовая частота достигала 50 МГц. Ответ от AMD последовал незамедлительно - Am486DX. Это уже не была точная копия процессора от Intel - инженеры AMD внесли в ядро процессора свои изменения, в частности был изменен алгоритм работы кэша, что позволило несколько увеличить быстродействие нового процессора по сравнению с аналогом от Intel.

На этом этапе перед производителями впервые стала задача отвода избыточного тепла, и процессоры стали оснащаться съемным радиатором, который впоследствии дополнил вентилятор (cooler). Вскоре вышли и low-end версии обоих изделий - i80486SX и Am486SX, c шиной 16*24 и без встроенного FPU. С появлением нас свет семейства 486 настал рай для гонщиков-оверклокеров. У них отпала нужда брать в руки паяльник - ведь материнские платы стали универсальными, с тактовой частотой устанавливаемой перемычками (jumpers). В новых изделиях Intel i80486DX2 и i80486SX2 (1992 год) впервые была применена технология внутреннего удвоения частоты тактового генератора. До этого времени процессор всегда работал на частоте внешней шины (FSB - Front Side Bus), то есть коэффициент умножения (CPU multiplier) был равен 1. Таким образом, теперь при внешней частоте 25 или 33 МГц новый процессор работал на частоте 50 или 66 МГц соответственно. Соответствующие изделия AMD по сути ничем, кроме низкой цены, не отличались от своих прототипов. Именно это отличие стало основной маркетинговой стратегией AMD: за меньшие деньги - сравнимое или лучшее, нежели от Intel.

На фоне непрекращающихся судебных тяжб компания Intel вышла на рынок с процессором i80486DX4 c 3-кратным внутренним умножением тактовой частоты (при внешней частоте 33 МГц в итоге получалось 100 МГц). История индекса "4" в названии процессора довольно любопытна. Дело в том, что впервые технологию утроения частоты применила IBM в своем процессоре 486BLX3, выпускаемом в рамках лицензионного соглашения с Intel. Чтобы подчеркнуть преимущества своего изделия, Intel просто "накинула единичку" в названии.

Так впервые мудреные измышления маркетологов стали брать верх над строгой классификацией, введенной инженерами Intel еще в начале 70-х годов. AMD легко переняла новую систему обозначений, выпустив свой Am486DX4. В отличие от соответствующих процессоров Intel, многие DX4-100 от AMD легко разгонялись до 120 МГц, что, в сочетании с их традиционно низкой ценой, служило серьезным преимуществом в глазах покупателей. Именно с тех времен процессоры AMD стали так популярны в среде "оверклокеров".

Появление Pentium
(1993-1995)

Intel оказалось в исключительно трудном положении. Производители клонов (AMD, Cyrix, UMC) проводили исключительно агрессивную маркетинговую политику, пытаясь вытеснить с рынка истинного создателя 486-х процессоров (впрочем, и изрядно мешая друг другу). Для восстановления утраченных позиций Intel явно нуждалась в радикальных мерах. Спасение пришло в 1993 году. Именно тогда корпорация отказалась от попыток защитить авторским правом традиционную классификацию x86 и открыла в новейшей истории "эпоху Pentium". Это был, несомненно, один из самых революционных процессоров за всю историю платформы x86, первый суперскалярный процессор, содержащий два независимых параллельно работающих конвейера. Кэш первого уровня впервые был разделен на две части по 8 KB: отдельно для кода и данных. Также поддерживался внешний кэш второго уровня объемом до 1 MB. Но самым радикальным изменениям, по сравнению с предшествующей моделью, подвергся интегрированный FPU - лишь через многие годы после выхода Pentium конкуренты смогли достичь его уровня производительности в операциях с плавающей точкой. В Pentium впервые была реализована встроенная таблица ветвлений, прообраз сложнейших блоков предсказания ветвлений (Pre-Fetcher Branch Predictors) современных процессоров.

Признание к новому процессору пришло не сразу. Появление его первых версий, работавший поначалу на частотах 60 и 66 МГц, вызвало в прессе панические сообщения о пресловутой "ошибке Pentium". Этот досадный "глюк", проявляющийся при некоторых арифметических операциях (его можно было выявить даже c помощью стандартного калькулятора Windows 95), вынудил Intel отозвать все выпущенные процессоры и срочно начать работу по изменению ядра. Кроме того, первые процессоры Pentium имели серьезные проблемы с тепловыделением. Сочетание этих негативных факторов с высокой ценой новинки вызвало настороженную реакцию рынка. Лишь с появлением следующей модификации Pentium, работающей на частоте 75 МГц стало возможным говорить о коммерческом успехе нового процессора. Все модификации, начиная с Pentium-75, устанавливались в разъем Socket 7, ставший на время стандартом в отрасли. Тактовая частота поздних модификаций Pentium доходила до 200 МГц. Разгону они поддавались с большим трудом.

Ответ AMD был на этот раз ассиметричным. Вместо ожидавшегося "AmPentium", в 1995 году вышла очередная, очень быстрая (133 МГц), модификация "четверки" - Am5x86. Пятерка появилась в названии не только как продолжение введенной недавно Intel традиции "коэффициент умножения + 1" (новый процессор умножал внешнюю частоту на 4), но и как претензия на выход процессоров AMD в следующее поколение, хотя по сути своей это был вылизанный до блеска старый добрый 486 с увеличенным кэшем первого уровня, рассчитанный на установку в старые материнские платы. Новинка пришлась по душе рынку, и долгое время составляла серьезную конкуренцию Pentium. Массовому пользователю довольно сложно было понять, почему 75 МГц от Intel лучше, чем 133 МГц от AMD.

В том же 1995 году Intel выпустила новый процессор Pentium Pro. Он имел уже три независимых конвейера, работающий на частоте ядра, интегрированный кэш второго уровня (до 1Мб), усовершенствованный механизм предсказания ветвлений. Но самое главное новшество заключалось в способе исполнения кода. Машинные коды x86-ассемблера внутри процессора декодировались в RISC-подобный микрокод, и уже именно его исполняло ядро процессора. Ядро Pentium Pro легло в основу всех следующих разработок Intel вплоть до сегодняшнего дня. Однако за совершенство приходилось платить - новый процессор получился чрезвычайно дорогим. Он явно опередил свое время и позиционировался как основа для серверов, где затраты вполне себя окупали за счет невиданной ранее производительности.

"Гонку мегагерц"

(1996-2001) AMD в то время не чувствовало себя достаточно уверенно на серверном рынке, поэтому даже не пыталась сражаться с Pentium Pro, а всю свою немалую мощь вложила в нанесение удара по позициям Pentium. Новая разработка компании - процессор AMD-K5 (или 5k86) использовал RISC-подобный механизм исполнения команд, аналогичный примененному в Pentium Pro, но был дешевле соответствующих моделей "обычного" Pentium. Процессор производился по самой современной на тот момент технологии - 0.35 мкм (у большинства конкурентов - 0.6 мкм), поэтому практически не грелся (проблема перегрева была очень актуальна для первых Pentium) и исключительно хорошо разгонялся - подавляющее большинство Am5x86-133 благополучно работало на частоте 160 МГц. Буква "K" в названии этого процессора означала "Krypton". Krypton - мифический персонаж популярных в США комиксов, лишающий силы знаменитого Супермена (под которым, разумеется, подразумевался Pentium). Однако триумфа на этот раз не вышло. Подвел AMD традиционно слабый FPU, а также сомнительное решение использовать в маркировке процессора не реальную тактовую частоту, а так называемый "рейтинг производительности" (PR - Performance Rating), который, конечно же, "в народе" стали произносить как Pentium Rating. Идея новой маркировки была примерно такая: "Наш процессор при частоте 100 МГц по производительности примерно соответствует Intel Pentium 133 МГц, поэтому мы называем его AMD-K5 PR133". В подобных утверждениях, конечно, много было от лукавого, ведь для вычисления PR использовались тесты, в выгодном свете демонстрирующие преимущества AMD-K5 в области целочисленных операций и маскирующие недостаточную скорость вычислений с плавающей точкой. Несмотря на волну уничижительной критики, новому процессору AMD за счет низкой цены удалось отвоевать немалую часть рынка недорогих систем, но по-настоящему конкурентом Pentium он так и не стал.

В 1997 году Intel выпустила Pentium MMX. Его тактовая частота составляла 166-233 МГц. Это было логическое развитие Pentium с удвоенным (до 32 КБ) размером кэша первого уровня и поддержкой новых инструкций, ориентированных на работу с мультимедиа-данными (MMX - MultiMedia eXtensions). Он дал еще большее увеличение производительности, однако наблюдаемый в действительности прирост производительности в большей степени, по-видимому, был обусловлен увеличенным размером кэша, чем мультимедийными "наворотами" нового процессора. Отдельные представители этого семейства весьма неплохо разгонялись, цена была не очень высока, так что в целом рынок одобрил новинку.

Годом позже вышел Pentium II, вобравший в себя лучшие черты Pentium MMX (мультимедийное расширение системы команд и приемлемая цена) и Pentium Pro (высокопроизводительный RISC-подобный механизм исполнения команд). Разработчики нового процессора по какой-то причине (по-видимому, здесь сыграл роль вопрос стоимости) поначалу не стали интегрировать кэш второго уровня непосредственно в кристалл, приняв компромиссное решение - поместить его на "процессорную плату" конструктива SECC с разъемом Slot 1. Тактовая частота старших моделей Pentium II (с ядром Deschutes) достигала 450 МГц. "Бюджетные" модификации процессоров Intel отныне стали называться Celeron. От своего "старшего брата" Celeron тогда отличался отсутствующим (ядро Covington) или уменьшенным вдвое (ядро Mendocino) кэшем второго уровня, а также облегченным открытым конструктивом. Поздние модификации Celeron выпускались также в конструктиве Socket 370 и имели номинальную тактовую частоту до 533 МГц. "Разгонялись" они превосходно, а стоили совсем недорого, чем заслужили любовь российских потребителей. Пока Intel возилась с конструктивами и придумывала новые названия для ядер и процессоров, AMD набиралась сил перед решающим рывком. Еще в 1996 году была куплена небольшая, но очень энергичная компания NexGen, которая в недавнем прошлом пыталась выходить на рынок со своей собственной копией Pentium - Nx586, параллельно ведя разработки принципиально нового, ни на что не похожего Nx686. Именно на базе Nx686 AMD создала свой первый по-настоящему оригинальный процессор AMD-K6. AMD-K6 имел кэш первого уровня размером 64 КБ, RISC-подобный микрокод, поддерживал расширение MMX и был способен работать на тактовой частоте до 550 МГц (в поздних модификациях K6-2 и K6-3). Это был процессор AMD, поддерживающий системную шину 100 МГц. Процессор устанавливался в разъем Socket 7 и мог быть использован в платах, предназначенных для процессоров Pentium. Поскольку K6-3, подобно Pentium II, имел интегрированный кэш второго уровня размером 256 КБ, а на всех старых платах для платформы Socket 7 кэш присутствовал "по умолчанию", этот процессор оказался по-своему уникальным, так как системы на его основе фактически имели три уровня кэша: два на кристалле, и еще один - на системной плате. Уже в K6-2 AMD предложила разработчикам ПО свой собственный набор команд 3Dnow!, оптимизированный для еще более узкой области, нежели MMX, а именно: для наиболее ресурсоемких расчетов, связанных с 3D-графикой. Однако на практике программная поддержка 3Dnow! стала массово появляться лишь позже, с выходом Athlon и Duron. Хотя K6 (особенно K6-2) и имел определенный успех на рынке, но с самого начала было понятно, что этот весьма неплохой процессор, определенно, появился на свет слишком поздно, поэтому всерьез тягаться с новыми Pentium II и Celeron он уже не мог, особенно в ресурсоемких приложениях и в играх. Однако начало эры самостоятельных разработок AMD было положено.

В 1999 году Intel выпускает Pentium III, произведенный по технологии 0.18 мкм. По сравнению с предшественником (Pentium II с ядром Deschutes) в него была добавлена поддержка набора инструкций SSE (Streaming SIMD Extensions), расширен набор команд MMX и усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Как и прежде, конструктивом Pentium III служил Slot 1, а соответствующий Celeron выпускался в корпусе под Socket 370.

Для Pentium III с ядром Coppermine Intel заявила предельную частоту 1.2 ГГц, однако тут произошел неприятный инцидент, изрядно подмочивший репутацию компании - первые процессоры этой модификации в предельных режимах работали некорректно и были отозваны с рынка. Hi-End версия процессора Pentium III получила название Xeon, выпускалась в конструктиве Slot 2 и имела увеличенный до 2 Мб кэш второго уровня. Ответ со стороны AMD был на этот раз весьма чувствителен. В 2000 году корпорация также освоила техпроцесс 0.18 мкм и на рынке появляется "убийца Pentium III" - AMD Athlon (он же K7) и его "младший брат" Duron с уменьшенным кэшем второго уровня. Обладая кэшем первого уровня 128 КБ (даже у low-end версии!) и работая на частоте до 1.4 ГГц, эта пара "в пух и прах" разносила семейство Pentium III практически по всем показателям. Вышедший в 2001 году Athlon MP, рассчитанный на работу в двухпроцессорной конфигурации, составил весьма достойную конкуренцию Pentium III Xeon на серверном рынке. Первые модификации Athlon выпускались с разъемом разъём Slot A, а впоследствии все семейство было переведено на Socket A. Новые процессоры AMD обладали большим запасом по быстродействию и разгонялись обычно "на ура". По цене они были дешевле, чем соответствующая продукция Intel. Для корпорации AMD это был крупный и несомненный успех. В 2000 году появляется долгожданная новая разработка Intel - Pentium 4. В этом процессоре впервые была применена технология гиперконвейеризации (hyperpipelining) - с конвейером, состоящим из 20 ступеней. Использовалась 400 МГц системная шина (quad-pumped), обеспечивающая пропускную способность в 3.2 Гбайта в секунду против 133 МГц шины с пропускной способностью 1.06 ГБ у Pentium III (у процессоров с ядром Prescott частота системной шины составит 800 МГц с перспективой увеличения до 1066 МГц). Тактовая частота первых Pentium 4 (с ядром Willamette) доходила до 2 ГГц. У современных разработок (ядро Northwood) она уже превысила 3 ГГц, а с выходом в конце 2003 года Pentium 4 с ядром Prescott, выполненного по технологии 90 нм, ее значения могут достигнуть фантастических 5 ГГц.

Одним из наиболее интересных механизмов, примененных в поздних модификациях Pentium 4, является технология Hyper-Threading. Она позволяет программам работать параллельно, как бы на нескольких виртуальных процессорах, обеспечивая тем самым более эффективную работу приложений. Впервые этот механизм был внедрен в серверных моделях процессоров с NetBurst архитектурой Xeon, и, хотя его использование на первых порах выявило целый ряд специфических проблем, разработчики новой технологии с оптимизмом смотрят в будущее.

Продолжение следует...