Intel 80486 (также известный как i486, Intel 486 или просто 486-й) — 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 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 лэптопы).
Руководителем проекта по разработке микропроцессора Intel 486 был Патрик Гелсингер.
История Intel 80486 был анонсирован на весенней выставке Comdex в апреле 1989 года. Во время анонса Intel заявила, что образцы будут доступны в третьем квартале 1989 года, а серийные партии будут поставляться в четвертом квартале 1989 года486 32-bit CPU breaks new ground in chip density and operating performance. (Intel Corp.) (product announcement) EDN | May 11, 1989 | Pryce, Dave. Первые ПК на базе 80486 были анонсированы в конце 1989 года, но некоторые советовали подождать до 1990 года, чтобы приобрести ПК на базе 80486, поскольку ранее поступали сообщения об ошибках и несовместимости программного обеспечения.
Первое серьезное обновление архитектуры 80486 произошло в марте 1992 года с выпуском 0,8-мкм серии 486DX2. Впервые тактовая частота ядра процессора была отделена от тактовой частоты системной шины с помощью двойного тактового множителя, что позволило выпустить 486DX2 с частотами 40, 50 и, в августе того же года, 66 МГц.
Несмотря на выпуск в 1993 году нового процессора Pentium пятого поколения, в 1994 Intel представила 0,6-мкм (или просто DX4) с тройным множителем, тактовыми частотами 75, 100 МГц и увеличенным L1-кэшем до 16 КиБ. Часто ошибочно считают, что DX4 имеет множитель 4. Дело в том, что Intel планировала выпустить DX3 с множителем 2,5, но впоследствии отказалась от этих планов.
Ранее Intel решила не делиться своими технологиями 80386 и 80486 с AMD. Однако AMD считала, что их совместное использование технологий распространяется и на 80386 как производную от 80286. Поэтому AMD провела самостоятельную обратную разработку чипа 386 и выпустила 40-МГц Am386DX-40, который был дешевле и имел меньшее энергопотребление, чем лучшая 33-МГц версия 386 от Intel. Intel попыталась помешать AMD продавать процессор, но AMD выиграла судебное разбирательство, что позволило ей выпустить процессор и утвердиться в качестве конкурента Intel.
AMD продолжала создавать клоны, в результате чего в апреле 1993 года был выпущен чип первого поколения Am486 с тактовыми частотами 25, 33 и 40 МГц. Последующие чипы второго поколения Am486DX2 с тактовыми частотами 50, 66 и 80 МГц были выпущены в следующем году. Серия Am486 была завершена 120-МГц чипом DX4 в 1995 году.
В 1995 году после восьмилетней судебной тяжбы AMD против Intel был урегулирован арбитражный иск 1987 года, и AMD получила доступ к микрокоду Intel 80486. Как сообщается, это привело к созданию двух версий процессора 486 от AMD — одна была создана на основе микрокода Intel, а другая использовала микрокод AMD в процессе разработки в чистом помещении. Тем не менее, в соглашении также указано, что процессор 80486 станет последним процессором Intel, который будет клонирован AMD.
Другим производителем клонов 486 была компания Cyrix — безфабричный производитель микросхем сопроцессоров для систем 80286/386. Первые процессоры Cyrix 486, 486SLC и 486DLC были выпущены в 1992 году и использовали корпус 80386. Оба процессора Cyrix производства Texas Instruments были совместимы по контактам с системами 386SX/DX, что позволило им стать вариантом модернизации для старых систем. Однако эти чипы не могли сравниться с процессорами Intel 486, имея всего 1 КиБ кэш-памяти и не имея встроенного математического сопроцессора. В 1993 году Cyrix выпустила собственные процессоры Cx486DX и DX2, которые по производительности были ближе к аналогам Intel. Это привело к тому, что Intel и Cyrix подали друг на друга в суд, причем Intel обвинила Cyrix в нарушении патентов, а Cyrix выдвинула встречно антимонопольные претензии. Судебное разбирательство закончилось в 1994 году победой Cyrix и снятием антимонопольного иска.
В 1995 году и Cyrix, и AMD обратили внимание на готовый рынок пользователей, желающих обновить свои процессоры. Cyrix выпустила производный 486-й процессор под названием 5x86, основанный на ядре Cyrix M1, который работал на тактовой частоте 120 МГц и был опцией для материнских плат Socket 3. AMD также выпустила 133-МГц Am5x86, который по сути был улучшенным 80486 с удвоенным кэшем и четырехкратным множителем, который также работал с оригинальными материнскими платами 486DX. Am5x86 был первым процессором, который использовал рейтинг производительности AMD и продавался как Am5x86-P75, с утверждениями, что он эквивалентен Pentium 75. Компания Kingston Technology также выпустила модуль 'TurboChip' 486, в котором использовался 133-МГц Am5x86.
В результате Intel выпустила чип обновления Pentium OverDrive для материнских плат 486, который представлял собой модифицированное ядро Pentium, работающее на частоте 63 или 83 МГц на платах с тактовой частотой системной шины 25 или 33 МГц соответсвенно. OverDrive не был популярен из-за низкой производительности и высокой цены. После того, как процессоры серии Pentium закрепились на рынке, Intel продолжила выпуск 486-х процессоров для промышленных встраиваемых приложений, и только в конце 2007 года полностью прекратила их производство.
Описание
Технические характеристики (сводно) Дата анонса первой модели: 10 апреля 1989 года Разрядность регистров: 32 бита Разрядность внешней шины данных: 32 бита Разрядность внешней шины адреса: 32 бита Объём виртуальной адресуемой памяти: 64 Тб (246) Максимальный объём сегмента: 4 Гбайт Объём физической адресуемой памяти: 4 Гбайт Кэш L1: 8 Кбайт, DX4 — 16 Кбайт Кэш L2: на материнской плате (на частоте FSB) FPU: на кристалле, у SX отключён Тактовые частоты процессора, МГц: 16—100 (DX4) Тактовые частоты FSB, МГц: 16—50 Напряжение питания: 5—3,3 В Количество транзисторов: 1 180 235, SX2 — 0,9 млн, SL — 1,4 млн, DX4 — 1,6 млн Техпроцесс, нм: 1000, 800 и 600 для DX4 Площадь кристалла: 173,35 мм² для 1,18 млн транзисторов и 1-мкм техпроцесса, 67 мм² для 1,185 млн транзисторов и 800-нм техпроцесса, 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) Процессор обладал 32-битными шинами адреса и данных. Это требовало наличия памяти в виде четырёх 30-контактных или одного 72-контактного модуля SIMM.
Различия между Intel 486DX и Intel 386Intel «EMBEDDED Intel486 PROCESSOR FAMILY. DEVELOPER’S MANUAL» Order No: 273021-001 Intel 486DX, 486DX2 и 486DX4 представляют собой кристалл, содержащий центральный процессор, математический сопроцессор и контроллер кэша. Полностью совместимые на уровне предпроцессора с процессорами Intel 386, тем не менее, они имеют следующие различия: процессоры Intel 486, в отличие от Intel ULP486GX, который имеет поддержку только 16-битной шины данных, обеспечивают динамическое изменение размера используемой шины для поддержки 8-, 16- и 32-битных транзакций. Intel 386 поддерживают только два размера ширины шины, 16 и 32 бита, и не требуют внешней логики для организации смены ширины шины. Процессоры Intel 486 имеют режим укороченной передачи, который позволяет за одну транзакцию передать по шине четыре 32-битных слова из внешней памяти в кэш, используя всего пять циклов. Intel 386 для передачи того же объёма данных требуется минимум восемь циклов. Процессор Intel 486 имеет сигнал BREQ, используемый для поддержки мультипроцессорных систем. Шина процессора Intel 486 значительно мощнее шины процессора Intel 386. Новые возможности в виде умножения частоты шины, проверки чётности (отсутствует в ULP486SX и ULP486GX), укороченный цикл передачи данных, кэшируемые циклы, в том числе кэшируемый цикл без проверки данных, поддержка транзакций по 8-битной шине. Для поддержки кэша на кристалле введены новые управляющие регистры (CD и NW), добавлены новые выводы для шины, новые типы циклов обмена по шине. Набор инструкций математического процессора Intel 387 не только поддерживается в полном объёме, но и расширен. Во время выполнения команды по обработке данных с плавающей точкой не выполняются никакие циклы ввода-вывода. Не задействовано прерывание 9, происходит прерывание 13. Процессор Intel 486 поддерживает новые режимы выявления ошибок, что гарантирует совместимость с DOS. Эти новые режимы требуют нового бита в управляющем регистре 0 (NE). К набору команд добавлено шесть новых: BSWAP (Byte Swap), XADD (Exchange and Add), CMPXCHG (Compare and Exchange), INVD (Invalidate data cache), WBINVD (Write-back and Invalidate data cache) и INVLPG (Invalidate TLB Entry). В управляющем регистре 3 назначены два новых бита, отвечающих за кэширование текущего каталога страниц. Добавлены новые возможности защиты страниц, требующие нового бита в управляющем регистре 0. Добавлены новые возможности проверки выравнивания, требующие нового бита в регистре флагов и управляющем регистре 0. Заменён алгоритм для TLB на алгоритм псевдо-LRU (PLRU), подобно используемому в кэше на кристалле. Для тестирования кэша на кристалле добавлены три новых тестовых регистра: TR5, TR6 и TR7. Повышена стабильность работы TLB. Очередь предварительной выборки увеличена с 16 до 32 байт. Для гарантированного правильного выполнения новых инструкций всегда выполняются переходы после модификации кода. После сброса в верх байта ID записывается значение <04>.
Микроархитектура
Математическая модель и набор инструкций Набор инструкций не претерпел существенных изменений, но были добавлены дополнительные инструкции для работы со внутренней кэш-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.
Блоки и реализация интерфейсов
Регистры В процессоре имеется расширенный, по сравнению с в 80386, набор инструкций, в который 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.
Конвейерная обработка инструкций В Intel 486 был усовершенствован механизм выполнения инструкций в несколько этапов. Конвейер процессоров серии Intel 486 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.
Кэш процессора