Bijlage B. Bijlage B Geschiedenis van de processor. De oorsprong

Transcriptie

1 Bijlage B Bijlage B Geschiedenis van de processor B1 De oorsprong B1.1 Intel 8086 en 8088 Aan de komst van de Pentium 4 en de AMD Athlon zijn al heel veel processors voorafgegaan. Al in 1968 werd Intel opgericht. Na de komst van de eerste microprocessor in 1971, de Intel 4004, en de Intel 8080 in 1974, werd de introductie van de Intel 8086 in 1978 een groot succes. Intel had het voor elkaar gekregen transistors op één chip te plaatsen. De chip functioneerde op een snelheid van 5 MHz, hetgeen wil zeggen dat er trillingen per seconde door de chip verwerkt konden worden. Een goedkopere variant van deze chip, de Intel 8088, komt in 1979 uit. De 8086 is uitgerust met een 16-bits brede databus, de 8088 heeft slechts een 8-bits brede databus. Het is de 8088-microprocessor, die IBM kiest voor zijn eerste personal computer. Figuur B1 De Intel 8088-processor De eerste IBM personal computer, uitgebracht in 1981, was buitengewoon succesvol. Deze computer leidde tot een revolutie op de kantoren. Computers werden opeens van praktisch nut in kleinschalige taken, zoals tekstverwerking. In de eerste jaren verandert er door IBM en andere fabrikanten veel aan de computers. Er worden harde schijven toegevoegd (de IBM-XT), er komt een grafische Bijlage B.indd :08

2 B2 Hardware 3/4 schermaansturing, enzovoort. De markt groeit razendsnel en geeft ruimte aan andere aanbieders. Er verschijnen op verzoek van IBM op de Intel-micro-processor lijkende processors van onder andere AMD, NEC en Siemens. Het afhankelijk zijn van één leverancier vindt IBM namelijk te riskant. B1.2 De eerste AT-processor, Intel Van de fouten van het begin heeft men veel geleerd. Daarom besloot IBM op basis van de nieuwe 16-bits microprocessor van Intel, de 80286, een hele nieuwe generatie van personal computers neer te zetten. Deze serie krijgt het kenmerk AT, een afkorting van Advanced Technology. De ideeën achter deze personal computer leven nog steeds voort, vandaar dat we de tegenwoordige computers nog steeds AT s noemen. Het meest spectaculair bij deze processor is de mogelijkheid om meer intern geheugen te adresseren. Daartoe wordt deze microprocessor uitgerust met twee verschillende werkstanden. De eerste stand wordt de Real Mode genoemd. In deze stand worden net zoals bij de en adreslijnen gebruikt. Het te adresseren intern geheugen is één megabyte. Er kan maar één taak tegelijk uitgevoerd worden. De processor blijft dus single-tasking. De compatibiliteit met de en 8088-processor is volledig. De tweede stand is de Protected Mode. Er worden dan extra adreslijnen gebruikt, waardoor maar liefst 16 megabyte intern geheugen gestuurd kan worden. Er moeten daarbij wel in het besturingssysteem extra geheugenbeheerprogramma s geïnstalleerd worden. Ook deze processor wordt weer veel geïmiteerd. Sommige concurrenten weten zelfs snellere versies van deze processor op de markt te brengen. B1.3 De Intel Met de komst van de 80386, later DX geheten, weet Intel in 1985 een grote technische vooruitgang te boeken. Deze processor werkt volledig 32 bits op een kloksnelheid van 16 MHz. Door het gebruiken van de Protected Mode wordt het mogelijk om een aantal programma s gelijktijdig uit te voeren. Deze multi-tasking mogelijkheid is vooral interessant onder besturingssystemen die hiermee ook overweg kunnen zoals UNIX en MS-Windows. De mag dan wel een grote technische sprong voorwaarts zijn, commercieel is het in eerste instantie een flop. De processors, met name de snelle uitvoeringen van AMD, weten met de dan gangbare (16-bits) software onder MS-DOS betere resultaten te Bijlage B.indd :08

3 Hardware 3/4 B3 bereiken. Alleen in een multi-tasking omgeving zoals onder UNIX is de onmisbaar. De wereld vraagt zich geruime tijd af of steeds snellere, grotere, duurdere en vooral steeds nieuwe computers wel nodig zijn. Intel slaat pas in 1988 terug. Dan verschijnt de SX, een uitgeklede goedkope versie van de met een 16-bits databus. Door deze versmalde databus zijn ook de moederborden weer goedkoper. Eindelijk kan een voor de prijs van een gekocht worden. B1.4 De numerieke coprocessor Al vanaf de 8086-processor bestaat de mogelijkheid om naast de processor een floating point unit (FPU) ook wel numerieke coprocessor (NPU) of mathematische coprocessor genoemd, te plaatsen. De processor gaat standaard namelijk wel vlot om met gehele getallen (integers), maar vrij moeizaam met kommagetallen (floating points). Zeker daar waar veel ingewikkeld rekenwerk toegepast wordt, zoals bij grafische vormgeving en technisch tekenwerk, is de FPU onmisbaar. Deze FPU moet apart aangeschaft en in een chipvoet geplaatst worden. De FPU s zijn bovendien duur, van verschillende leveranciers, niet uitwisselbaar en gebonden aan een bepaalde kloksnelheid van de processor. Hoewel de 8087, en wel verkocht worden, zijn het geen regelmatige verschijningen.veel personal computers worden vooral verkocht voor kantoortoepassingen zoals tekstverwerking en gegevensbeheer. B2 De tussengeneratie B2.1 De processor Kort na het verschijnen van de laaggeprijsde SX komt Intel met een krachtige en dure processor op de markt. Deze processor, de DX is uiteraard volledig 32-bits, de FPU is ingebouwd en in de processor is voor het eerst ook cachegeheugen aanwezig. De werking van cachegeheugen wordt later in het boek uitgewerkt. De eerste processors werken op een kloksnelheid van 25 MHz, al snel wordt dit verhoogd tot 33 MHz. Intel komt kort na de introductie van de DX al met een goedkope uitvoering om de concurrenten op een grote achterstand te zetten. Dit type krijgt de naam SX. Deze processor werkt op een lagere kloksnelheid en heeft geen ingebouwde FPU. Hij is Bijlage B.indd :08

4 B4 Hardware 3/4 Figuur B.2 De Intel processor echter wel volledig 32-bits. Na een moeizame introductieperiode is de processor een ongekend succes. Met name door de in de 486 DX ingebouwde FPU blijken grafische programma s opeens redelijk snel te werken. Bij processors is Windows zeer traag en kijken gebruikers regelmatig langdurig naar zandlopers. Met de verlopen Windows-processen opeens veel sneller. Nu blijkt ook dat de grafische user interface (GUI) van Windows prettig werkt en een fantastische aanvulling kan zijn op het besturingssysteem MS-DOS. Windows regelt niet alleen de besturing van programma s via pictogrammen en muisklikken. Ook de standaardinstellingen van beeldscherm, toetsenbord, printer, enzovoort worden door Windows afgehandeld. Er hoeft nooit meer in een of andere toepassing een aparte instelling te worden gedaan. Als derde voordeel heeft Windows een standaard beeldopbouw. In alle Windows-toepassingen is er een menubalk met afrolmenu s. Bij de meeste programma s is de naamgeving op deze afrolmenu s gelijk. Alle programma s lijken op dezelfde manier te werken. Intel weet goed van het succes van de processor gebruik te maken door het produceren van snellere varianten van deze processor. Bovendien gaat Intel het later opwaarderen van een processor propageren door een grote reclamecampagne. Intel stelt in deze reclames dat het geen zin heeft te wachten op snellere processors. Als die snellere processor er komt, kan iedereen deze uitwisselen met het oude exemplaar. Er verschijnen zelfs moederborden waarin de nieuwe processor naast de oude geplaatst kan worden. De oude, langzame processor wordt dan uitgeschakeld. B2.2 Processors met verschillen in interne en externe kloksnelheid De verhoging van de kloksnelheid van de processor gaat andere problemen opleveren. De processor mag dan wel sneller worden, de rest van de computer kan deze snelheid niet aan. Intel bedenkt Bijlage B.indd :08

5 Hardware 3/4 B5 hiervoor iets nieuws, de klokverdubbelaar. De eerste processor die uitgerust wordt met deze klokverdubbelaar is de DX2. Deze processor werkt aan de moederbordkant op 25 MHz, maar intern op twee keer deze snelheid, dus 50 MHz. De warmteontwikkeling van deze processor is enorm. Daarvoor wordt een tweetal oplossingen bedacht. De eerste is gericht op een versnelde warmteafvoer. Op de processor wordt een koellichaam of een afzuigventilator geplaatst. De tweede oplossing is het voorkomen van warmte. Dit kan door de spanning waarop de processor werkt te verlagen van 5 volt naar 3,3 volt. Hiervoor moeten de nieuwe moederborden uitgerust worden met een voltage-converter.voor oude moederborden kan de DX2 dus niet gebruikt worden. Later, veel later brengt Intel de Overdrive uit. Deze 486 bestaat uit een DX2, een voltageconverter en een koelingventilator aan elkaar gebouwd. Er zijn verschillende types voor verschillende soorten moederborden. Intel produceert hele lijsten waarin te vinden is welke Overdrive-processor op welk moederbord geplaatst kan worden. Ondertussen verschijnt ook de DX4. Ondanks de naam wordt de kloksnelheid slechts verdrievoudigd, zodat de maximale interne kloksnelheid 100 MHz wordt en de maximale externe kloksnelheid 33 MHz. Voor Intel is hiermee de serie processors vrijwel compleet. Door het gebruik van onlogische typenummers is er wel verwarring bij de consumenten. De SX is iets heel anders dan de SX en de DX 4 zorgt niet voor een viervoud in kloksnelheid. De concurrenten maken het niet gemakkelijker. Cyrix brengt de Cx486SLC op de markt. Dit is slechts een verbeterde SX.AMD weet een processor op 40 MHz te laten werken en ook nog met een dubbele en drievoudige interne kloksnelheid. De Am5x86 is de laatste in deze rij van AMD. Dit is een imitatie met een externe kloksnelheid van 33 MHz en een klokverviervoudiger, zodat hij intern op 133 MHz werkt. Hier is wel een heel speciaal moederbord voor nodig. B3 De Pentiumgeneratie B3.1 De Pentium (I) Er is veel verwarring over typenummers, 486 ers die 386 ers blijken te zijn, 5x86 ers met 486-eigenschappen. Bovendien weet een klant die een 486-systeem koopt niet van welke fabrikant de Bijlage B.indd :08

6 B6 Hardware 3/4 processor afkomstig is. Intel kiest daarom voor zijn nieuwe processor een naam, de Pentium. Deze naam wordt direct als merk vastgelegd. Elke leverancier die een Pentium-systeem aanbiedt, zal deze moeten voorzien van een originele Intel-processor. De eerste Pentium-processors van Intel komen uit in het voorjaar van Zij zijn deels nog gestoeld op oude principes. De voedingsspanning bedraagt 5 volt, er is geen klokverdubbelaar en de kloksnelheden zijn 60 en 66 MHz. Er zijn maar liefst 3,1 miljoen transistors op de Pentium-chip geplaatst. De databus kent een woordbreedte van 64 bits. Een nieuwe techniek in de Pentium is die van de Branch Prediction. De processor rekent alvast vooruit in de meest waarschijnlijke richting. Daardoor zal sneller gereageerd worden op de feitelijke opdracht. Een jaar later zien de nieuwe Pentiums het licht. Zij gebruiken een andere voet en passen dus niet op de moederborden van de Pentium 60 en 66. Bovendien werken zij met een voltage regulator module (VRM) op verschillende spanningen (2,8 en 3,3 volt). Deze Split Voltage zorgt voor aanzienlijk minder warmteproductie. Evenals de latere 486-processors kennen zij een klokverdubbelaar. Daarmee werken zij intern op een kloksnelheid van 75, 90 of 100 MHz. In 1995 en 1996 is het alles Pentium wat de klok slaat. De komst van Windows 95 zorgt voor een snelle vervanging van erg veel 8088, 80286, en zelfs systemen.Windows 95 draait vooral prettig op een Pentium-systeem. Er verschijnen Pentiums met interne kloksnelheden van 120, 133, 150, 166 en zelfs 200 MHz. De snelle Pentium-machines blijken ook uitermate geschikt voor multimediatoepassingen. De markt is onrustig. De ontwikkelingen gaan zo snel dat het onduidelijk is wanneer computersystemen het best vervangen kunnen worden. B3.2 Pentium 166 MMX en hoger Begin 1997 komt Intel met een nieuwe uitvoering van de Pentiumprocessor. Deze krijgt de toevoeging MMX. Deze Pentium-processor kent versnelde mogelijkheden voor multimediatoepassingen. De processor is dus uitermate geschikt voor de steeds vaker voorkomende toepassingen met beeld en geluid. De merknaam MMX wordt weer beschermd, zodat de concurrenten Bijlage B.indd :08

7 Hardware 3/4 B7 een eigen naam voor hun soortgelijke processors moeten verzinnen. Na een aarzelende start verdwijnt de oorspronkelijke Pentium al snel van de markt. De interne kloksnelheden worden steeds hoger. De externe kloksnelheden blijven maximaal 66 MHz om compatibiliteit met de moederborden te behouden. Figuur B.3 De Intel Pentium MMX-processor B3.3 Pentium II, III en concurrenten In de loop van 1997 komt de nieuwe processor van Intel uit. Deze bestaat uit een samensmelting van de multimedia-eigenschappen van de Pentium MMX en de Dual Independent Bus (DIB) technologie van de Pentium Pro en krijgt als naam Pentium II. De goedkoopste versie start met een kloksnelheid van 233 MHz. De vormgeving van deze processor is volledig nieuw. De vorige processors bestonden alle uit een plaatje met daaraan enkele honderden pennetjes. Deze nieuwe Pentium II is op een insteekkaartje gemonteerd, dat dwars op het moederbord komt te staan. Deze insteekkaartjes worden Single Edge Contact Cartridges (SECC) genoemd. De bus waar deze processor ingestoken moet worden, krijgt ook een naam, SLOT 1. De reden voor deze opmerkelijke verandering in vormgeving is dat het cachegeheugen van de processor zo dicht mogelijk bij de processor geplaatst moet zijn om een grote snelheidswinst te bereiken. Door gebruik te maken van de SECC kunnen processor en cachegeheugen samen op een kaartje geplaatst worden. Intel is in 1997 nog niet in staat om processor en cachegeheugen zo klein te maken dat zij samen op één plaatje met pennetjes passen. Figuur B.4 De Intel Pentium II-processor op een SECC Bijlage B.indd :08

8 B8 Hardware 3/4 Terzijde Aan de buitenzijde van de computer is niet te zien welke processor geplaatst is. Intel levert voor zijn eigen processors diverse gratis testprogramma s. Sommige daarvan werken onder Windows, andere kunnen met een (MS-DOS) startdiskette gebruikt worden. De testprogramma s zijn te vinden op de Intelwebsite: index.htm Ook de vorm van de processorvoet is op de Intel-site terug te vinden: processors/procid/ptype.htm. Al kort na de introductie meldt Intel dat er ook een goedkope, afgeslankte versie van deze processor uit zal komen. Deze krijgt de naam Celeron en is in eerste instantie uitgerust zonder Level 2 cachegeheugen. De prestaties van deze Celeron zijn zo matig, dat Intel al snel besluit tot het alsnog plaatsen van Level 2 cachegeheugen. Deze nieuwe serie die uitgebracht wordt met een snelheid van 300 MHz en hoger, krijgt een toevoeging A bij het serienummer. AMD kan natuurlijk niet achterblijven. Op SLOT 1 is echter patent verleend, zodat AMD zijn Athlon- processors moet voorzien van een eigen SECC, SLOT A. De fabrikanten van moederborden moeten nu kiezen. Maken ze een moederbord voor de Intel- of voor de AMD-processor? Het is duidelijk dat Intel het grootste marktaandeel heeft. Slechts weinig fabrikanten besluiten de moederborden voor AMD te produceren. In 1999 is de techniek al duidelijk verder. Intel en AMD weten steeds hogere interne processorsnelheden te bereiken, onder andere door de transistors op een steeds dunnere plaat te plaatsen. De Pentium III wordt de opvolger van de Pentium II. De nieuwe processors, met de substraatlaag van 18 micron (1 micron is eenduizendste millimeter), produceren weer minder warmte, zodat ze in snelheid verder opgevoerd kunnen worden. Ook is de oppervlakte van het cachegeheugen weer kleiner, zodat het nu weer lukt om processor en cachegeheugen op een vierkante processor met pennetjes te plaatsen. Er past op deze vierkante processors zelfs twee keer zoveel cachegeheugen als daarvoor. Intel bouwt processors die passen op de zogenoemde Socket 370 met 370 pennetjes,amd bouwt zijn eigen socket, Socket A en plaatst eind 2000 daarop twee nieuwe processors, de dure en snelle Athlon (Thunderbord) met interne kloksnelheden boven 1 GHz (1 Gigahertz is 1000 Bijlage B.indd :08

9 Hardware 3/4 B9 Megahertz) en de afgeslankte, goedkopere en weinig langzamere Duron. Socket 370 is inmiddels afgedankt, maar Socket A wordt nog volop toegepast. B3.4 De Pentium 4 processor De Pentium 4 processor is nog niet zolang geleden vervangen door de Core serie processors. De eerste generatie Pentium 4 processors werd nog op Socket 478 geplaatst. De latere generatie die aanzienlijk minder stroom verbruikt en dus ook minder warmte produceert, gebruikt de nu gangbare LGA 775 voet. Verraderlijk is, dat de voet voor verschillende processors gebruikt wordt, maar dat niet elk moederbord ook elke processor accepteert. Een Pentium 4 met LGA 775 plaatsen op een nieuw moederbord zal meestal wel gaan, maar lang niet altijd. Bijlage B.indd :08

10 Bijlage B.indd :08