生日快乐,x86!行业标准转弯30

三十年前,1978年6月8日,英特尔公司推出了它的第一个16位微处理器,8086,和一个引人注目的AD预示着“一个新时代的黎明”。夸大了?当然,但也具有先见之明。虽然8086起步缓慢,但它的底层架构——后来被称为x86——成为了技术上最令人印象深刻的成功故事之一。

“X86”指的是英特尔和其他一些公司的某些微处理器执行的一组机器语言指令。它本质上定义了芯片的词汇和使用规则。X86处理器——从8086到80186、80286、80386、80486等等奔腾模型,直至今天的多核芯片和移动应用程序的处理器 - 随着时间的推移结合了一个越来越多的x86指令集,但每个都提供了与家庭早期成员的向后兼容性。

自8086引入以来的三十年中,X86系列已从台式PC系统地从台式PC到服务器到可移动计算机到超级计算机。一路上,它在一系列竞争的架构和筹码制造商中杀死或持有。甚至一些似乎被竞争对手被锁定的市场,例如Apple在Macintosh Composital在Macintosh Composital中使用摩托罗拉Powers,近年来就产生了X86。

英特尔的建筑是如何占据大部分计算世界的主导?让我们来看看。

在开始的时候

英特尔的第一个微处理器是4位的4004,它是1971年为一个日本计算器制造的。随后是8位的8008和1975年的8位的8080芯片。8080进入了Altair 8800 PC,这是作为一个邮购套件出售。(比尔•盖茨(Bill Gates)和保罗•艾伦(Paul Allen)创立了微软公司(Microsoft Corp.),销售他们为Altair 8800设计的Basic版本。)

三年后,16位8086首次亮相。IBM在8086年的选择中选择了8086个变体,在80年代早期为其PC提供电源,给出了X86架构巨大的势头,并帮助它成为当今持续存在的行业标准。

帕特里克戈尔辛格,电气工程师,芯片设计师和英特尔的执行副总裁说,PC行业的关键转折点 - 真正将行业送进过度的事情 - 是1985年引入了32位80386。他说,在x86需要升级到早期模型的16位地址空间时,这并不明显。“人们说,'你是什么意思32位?这是小型计算机和大型机。他们当时嘲笑我们奢侈。“

大约在同一时间,康柏电脑公司(Compaq Computer Corp.)发布了一款386型个人电脑,削弱了IBM对个人电脑市场的致命控制。当时IBM个人电脑运行的是16位80286,比386慢三倍多。

根据英特尔,IBM摒弃了386,因为没有任何32位软件可以利用它。IBM还开发了一个名为OS / 2的专有的16位操作系统。

“IBM从上到下拥有这个架构。这是他们的应用程序,他们的操作系统和他们的硬件设计,”Gelsinger说,他是386设计团队的成员。“当他们转向下一代时,他们将是唯一能够提供全面解决方案的公司,而且无法保证一代到下一代的兼容性。”

盖尔辛格所说,随着386的出现而改变的一切。“我们从一个垂直行业迁移到水平行业,这真的开辟了世界。”

1989年,386次遵循486。发现它不能在1993年从其先前的命名公约中爆发的商标号,当时它将第五代处理器命名为奔腾而不是586。许多几代芯片have carried on the Pentium brand (e.g., Pentium Pro, Pentium II and Pentium D), and Intel has since added the low-end Celeron and the high-end Core 2 brands to its x86 offerings.

尽管名称发生了变化——更不用说设计上的改进导致了速度、功率和效率的指数级增长——所有这些芯片都是基于从8086开始并持续扩展到今天的x86指令集。

成功秘诀中的要素

为什么x86能在这么长的时间里一直如此成功,在某些情况下甚至完全击败了竞争的微处理器架构?对于初学者来说,x86出现的时机恰到好处。到1978年,计算已经从巨大、昂贵的大型机向更小、更便宜的小型机迁移了好几年。从逻辑上讲,桌面电脑是下一个前沿领域。

此外,x86还展示了一个在1965年被戈登摩尔他后来成为英特尔的董事长兼首席执行官。Moore说,基本上,微处理器的性能每两年就会翻一番,而成本不会增加。他的预测,后来被称为摩尔定律,被证明是正确的,x86继续主导了从数据中心到最终用户的工作场所和家庭的大量计算领域。2020欧洲杯预赛

和8086年和其继承者继续巩固桌面计算机行业的两个早期巨头之间的关系。比尔盖茨和保罗艾伦于1972年试图为Wimpy 8008处理器开发他们的基本编程语言。但他们在1975年将其焊接到Altair Micropoper中的更强大的8080。

这标志着英特尔与微软之间的事实上伙伴关系的开始,这将创造一个船长的软件基础,​​该基地继续推动该行业。在导致X86架构成功的所有因素中,可能没有任何像该软件库存一样重要 - 而且更好地展示了比RISC处理器恐慌的这个事实。

RISC风险

在20世纪80年代后期和20世纪90年代初,对X86的严重威胁以减少的指令集计算(RISC)处理器(如Sun Sparc,IBM / Apple / Motorola PowerPC和MIPS处理器)的形式出现。这个想法是,如果它在非常简单的指令上运行,则可以使一个处理器略微快速地运行,每个时钟周期都执行了一个指令,而不是在复杂的指令集计算(CISC)处理器中使用的详细,多运费指令,如X86。

Pundits,新闻界和英特尔竞争对手越来越广泛地预测了CISC的消亡。“这对我们来说是一个艰难的时刻,”Gelsinger承认了。事实上,英特尔赶紧开发自己的RISC工作站处理器,I860。但是,860也不是任何其他RISC处理器都接近向X86的霸权移开。

这就是为什么盖尔格林格的原因如此,谁是80486处理器的主要建筑师:“486前一天宣布[1989年4月10日],已经有数百万美元的软件等待在芯片上运行。即使[x86 cisc]架构有点慢,当您可以为RISC机器开发软件时,我们可以使[X86]机器更快。我们有一个压倒性的经济优势,因为我们有很多安装的基地还有很多人开发。RISC机器永远不会赶上。“

具有讽刺意味的是,RISC机器缺乏软件 - 加上80486和奔腾处理器的大型性能提升 - 已注定的英特尔I860以及其他RISC处理器。试图介绍第二个主要微处理器架构是一个错误,英特尔稍后会承认。

但是RISC激发了很多创新,David Patterson说,他是加州大学伯克利分校的计算机科学教授,也是20世纪80年代RISC的主要创新者之一。例如,数字设备公司的VAX体系结构无法跟上RISC的发展,它或多或少地消失了。但是英特尔能够将RISC中流行的思想结合起来,同时用它的大型软件基础维护他们的旧架构。他们之所以能做到这一点,部分原因是他们拥有卓越的制造能力。”

浮点惨败

当RISC威胁是1994年夏天开始的危机时,也许是肠道扭曲,当英特尔试验工程师在其新奔腾芯片的浮点划分电路中发现了一个小缺陷时。The flaw occurred so rarely and was so minor in its impact that Intel elected to just fix it and put the chip back into production without recalling the flawed chips.

但是几个月后,托马斯在弗吉尼亚州林奇堡学院的数学教授,发现了他的电脑的缺陷。英特尔在稍后会承认,在英特尔找到任何甚至会听他的投诉的人找到任何人。因此,他在互联网上发布了他的调查结果,并且在长时间之前,英特尔被吞噬了一个批评的狂热,最终将导致公共关系灾难和475万美元的筹码召回。

“这是一种痛苦的仪式,但我们终于学会了像消费公司一样,”阿尔伯特·余先生召回了他的书,创造了数字未来。

混合和匹配

Carnegie Mellon University和英特尔研究顾问的计算机科学教授Todd Mowry表示,X86历史上的另一个定义时刻发生在1995年。这就是英特尔推出了Pentium Pro的微处理器,一种具有一些激进的新功能的微处理器,例如在指令流中寻找前进的能力,猜测哪些是需要哪些,然后在顺序中执行它们。这使得处理器忙碌的时间繁忙,并且结合了一个新的,非常快速的片上缓存,它在某些应用中提供了巨大的性能增益。

“彻底不同的东西,”莫里说:“他们在没有改变指令集的情况下使用RISC的好处。他们通过将x86指令转化为更像RISC指示的微型操作来实现这一点。所以你有什么是X86机器内的RISC机器,过夜,消除了性能差距。“

莫里表示,奔腾专业版是自上而下设计过程的结果。“他们从设计一台快速机器开始,然后想出了如何让x86在上面运行,”他说。

这种方法——在非x86体系结构中找到好的想法,然后在其基础上逆向运行——就是它的工作方式,Gelsinger说。奔腾是一个戏剧性的建筑飞跃。我们从小型机和大型机中汲取最好的创意,并更好地实现它们,因为我们有一个更好的画布来把它们涂上,这就是硅。”

与大型机不同,在盒子内的广泛区域扩展加工组件,将所有内容放在一个微小的紧密集成的芯片上,使微处理器设计师更具灵活性及其设计更多的电力,他说。实际上,多年来,硅芯片的表现沿着摩尔定律巧妙地筹备,而互联组件的系统则没有完善。

竞争日趋激烈

即使是在x86的大本营,英特尔也没有在竞争中享有豁免权。例如,台湾威盛科技(VIA Technologies)于1987年在硅谷成立,销售用于主板和其他电子元件的核心逻辑芯片组,其中一些使用了x86技术。VIA现在生产各种各样的产品,并将其x86处理器定位于低功耗的移动和嵌入式市场。

高级Micro Devices Inc.自2000年左右以来,作为全球第二大微处理器制造商的英特尔一直是竞争对手的眼中钉。在20世纪80年代和90年代的大部分时间里,AMD一直是x86芯片的仿制制造商,几乎与英特尔无关。(据Mercury Research的数据,在兼容x86的台式机和移动设备市场上,苹果的份额仍只有15%左右。)

但AMD于2000年缩小了技术和公关政变,其引入了X86-64,一个64位超级X86指令集。作为超集,这意味着新的X86-64机器的用户可以使用它们自然运行旧的32位软件。

当时,英特尔的64位提供是Itanium,由英特尔和Hewlett-Packard公司开发的架构,用于大铁上的Superscalar执行,并且它与32位X86的软件并不直接兼容。英特尔通过自己的64位X86指令超级响应了AMD威胁,EM64T在2004年。AMD和新闻界,这一事实大部分事实使本公司将英特尔击败了64位市场,这最重要。

“这是X86指令集用于对抗英特尔的灵活性的一个例子,”Patterson说。“因此,即使英特尔主导市场,另一家公司也可以改变X86的指示。”

走向极端

如今,英特尔的X86正在计算在计算中的极端情况。4月28日,该公司宣布将其与Cray Inc.团队团队团队开发新的超级计算机基于Intel x86的处理器。(Cray已经在使用AMD的x86- 64位Opteron处理器。)

在4月2日的上海开发者大会上,英特尔宣布基于Atom X86的处理器该公司规模最小。它的耗电量不到2.5瓦,而一个典型的笔记本处理器耗电量约为35瓦。公司的运两个新的原子芯片对于本周的小笔记本电脑和桌面。

所以x86可以茁壮成长,甚至在30年内幸存下来?游戏中有力量将从根本上改变微处理器设计,即使在近期术语(见“X86的下一步是什么?”)。但很少有人预测尊贵X86的消亡。Carnegie Mellon的Mowry说:“很难看到其他指令集会接管的任何原因,因为有如此多的宝贵软件在[x86]上运行。”

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