Знание того, что CPU бывают от Intel и от AMD, еще недавно любой человек усваивал при первом же контакте с миром ПК. Мамаши, покупающие своему чаду компьютер «для учебы», студентки и прочие далекие от техники люди — все были в курсе, что у них компьютер «Пентиум» или «Атлон». Одновременно с этим знанием покупателю жестко прививалась (зачастую необоснованно) стойкая симпатия к продукции той или другой компании. По мере повышения технической грамотности можно легко миновать период серьезного увлечения «священными войнами», но даже при объективном взгляде на компьютеры в глубине души каждый способен обнаружить теплое чувство по отношению к той или другой из противостоящих сторон, связанное с его первым девайсом.
Известно, что мир по-настоящему «треснул напополам» лишь в эпоху четвертых «Пентиумов» и Athlon ХР. До той поры никто не смотрел на AMD как на конкурента, равного гиганту под названием Intel, — это тогда была лишь одна из ряда процессорных компаний, бежавших вперед в тени лидера, хотя, без сомнения, являвшаяся самым наглым и назойливым преследователем. Как ни удивительно это звучит, но сама разработка и выпуск сначала неожиданно удачной архитектуры К7, а затем победоносной К8 осуществились в какой-то степени на деньги Intel. Как случилось такое чудо, поведает история, сохранившая память о противостоянии двух компаний, завязавшемся еще в начале 80-х годов прошлого века. Но прежде всего нужно провести экскурс в еще более ранние времена.
Преданья старины далекой
Обе компании, и Intel, и AMD, начинали свою жизнь как скромные проекты предприимчивых энтузиастов, хотя их основатели и не могут, в отличие от другого гиганта, Microsoft, похвастаться тем, что стартовали без гроша в кармане. Мать у обеих фирм была одна — легендарная колыбель полупроводниковой индустрии Fairchild Semiconductors, зато отцы разные. Intel породили господа Роберт Нойс (Robert Noyce) и Гордон Мур (Gordon Moore) — тот самый Мур, которого компьютерная пресса вспоминает каждый раз, когда полупроводниковый техпроцесс делает шаг вперед и микросхемы приобретают дополнительные транзисторы. AMD же, как и положено нормальному ребенку (смайл), имеет одного родителя мужского пола — Джерри Сандерса (Jerry Sanders). Все они в то время пребывали в лоне Fairchild и уже тогда прославились коммерческими подвигами. Сохранилась, к примеру, следующая история из тех мифических лет, связанная с выпускаемым компанией транзистором номер 1211.
Можно не верить, но себестоимость производства этого скромного компонента равнялась для Fairchild ста долларам. Хитрый Сандерс, занимавший пост директора продаж, впарил этот девайс американским военным по 150 долларов за штуку. Несмотря на небольшой объем продаж, компания получила фантастический доход. Но самое интересное не в этом. Дальше произошли события, раскрывающие как характер персонажей, так и сам дух того времени.
Началась авантюра с того, что FCC (Federal Communications Commission, Федеральная комиссия по коммуникациям) строго наказала во всех будущих моделях телевизоров, производимых в стране, обязательно устанавливать УВЧ-тюнер, для использования в котором замечательно подходил транзистор 1211. И вот когда Fairchild радостно потирала руки в ожидании сверхприбыли, RCA (Radio Corporation of America) неожиданно выпустила в продажу аналогичную радиолампу, лишь немного уступавшую по своим качествам изделию Fairchild, производство которой обходилось всего в 1,05 доллара против 100 у транзистора. Тогда Нойс с Муром пришли к Сандерсу и просто попросили снизить цену на свой продукт до 5 долларов в надежде на возможное сокращение себестоимости при повышении объема производства. Но как добиться нужного результата, никто еще не знал: ни фабрики соответствующего масштаба, ни нужного техпроцесса у Fairchild не было. Тем не менее Сандерс пошел на риск, как это делал еще не раз, руководя AMD, и снизил отпускную цену на 1211-й транзистор аж до $1,05.
Но славные времена пришли к концу, и будущие знаменитости начали покидать Fairchild. Первыми Эдем покинули Мур и Нойс, которые основали Intel. Вместе с ними ушли еще несколько человек и рассеялись по Кремниевой долине. Рассказ о ранних шагах Intel, закончившихся выходом первого в мире микропроцессора, — хрестоматийная история, которую необязательно в очередной раз подробно излагать. А вот про первые годы AMD стоит сказать пару слов. Итак, в первомай 1969 года (между прочим, Вальпургиева ночь и три шестерочки) Сандерс вместе с семью последователями основал компанию Advanced Micro Devices с акционерным капиталом в $100 000. В жилище одного из сотрудников и помещался первый офис фирмы. К осени того же года AMD уже переехала в двухкомнатное помещение, открыла свою первую фабрику Fab1 и выпустила первый чип, благодаря чему стоимость фирмы перевалила за $3 млрд.
Но AMD не хватало сил на разработку собственных продуктов. Все, что она производила поначалу, было куплено у других и переделано. Как мы увидим далее, AMD надолго сохранила эту привычку. Ставка делалась на превосходство в качестве над аналогами — вся продукция независимо от статуса покупателя тестировалась по военным стандартам. AMD пробавлялась чипами RAM, компонентами для модульных процессоров и прочей мелкой логикой. Intel к тому времени успела выпустить первый в мире коммерческий микропроцессор Intel 4004 и занималась его вариантами — Intel 8080 и другими. На производство клона последнего процессора она в 1975 году заключила соглашение с AMD, положив начало пока еще безоблачному сотрудничеству. На заре 80-х Intel хорошо разжилась на выпуске чипов SRAM и DRAM, AMD тоже не жаловалась на продажи, и компании охотно продлили и укрепили свой лицензионный союз.
В 1981 году IBM собралась выпустить свой исторический IBM PC и избрала Intel 8088 в качестве центрального процессора для него. Однако политика IBM, как и многих подобных компаний, в то время была такова, что используемые в ее продуктах чипы должны были поставляться как минимум двумя фирмами — это было связано с несовершенством производственных технологий, приводившим к непредсказуемым перебоям в поставках. Intel, не видя в том большой беды, снова поделилась с AMD, сделав ее вторым поставщиком камней для Голубого гиганта. Более того, в следующем году фирмы договорились впредь по-братски делиться всеми разработками, касающимися х86. Основатели Intel со временем прокляли день, когда заключили это соглашение, но тогда у них не было никаких причин жадничать. Дело в том, что архитектуре х86 было еще очень далеко до мирового признания, и сам успех IBM PC стал большим сюрпризом на рынке настольных PC, пока еще молодом, но уже заполненном машинами на основе процессоров Motorola 6800, MOS Technology 6502 и Zilog Z80. Интеловский CEO Эндрю Гроув (Andrew Grove), также выходец из Fairchild, быстро оценил открывшиеся перспективы и начал разворачивать производство от памяти к микропроцессорам. Тем более, что в деле выпуска памяти западные компании начали всерьез прижимать азиатские производители, которые сегодня уже едва ли не полностью заняли этот рынок. Но довольно о бизнесе, пора рассказать о том, вокруг чего он разворачивался, — о процессорах, ибо теперь читатель вдохнул уже достаточно авантюрной романтики первых компьютерных лет и готов погрузиться в суровые технические реалии.
Точкой сингулярности, в которой сошлись в своем начале истории IBM PC, архитектуры х86 и противостояния Intel с AMD, стал процессор Intel 8086. Но и у него было свое прошлое, которое необходимо осветить хотя бы кратко.
Первый процессор, выпущенный Intel, и вообще самый первый коммерческий микропроцессор в мире, Intel 4004 вызывает чувство благоговения и занимает почетное место в «интеловском музее CPU», но в свое время он был лишь тем, чем, собственно, и является, — простенькой 16-контактной микросхемой, предназначенной для японских калькуляторов Busicom. Так что историческая премьера прошла незаметно. Еще более скромной оказалась судьба непосредственного потомка первого процессора — чипа 8008. Своим возникновением он обязан мощной в то время компании Computer Terminal Corporation, заказавшей Intel процессор для машин серии Datapoint 2200 — терминалов, подключаемых к мейнфрейму. Несмотря на все старания разработчиков, продукт не удовлетворил требований СТС, и к тому же его создатели не уложились в заявленные сроки. К счастью, 8008-й процессор не пришлось выбрасывать на помойку, т. к. соглашение с заказчиком разрешало продавать его другим покупателям. Intel 8008 обладал достойной производительностью: в отличие от предка, это был 8-битный камень, а потому он мог адресовать существенно больше памяти и пропускать больше данных. Работая на частоте в 0,5 МГц, сопоставимой с 740 КГц у первенца, он опережал его по производительности в два-три раза. Серьезно увеличилось и количество транзисторов — с 2300 до 3300 штук, а выпускался камень по техпроцессу 10 мкм. Однако для работы этому CPU требовалось немалое количество обслуживающей логики, что было приемлемо для терминала, но слишком неудобно для других задач. Так что желающих купить его нашлось немного. Тем более что вскоре, в 1984-м, Intel выпустила гораздо более привлекательный продукт — 8080.
Если Intel 4004 был первым в мире коммерческим микропроцессором, то 8080-й стал первым в мире коммерчески успешным микропроцессором, исправившим все недостатки своих предшественников. Его 8-битное ядро переехало в просторный 40-контактный корпус, что позволило разделить шины данных и адреса — раньше все передавалось по одной шине — и расширить последнюю до 16 бит, а объем адресного пространства- до 64 Кбайт. Камень имел семь 8-битных регистров общего назначения, шесть из которых могли объединяться в спаренные 16-битные регистры. 256 портов ввода-вывода получили собственное адресное пространство, отдельное от памяти, и были доступны программам с помощью специальных инструкций. Для 8080-го это было преимуществом, т. к. экономило ограниченное адресное пространство памяти. Внутренний стек 8008-й модели переехал в оперативную память. Кристалл процессора значительно прибавил в объеме и насчитывал уже примерно 6000 транзисторов, хотя производился по той же технологии 10 мкм. Работал он на частоте в 2 МГц.
Благодаря всем нововведениям Intel 8080 оказался первым по-настоящему востребованным и широко применявшимся процессором, несмотря на то, что вскоре подоспели серьезные конкуренты и существенно подпортили его триумф. Сначала это был весьма популярный Motorola 6800, затем еще более популярный долгожитель MOS Technology 6502. Но самым мощным соперником для продукции Intel оказался, по сути, один из новых вариантов ее же собственной разработки. Дело в том, что Intel, преодолев неудачи, связанные с предыдущими процессорами, после выпуска 8080-й модели почила на лаврах и не спешила с разработкой новых камней. Даже выход 8080-го прошел со скрипом, т. к. 8008-й еще должен был отработать вложенные в него деньги. Напомню, что Intel в то время фокусировалась на производстве памяти и не придавала большого значения процессорам. Людей, трудившихся в компании над новыми CPU, это положение мало устраивало, и в конце концов главный разработчик 4004-го и 8080-го процессоров Федерико Фэггин (Federico Faggin) покинул Intel, для того чтобы основать первую компанию, целиком посвященную разработке камней, — знаменитую Zilog. К новому проекту присоединились интеловский менеджер Ральф Унгерманн (Ralph Ungermann) и гениальный японский инженер Масатоши Шима (Masatoshi Shima) — еще один из создателей Intel 4004.
Процессор Intel D8080A для работы меньше обслуживающей логики. Но самое главное — стоил значительно дешевле, чем изделия Intel. Знатоки компьютерной истории уже поняли, что речь идет о знаменитом процессоре Z80. Настольные компьютеры, в которых он применялся, составляют немаленький список, включая хорошо знакомые нашему человеку с начала 90-х и для кого-то родные «Спектрумы». Люди, читавшие историю игровых приставок, тоже должны его помнить, ибо он устанавливался и в них. Да что там приставки, масса различной оргтехники, калькуляторов и музыкального оборудования было создано на основе Z80. Большую роль в популярности этого камня сыграла бинарная совместимость с Intel 8080, так что весь написанный для последнего код мог отлично работать на процессоре Zilog, особенно популярная в то время операционная система СР/М, ставшая за счет поддержки Z80 еще популярнее. Что касается Intel, то компания, знай она заранее об успехе Z80, ни за что не позволила бы Фэггину уйти и увести с собой огромную прибыль. Ведь Z80 успел разойтись по миру в более чем миллиарде экземпляров. Но на этом закончим про Zilog, ибо ничего столь же интересного компания Федерико Фэггина больше породить не смогла.
В отличие от Intel, которая потихоньку стала осознавать перспективы процессорного рынка и принялась исправлять недостатки 8080-го процессора. Первым плодом этой активности стал камень Intel 8085. Пятерка в конце его модельного номера означает только то, что чипу теперь стало достаточно одного 5-вольтового канала питания — всем предшественникам требовались три шины: +5, -5 и + 12 В. Как видим, Intel нумерацию своих продуктов осуществляла практически от балды — общей закономерности в смене номеров еще не было. Конечно же, измененная схема питания не прибавила процессору скорости: 8085-й оказался даже немного медленнее, чем 8080-й, и не смог потеснить сверхпопулярный Zilog Z80, получив весьма ограниченное распространение в настольных компьютерах. Зато 8085-й прожил неожиданно долгую жизнь — он выпускался вплоть до начала XXI века — в качестве микроконтроллера для различных девайсов и процессора мелких компьютерных систем.
Продолжение следует…
Intel iAPX 432
Готовить свою первую полностью 32-битную платформу Intel начала в 1975 году. Еще на этапе разработки проект выглядел настолько впечатляюще, что его называли не иначе, как микромейнфрейм. Он поддерживал в железе множество прогрессивных технологий многозадачности и управления памятью, снимая эти функции с операционной системы. Кроме того, iAPX 432 стал первым и единственным в истории проектом, воплотившим в кремнии поддержку объектно-ориентированного кода. Наконец, с помощью дополнительной несложной логики такие CPU могли легко объединяться с себе подобными в кластеры объемом до 64 штук.
Почему же о таком замечательном чипе теперь почти никто не помнит? Проект iAPX 432 должен был стать основой всех процессоров Intel в 80-х годах, но оказался слишком сложен для современных ему производственных технологий и вышел на свет совсем не таким, как был задуман. Ядро процессора пришлось делить на три микросхемы. Две из них составляли собственно камень — GDP (General Data Processor). Одна из них занималась запросом и декодированием инструкций, в то время как другая их исполняла.
Третья микросхема была опциональной, но должна была войти в большинство конфигураций. Это был контроллер ввода-вывода IP (Interface Processor). Суммарное количество транзисторов во всех кристаллах было по меркам времени огромным — 146 000 штук. Для сравнения: процессор Motorola 68000, пришедший в 1979 году на смену 6800-му, довольствовался 68 000 транзисторов. Первые тесты камня iAPX 432, появившегося на свет в 1981 году, показали, что трио микросхем работает вовсе не так впечатляюще, как должно было. Само разделение процессора на части ограничило его производительность скоростью проводников материнской платы. Но это была не самая большая беда. Гораздо серьезнее было недостаточное количество регистров и не самый оптимальный набор инструкций, состоящий из команд разной длины, выравненных по битам, в отличие от инструкций с фиксированной длиной, выравненных по слову.
В результате декодирование получалось весьма сложным и тормозным.
Но основную причину неудачи выявил только «разбор полетов», устроенный после того, как она стала для Intel очевидна. Корень зла был найден в компиляторе — эта программа всегда использовала затратные в процессорном времени инструкции общего назначения, даже в тех случаях, когда можно было применить более простые специализированные инструкции. Но исправляться было уже поздно, и Intel перекинула силы на разработку гораздо более успешного чипа i960, основанного на архитектуре RISC.
