Mis on x86?

Kuigi olete tõenäoliselt teatud rakenduste allalaadimislehtedel või mõnel arvutiseadete leheküljel "x86", ei pruugi te täpselt teada, mis see on peale lihtsalt arvutitöö. Noh, selle taga on need kolm tegelast üks olulisemaid tugisambaid arvuti- ja ränimaailmas ning seda on olnud põlvkondi. See on põhjus, miks parimad (ja ainsad) lauaarvuti protsessorid on teinud Intel ja AMD. See on x86 arhitektuuri ajalugu ja kõik, mida peate selle kohta teadma.

x86: auväärne ja kriitilise tähtsusega käsukomplekti arhitektuur

x86 on käsukomplekti arhitektuur (ISA), mis on sisuliselt protsessori kõige elementaarsemate komponentide disain. ISA on kriitiline tegur selles, millist tarkvara saab protsessoris töötada; kui koodi saab käitada väga tõhusal, natiivsel viisil või ebatõhusa lahendusega (nt korrutamise asemel tuleb kasutada ikka ja jälle liitmist); ja mida protsessor peab sisaldama, et see oleks ehitatud konkreetsele ISA-le.

X86 puhul pole tehnilised üksikasjad eriti olulised. Pigem teevad x86 taga olevad ettevõtted selle ISA nii oluliseks. Intel töötas välja x86 ISA 1970. aastate lõpus ja ehitas sellest välja impeeriumi (kuigi see läbis mõningaid praegu on tõsine lagunemine) ja tänapäevani toodab Intel uhiuusi x86 protsessoreid, kasutades ISA-d, mis on peaaegu 50 aastat vana. vana. AMD, Inteli peamine rivaal protsessorite vallas, toodab ka x86 protsessoreid ja kuigi AMD on olnud Inteliga võrreldes ajalooliselt üsna väike, on need nüüd võrreldava suuruse ja tähtsusega.

Iga ISA puhul on oluline mõista, et x86 tarkvara saab töötada mis tahes x86 protsessoriga, isegi kui need on tõesti erinevad. Inteli ja AMD protsessorid on nii erinevad, kui nad olla saavad, kuid kasutavad siiski x86 arhitektuuri ja saavad seega töötada sama tarkvara. Sageli näete selliseid protsessori kujundusi nagu Raptor Lake ja Zen 4, millele viidatakse kui arhitektuuridele, kuid tehniliselt on need mikroarhitektuurid, kuna need pole peaaegu nii olulised kui ISA.

x86 lühike ajalugu

X86 arhitektuur võeti kasutusele Inteli legendaarse 8086 protsessoriga, mille odavam variant oli 8088, mis toitis 1981. aastal IBMi sama legendaarset personaalarvutit. 8086 ja 8088 protsessorite edu on see, mis käivitas mitte ainult Inteli domineerimise andmetöötluses, vaid ka x86 ISA leviku. AMD alustas Inteli jaoks personaalarvutis kasutamiseks mõeldud x86-kiipide tootmist, kuid lõpuks üritas Intel AMD-d pildist välja lõigata, mis viis kahe ettevõtte vahel juriidilise võitluseni. 1995. aastal sai AMD endale õiguse teha oma x86 kiipe.

Kuna tarbijate, ettevõtete ja ettevõtete nõudlus arvutite järele alates 1990. aastatest kasvas, kasvas nii Inteli kui ka AMD suurus, nagu ka x86-protsessorite keerukus. See avas AMD-le võimaluse esitada Intelile väljakutseid, kavandades suurepäraseid protsessoreid. 2000. aastate keskpaigaks ei olnud AMD hõivanud mitte ainult märkimisväärse osa töölauast ja arenevatel serveriturgudel, kuid leiutas ka x86 64-bitise laienduse (nimega AMD64 või x86-64), mis võimaldas põhimõtteliselt käsitleda suuremaid numbreid. See tappis sisuliselt Inteli uhiuued 64-bitised ISA ja Itaniumi serverikiibid, üks Inteli halvimaid protsessoreid üldse.

Iga ISA puhul on oluline mõista, et x86 tarkvara saab töötada mis tahes x86 protsessoriga, isegi kui need on tõesti erinevad.

Alates 2000. aastate lõpust on Intel üldiselt olnud olulisem kui AMD, kuigi alates 2017. aastast on AMD on pidevalt suurendanud oma turuosa personaalarvutite ja serverite turul ning nüüd pole Intel enam nii palju suurem. Lisaks on nii Intel kui ka AMD püüdnud laiendada x86 muudesse valdkondadesse, nagu konsoolid, mobiiltelefonid ja asjade Interneti (IoT) seadmed. Intel oli aastaid keskendunud eriti nutitelefonide turule tungimisele, kus traditsiooniliselt on domineerinud ARM-protsessorid, kuid see ebaõnnestus lõpuks erinevatel põhjustel. AMD ei teinud nutitelefoni protsessorite osas tõsiseid plaane.

Mängukonsoolid on võib-olla ainus turvaline bastion x86 jaoks väljaspool personaalarvuteid ja servereid. Esimene x86-toitega konsool oli algne Xbox, mis kasutas Pentium III protsessorit, kuid see oleks mõnda aega ainus x86-konsool. IBMi PowerPC kiipe kasutati hiljem PS3, Xbox 360, Wii ja Wii U jaoks. PS4 ja Xbox One jaoks läksid nii Sony kui ka Microsoft AMD-le, et luua oma uutele konsoolidele kohandatud x86 kiip. Praeguse põlvkonna PS5 ja Xbox Series X/S kasutavad samuti AMD kiipe, nagu ka pihuarvutid, nagu Steam Deck ja ROG Ally.

X86 tulevik ja väljakutsed, millega see silmitsi seisab

Kuigi nii Intel kui ka AMD kasutavad x86 ja nad on väga rivaalid, on ka teisi väljakutsujaid, kes soovivad x86 üldiselt troonilt kukutada. Erinevaid ISA-sid on tegelikult palju, kuid x86 kaks kõige olulisemat alternatiivi on Arm ja RISC-V, mis mõlemad tahavad lammutada x86 hegemooniat arvutite ja serverite üle. Ja me ei räägi siin ainult kahest ettevõttest, vaid sadadest.

Ehkki Arm ja RISC-V on väga erinevad ja konkureerivad tihedalt, pakuvad nad mõlemad partnerettevõtetele CPU põhidisaini ja need ettevõtted saavad vastutasuks teha nende ISA-sid kasutades. Märkimisväärsete Arm-kiipide tootjate hulka kuuluvad Apple (mis läks hiljuti Intelilt oma räni jaoks üle oma Armi protsessoritele), Samsung ja Google. Samal ajal kasutatakse RISC-V-d enamasti tööstuslikes rakendustes ja kaasprotsessoritena sellistes seadmetes nagu FPGA-d ja kõvakettad, kuigi RISC-V-l on ambitsioonid kogu protsessorituru jaoks.

Kui Arm ja RISC-V tahavad Intelile ja AMD-le oma arvuti- ja serveri tugipunktides väljakutse esitada, tuleb kirjutada uus tarkvara ja see võtab aega.

Üks peamisi eeliseid, mis x86-l selle kõige juures on, on see, et x86 tarkvara ei saa töötada mitte-x86 protsessoritega. Kui Arm ja RISC-V tahavad Intelile ja AMD-le väljakutse esitamiseks nende arvutite ja serverite tugipunktides tuleb kirjutada uus tarkvara ja see võtab aega. On lahendusi, nagu Apple'i Rosetta 2, mis tõlgib x86-rakendused käigult Arm-iks, kuid see pole täiuslik. Uue ISA juurutamise raskus juba väljatöötatud riistvara-tarkvara ökosüsteemis on tegelikult sama, mis tappis Inteli nutitelefonide plaanid.

x86 on kahe aastakümne jooksul olnud enam-vähem muutumatu, viimane suurem uuendus oli AMD 64-bitine laiendus. Intel on aga levitanud ideed lõigata kõik mitte-64-bitised asjad x86-sse, et luua esialgse nimega x86S arhitektuur. Selle tulemuseks oleks teoreetiliselt parem jõudlus ja tõhusus ning kuigi 32-bitise toe puudumine oli 2003. aastal halb mõte, on tänapäeval peaaegu kogu riistvara 64-bitine.

Raske öelda, mis juhtub x86-ga ja kas see kaotab pikas perspektiivis Armi ja RISC-V vastu, jätkab personaalarvutite ja serverite domineerimist või muudab end isegi konkurentide peatamiseks. Mis iganes tulevik ka ei too, on kindel, et millegi uue toimumine võtab kaua aega. x86 on siin, et jääda, vähemalt esialgu.