Kas ir x86?

Lai gan, iespējams, noteiktu lietotņu lejupielādes lapās vai, iespējams, dažās datora iestatījumu lapās esat lietojis “x86”, jūs, iespējams, nezināt, kas tas ir, ne tikai par datoru. Nu, aiz tā šie trīs varoņi ir viens no svarīgākajiem pīlāriem skaitļošanas un silīcija pasaulē, un tie ir bijuši paaudzēm. Tas ir iemesls, kāpēc labākie (un vienīgie) galddatoru CPU ražo Intel un AMD. Šī ir x86 arhitektūras vēsture un viss, kas jums par to jāzina.

x86: cienījama un ļoti svarīga instrukciju kopas arhitektūra

x86 ir instrukciju kopas arhitektūra (ISA), kas būtībā ir procesora visvienkāršāko komponentu dizains. ISA ir kritisks faktors, kas nosaka, kāda veida programmatūra var darboties procesorā; ja kodu var palaist ļoti efektīvā, vietējā veidā vai ar neefektīvu risinājumu (piemēram, reizināšanas vietā atkal un atkal jāizmanto saskaitīšana); un kas procesoram ir jāiekļauj, lai tas būtu balstīts uz konkrētu ISA.

Attiecībā uz x86 tehniskās detaļas nav īpaši svarīgas. Drīzāk uzņēmumi, kas ir aiz x86, padara šo ISA tik svarīgu. Intel izstrādāja x86 ISA 1970. gadu beigās un izveidoja no tā impēriju (lai gan tā piedzīvoja dažus nopietns pagrimums), un līdz pat šai dienai Intel joprojām ražo pilnīgi jaunus x86 CPU, izmantojot ISA, kas ir gandrīz 50 gadus veca. vecs. AMD, Intel galvenais konkurents centrālo procesoru jomā, ražo arī x86 procesorus, un, lai gan AMD vēsturiski ir bijis diezgan mazs salīdzinājumā ar Intel, tagad tiem ir salīdzināms izmērs un nozīme.

Izšķirošā lieta, kas jāsaprot par jebkuru ISA, ir tāda, ka x86 programmatūra var darboties ar jebkuru x86 CPU, pat ja tie patiešām atšķiras. Intel un AMD CPU ir tik dažādi, cik vien var būt, taču tie joprojām izmanto x86 arhitektūru un tādējādi var darbināt to pašu programmatūru. Jūs bieži redzēsit, ka CPU dizaini, piemēram, Raptor Lake un Zen 4, tiek dēvēti par arhitektūrām, taču tehniski tie ir mikroarhitektūras, jo tie nav ne tuvu tik fundamentāli kā ISA.

Īsa x86 vēsture

X86 arhitektūra tika ieviesta ar Intel leģendāro 8086 procesoru, kura lētāks variants bija 8088, kas 1981. gadā darbināja IBM tikpat leģendāro personālo datoru. 8086 un 8088 CPU panākumi ir tas, kas izraisīja ne tikai Intel dominējošo stāvokli skaitļošanas jomā, bet arī x86 ISA izplatību. AMD vispirms sāka ražot x86 mikroshēmas Intel lietošanai personālajos datoros, taču galu galā Intel mēģināja izslēgt AMD no attēla, kas izraisīja juridisku cīņu starp abiem uzņēmumiem. 1995. gadā AMD ieguva tiesības izgatavot savas x86 mikroshēmas.

Kopš 90. gadiem pieaugot patērētāju, uzņēmumu un uzņēmumu pieprasījumam pēc datoriem, pieauga gan Intel, gan AMD izmērs, kā arī x86 CPU sarežģītība. Tas radīja iespēju AMD izaicināt Intel, izstrādājot izcilus CPU. Līdz 2000. gadu vidum AMD bija ne tikai paņēmis ievērojamas darbvirsmas daļas un jaunajiem serveru tirgiem, taču tas bija arī izgudrojis x86 64 bitu paplašinājumu (sauktu par AMD64 vai x86-64), kas būtībā ļāva apstrādāt lielākus numurus. Tas būtībā nogalināja Intel pilnīgi jaunās 64 bitu ISA un Itanium serveru mikroshēmas, viens no visu laiku sliktākajiem Intel CPU.

Izšķirošā lieta, kas jāsaprot par jebkuru ISA, ir tāda, ka x86 programmatūra var darboties ar jebkuru x86 CPU, pat ja tie patiešām atšķiras.

Kopš 2000. gadu beigām Intel kopumā ir bijis svarīgāks par AMD, lai gan kopš 2017. gada AMD nepārtraukti palielinājusi savu tirgus daļu datoru un serveru jomā, un tagad Intel vairs nav tik daudz lielāks. Turklāt gan Intel, gan AMD ir mēģinājuši paplašināt x86 citās jomās, piemēram, konsolēs, mobilajos tālruņos un lietiskā interneta (IoT) ierīcēs. Daudzus gadus Intel bija īpaši koncentrējies uz to, lai iekļūtu viedtālruņu tirgū, kurā tradicionāli dominēja ARM CPU, taču galu galā tas neizdevās dažādu iemeslu dēļ. AMD neplānoja nopietnus plānus viedtālruņu procesoriem.

Spēļu konsoles, iespējams, ir vienīgais drošais x86 bastions ārpus personālajiem datoriem un serveriem. Pirmā ar x86 darbināmā konsole bija oriģinālā Xbox, kurā tika izmantots Pentium III centrālais procesors, taču tā kādu laiku būtu vienīgā x86 konsole. IBM PowerPC mikroshēmas vēlāk tika izmantotas PS3, Xbox 360, Wii un Wii U. Tomēr attiecībā uz PS4 un Xbox One gan Sony, gan Microsoft devās uz AMD, lai izveidotu pielāgotu x86 mikroshēmu savām jaunajām konsolēm. Pašreizējās paaudzes PS5 un Xbox Series X/S arī izmanto AMD mikroshēmas, tāpat kā rokas spēļu datori, piemēram, Steam Deck un ROG Ally.

X86 nākotne un izaicinājumi, ar kuriem tas saskaras

Lai gan Intel un AMD izmanto x86, un tie ir ļoti konkurējoši, ir arī citi izaicinātāji, kas cenšas gāzt x86 kopumā. Patiesībā ir daudz dažādu ISA, taču divas svarīgākās x86 alternatīvas ir Arm un RISC-V, kuras abas vēlas izjaukt x86 hegemoniju pār personālajiem datoriem un serveriem. Un mēs šeit nerunājam tikai par diviem uzņēmumiem, bet simtiem.

Lai gan Arm un RISC-V ir ļoti atšķirīgi un arī intensīvi konkurē, tie abi piedāvā pamata CPU dizainu partneruzņēmumiem, un šie uzņēmumi savukārt var savus CPU, izmantojot šos ISA. Starp ievērojamiem Arm mikroshēmu ražotājiem ir Apple (kas nesen pārgāja no Intel uz saviem Arm procesoriem silīcija ražošanai), Samsung un Google. Tikmēr RISC-V galvenokārt tiek izmantots rūpnieciskos lietojumos un kā pavadošie procesori tādās ierīcēs kā FPGA un cietie diski, lai gan RISC-V ir ambīcijas attiecībā uz visu CPU tirgu.

Ja Arm un RISC-V vēlas izaicināt Intel un AMD savos personālajos datoros un serveros, būs jāraksta jauna programmatūra, un tas prasīs laiku.

Viena no galvenajām x86 priekšrocībām ir tā, ka x86 programmatūra nevar darboties ar CPU, kas nav x86. Ja Arm un RISC-V vēlas lai izaicinātu Intel un AMD savos personālajos datoros un serveros, būs jāraksta jauna programmatūra, un tas prasīs laiks. Ir risinājumi, piemēram, Apple Rosetta 2, kas pārvērš x86 lietojumprogrammas uz Arm on fly, taču tas nav ideāls. Grūtības ieviest jaunu ISA jau izstrādātā aparatūras-programmatūras ekosistēmā patiesībā ir tas pats, kas nogalināja Intel viedtālruņu plānus.

x86 ir bijis vairāk vai mazāk nemainīgs divu gadu desmitu laikā, un pēdējais nozīmīgais atjauninājums ir AMD 64 bitu paplašinājums. Tomēr Intel ir izplatījusi ideju x86 izgriezt visu, kas nav 64 bitu, lai izveidotu sākotnēji nosaukto x86S arhitektūru. Tas teorētiski nodrošinātu labāku veiktspēju un efektivitāti, un, lai gan 2003. gadā 32 bitu atbalsta trūkums bija slikta ideja, mūsdienās gandrīz visa aparatūra ir 64 bitu.

Grūti pateikt, kas notiks ar x86 un vai tas ilgtermiņā zaudēs pret Arm un RISC-V, turpinās dominēt personālajos datoros un serveros vai pat pārveidos sevi, lai novērstu konkurentus. Lai kāda būtu nākotne, noteikti paies ilgs laiks, līdz notiks kaut kas jauns. x86 ir šeit, lai paliktu, vismaz pagaidām.