x86-Prozessor

Prozessor der x86-Befehlssatzarchitektur

Ein x86-Prozessor ist ein Mikroprozessor der x86-Prozessorarchitektur. Diese ist nach den Prozessoren der 16-Bit-Architektur 8086/​8088-Reihe benannt, mit der sie 1978 eingeführt wurde. Die ersten Nachfolgeprozessoren wurden später mit 80186, 80286 usw. benannt. In den 1980er-Jahren war daher von der 80x86-Architektur die Rede – später wurde die „80“ am Anfang weggelassen. Die x86-Architektur erweiterte sich seither mit jeder Prozessorgeneration und war mit dem 80386 1985 bereits eine 32-Bit-Architektur, die explizit auch als i386-Architektur bzw. retronym als IA-32 bezeichnet wurde. Mit dem von AMD 2003 vorgestellten Opteron wurde die x86-Architektur zur 64-Bit-Architektur, die als Befehlssatzerweiterung AMD64 von AMD bzw. Intel 64 von Intel implementiert wurde.[1] Ein 64-Bit-x86-Prozessor wird daher oft – zur Unterscheidung von 32-Bit-x86 – als x64-Prozessor bezeichnet.[2]

Prozessor Intel i8086 in Gehäuseform DIP-40.
Der Intel i8088 besitzt im Vergleich zum i8086 nur einen 8 Bit breiten Datenbus und kam im IBM PC zur Anwendung.

Da sich Ziffernkombinationen nicht markenrechtlich schützen lassen, gingen Intel und die meisten Mitbewerber nach Einführung des 80486 dazu über, Wortmarken wie Pentium oder Celeron (Intel) bzw. Athlon oder Phenom (AMD) zu verwenden, aber das alte Nummernschema blieb als Name der ganzen Familie erhalten.

GeschichteBearbeiten

1978 führte Intel mit dem 8086 den ersten 16-Bit-Prozessor ein, der sich auf die 8-Bit-Prozessoren 8080 und 8085 begründete, jedoch nicht voll kompatibel war. 1979 wurde mit dem 8088 eine schwächere und billigere Variante der 8086-Architektur verfügbar, die IBM im 1981 vorgestellten originalen IBM Personal Computer, kurz „IBM PC“, verwendet wurde. Durch den enormen Erfolg des IBM PC und dessen Nachfolger und zahlreichen Nachbauten, der sogenannten IBM-PC-kompatiblen Computer, wurde die x86-Architektur innerhalb weniger Jahre zu einer der erfolgreichsten CPU-Architekturen der Welt und ist es bis heute geblieben.

Außer Intel haben auch andere Hersteller über die Jahre x86-kompatible CPUs in Lizenz produziert, darunter Cyrix, Centaur (beide heute VIA Technologies), NEC, UMC, Harris, TI, IBM, IDT und Transmeta. Der nach Intel größte Hersteller x86-kompatibler Prozessoren war und ist aber das Unternehmen AMD, das neben Intel heute zu einer treibenden Kraft bei der Weiterentwicklung des x86-Standards geworden ist.

Mit dem 80386 führte Intel bereits 1985 den ersten x86-Prozessor mit einer 32-Bit-Architektur ein. Diese i386-Architektur blieb als Erweiterung der Befehlssätze des 8086 und 80286 vollständig kompatibel zu bestehender Software und wurde unter dem Namen IA-32 bekannt. Die 32-Bit-Ära war der bisher längste und lukrativste Abschnitt der x86-Geschichte, wobei sich IA-32 – maßgeblich unter Intels Federführung – permanent weiterentwickelte.

Ab 1999 brach für x86 die 64-Bit-Ära an, diesmal aber auf Initiative von AMD. Der 64-bittige x86-Standard erhielt die Bezeichnung x64 oder x86-64, wurde von AMD 2003 als AMD64 eingeführt und unter dem Namen Intel 64 2005 auch von Intel übernommen.

Übersicht der x86er-GenerationenBearbeiten

 
Intel Pentium 4; frühe Northwood-Anfertigung
Prominente CPU-Typen (Endnutzerbereich) Erstmals
eingeführt
Linearer /
physischer Adressraum
Bedeutende neue Eigenschaften
Intel 8086, Intel 8088 1978 16-bit / 20-bit (segmentiert) erster x86 Mikroprozessor
Intel 80186, Intel 80188, NEC V20/V30 1982 schnellere Speicheradress-Auflösung, MUL/DIV-Anweisung
Intel 80286 16-bit (30-bit virtuell) /
24-bit (segmentiert)
MMU, für den Protected Mode und einen größeren Adressraum
Intel 80386, AMD Am386 1985 32-bit (46-bit virtuell) / 32-bit 32-bit Befehlssatz, MMU mit paging
Intel 486, AMD Am486 1989 RISC-ähnliches pipelining, integrierte FPU, on-chip Cache
Pentium, Pentium MMX, Rise mP6 1993 Superskalarität, 64-bit breiter Datenbus, schnellere FPU (Pipeline),
SIMD für Integerdaten mit MMX
Cyrix 6x86, Cyrix MII, Cyrix III Joshua (2000) 1996 Register Renaming, Spekulative Befehlsausführung
Pentium Pro, AMD K5, Nx586 (1994) 1995 32-bit / 32-bit physisch
(36-bit mit PAE)
µ-Instruktionsumsetzung, PAE (Pentium Pro), integrierter L2-Cache
(Pentium Pro), conditional move instructions (CMOV etc.)
AMD K6/-2/3, Pentium II/III, IDT/Centaur-C6 1997 L3-cache Unterstützung, SIMD für Gleitkommadaten: AMD 3DNow, Intel SSE
Athlon, Athlon XP 1999 superskalare FPU, drei parallele Integer-Pipelines (bis zu drei x86 instr./clock)
Pentium 4 2000 lange Pipelines, optimiert für sehr hohe Taktfrequenzen, SSE2, Hyper-Threading
Pentium M, VIA C7 (2005), Intel Core (2006) 2003 optimiert für eine geringe Verlustleistung
Athlon 64, Opteron 2003 64-bit / 40-bit physisch in den
ersten AMD-Implementierungen.
AMD64, on-die memory controller, HyperTransport
Pentium 4 Prescott 2M/Cedar Mill 2004 sehr lange Pipelines, ausgelegt für sehr hohe Taktfrequenzen,
SSE3, 64-bit (nur für Sockel LGA 775)
Intel Core 2 2006 energieeffizient, multicore, mittellange Pipeline, ausgelegt
für geringere Taktfrequenzen als der P4, SSE4 (Penryn)
AMD Phenom 2007 64-bit / 48-bit physisch
im AMD Phenom
monolithischer Vierkerner, 128 bit FPUs, SSE4a, HyperTransport 3
oder QuickPath, integrierter Speicherkontroller, on-die L3 cache,
SMT (nur bei i7), modulares Design
Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7 2008
Intel Atom In-order Befehlsausführung, pipelined, sehr energieeffizient
VIA Nano Out-of-order-Befehlsausführung, superskalar, hardware encryption,
sehr energieeffizient, adaptives Power Management
AMD Bobcat 2011
Intel Sandy Bridge 2010 64-bit Advanced Vector Extensions, AES-NI (Hardware-beschleunigte Verschlüsselung),
SMT (nur bei i7), sehr modulares Design, CMT (Nur bei Bulldozer basierten
Prozessoren), FMA (nur bei Bulldozer-Prozessoren)
AMD Bulldozer 2011
AMD Jaguar 2013 64-bit / 40-bit physisch AVX, AES, SSEx, sehr niedrige Leistungsaufnahme, erste HSA Features
Intel Haswell 2013 64-bit AVX2, FMA3, Iris Pro Grafik
AMD Steamroller 2014 verbessertes CMT, doppelt so viele Decoder wie Bulldozer
Intel Skylake-X 2015 AVX-512 (nicht in allen Modellen)
AMD Excavator 2015 AVX2, deutlich besseres CMT, 1,5 mal so viele Decoder wie Steamroller

HerstellerBearbeiten

x86-kompatible Prozessoren wurden von vielen Firmen entwickelt und/oder hergestellt, darunter:

Siehe auchBearbeiten

WeblinksBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Christof Windeck: 64-Bit-Namen. In: Heise online. 28. April 2008. Abgerufen am 19. November 2016.; Zitat: „In Bezug auf x86-Prozessoren mit 64-Bit-Erweiterung meinen x86-64, AMD64, EM64T, Intel 64 und x64 praktisch dasselbe.“.
  2. Roland Hellmann: Rechnerarchitektur: Einführung in den Aufbau moderner Computer. 3. illustrierte Auflage. Walter de Gruyter, 2021, ISBN 978-3-11-074179-7, S. 214 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche): „Wie in Abb. 18.9 zu sehen ist, kann man auch auf x64-Prozessoren ein 32-Bit-Betriebssystem mit 32-Bit-Anwendungen laufen lassen.“
  3. Martin Fischer: Ohne Meltdown-Lücke: Chinesische x86-Prozessoren KX-5000 vorgestellt, Angriff auf AMDs ZEN 2 mit KX-7000 geplant. In: heise-online.de. 23. Januar 2018, abgerufen am 23. Januar 2018.