Процессоры 80186 и 80188

После выпуска процессоров 8088 и 8086 Intel начала разработку более производительного процессора с расширенной системой команд. Первые процессоры 80188 и 80186 были не очень удачными. Однако размещение на кристалле процессора некоторых компонентов, ранее выпускавшихся в виде отдельных микросхем, было настоящей находкой, поскольку в конечном счете привело к разработке процессора 286.

Процессоры 80186 и 80188 похожи на своих прародителей. Каждый из них является улучшенной версией предшественника. Процессор 80186 (как и 8086) полностью 16-разрядный, а 80188 (как и 8088) - компромиссный вариант с внешней 8-разрядной и внутренней 16-разрядной шинами. Различие между этими процессорами заключается в том, что в один корпус, помимо собственно процессоров, встроено еще 15-20 дополнительных компонентов, а это позволило резко сократить количество микросхем в компьютере. Микросхемы 80186 и 80188 использовались в высокоинтеллектуальных периферийных адаптерах, например сетевых.

Сопроцессор 8087

Процессор 8086 появился в 1976 году. Позже для него был разработан сопроцессор 8087, который иногда называют числовым процессором, процессором для обработки числовых данных, процессором NDP (Numeric Data Processor) или просто математическим сопроцессором. Он предназначался для выполнения сложных математических операций с более высокой скоростью и точностью, чем это мог сделать обычный процессор. Наиболее полно его преимущества проявляются при обработке больших массивов числовых данных в программах наподобие электронных таблиц.

Второе поколение процессоров: P2 (286)

Процессор 286

Для процессора 80286 (или просто 286) проблем с совместимостью, характерных для 80186 и 80188, не существует. Он появился в 1981 году, и на его основе был создан компьютер IBM AT. Затем он был установлен в первых PS/2 моделей 50 и 60 (более поздние модели PS/2 строились на базе процессоров 386 и 486). Несколькими компаниями был освоен выпуск аналогов (так называемых клонов IBM), многие из которых являлись компьютерами класса AT.

Выбор процессора 286 (показанного на рисунке ниже) в качестве основы для компьютера AT объяснялся его совместимостью с процессором 8088, т. е. все разработанные для IBM PC и XT программы подходили и для AT. Процессор 286 имеет более высокое быстродействие, чем его предшественники, что и объясняет широкое распространение этих компьютеров в деловом мире. Производительность первого компьютера AT с тактовой частотой 6 МГц в пять раз превышала производительность IBM PC (4,77 МГц).

Главная причина столь высокой производительности компьютеров с процессором 286 состоит в том, что команды выполняются в среднем за 4,5 такта (сравните с 12 тактами в процессоре 8088). Кроме того, благодаря 16-разрядной внешней шине вдвое возросла скорость обмена данными.

Еще одной причиной успеха компьютеров AT стало увеличение тактовой частоты процессора. Существуют его разновидности с тактовыми частотами 6, 8, 10, 12, 16 и 20 МГц. У прежних процессоров она не превышала 8 МГц. Но даже при одинаковых тактовых частотах (варианты с частотой 8 МГц существуют и для 8086, и для 286) производительность процессора 286 приблизительно в три раза выше.

Процессор 286 может работать в двух существенно отличающихся друг от друга режимах - реальном и защищенном. В реальном режиме он эквивалентен процессору 8086 и совместим по объектному коду с 8086 и 8088. Это означает, что он может выполнять предназначенные для них программы и системные команды без модификации.

В защищенном режиме процессор 286 представляет собой совершенно новую модель. Если выполняемая программа написана с расчетом на его новые возможности, то ей доступна виртуальная память до 1 Гбайт, хотя процессор может адресовать только 16 Мбайт реальной памяти. Существенный недостаток процессора 286 в том, что он не может переключаться из защищенного режима в реальный без предварительного аппаратного сброса, т. е. горячей перезагрузки компьютера. Переключение из реального режима в защищенный происходит без сброса. Поэтому основным преимуществом процессора 386 стала именно возможность программного переключения из реального режима в защищенный и наоборот.

До появления оболочки Windows 3.0, в которой предусмотрен так называемый стандартный режим, совместимый с микропроцессором 286, было очень мало программ, использующих все его возможности. Но к этому моменту наиболее популярным стал процессор 386. Однако надо отдать должное создателям процессора 286, предпринявшим первую попытку построить многозадачный процессор, который мог бы выполнять сразу несколько программ. Он был спроектирован так, что при зависании одной из программ не нужно было перезагружать всю систему горячим (сброс) или холодным (отключение и включение питания) способом. Теоретически происходящее в одной области памяти не должно сказываться на работе других программ. Однако для полной изоляции многозадачных программ друг от друга процессор 286 и последующие модели должны работать с операционной системой, которая обеспечивает такую защиту.

Процессор 286. Фотография публикуется с разрешения Intel

Сопроцессор 80287

Внутренняя архитектура сопроцессора 80287 аналогична архитектуре 8087. Работают они одинаково, но отличаются разводкой выводов.

В большинстве компьютеров рабочая частота системной платы делится внутри процессора на 2, а 80287 делит ее на 3. Таким образом, сопроцессор 80287 работает на частоте, равной 1 /3 от частоты системной платы или 2/3 от тактовой частоты 80286. Из-за асинхронной работы двух микросхем взаимодействие между ними не столь эффективно,

как между 8088 и 8087.

В конечном счете сопроцессоры 8087 и 80287 работают примерно на одинаковой тактовой частоте. Если рассудить здраво, 80287 ничем не лучше 8087, хотя сам процессор 286 во многом превосходит процессоры 8088 и 8086. Поэтому в большинстве компьютеров класса AT выигрыш от применения сопроцессора 80287 оказывается не столь значительным по сравнению с тем, что дает 8087 в компьютерах класса PC, XT или 80386.

Проблемы процессора 286

Если вы удаляете из компьютера класса AT сопроцессор, следует заново выполнить программу установки параметров BIOS. Некоторые программы не сбрасывают бит сопроцессора должным образом. Если во время самопроверки (при выполнении программы POST) появляется сообщение о том, что компьютер не может найти сопроцессор, необходимо временно отключить аккумулятор на системной плате. При этом вся информация в CMOS-памяти будет утеряна, следовательно, прежде чем отключить аккумулятор, нужно записать типы жесткого диска, накопителей на гибких дисках, а также конфигурации памяти и монитора. Эта информация понадобится для восстановления работоспособности компьютера.

Третье поколение процессоров: P3 (386)

Процессор 386

Процессор 80386 (или просто 386) стал настоящей сенсацией в мире компьютеров благодаря исключительно высокой производительности по сравнению с предшественниками.

Создатели этого полностью 32-разрядного процессора стремились добиться максимальной производительности и возможности работать с многозадачными операционными системами. Intel выпустила процессор 386 в 1985 году, а системы на его основе, например Compaq Deskpro 386 и некоторые другие, появились в конце 1986 - начале 1987 года; несколько позже IBM выпустила компьютер класса PS/2 модели 80. Пик популярности процессора 386 пришелся примерно на 1991 год, затем его стали вытеснять более совершенные и постоянно дешевеющие процессоры 486 и Pentium. Однако он широко применялся в недорогих и довольно высокопроизводительных для своего времени портативных компьютерах. Процессор 386 показан на следующем рисунке.

Процессор 386. Фотография публикуется с разрешения Intel

В реальном режиме процессор 386 может выполнять команды процессоров 8086 и 8088, затрачивая на них меньше тактов. Среднее количество тактов на команду, как и у 286-го, равно 4,5. Таким образом, "чистая" производительность компьютеров с процессорами 386 и 286 при равных тактовых частотах одинакова. Многие производители компьютеров на базе процессора 286 утверждали, что быстродействие их систем с тактовыми частотами 16 и 20 МГц и аналогичных компьютеров на основе процессора 386 одинаково. И они были правы! Повышение реальной производительности процессора 386 было достигнуто за счет введения дополнительных программных возможностей (режимов) и значительного усовершенствования диспетчера памяти MMU (Memory Management Unit).

Процессор 386 может программно переключаться в защищенный режим и обратно без общей перезагрузки компьютера. Кроме того, в нем предусмотрен виртуальный режим (virtual real mode), в котором может выполняться сразу несколько защищенных одна от другой программ в реальных режимах.

Защищенный режим процессора 386 полностью совместим с защищенным режимом 286-го. Его часто называют естественным (native mode), поскольку оба процессора разрабатывались для операционных систем OS/2 и Windows NT, работающих только в защищенном режиме. Дополнительные возможности адресации памяти в защищенном режиме появились благодаря разработке нового диспетчера памяти MMU, в котором реализованы более эффективная страничная организация памяти и программные переключения. Поскольку новый MMU создавался на базе аналогичного узла процессора 286, система команд процессора 386 полностью совместима с 286-м.

Нововведение, появившееся в процессоре 386, - виртуальный режим, в котором имитируется работа процессора 8086. При этом несколько экземпляров DOS или других операционных систем могут работать одновременно, используя свои защищенные области памяти. Сбой или зависание программы в одной области не влияет на отдельные части системы. Испорченный экземпляр можно перезагрузить.

Существует довольно много разновидностей процессоров 386, отличающихся производительностью, потребляемой мощностью и т. п. В следующих разделах некоторые из них рассматриваются подробнее.

Процессор 386DX

Микросхема 386DX была первым процессором этого семейства. Она представляет собой полностью 32-разрядный процессор, у которого внутренние регистры, а также внутренняя и внешняя шины данных 32-разрядные. На кристалле процессора размещается 275 тыс. транзисторов, т. е. она относится к сверхбольшим интегральным схемам. Процессор выпускается в 132-контактном корпусе и потребляет ток около 400 мА (значительно меньше, чем 8086). Столь низкое потребление мощности связано с тем, что процессор выполнен по технологии CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor - комплиментарная МОП-структура, КМОП-структура), допускающей потребление крайне низких уровней энергии.

Тактовая частота процессоров 386, выпускаемых Intel, колебалась от 16 до 33 МГц, в микросхемах других производителей она достигала 40 МГц.

21

49