Микропроцессоры третьего поколения

МП i80386 третьего поколения был представлен 17 октября 1985 г. Использование КМОП-технологии с проектными нормами 1 мкм и двумя уровнями металлизации позволило разместить на кристалле 275 тыс. транзисторов и реализовать полностью 32-разрядную архитектуру МП.

32 разряда адреса обеспечили адресацию физической памяти объемом до 4 Гбайт и виртуальной памяти емкостью до 64 Тбайт. Встроенная в МП система управления памятью и защиты включала регистры преобразования адреса, механизмы защиты оперативной памяти и улучшенные аппаратные средства поддержки многозадачных ОС.

Помимо работы с виртуальной памятью допускались операции с памятью, имевшей страничную организацию. Предварительная выборка команд, буфер на 16 инструкций, конвейер команд и аппаратная реализация функций преобразования адреса значительно уменьшили среднее время выполнения команды.

Благодаря этим архитектурным особенностям, процессор мог выполнять 3 - 4 млн. команд в секунду, что примерно в 6 - 8 раз превышало аналогичный показатель для МП i8086. Безусловно, новый прибор остался совместимым со своими предшественниками на уровне объектных кодов.

Одной из наиболее любопытных особенностей рассматриваемой разработки компании было использование высокоскоростной кэш-памяти, позволившей существенно повысить производительность систем на базе 386-го процессора (еще один атрибут универсальных машин, который стал применяться в микропроцессорных системах). Для управления работой этой памятью была разработана БИС высокопроизводительного контроллера кэш-памяти типа i82385, с помощью которой формировался двухвходовой множественный ассоциативный кэш. Указанная БИС обеспечивала управление памятью емкостью до 32 Кбайт и высокий коэффициент удачных обращений.

Для реализации работы с числами с плавающей точкой был разработан математический сопроцессор, который выпускался в виде отдельного кристалла i80387, дополняя вычислительную мощь МП.

Особый интерес представляли три режима работы кристалла - реальный, защищенный и режим виртуального МП i8086. В первом обеспечивалась совместимость на уровне объектных кодов с устройствами i8086 и i80286, работающими в реальном режиме. При этом архитектура i80386 была почти идентична архитектуре 86-го процессора, для программиста же он вообще представлялся как МП i8086, выполняющий соответствующие программы с большей скоростью и обладающий расширенными системой команд и регистрами.

Одно из основных ограничений реального режима на практике было связано с предельным объемом адресуемой памяти, равным 1 Мбайт. От него свободен защищенный режим, позволяющий воспользоваться всеми преимуществами архитектуры нового МП. Размер адресного пространства в этом случае увеличивался до 4 Гбайт, а объем поддерживаемых программ - до 64 Тбайт.

Производителям ПО это позволяло задействовать достаточно гибкие методы разработки и создавать более крупные программные пакеты. Для конечных пользователей выполнение приложений, рассчитанных на работу в реальном и защищенном режимах, происходило без каких-либо функциональных отличий, поскольку управление обоими режимами базировалось на средствах ОС и специальном прикладном ПО. Однако системы защищенного режима обладали более высоким быстродействием и возможностями организации истинной многозадачности.

Наконец, режим виртуального МП открывал возможность одновременного исполнения ОС и прикладных программ, написанных для МП i8086, i80286 и i80386. Поскольку объем памяти, адресуемой 386-м процессором, не ограничен значением 1 Мбайт, он позволял формировать несколько виртуальных сред i8086. Немаловажно, что эти среды могли порождаться в одно и то же время, а механизм защищенного режима обеспечивал ОС и ее прикладным задачам использование различных областей памяти. Благодаря таким возможностям аппаратуры, можно было вместо нескольких МП типа i8086 использовать один процессор i80386, сохранив львиную долю имевшегося ПО.

Примерно в этот же период IBM и Microsoft приступили к разработке новой многозадачной ОС с графическим интерфейсом пользователя.

Стремление удовлетворить запросы потребителей всех категорий привело Intel к созданию клона 386-го МП с 16- разрядной внешней шиной данных (при сохранении внутренней 32-разрядной архитектуры). Существующий прибор получил обозначение i80386SX и был анонсирован 16 июня 1988 г., а уже менее чем через полгода пользователям были предложены первые ПК на его основе. Поскольку эти модели стоили дешевле компьютеров с МП 80386DX, многие потребители вполне справедливо рассматривали их как начальную ступень в применении вычислительной техники.

В конце 80-х годов степень интеграции микросхем прибли-жалась к 1 млн. транзисторов на кристалле и 10 апреля 1989 г. Intel объявила о начале выпуска 32-разрядного прибора четвертого поколения - i80486, ставшего после устройств i8080 и i8086 еще одним долгожителем.