Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Но были и недостатки.Например, уже имелись МП других фирм, которые оказались болеепрозрачными для программистов. Далее была выпущена серияпериферийных контроллеров. Но самое значительное достижение былото, что компания создала системное программное обеспечение (ПО) - однопользовательскую операционную систему (ОС) ISIS II и ОСреального времени iRMX-80 (мощнейшая в то время программнаяподдержка своих изделий). Фирма в 1976 г. приступила к выпускуодноплатных микро-ЭВМ серии iSBC на базе своих МП комплектов.Корпорация уже превратилась в производителя подсистем, и именно стех пор в лексикон "кремниевых " компаний вошел термин OEM(Original Equipment Manufacturer — изготовитель комплексногооборудования).Intel 8086 (1978 г.)МП содержал 29 тыс. транзисторов.
Высокое быстродействиеэлементов обеспечило тактовую частоту 5 МГц, а 16-разряднаяархитектура и 200 нc машинный цикл - производительность, повышающую аналогичный параметр 8080 на порядок величины. Именностратегия эволюционного, а не революционного развития, выбраннаяфирмой Intel была верна и давала свои плоды. Программная совместимость была исключительно важной характеристикой, которая объединяла 86-й кристалл с его предшественниками. Структура МП была полностью перестроена, он как бы был разделен на два одновременно работающих функциональных блока. Это операционный блок (EU —Execution Unit) и блок интерфейса (BIO — Bus Interface Unit). В результате исполнение одной команды совмещалось во времени с выборкойследующей команды или данных из памяти.
Таким образом, из универсальных ЭВМ МП позаимствовали еще одно техническое решение - реализация принципов параллелизма. В CPU появился небольшой буферкоманд, что давало дополнительную экономию времени при обращенияхк памяти.Адресация 1 Мбайт оперативной памяти (благодаря 20 адреснымлиниям) и ее сегментация могут быть отнесены к одним из наиболеесущественных достижений. Сегментация памяти и большое числоуровней прерываний были ориентированы на работу системы вмногозадачном режиме. Однако механизм защиты памяти пока438реализован не был, и это в ряде случаев существенно усложнялоразработку программного обеспечения.Наряду с поддержкой ввода-вывода по каналу ПДПдополнительно обеспечивалась адресация до 64 К портов программноуправляемого ввода-вывода.МП 8086 мог работать в двух режимах: минимальный (рассчитанный на использование в небольших системах без применения БИС контроллера шины) и максимальный (ориентированный на применение МПв сложных системах с использованием БИС контроллера шины).
Всистему команд входило 147 инструкций, позволяющих решать задачиуправления практически любой сложности. Появились операцииумножения и деления 16-разрядных чисел со знаком и без знака,команды обработки массивов данных, программно-управляемыепрерывания и др., что превратили чип в универсальный прибор, которыймог успешно применяться как для построения сложных контроллеров,так и в качестве CPU ЭВМ общего назначения.
Кроме того МП вышел вмощном сопровождении средств поддержки (вспомогательных БИС,средств разработки и отладки аппаратуры и системного ПО и т.д.).Наряду с этим фирмой Intel был выпущен процессор 8088 с 8-разряднойвнешней шиной данных. Из-за применения экономичных 8-разрядныхмикросхем появился ПК с МП 8088 (фирма IBM, ПК класса XT —Extended Technology — расширенная технология, тактовая частота 4,77МГц). На базе 8086 были выпущены младшие модели 25 и 30 семействаPS/2.Использование чипов 8086 в IBM PC предопределило дальнейшееразвитие корпорации Intel как разработчика и изготовителя универсальных процессоров общего назначения.
Был изготовлен 16-разрядныйарифметический сопроцессор 8087, который позволил превратить ПКеще и в достаточно мощный инструмент для решения задач вычислительного характера.Intel 80286 (1982 г.)В этом процессоре было введено большое количество новшеств. В1984 г фирма IBM использовала этот МП в PC AT (AT — AdvancedTechnology-улучшенная технология). Вот основные новшества этогочипа:— адресное пространство составляло 16 Мбайт (вместо 1 Мбайт упредшественников), так как использовалась 24-разрядная шинаадресов;— поддержка виртуальной памяти (это позволяло использоватьвнешнюю память для имитации большой реальной внутреннейпамяти, емкостью до 1 Гбайт);439— аппаратная мультизадачность (эта архитектурная новинка позволялав ПК одновременно выполнять несколько задач с большой скоростьюпереключения с одной на другую);— повышенное быстродействие (4 МГц, однако вскоре рабочая частотабыла повышена до 8 МГц и стала стандартной, хотя производителиклонов эту частоту довели до 10; 12,5; 16 и 20 МГц);— встроенная система управления памятью и средства ее защиты (открывали широкие возможности использования МП в многозадачныхсредах);— дополнение системы команд 16-ю новыми инструкциями;размещение в одном кристалле контроллеров прерываний и ПДП,— также таймера и системного генератора.МП мог работать в двух режимах - реальный режим (МП действовал как 8086, что обеспечивало совместимость с DOS и существующимПО) и защищенный режим (в этом режиме МП реализовывал режимвиртуальной памяти, аппаратную мультизадачность и адресацию к большому пространству памяти);К сожалению, DOS может работать только в реальном режиме.Другие операционные системы, например, OS/2 (предложенная фирмойЮМ - альтернатива DOS) и системы UNIX (XENIX и AIX) могутиспользовать защищенный режим и, следовательно, расширенныевозможности 80286.
Многие новшества, введенные в этот чип,впоследствии переходили от поколения к поколению МП фирмы Intel.Имелись и определенные нерешенные проблемы, связанные смногозадачностью,повышениемпроизводительности,совершенствованиемтрактапроцессор—памятьиустройствауправления памятью (для эффективного функционирования ПК подуправлением многозадачных ОС).Intel 80386 (1982 г.)Данный МП (1982 г.) можно сказать, был процессором для ЭВМобщего назначения. Размещение на кристалле уже 275 тыс. транзисторовдало возможность полностью реализовать 32-разрядную архитектуру.Отметим главные особенности этого чипа.- 80386 обеспечивал 32-разрядный ввод-вывод, 32-битовуюадресацию основной памяти (адресуемая реальная память - до 4 Гбайт,т.е.
232= 4294967296 байт) и емкостью до 64 Тбайт (64×240 байт)виртуальной памяти.- рабочая тактовая частота равнялась 33 МГц.- в МП были встроены система управления памятью и защиты(регистры преобразования адреса, механизмы защиты оперативнойпамяти, улучшенные аппаратные средства поддержки многозадачных440ОС), средства работы с виртуальной памятью со страничнойорганизацией памяти (в устройство менеджера памяти — MMU(Memory Management Unit) помимо блока сегментации — SU(Segmentation Unit) был включен блок управления страницами -PU(Paging Unit)), благодаря чему относительно просто реализовывалисьпроцессы свопинга (перестановка сегментов из одного места памяти вдругое).Предварительная выборка команд, буфер для команд (внутренняякэш-память) 16 байт, конвейер команд и механизмы выполнения функций преобразования адреса значительно уменьшили среднее время выполнения команды (3-4 млн.
команд в секунду, что в 6-8 раз превышалоаналогичный показатель 8086). Как и раньше, новый чип был совместимсо своими предшественниками на уровне объектных кодов.Наиболее существенной особенностью 80386 было использованиекэш-памяти, значительно повышающей производительность системы(еще один атрибут универсальных ЭВМ, который начал применяться вМП системах).
Для управления этой памятью был разработан специальный контроллер, с помощью которого формировался двухходовой множественный ассоциативный кэш (обеспечивал буфер емкостью до 32Кбайт и высокий коэффициент удачных обращений). Номатематический сопроцессор был еще автономным на отдельномкристалле (80387).Большой интерес представляли три режима работы 80386:реальный, защищенный и виртуальный МП 8086.
Процессор 80386 какбы включает в себя три разных процессора.В рабочем режиме — Real Mode (реальный режим — стартовый) он ведет себя как 8086, т.е. тот же 8086 с расширенным набором команди имеющий доступ к первому Мбайту памяти (при этом возможности80386 используются не полностью, но на ней могут выполняться всепрограммы, написанные для 8086/8088 и причем значительно быстрее).Защищенный режим (Protected Mode) 80386 соответствует аналогичному режиму 80286, имеет доступ к 16 Мбайт памяти и расширенному набору команд, а также имеет возможность использовать системумультипрограммирования (в основном могут выполняться несколькоприкладных программ, чаще, работающих в среде Windows и поддерживающих защищенный режим).
Если заменить ОС на OS/2 (разработкаспециально для защищенного режима), то появится возможность полностью использовать функциональные возможности этого режима.Последний, третий режим 80386 раскрывает истинныепреимущества этого процессора (Virtual Real Mode). В этом режиме онможет как бы одновременно заменять некоторое количествопараллельно работающих 8086/8088, т.е. одновременно могут бытьзадействованынесколькопрограмм,которыевыполняютсясоответствующими процессорами 8086/8088. Здесь нет ограничения напамять значением 1 Мбайт. Ядром многозадачности является, конечно,441основная программа, переключающая процессор в виртуальный режим иконтролирующая текущие процессы выполнения различных программ(самой известной является система Windows).80386 внутренне одновременно оперирует 32 битами и имеетвнешний 32- битовый интерфейс, но к тому времени большинствоустройств и микросхем были 16-битовыми и не могли использовать этувозможность МП.
Intel повторила опыт МП 8088 (8086 — 16 битвнутренние и внешние, а 8088 — 16 бит внутренние и 8 бит внешние) исоздала 80386 с 16-битовым интерфейсом (он получил название 80386SX), который оказался меньше и дешевле. Полноразрядный 80386получил название 80386 DXIntel 80386 SX (1988 г.) имел 16-разрядную шину данных и 24разрядную адресную шину (память 224= 16777200 байт), он считал также быстро, как и 80386 DX, однако при обращениях к имеющимсяпериферийным устройствам или платам расширения, а также коперативной памяти он ограничивался 16 разрядами. Поэтому 80386 SXпримерно на 10% медленнее 80386 DX с той же тактовой частотой.Истинные преимущества процессора заключались в возможностях,связанных с многозадачностью.Intel 80386 SL (33 МГц) по сравнению с 80386 SX имел большуюпроизводительность за счет: кэш-контроллера на чипе; усовершенствованного диспетчера памяти MMU; увеличенной адресной шины,позволяющей осуществлять управление памятью 32 Мбайт; аппаратныхсредств EMS 4.0 (Expanded Memory Specification 4.0 — спецификациядополнительной памяти), позволяющей расширение основной памяти запределы 640 Кбайт; малого расхода электроэнергии (за счет примененияКМОП-структур); оптимального режима питания (которое подаетсятолько на компоненты, которые в данный момент временизадействованы в выполнении основных функций процессора, аостальные компоненты до начала своей активной работыфункционируют в "спящем" режиме).
Этот процессор по рядупараметров идеально подходил для ПК типа Laptop или Notebook,работающих на батареях. Он удовлетворяет требованиям программыэкономии энергии Агентства защиты окружающей среды (ЕРА —Environmental Protection Agency).80386 SL могли работать с диском на базе флэш—памяти (такфирма Intel называет энергонезависимую память с произвольнымдоступом относительно медленного действия). Она могла образовыватьдиск 16 Мбайт на базе флэш-памяти с применением, конечно,специального интерфейса. В 80386 SL можно было уменьшитьпотребление электроэнергии путем снижения частоты системнойсинхронизации при выполнении операций, в которых высокая частота нетребуется (так как чем выше частота синхронизации, тем большепотребляемая энергия).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
