Vývoj procesorov Intel x86 v 80. rokoch: 286, 386 a 486

Dnes chceme prehodnotiť jedno z najplodnejších období v jeho histórii prostredníctvom vývoja procesorov Intel x86 z osemdesiatych rokov. Čas zmeny osobných počítačov.

Procesor je jednou z najzaujímavejších súčastí počítača kvôli jeho dôležitosti, histórii a vývoju. Z toho všetkého je len málo spoločností zapojených do všetkých uvedených bodov viac ako modrý obrie polovodičov; Intel bol stálym hrdinom počas celého života tohto diela.

Index obsahu

Sedem rokov nepretržitého vývoja

Obdobie, ktoré chceme v tomto texte pokryť, sa datuje od roku 1982 do konca osemdesiatych rokov; V tom čase procesory založené na architektúre x86 zažili jeden z najrýchlejších a najpozoruhodnejších vývojov v histórii moderných výpočtov a položili niektoré základy toho, ako dnes chápeme domácu elektroniku.

Obrázok: Flickr; Pauli Rautakorpi

Budeme hovoriť o Intel 80286 a jeho implementácii v IBM PC / AT, Intel 80386 a vzostupe PC klonov prostredníctvom Compaq, ako aj o spustení a vývoji Intel 80486 a základoch toho, čo by sa neskôr stalo Pentiom. Všeobecná prehliadka histórie výpočtovej techniky.

Intel 80286 (1982)

Obrázok: Flickr; Henry Mühlpfordt

Procesor Intel 80286 (známy tiež ako iAPX 286 alebo i286) je priamym nástupcom procesorov Intel 80186 a 80188, všetky patria do rodiny procesorov x86 a bol výberom CPU pre domáce počítače vyrábané spoločnosťou IBM od uvedenia na trh až po do osemdesiatych rokov, pokračujúc vo vzťahoch medzi spoločnosťami Intel a IBM.

Niektoré z jeho špecifikácií x86

Model i286 bol veľkým skokom v porovnaní s predchádzajúcou iteráciou procesorov x86. Architektúra P2 používa 16-bitovú dátovú zbernicu (teda kategorizáciu procesora) a adresová zbernica bola 24 bitov, čo je jasný vývoj z pôvodných 80086. Ich frekvencia sa v posledných revíziách pohybovala od 4 MHz do 25 MHz.

Architektúra P2. Obrázok: Wikimedia commons

Medzi najdôležitejšie patrí vylepšenie vykonávania pokynov za jeden hodinový cyklus a zahrnutie nových súborov inštrukcií, ktoré dramaticky skracujú čas potrebný na vykonanie niektorých úloh; niektoré z nich potrebovali na dokončenie menej ako dvojnásobok hodinových cyklov.

Prvé kroky v multitaskingu v prvých x86

I286 bol charakterizovaný použitím dvoch režimov prevádzky, určených na použitie multitasking aplikácií, hovoríme o chránenom režime a reálnom režime.

Reálny režim (režim reálnej adresy) bol ten, ktorý v predvolenom nastavení vstúpil do platnosti v procesore. Udržuje spätnú kompatibilitu s predchádzajúcimi procesormi radu x86 a ponúka priamy prístup k softvéru do systému BIOS. Vďaka tejto spätnej kompatibilite mohli procesory i286 používať všetok softvér vyvinutý pre svojich predchodcov, čo z nich urobilo veľmi univerzálny procesor. Zdôrazňujeme, že to bol spôsob, akým fungoval operačný systém MS-DOS a prvé verzie systému Microsoft Windows.

Na druhej strane, chránený režim umožnil procesoru multitaskovať vďaka schopnosti rýchlo prepínať dva rôzne procesy. Jeho názov je odvodený z obmedzeného prístupu k inštrukciám k zariadeniu programami (objaví sa postava supervízora), aby sa predišlo konfliktom pri ich spoločnom použití; Bohužiaľ, týmto sa odstránila kompatibilita pre väčšinu softvéru vrátane softvéru s názvom MS-DOS.

Debut od spoločnosti IBM

Model i286 bol vydaný na osobných počítačoch tretej generácie IBM, PC / AT. Obrovský úspech systému spoločnosti New York, ktorý bol výsledkom katapultovania predaja mikroprocesora a zavedenia modelu AT ako štandardu v domácom výpočte, podporil vytvorenie softvéru kompatibilného s architektúrou spoločnosti Intel.

Počítač IBM PC / AT. Obrázok: wikimedia commons; MBlair Martin.

Ako zvyčajne v tom čase, Intel nebol jediný výrobca. Spoločnosti ako samotná IBM alebo súčasný AMD vyrábali podobné a kompatibilné modely, v niektorých prípadoch (ako napríklad Harris Corporation alebo AMD), čo výrazne presahuje rýchlosť pôvodného modelu vyvinutého spoločnosťou Intel.

DOPORUČUJEME VÁM Intel prerušuje ovládače Thunderbolt 3 prvej generácie

Intel 80386 (1985)

Obrázok: Flickr; Contra

Po spustení Intel 80286 by prišlo jeho preskúmanie, Intel 80386 (alebo i386). Cieľom tohto procesora bolo vylepšiť funkcie prezentované v i286, pridať nové operačné režimy a množstvo nových funkcií v architektúre x86. Takýto pokrok by položil základ pre ďalších spracovateľov, aspoň do objavenia čipov P6.

„Klony“ spoločností Intel a IBM

Pôvodný i286 bol procesor navrhnutý tak, aby bol vyrobený jednoducho a efektívne; Krátko po svojom pôvodnom uvedení na trh a kvôli jeho úspechu začali ostatní výrobcovia vyrábať a predávať svoje vlastné verzie modelu. Niektoré z nich s podstatným zlepšením oproti pôvodnému, najmä pokiaľ ide o dosiahnuté frekvencie.

I386 bol pri uvedení na trh drahý procesor vo svojej výrobe a implementácii; možno to bol dôvod, prečo ho spoločnosť IBM začala používať až v roku 1987, čo je priestor, ktorý spoločnosť Compaq (známa pre svoje dostupné počítače kompatibilné s IBM) využila na uvedenie Compaq Portable 386 / III na trh a prevzala vedenie v ponuke. IBM PC. Začne sa zlatý vek klonov založený na počítačoch severoamerickej spoločnosti.

Compaq PC bola jednou z prvých spoločností, ktorá urobila počítače kompatibilnými s IBM PC. Image Wikimedia Commons; Titian Garuti

Intel tiež nepotrestal iné spoločnosti; Preto stroj i386 nemal licenciu na výrobu mimo závodov spoločnosti Mountain View. Spoločnosti ako AMD a Texas Instruments však naďalej vyvíjali rýchlejšie a dostupnejšie procesory založené na i286; Na boj proti nim vyvinula spoločnosť Intel i386SX, lacnú verziu pôvodného i386 s podobnosťou s i286 a ľahšiu a lacnejšiu výrobu. Stratégia nadobudne účinnosť až do začiatku 90. rokov, kedy sa začali objavovať verzie pôvodného modelu i386 od AMD s Am386 a Cyrix s ich Cx486.

Výkonné procesory P3

Aj keď by to nebol taký výrazný skok, pokiaľ ide o rýchlosť ako i286, i386 bol pre procesory x86 významným pokrokom. Frekvencia sa dramaticky zvýšila na 12 MHz v prvých modeloch, v neskorších dosiahla 40 MHz. Dátová zbernica bola tiež zdvojnásobená na 32 bitov a adresová zbernica bola tiež zvýšená na 32 bitov, rovnako ako boli vykonané dôležité zmeny vo vykonávaní inštrukcií a objavila sa sada inštrukcií IA-32.

Architektúra P3. Obrázok: wikimedia commons

Vďaka IA-32 bola kompatibilita so softvérom i286 obmedzená, ale jeho implementácia by položila základy architektúry x86 na nasledujúcich 20 rokov a ovplyvnila by inštrukčné sady x86-64 (Intel 64 pre Intel), ktoré používame v súčasné vybavenie domácnosti.

Na druhej strane procesory i386SX pracovali so 16-bitovou dátovou zbernicou a 24-bitovou adresovou zbernicou, vďaka čomu je pomalšia ako jej predchodca, hoci si zachovala vnútornú podobu čipu, ktorý sa spočítal s ďalšími významnými zlepšeniami.

Nové režimy, rovnaké problémy ako pri x86

Ďalším vrcholom modelu i386 bola implementácia rôznych funkčných režimov. Reálny režim a chránený režim sa znova objavili z dôvodov kompatibility, ale jeho chránený režim vytvoril vzhľad s dôležitými novými funkciami, ako je odstránenie segmentov alebo virtualizácia niekoľkých relácií.

Bohužiaľ, jeho zlé vykonávanie bolo naďalej hlavným ťahúňom tohto vývoja; Až do vzniku vyspelejších operačných systémov zostal hlavným obmedzovateľom schopností týchto procesorov.

ODPORÚČAME, aby ste Corsair One PRO Review v španielčine (Úplná analýza)

Intel 80486 (1989)

Po nepopierateľnom úspechu i386 vyvinula spoločnosť Intel ďalšiu generáciu procesorov x86 s cieľom zlepšenia toho, čo dosiahla s i386. Takto by sa zrodili procesory P4, známe po celom svete ako Intel 80486 alebo i486.

387 koprocesor a i486SX

Procesory i486 sú veľmi podobné svojej predchádzajúcej generácii, s výnimkou integrácie 387 koprocesora; Tento čip obsahoval jednotku s pohyblivou rádovou čiarkou a zjednotenú vyrovnávaciu pamäť v obvode, z čoho by sa čoraz bežnejšie používali monolitické procesory čipov. Inak to bol stále 32-bitový procesor na dátovej zbernici a adresovej zbernici a zvyšok vylepšení sa točil viac okolo optimalizácie sady inštrukcií alebo zvyšovania frekvencií ako iných faktorov.

Architektúra P4. Obrázok: wikimedia commons

Existoval však aj variant i486, i486SX, ktorý upustil od tohto koprocesora na zníženie nákladov. Model i486SX nemal inú veľkosť zbernice ako jeho pôvodná (prinajmenšom spoločnosť Intel), takže to bol veľmi obľúbený čip za svoju nižšiu cenu.

Posadnutosť vysokými frekvenciami

To, čo i486 prinieslo, bol začiatok horúčky MHz v procesoroch. Spoločnosť Intel vďaka začleneniu integrovanej vyrovnávacej pamäte, duplikácii vnútorných frekvencií hodín zaviedla názov Intel OverDrive. Prostredníctvom nich mohli procesory i486 pracovať na dvojnásobnej (a neskôr trojnásobnej) frekvencii, aby mohli dokončiť pokyny, pričom by mali prospech z dlhších.

Prvým procesorom s týmito charakteristikami bol i486DX2, ktorý zdvojnásobil rýchlosť hodín z 25 MHz na 50 MHz. Poslednou iteráciou tohto typu bola i486DX4, ktorá strojnásobila frekvencie na 100 MHz, hoci najsilnejšia Prišiel z AMD s Am5x86-P75 +, ktorý dosiahol 150 MHz.

Podporované procesory znovu vstupujú a rozširujú sa na x86

Podobnosť medzi architektúrou procesorov i486 a i386 uľahčila výrobcom procesorov kompatibilných s i486. Po zániku licencií pri spustení i386 ich verejnosť začala bežne označovať ako „klony“, hoci sa tento výraz vzťahoval iba na tie, ktoré boli identické (interne) s originálmi.

Procesory odvodené od iných značiek Intel 80486. Obrázok: MCbx Computer Collection

Jeden z najplodnejších výrobcov procesorov tohto typu z AMD, ktorý išiel tak ďaleko (ako sme už spomenuli), aby uviedol na trh výkonnejšie modely ako varianty Intel, hoci jeho najväčšou devízou na trhu bola stále jeho najdostupnejšia cena. Bola to aj línia Cyrix, výsledok reverzného inžinierstva procesorov Intel, ktorých procesory nevykonávali presne to isté, a preto sa spoliehali na prijateľné ceny.

Iné zaujímavé názvy by mohli byť IBM alebo Texas Instruments, hoci ich prítomnosť bola menej silná ako v predchádzajúcich štádiách rodiny procesorov x86.

Posledné slovo o procesoroch x86

Spracovatelia rodiny x86 zažili počas tejto doby niektoré z najvýznamnejších zmien vo svojej histórii. Niet divu, že základy boli položené pre mnoho prvkov, ktoré by nás sprevádzali roky potom, ako vyšli najavo na tieto generácie.

Odporúčame prečítať si nášho sprievodcu na najlepších základných doskách

Nepochybne je to jedno z najkrajších období modernej výpočtovej techniky a prvé fázy domácej výpočtovej techniky, ako ju poznáme dnes. Ak sa chcete dozvedieť viac o tomto komponente, pozývame vás, aby ste si prečítali náš článok o generačnom skoku z Intel Pentium 4 na Intel Core.