4.Процесори Intel x86-16 (16-біт)

Intel 8086 (також відомий як iAPX86) — перший 16-бітний мікропроцесор компанії Intel, що розроблявся з весни 1976 року і був випущений 8 червня 1978.^[1] Процесор мав набір команд, який застосовується і в сучасних процесорах, саме від нього бере свій початок відома на сьогодні архітектура x86.

Основними конкурентами мікропроцесора i8086 були Motorola 68000, Zilog Z80, чипсети F-11 і J-11 сімейства PDP-11, MOS Technology 65C816. Деякою мірою, в області військових розробок, конкурентами були процесори-реалізації MIL-STD-1750A.

Аналогом мікропроцесора i8086 був процесор NEC V30 (на 5% продуктивніший за i8086 і при цьому повністю з ним сумісний). Радянським клоном був мікропроцесор К1810ВМ86, що входив в серію мікросхем К1810.

У 1972 році Інтел випустила 8008, перший 8-бітний мікропроцесор. Він використовував набір інструкцій, розроблений корпорацією Datapoint для програмованих комп'ютерних терміналів, придатний і для універсальних процесорів. Цей процесор вимагав декількох додаткових мікросхем для використання в повноцінному комп'ютері, тому що використовував маленький 18-піновий корпус від мікросхем DRAM, вироблених Інтел, і відповідно не міг мати окрему шину адрес.

Двома роками пізніше, в 1974, був запущений 8080, у новому, 40-піновому DIP-корпусі, спочатку розробленому для мікросхем калькуляторів. Він мав окрему шину адрес і розширений набір інструкцій, кодово- (не бінарно-) сумісний з 8008, доповнений для зручності програмування декількома 16-бітними інструкціями. Процесор i8080 часто називають першим по-справжньому зручним і корисним мікропроцесором^{[Джерело?]}. У 1977 році він був замінений на i8085, з однією напругою живлення (+5 В) замість трьох різних на попереднику і декількома іншими удосконаленнями. Найвідомішими суперниками були 8-бітні Motorola 6800 (1974), Microchip PIC16X (1975),MOS Technology 6502 (1975), Zilog Z80 (1976), і Motorola 6809 (1978).

Технічні характеристики: Тактова частота (МГц): від 4 до 10, 5 (модель 8086), при частоті 4,77 продуктивність — 0,33 MIPS, 8 (модель 8086-2, 0,66 MIPS), 10 (модель 8086-1, 0,75 MIPS), Приблизні витрати часу на операції, процесорних циклів (EA — час, необхідний для розрахунку ефективного адреси пам'яті, яке варіюється від 5 до 12 циклів): Підсумовування: 3-4 (реєстрові), 9 + EA — 25 + EA — при операціях з пам'яттю + Множення: 70-118 (реєстрові), 76 + EA — 143 + EA — при операціях з пам'яттю + Переміщення даних: 2 (між регістрами), 8 + EA — 14 + EA — при операціях з пам'яттю.

Розрядність регістрів: 16 біт. Розрядність шини даних: 16 біт. Розрядність шини адреси: 20 біт. Обсяг пам'яті, що адресується: 1 Мбайт. Адресний простір I / O: 64 Кбайт. Кількість транзисторів: 29 000. Техпроцес (нм): 3000 (3 мкм). Площа кристала (кв. мм): ~ 30 (за іншими даними, 16 мм ²). Максимальна тепловиділення: 1,75 Вт. Напруга живлення: +5 В. Роз'єм: немає (мікросхема припаюється до плати). Корпус: 40-контактний керамічний чи пластиковий DIP, пізніше — 56-контактний QFP і 44-контактний PLCC, Підтримувані технології: 98 інструкцій, Обсяг черги команд: 6 байт.

Intel 8088 — 16-бітний мікропроцесор, випущений компанією Intel 1 червня 1979 року, заснований на мікропроцесорі i8086, але мав 8-бітову шину даних. Процесор використовувався в оригінальних комп'ютерах IBM PC.

Intel 8088 став базою для розробки родини малих комп'ютерів. Він підготував ґрунт для швидкого створення сумісних настільних комп'ютерів.

Конкурентами мікропроцесора i8088 є такі розробки, як NEC V20, який був на 5% продуктивніше i8088, але при цьому був повністю з ним сумісний. Радянським аналогом є мікропроцесор К1810ВМ88, який входив в серію мікросхем К1810.

Мікропроцесор Intel 8086, що вийшов за рік до виходу Intel 8088, був повністю 16-розрядним і для його роботи був потрібен новий набір 16-розрядних мікросхем підтримки (наприклад, мікросхеми пам'яті), які тоді ще коштували надто дорого. Тому багато виробників відмовлялися використовувати i8086 в нових системах і продовжували використовувати 8-розрядні мікропроцесори i8080/i8085. Тоді Intel вирішує випустити модифіковану версію процесора i8086 з 8-розрядною шиною даних, який міг працювати зі старими (і дешевими), 8-бітними, мікросхемами підтримки. Процесор був, певним чином, перехідною ланкою між 16 — і 8-бітними мікропроцесорами, і призначався для переведення апаратних конфігурацій на базі мікропроцесорів i8080/i8085 на програмне середовище мікропроцесора i8086 для підвищення продуктивності цих 8-бітних систем.

Однак не тільки розрядність шини даних відрізняла i8086 і i8088, Intel також трохи змінила архітектуру. Зокрема, в мікропроцесорі Intel 8088 використовується черга випереджуючої вибірки довжиною 4 байти, а не 6 байтів, як в мікропроцесорі Intel 8086. Причина в тому, що мікропроцесор i8088 може зчитувати дані з пам'яті тільки побайтно, тому збільшення часу вибірки наступної команди не дозволяє процесору повністю використовувати 6-байтну чергу.

Технічні характеристики: Тактова частота (МГц): 5 (модель 8088), 8 (модель 8088-2), 10 (модель 8088-1). Розрядність регістрів: 16 біт. Розрядність шини даних: 8 біт. Розрядність шини адреси: 20 біт. Обсяг адресованої пам'яті: 1 Мбайт. Кількість транзисторів: 29000.Техпроцес (нм): 3000 (3 мкм). Площа кристала (кв. мм): ~ 30. Напруга живлення: +5 В. Роз'єм: немає (мікросхема припаювалась до плати). Корпус: 40-контактний пластиковий DIP. Підтримувані технології: 98 інструкцій.

Intel 80186 (i186) — 16-бітний мікропроцесор, випущений компанією Intel у другій половині 1982 року, і являє собою вдосконалений варіант мікропроцесора i8086.

До складу нового мікропроцесора увійшли кошти, які раніше реалізовувалися 10 окремими мікросхемами. Застосовувався, головним чином, в роботі з керуючими додатками і у високоінтелектуальних периферійних адаптерах, наприклад мережевих.

До розробки нового мікропроцесора Intel приступила відразу після виходу процесорів i8086/i8088. Процесори i8086/i8088 вимагали великої кількості мікросхем підтримки, і Intel вирішує розробити мікропроцесор, який вже містить на кристалі всі необхідні модулі. Новий процесор включав в себе безліч компонентів, що раніше випускалися у вигляді окремих мікросхем, це б дозволило різко скоротити кількість мікросхем в комп'ютері, а, отже, і зменшити його вартість. Крім того, була розширена система внутрішніх команд (інструкцій).

У 1982 році Intel випускає вбудовується процесор Intel 80186, який, крім поліпшеного ядра i8086, містив також додаткові модулі, які замінять деякі мікросхеми підтримки; процесор проводився з використанням NMOS-технології.

У зв'язку з розвитком технології, в 1987 році Intel випускає процесори i186 другого покоління — Intel 80C186. Ці процесори вироблялися за поліпшеним CHMOS III техпроцесом, що дозволило збільшити тактову частоту процесорів вдвічі, а споживану потужність знизити в 4 рази. Що важливо, була збережена сумісність в розташуванні виводів зі старими процесорами.

У 1990 році Intel випускає нове сімейство процесорів i186 — Intel 80С186EB. Нові процесори містили безліч змін в порівнянні з попереднім поколінням процесорів i186. По-перше, було перепроектоване ядро ​​процесора, яке тепер стало модульним і називалося «Модульне ядро ​​80C186» (80C186 Modular Core). По-друге, сімейство мікросхем підтримки мікропроцесора було також перепроектувано в модулі зі стандартними інтерфейсами. Процесори 80C186EB і оригінальний 80186 мають різні набори мікросхем підтримки. У зв'язку з переходом на новий техпроцес (CHMOS IV) і модульну структуру вдалося знизити споживану потужність. Процесор i80C186EB знайшов застосування в переносній апаратурі (наприклад, стільникові телефони).

У 1991 році Intel представляє процесори 80C186XL, 80C186EA і 80C186EC, які також були засновані на модульному ядрі i80C186. Процесор i80C186XL має високу продуктивність і низьким енергоспоживанням. Процесор i80C186EA об'єднує в собі процесор i80C186 з новими можливостями управління енергоспоживанням. Процесор i80C186EC включав в себе додаткові елементи, які не мали інші процесори сімейства i80C186.

Intel 80188 (i188) — 16-бітний мікропроцесор, випущений компанією Intel в 1982 році, варіант мікропроцесора Intel 80186 з 8-бітною зовнішньою шиною даних. ричини випуску процесора Intel 80188 були такими ж, як і при випуску його попередника, мікропроцесора Intel 8088, — можливість використання новітніх технологій, в особі Intel 80186 при цьому використовуючи дешеві 8-бітові мікросхеми підтримки. З огляду на те, що процесор був побудований на основі Intel 80186, він володів усіма його перевагами і недоліками, тому що внутрішня архітектура не піддалася змінам, і відповідала архітектурі мікропроцесора Intel 80186.

Як і всі попередні процесори сімейства x86, даний мікропроцесор мав 14 16-розрядних регістрів: 4 регістра загального призначення (AX, BX, CX, DX), 2 індексних регістра (SI, DI), 2 вказівних (BP, SP), 4 сегментних регістра (CS, SS, DS, ES), програмний лічильник або покажчик команди (IP) і регістр прапорів (FLAGS, включає в себе 9 прапорів). При цьому регістри даних (AX, BX, CX, DX) допускали адресацію не тільки цілих регістрів, але і їх молодшої половини (регістри AL, BL, CL, DL) та старшої половини (регістри AH, BH, CH, DH), що дозволяло використовувати не тільки нове 16-розрядне ПЗ, але зберігало сумісність і зі старими програмами.

Процесор Intel 80188 був випущений в тих же модифікаціях, що і процесор Intel 80186 — 80188, 80C188, 80C188XL, 80C188EA, 80C188EB і 80C188EC. Процесор Intel 80188 використовував однакове з процесором Intel 80186 маркування, де перша буква позначала тип корпусу.

Технічні характеристики: Дата анонсу: 1982. Тактова частота (МГц) *: 6 **, 8, 10, 12, 13, 16, 20. Розрядність регістрів: 16 біт. Розрядність шини даних: 8 біт. Розрядність шини адреси: 20 біт. Обсяг адресується пам'яті: 1 Мбайт. Напруга живлення: 2,9 ~ 3,3 В. Роз'єм: мікросхема припаювалась до плати.

Мікропроцесор Intel8028 є другим поколінням 16-розрядних мікропроцесорів. Розширення: тактова частота від 8 до 10 Мгц, продуктивність у 2-3 рази вища, ніж у і8086; адресує до 16 Мбайт фізичної пам'яті, з можливістю виділення кожній програмі віртуальної пам'яті розміром до 1 Гбайта; реалізовано конвеєрне виконання команд; реалізовано багатозадачний режим роботи.

Найістотнішою відмінністю від Intel 8086 є механізм керування адресацією пам'яті, що забезпечує 4-рівневу систему захисту і підтримання віртуальної пам'яті, та спеціальні засоби призначені для підтримання механізму перемикання задач.

Фірма Intel в 1983 р. оголосила про випуск мікропроцесора і80286. Цей пристрій зберігає сумісність з мікропроцесором 8086 так як і мікропроцесор 80186, але значно відрізняється від нього по своїх можливостях завдяки наявності додаткових засобів. В мікропроцесорі 80286 немає внутрішніх генератора синхронізації, логіки вибору мікросхем, каналів DMA, таймерів і контролера переривань. Замість цього є засоби керування пам'яттю і віртуальною пам'яттю.

Фірма IBM гарантувала широке розповсюдження мікропроцесора 8088, застосувавши його в своєму першому комп'ютері IBM PC. Вона ж забезпечила популярність мікропроцесора 80286, використавши останній у досконалішому персональному комп'ютері IBM PC/АТ. Мікропроцесор має розширену систему команд, яка містить усі команди і8086 (крім «напівлегальної» команди POP CS), кілька нових команд загального призначення та команди керування захистом.

Мікропроцесор Intel 80286 має 16-бітну шину даних і 24 розрядну адресну шину з котрої в реальному режимі використовуються лише 20 розрядів. Мікропроцесор має розширену систему команд, яка містить усі команди і8086 (крім "напівлегальної" команди POP CS), кілька нових команд загального призначення та команди керування захистом. Процесори i80286 випускали в 68-вивідних корпусах PLCC і PGA. Їх інтерфейс відрізняється від і8086 використанням роздільних шин адрес і даних, конвеєрної адресації, а також складом та призначенням керуючих сигналів, передбачено можливість використання математичного співпроцесора і80287. Шина адреси дозволяє адресувати 16 Мбайт фізичної пам’яті в захищеному режимі і 1 Мбайт із області молодших адресів — у реальному режимі. Із цього правила для реального режиму є два винятки: лінії А[20:23] після сигналу RESET на час вибірки коду перебувають в одиничному стані до першої інструкції міжсегментного переходу;

лінія А20 може приймати одиничні значення, коли поєднання значень сегментного регістра і ефективної адреси призводить до переходу через межу 0FFFFFh (максимально можливі значення фізичної адреси в реальному режимі 10FFFEh). Для забезпечення повної програмної сумісності з і8086 застосовують програмно-керований вентиль, що примусово обнулює лінію А20 системної шини адреси.

Процесор і80286 може працювати в двох режимах роботи: реальному, котрий є повністю сумісним з і8086, та захищеному. У реальному режимі можлива адресація до 1 Мбайта фізичної пам'яті. За складом і призначенням у реальному режимі регістри i80286 в основному, збігаються з регістрами i8086. Зміни стосуються призначення бітів регістра ознак і можливістю переключення у захищений режим. У процесі виконання програми МП використовує 6-байтну чергу команд. Відзначимо, що завдяки архітектурі скорочено час виконання команд, тому підпрограми часової затримки на цьому МП працюють швидше ніж на і8086. У захищеному режимі мікропроцесор дозволяє адресувати до 16 Мбайтів фізичної пам'яті, на які для кожної задачі з використанням механізму сегментної адресації та зовнішніх регістрів сторінок можуть відображатися до 1 Гбайта віртуальної пам'яті. Переключення у захищений режим здійснюють однією командою (з попередньо підготовленими таблицями дескрипторів). Зворотне переключення у реальний режим можливе тільки через апаратне скидання мікропроцесора, що вимагає відносно значного часу.