2.4 Мікропроцесори 8086-8088

У 1979 році фірма Intel випустила нові мікропроцесори І8086 - І8088, І8088 був використаний фірмою IBM при розробці першого варіанту ПК.  Від мікропроцесора Intel 8086 він відрізняється тим, що має наполовину скорочену зовнішню шину даних (8 розрядів).Робоча тактова частота - 4,77 МГц (у другого варіанту мікропроцесора - 8088-1 - можлива також робота в прискореному режимі -10 МГц). Мікропроцесор 8088 повністю програмно сумісний з мікропроцесором 8086.  У сімейство 8086 входять також мікропроцесори 80186 і 80188, випущені в 1982 році. Архітектура цих мікропроцесорів в основному збігається з архітектурою прототипів - 8086 і 8088, але розробниками введені деякі додаткові конструктивні елементи: контролери прямої адресації до пам'яті (DMA), лічильник / таймер, спрощений апаратний інтерфейс. Швидкість їх роботи також вище, ніж у прототипів. Ці мікропроцесори використовувалися, в основному, в платах контролерів (наприклад, в адаптерах локальної мережі).  Для прискорення обчислень над числами з плаваючою комою мікропроцесорах 8088 і 8086 "акомпанує" арифметичний співпроцесор 8087. Його наявність перетворило IBM PC / XT в досить серйозний комп'ютер для обчислень. Однак обмежене число розрядів і невисока швидкість обробки не дозволяли цьому ПК відстежувати багато процесів в реальному часі.

2 .5 Мікропроцесор 80286 Випущений в 1982 році, цей мікропроцесор містив 130 000 транзисторів. Він мав 16-розрядну шину даних і 24-розрядну адресну шину, що визначало приналежність ПК до типу AT.  В архітектурі мікропроцесора виділяють такі блоки:  • арифметико-логічний пристрій  • блок управління  • блок введення / виводу  • блок управління пам'яттю (memory management unit-MMU)  Мікропроцесор 80286 міг працювати в одному з двох режимів: реальному або захищеному.  В реальному режимі  (Real mode) мікропроцесор повністю імітує роботу мікропроцесора 8086, дозволяє запускати будь-які програми, розраховані на використання цього мікропроцесора. В цьому режимі 1 обслуговуваний адресний простір обмежений 640 КБ.  В захищеному режимі  (Protected mode) мікропроцесор 80286 інакше сприймає команди доступу до пам'яті, у зв'язку з чим може використовувати до 16 МБ ОЗП. В цьому режимі блок управління пам'яттю підтримує процес сегментації ОЗП з використанням сегментів розміром 64Кб.  На жаль, мікропроцесор 80286 в більшості випадків працював в ПК AT під управлінням операційної системи MS / PC DOS, що дозволяло використовувати його тільки для цілей збільшення швидкості обчислень (у порівнянні з XT) і доступні йому унікальні можливості управління пам'яттю залишаються незадіяними. Однак створені пізніше досконаліші операційні системи (XENIX і OS / 2) дозволяли реалізувати ці переваги, - зокрема, управління пам'яттю об'ємом 16 МБ.  Арифметичним співпроцесором для 80286 є 80287. При його розробці фірма Intel не взяла на себе обов'язок створення принципово нової мікросхеми, а змінила лише інтерфейс з мікропроцесором. По суті 80287 - це всього лише кілька модифікований 8087. Тому в наявності парадоксальний факт: співпроцесор в PC / AT (ПК, розробленому на базі 80286) "сповільнював" роботу основного процесора 80286, маючи нижчу тактову частоту. 

2.6 МІКРОПРОЦЕСОР INTEL 80386 

В ипущений в 1985 році, він об'єднує в собі 275000 транзисторів і має 32-бітну адресну шину даних і 32-бітну шину команд.  У структурі мікропроцесора найбільш важливу роль грають:  • арифметико-логічний пристрій  • блок шинного інтерфейсу  • блок управління пам'яттю  Арифметико-логічний пристрій входить в так званий виконавчий блок, який виконує команди.  Блок керування пам’ятю  складається, в свою чергу, з двох інших блоків:  • блок сегментації  • блок підкачки сторінок.  Ці пристрої призначені для розбиття оперативної пам'яті на відносно невеликі фрагменти і динамічного перерозподілу їх в прикладних програмах.  Блок сегментації  здійснює розбивку доступного об'єму оперативної пам'яті на сегменти. Це дозволяє раціонально керувати логічним адресним простором за рахунок легкого переміщення даних і команд, а також ефективного доступу до зовнішніх джерел інформації.  Блок підкачки сторінок  керує пам'яттю на більш низькому рівні, ніж блок сегментації. Підкачка сторінок є проміжним етапом у процесі сегментації пам'яті, її можна заборонити застосуванням спеціальних системних команд. Кожна сторінка може бути розбита на один або кілька сегментів по 4 КБ. Пам'ять об'єднується в один або більше сегментів змінної довжини кожен розміром до 4 ТБ. Сегменту можуть бути присвоєні атрибути, що визначають його локалізацію, розмір, тип, (стек, команди, дані) і характеристики захисту. Кожне завдання може задіяти більше 16 000 сегментів по 4 ГБ. Таким чином, теоретично під завдання може бути відведено до 64 ТБ оперативної пам'яті. Реально ж (через апаратних обмежень) обсяг доступної пам'яті обмежений 32МБ.  Мікропроцесор Intel 80386 міг працювати в одному з двох режимів:  реальний режим  (Режим реальної адресації - real address mode) дозволяє запускати завдання, призначені для реалізації на процесорах сімейства Intel 8086/88.  захищений режим  (Режим захищеної віртуальної адресації - protected virtual address mode) дозволяє реалізувати всі переваги процесора (зокрема, запускати програми, що перевищують фізичний розмір оперативної пам'яті).  Для виконання операцій над числами з плаваючою комою мікропроцесору Intel 80386 необхідний співпроцесор. Можливі три варіанти:  • використання співпроцесора для ПК AT (Intel 80287)  • застосування співпроцесора Intel 80387, що забезпечує додатковий п'ятикратний виграш у швидкості при виконання операцій з плаваючою комою  • установка співпроцесора Weitek 3167. дає ще більше збільшення швидкості обчислень.  2.7 МІКРОПРОЦЕСОР INTEL I80486 

В ипущений в 1989 році. Містить близько 1,2 млн транзисторів, має 32-розрядну адресну шину і 32-розрядну шину даних, вбудовані блоки плаваючою арифметики і буферного запам'ятовуючого пристрою. З метою укорочення циклу інструкції при розробці цього мікропроцесора була використана архітектура RISC (reduced instruction set chip - "мікросхема зі скороченим набором команд").  Найбільш важливими компонентами 80486 є: 

• арифметико-логічний пристрій  • блок управління пам'яттю  • блок плаваючою арифметики  • блок буферного пам'яті (cache-memory unit, блок "кеш"-пам'яті)  Крім всіх можливостей мікропроцесора 80386, Intel 80486 володіє і новими конструктивними особливостями, покликаними збільшити продуктивність. Система команд мікропроцесора розширена з метою реалізації нових програм. Теоретично доступний об'єм оперативної пам'яті - 64 ТБ.  Блок управління пам'яттю  повністю сумісний з аналогічним блоком мікропроцесора Intel 80386. Блок сегментації на додаток до можливостей мікропроцесора Intel 80386 забезпечує також чотири рівні захисту для роз'єднання прикладних програм та операційної системи. Апаратно реалізована захист дозволяє розробникам створювати системи з високим ступенем надійності.  Блок плаваючої арифметики  являє собою арифметичний співпроцесор Intel 80387, перенесений в тіло самого мікропроцесора Intel 80486.  Будь-яка програма, написана для мікропроцесора Intel 80386, його математичного співпроцесора 80387, а також попередніх моделей мікропроцесорів сімейства Intel 86/87 (8086-8088/8087, 80186, 80286/80287) може виконуватися мікропроцесором Intel 80486 без додаткових модифікацій.  Блок буферного ЗП  дозволяє зберігати безпосередньо всередині самого мікропроцесора найбільш часто використовувані дані і команди, що зменшує число додаткових звернень до зовнішньої шині. Швидке заповнення буферної пам'яті досягнуто за допомогою застосування шини спеціальної модифікації. Це привело до зростання продуктивності в два рази в порівнянні з мікропроцесором Intel 80386.  Оскільки 80387 у вигляді блоку входить до складу мікропроцесора 80486, необхідність в установці арифметичного співпроцесора відпадає. Тим не менше, якщо є високі вимоги до продуктивності системи, то поряд з вбудованим 80387 може бути використаний співпроцесор Weitek 4167.