Intel 80386 (также известный как
i386 или просто
386) — 32-битный
процессор с архитектурой x86 третьего поколения фирмы
Intel, выпущенный 17 октября 1985 года. Применялся, преимущественно, в настольных и портативных ПК. В настоящее время в основном используются в контроллерах.
Кристалл с индексом 80386 увидел свет спустя три года после выхода
Intel 80286. «Триста восемьдесят шестой» стал первым 32-разрядным процессором для
IBM PC. Несмотря на то, что Intel 80386 всё ещё основывался на х86-архитектуре и сохранял обратную совместимость с «интеловскими» процессорами 8086 и 80286, он претерпел множество изменений. По некоторым оценкам, архитектура x86 не получала таких значительных изменений, как в случае с «камнем» 80386, еще долгие годы. Поэтому о них стоит рассказать подробнее.
Как мы уже сказали, процессор i386 сохранил обратную совместимость со своими предшественниками 8086 и 80286. То есть он умеет выполнять абсолютно все программы, написанные под предыдущие процессоры, причем делает это эффективнее. Большей производительности удалось достичь за счет более высоких тактовых
частот, а также меньшего количества тактов синхронизации при выполнении программ. Так, например, умножение двух 16-разрядных чисел выполнялось за 9-22 тактов. Для сравнения: процессор 80286 выполнял эту операцию за 21 такт, а кристалл 8086 — за 118-133 такта. Преимущество i386 было налицо! Кроме этого, свою роль сыграл увеличенный буфер предвыборки команд, объем которого составлял 16 байт.
Конечно, главным нововведением i386 было то, что процессор стал 32-разрядным. Вся архитектура x86 была расширена до 32 бит. Регистры стали 32-битными, и, само собой, процессор получил поддержку набора 32-разрядных инструкций. Что немаловажно, был значительно доработан защищенный режим работы, который впервые появился в 80286. Принцип работы защищенного режима остался прежним, но режим получил три важных нововведения: снятие ограничения на размер сегмента, страничный режим адресации (Page Addressing) и режим виртуального 8086 (Virtual 8086 Mode). В защищенном режиме i386 использовал такую же архитектуру с сегментами памяти, как и в предыдущих решениях Intel. Однако, если раньше максимальный объем сегмента памяти составлял 64 Кбайт, что уже на протяжении долгого времени не устраивало программистов, то теперь он увеличился до 4 Гбайт. Это значительно облегчило разработку 32-разрядных приложений, которые могли выполняться без переключений между различными сегментами памяти. Также в i386 стало возможно быстрое переключение между реальным и защищенным режимами без имитирования перезагрузки процессора. Что касается режима виртуального 8086, то он не представляет собой ничего особенного.
Интересно, что при создании «триста восемьдесят шестого» была допущена довольно большая ошибка. Так, процессор некорректно выполнял операцию умножения 32-разрядных чисел. Однако на момент выпуска чипа еще не существовало 32-битных операционных систем и приложений, поэтому ошибку обнаружили лишь спустя 18 месяцев — в апреле 1987 года. Все выпущенные, но не проданные процессоры Intel перемаркировала с пометкой «только для 16-битных операций». Все же выпущенные после обнаружения ошибки «камни» были маркированы двойным символом «сигма» (Σ Σ).
Процессор i386 был выпущен в множестве различных версий, которые отличались производительностью, форм-факторами, энергопотреблением и другими характеристиками. i386 производился с помощью технологии CHMOS III, которая сочетала в себе быстродействие технологии HMOS и низкое энергопотребление технологии CMOS. При этом использовался 1,5-мкм техпроцесс, а количество
транзисторов составляло 275 тысяч штук.
Процессор i386DX (слева)
Первый i386 был представлен 13 октября 1985 года и имел тактовую частоту 16 МГц. Впоследствии данная модификация «камня» получила приставку DX — модель стала именоваться 386DX сразу после запуска более дешевого 386SX в июне 1988 года. Приставка DX расшифровывалась как Double-word eXternal, что подчеркивало поддержку процессором 32-битной внешней шины данных. Тактовая частота 386DX с годами увеличивалась. Так, в 1987 году частота была повышена до 20 МГц, в 1988 году — до 25 МГц. А в 1990 году в продажу поступила модификация с частотой 33 МГц. При всем при этом энергопотребление процессора оставалось на довольно низком уровне — даже ниже, чем у «восемьдесят шестого». 386DX выпускался в нескольких корпусах: например, в PQFP-132 и в керамическом PGA-132.
Главным недостатком 386DX являлась его высокая стоимость. В Intel хотели увеличить количество продаж нового поколения процессоров, и поэтому вскоре свет увидел «урезанный» кристалл 386SX. Чип был выпущен в 1988 году и в итоге стал самым популярным в линейке i386. По своей архитектуре он был полным аналогом версии DX, за исключением шин данных и адресов. Так, вместо 32-битной внешней шины данных использовалась 16-битная. Разрядность внешней адресной шины составляла 24 бит. При этом сам процессор оставался полностью 32-разрядным. Урезание внешней шины данных привело к тому, что обмен информации с 386SX осуществлялся на вдвое меньшей скорости, чем в случае с 386DX. Это снизило производительность кристалла примерно на 25%.
Процессор i386SX
Первые 386SX имели частоту 16 МГц, которая затем повышалась до 20, 25 и 33 МГц соответственно. Версия SX предназначалась для настольных компьютеров начального уровня и портативных систем. На деле же процессор «прописался» в огромном количестве домашних и офисных систем.
Кроме модификаций SX и DX, был представлен один из первых энергоэффективных процессоров 386SL, предназначенный в первую очередь для лэптопов. «Камень» имел частоту 20 или 25 МГц и (в отличие от 386SX) содержал множество встроенных контроллеров: например, контроллер оперативной памяти, контроллер шины и контроллер внешней кэш-памяти, объем которой варьировался от 16 до 64 Кбайт. К тому же 386SL поддерживал различные «спящие» режимы, а также режимы системного управления (System Management Mode).
Компьютер Compaq Deskpro 386
Первым компьютером, использующим процессор i386, стал Compaq Deskpro 386. На то время
Compaq стала первой «сторонней» компанией в истории, которая внесла существенные изменения в платформу PC. До того момента новые компьютеры первой всегда выпускала
IBM. Она могла оказаться первой и на этот раз, но у IBM был долгосрочный контракт на использование 286-х процессоров, и в компании предпочли уделить 16-битной платформе еще некоторое время. Как показала история, этот шаг стал довольно большой ошибкой. Deskpro 386 отлично продавались, поэтому к моменту запуска первых компьютеров IBM на базе 386-го процессора компания уже утратила свои лидирующие позиции. В итоге Compaq сумела немного «перекроить» весь рынок десктопов. Так, возросла конкуренция, а влияние IBM было уже не столь существенным.
Энди Гроув — бывший CEO компании Intel
Как и раньше, вскоре на рынке появились клоны i386. Их производством занимались несколько компаний:
AMD, Cyrix и IBM. Однако политика самой Intel в отношении клонов изменилась. CEO компании Энди Гроув принял решение не выдавать лицензии на производство модификаций i386 сторонним компаниям, однако впоследствии они все-таки появились. Первой клоны выпустила AMD в марте 1991 года. Процессоры были готовы задолго до этой даты, но в Intel были уверены, что лицензия на производство «дубликатов», предоставленная AMD, распространялась только на процессоры 80286 и более ранние, поэтому дело дошло до суда. Судебные тяжбы продолжались довольно долгое время, но в итоге AMD выиграла дело, и семейство процессоров AMD Am386 таки увидело свет. В линейку входили клоны как процессоров 386DX, так и 386SX. Топовая модель — Am386DX — получила тактовую частоту 40 МГц, то есть на 7 МГц больше, чем у самой производительной модификации Intel! Производительность такого процессора находилась на уровне уже выпущенного к тому времени кристалла следующего поколения от Intel —
i486. При этом стоимость решения AMD была намного ниже, чем моделей Intel. Благодаря выгодному сочетанию цены и скорости процессор нашел применение во многих настольных системах.
Процессор AMD Am386DX
Что касается клона 386SX — модели Am386SX, — то она была не столько обычной копией, сколько переработанной версией «интеловского» кристалла. Так, чип производился по более тонкому 0,8-мкм техпроцессу и использовал статическое ядро, которое позволило добиться энергоэффективной работы процессора. В среднем Am386SX был на 35% экономичнее, нежели оригинальный 386SX. И даже экономичнее, чем разработанный специально для портативных устройств процессор 386SL. При этом тактовые частоты Am386SX были, как правило, выше, чем у 386SX (максимальная тактовая частота составляла 40 МГц).
Кстати, несмотря на то, что Am386SX является клоном «интеловского» чипа, он считается первой самостоятельной разработкой AMD. Да и после запуска линейки Am386 AMD по праву стали считать одним из конкурентов Intel.
Процессор AMD Am386SX
Свое применение в лэптопах и недорогих настольных системах получили клоны i386, произведенные компанией Cyrix. Линейка «камней» состояла из двух моделей: 486SLC и 486DLC. Несмотря на индекс в названии, процессоры были копиями 386SX и 386DX соответственно. Тем не менее нужно отметить, что решения Cyrix получили поддержку набора инструкций i486. Интересной архитектурной особенностью линейки стало наличие кэш-памяти первого уровня объемом 1-8 Кбайт. Что касается тактовой частоты процессоров, то ее максимальный показатель составлял 40 МГц, как и в случае с AMD Am386. При этом энергопотребление Cx486 находилось на очень низком уровне. Процессоры не смогли составить достойной конкуренции линейке AMD. С течением времени Intel снижала цены на свою продукцию, и i486 удалось окончательно вытеснить кристаллы Cyrix.
Процессор Cyrix 486DLC
Не осталась в стороне от производства клонов и компания IBM. В 1991 году она представила процессоры 386SLC и 386DLC, которые были клонами 386SX и 386DX, соответственно. Они использовались в настольных компьютерах IBM PS/2 и PS/ValuePoint, а также в лэптопе IBM ThinkPad.
Лэптоп IBM ThinkPad
Помимо вышеперечисленных моделей, Intel выпустила процессоры для встраиваемых систем: 80376 и 386EX. Первый кристалл увидел свет в январе 1989 года. От 386SX он отличался отсутствием поддержки реального режима работы («камень» работал только в защищенном режиме) и процесса замещения страниц в блоке управления памятью. Тактовая частота 376-го составляла 16/20 МГц.
Через 5 лет на смену 80376 пришел 386EX. Процессор поддерживал 26-битную адресацию памяти, имел статическое ядро, которое обеспечивало высокую энергоэффективность, и множество периферийных устройств: например, счетчики, таймеры и контроллер прерываний. В основном 386EX использовался в компьютерных системах различных орбитальных спутников, а также в проекте NASA под названием FlightLinux.
© Олег Коленченко
Для Www.Ferra.Ru.
В начало
