Процессор Intel 386
Процессор 80386 выпускался достаточно долгое время в самых различных модификациях. Первая версия процессора имела тактовую частоту 16 МГц, выполняя от 5 до 6 млн. операций в секунду. В 1987 г. тактовая частота увеличилась до 20 МГц (от 6 до 7 млн. операций в секунду). Планка в 25 МГц была взята в 1988 г. (8,5 млн. операций в секунду). Дальнейшее улучшение технологии позволило в 1989 г. достичь частоты в 33 МГц (11,4 млн. операций в секунду).
Количество транзисторов в процессоре 80386 достигло рекордной для того времени величины - 275 000 (вначале использовалась технология 1,5 мкм, а в дальнейшем - 1 мкм).
С помощью нового процессора стало возможным адресовать 4 Гбайт памяти, а размеры виртуальной памяти достигли 64 Тбайт (терабайт). В 1985 г. такие возможности были просто ошеломляющи, но посмотрите на свой персональный компьютер - сегодня винчестер в 4 Гбайт явно маловат для мультимедийных применений!
Процессор 80386 выпускался не только корпорацией Intel, но и многими другими фирмами в самых разных модификациях. Например, наиболее популярным вариантом корпуса стал пластмассовый с планарными выводами, которые припаивались к материнской плате, что не допускало смены процессора. А компьютеры с таким типом процессора, которые до сих пор с успехом используются, имеют тактовые частоты 33 и 40 МГц. Заметим, что для промышленных компьютеров даже сейчас выпускаются не только процессоры 386, но и 16-разрядные 8088 и 80286.
Несмотря на тщательность проработки конструкции, к великому сожалению, в первых версиях процессора Intel 386 содержалась ошибка, касающаяся выполнения 32-разрядных арифметических операций. Поэтому на корпуса процессоров, которые неправильно функционируют в 32-разрядном режиме, нанесена маркировка "16 bit operations only". To есть такие процессоры могут правильно выполнять только программы, работающие в 16-разрядном режиме, а, например, установить Windows 95 на компьютер с таким процессором не удастся.
Так как многие возможности Intel 386 довольно долгое время были не востребованы широким кругом пользователей, то для уменьшения цены на компьютеры в 1988 г. был выпущен процессор, который маркировался суффиксом SX. Процессор Intel 386SX, как и 8088, обладал сокращенной в два раза шиной данных, а для адресации ячеек памяти использовалось всего 24 разряда вместо 32-х. После выхода Intel 386SX полноразрядные варианты стали носить название Intel 386DX.
Для портативных компьютеров в 1990 г. был выпущен процессор Intel 386SL. Он полностью повторял основные технические характеристики Intel 386SX. Для целей энергосбережения использовались технические решения, которые позволяли отключать неиспользуемые внутренние блоки. Кроме того, в архитектуру процессора включили кэш-память и средства управления памятью. Количество транзисторов в процессоре увеличилось до 855 000 (технология 1 мкм).

Компьютер PS/2

Накал конкурентной борьбы заставил разработчиков IВМ в конечном счете отказаться от принципа "открытой архитектуры". Новое семейство моделей ПК IВМ получило название РS/2 (Рersonal System 2 -- "персональная система/2"). Она абсолютно несовместима с первым поколением на аппаратном уровне, но сохраняет совместимость на уровне программного обеспечения. В модели РS/2 фирма IВМ заявила о своем переходе на новую шинную архитектуру -- микроканальную (Мiсrо Сhannel Аrchitecture, МСА). Это позволило отгородиться от сторонних производителей, но ограничило потребителей в выборе: все дополнительные устройства для этих ПК выпускает только сама IВМ; другие фирмы ее практически не поддерживают.

Первые модели семейства РS/2 использовали микропроцессор Intel 80286 и фактически копировали ПК АТ, но на базе иной архитектуры. Затем IВМ начала использовать микропроцессор Intel 80386 и даже Intel 80486.

Компьютер ПК 386

Новая модель ПК на базе очередном поколения микропроцессоров Intel 80386 (ПК 386) била впервые разработана уже не IВМ, а фирмой Соmpaq. Этот ПК может работать в реально многозадачном и многопользовательском режиме. С некоторым запозданием IВМ выпустила компьютер такого класса как новую модель семейства РS/2.

В делом, надежды фирмы IВМ, возлагавшиеся на концепцию новой архитектуры РS/2 -- так называемую микроканальную (кстати, действительно более прогрессивную в смысле скорости обмена данными), - пока коммерчески не оправдались. Пользователи-неспециалисты оказались практичнее профессионалов и не захотели приобретать ПК, новая конструкция которых не поддержана другими производителями дополнительных устройств.

Именно вследствие этого не будем останавливаться здесь на особенностях микроканальной архитектуры ПК второго поколения.

Другие производители (в их числе такие гиганты, как Соmpaq, Zenith, АSТ, Арricot и др.) разработали модели ПК 386 на основе использования прежней архитектуры. С этот момента фирма IВМ, породившая ПК как идеологию, перестала быть его самым популярным производителем. Сотни фирм в десятках стран мира производят модели клона IBМ, включая модель с микропроцессором Intel 80386, причем эти модели раскупаются едва ли не охотнее, чем РS/2 фирмы IВМ. Первое место среди различных вариантов модели ПК 386 (данные 1989 года) занимает микрокомпьютер Соmраq DeskPro/386.

Глава 1 «Почему именно 386 ПК?»

Раньше я думал, что Pentium 1 – самый старый ПК, до которого были только громадные ЭВМ размером со шкаф. Гуляя по радиорынку и зайдя в компьютерную лавку, узнал, что были 486-е. Загорелся покупкой «четвёрки». Через полгода я наткнулся на этот прекрасный сайт и погрузился в изучение музея, в котором представлены 386-е, 206-е и 086-е ПК. Было принято решение собрать 386 ПК, так как он самый старый из IBM-AT. XT (286) покупать не хотелось, так как он очень медленный, однозадачный и самое главное, трудно найти клавиатуру с контроллером. Но сейчас не об этом.
Почему я захотел собрать себе компьютер именно на базе 386 процессора?
Я всегда увлекался играми Dendy, Sega. Постепенно начал находить аналоги Сеговских игр под DOS. На современных ПК, даже на моём Pentium 1 они идут очень быстро, игра «Поле чудес» явный тому пример. Стал искать решение проблемы. На многих форумах писали, что для нормальной работы игр нужно найти очень старый компьютер, старее Pentium 1. Тогда я и задумался, что ж это за зверь такой? Начитавшись форума, понял, что самым оптимальным для моих игровых потребностей нужен именно 386 ПК.

Глава 2 «Как покупал и собирал ПК»

Было это в начале 2009 года. Как обычно, в субботу я отправился на радиорынок. Зайдя в компьютерную лавку, спрашиваю:
- Есть ли ПК на базе 386 процессора?
- Должны быть. Обратитесь к Андрею.
Обратился к Андрею. Через пять минут из-под прилавка была вытащена материнская плата с мобильным процессором AMD 386SX–40

И два кулька планок памяти (SIMM 30 pin). Посмотрел Андрюша на кульки и говорит:
- Этот с хорошей памятью, а этот с битой. Держи 4 планки по 1МБ из хорошего кулька.
Я говорю:
- Мне нужен винчестер, звуковая карта.
- Сейчас найдём.
Порывшись ещё несколько минут на прилавке появились: винчестер на 160 МБ, мультикарта и звуковая карта.

У Вас корпус для ПК есть?
- Нет. БП нужен?
- Да, нужен.
- С вас 200 рублей.
После проверки компьютера я, расплатившись, ушёл очень довольный своей покупкой.
Осталось достать DIN клавиатуру E5XKBM10140

Наименование клавиатуры

И COM мышку EW4ESM-S3101 фирмы Mitsumi.

У преподавателя в колледже, в котором я учился, много старых ПК. У него была куплена клавиатура E5XKBM10140 за 100 рублей, мышь EW4ESM-S3101 подарена. Коврик для шариковой мышки подарила родственница.
В следующую субботу я приступил к сборке. Всё, кроме винчестера, запустилось. Долго пытался реанимировать HDD, но ничего не вышло. Пришлось купить новый. Взял Caviar 2635 на 639,9 МБ.

Наконец-то винчестер определился в системе! Пользоваться компьютером было ужасно неудобно (корпуса не было, вместо монитора ЖК телевизор). Посему продолжил поиски монитора и корпуса. Отправился в воскресенье в магазин старых компьютеров, где был найден CD-ROM LG GCR-8523B

За 50 рублей и монитор 14" за 20 рублей. При проверке у него запищал строчный трансформатор. Обещали починить за 700 рублей.
Через неделю прихожу в магазин по поводу монитора, говорят, что не собираются чинить его. Не стал я с ремонтниками ругаться, развернулся и ушёл.
По поводу корпуса и монитора решил узнать у заместителя директора колледжа. Он с большим удовольствием отдал мне последний горизонтальный корпус с условием, что все внутренности останутся у него. Быстренько разобрав системник, утянул корпус. Целый вечер собирал ПК, пользоваться стало намного удобнее.
Ещё два месяца я ходил к заместителю директора, так как ему было некогда сходить в подвал за монитором. Наконец-то мне вручили монитор SAMSUNG SincMaster 3NE со словами «забирай, должен быть рабочим». Забрал. С замиранием сердца подключил монитор к ПК, придя домой. О чудо! Он заработал!
На одной из пар в университете преподаватель полез в шкаф за книжкой. Из шкафа выпала дискета 5,25’. Я поднял дискету, пока он искал книгу. На перемене попросил разрешения забрать дискету. Из шкафа были извлечены две коробочки и торжественно вручены мне.
Так как дисковода 5,25" у меня не было, я отправился на радиорынок за ним. Был куплен за 50 рублей сдвоенный (3,5’ и 5,25’ в одном корпусе). Также купил сопроцессор с частотой 40МГц 1990 года за 50 рублей.

Сопроцессор

В добавок ко всему подарили защитный экран для монитора.
Теперь компьютер был полностью собран, но его пришлось разобрать для припайки разъёма под батарейку. После окончательной сборки с батарейкой замечательно сохранились настройки Биоса.
Всё прекрасно работало с загрузочной дискеты MS-DOS 6.22.
На следующий день, возвращаясь домой, около мусорного бака увидел компьютерные колонки в идеальном состоянии.

Докупил к ним БП за 150 рублей, и у компьютера появился звук.
Забил системник железками полностью. При покупке подарили модем, сделанный в Канаде. Докупил сетевую карту 3Com за 50 рублей.

Осталось поставить систему и программы…

Глава 3 «Как я настраивал ПК»

MS-DOS 6.22 установился замечательно с первого раза. Так как команд я на тот момент не знал и с DOS дело имел впервые, было принято решение установить русский Norton Commander. Установил. Запустил с дискеты игру «Поле чудес», обрадовавшись тому, что игра не «летает», а работает в нормальном режиме. Целый вечер играл. Для полного счастья не хватало только Windows 3.11, о котором очень долго мечтал.
Начал устанавливать 3.11, а он не ставится, выдаёт ошибку. Какую точно - уже не помню, но что-то с памятью. Я не сильно разбирался в ПК на тот момент, подумал, что «кривой» установочный Windows. Много раз его переустанавливал, даже пробовал 95-ый ставить. Всё равно до конца установки не доходило, вылезала ошибка. Мама и папа уверяли меня, что это старый ПК, от которого толку ноль и работать он уже никогда не будет. Я решил доказать, что «старичок» может прекрасно работать. Понёс системник на радиорынок продавцу и любителю старых ПК Андрею. Андрей был сильно удивлён после моей просьбы установить Windows 3.11 и объяснить, что значит данная ошибка. Сказал ему, что скорее всего виноваты планки памяти ПК, на что он заверил меня, что планки SIMM 30 pin никогда не ломаются и проблема в другом. В чём именно, Андрей так и не разобрался.
Придя домой завёл на «Полигоне призраков» тему с описанием моей проблемы. Посоветовали записать на дискету Memtest и проверить память.
После запуска программы через несколько секунд всё окно было в ошибках и красным. Обрадовался, что разобрался с проблемой.
Сразу же отправился в магазин старых компьютеров, где приобрёл 4 последние планки памяти за 40 рублей.
Приехав домой, установил их и запустил Memtest. Тест был завершён с положительным результатом, ни одной ошибки.
Приступил к установке Windows 3.11. Через час уже раскладывал пасьянс «Косынка». Windows замечательно установился с первого раза! После установки драйверов на звуковую карту ПК запел. Этого мне оказалось мало. Было принято решение «напичкать» «старичка» программами. На данный момент установлены:
Microsoft Word 6.0
Microsoft Excel 5.0a
Microsoft Visio
Adobe Reader 3.0

Глава 4 «Заключение»

В настоящее время ПК прекрасно работает, используется как игровая станция и печатная машинка с матричным принтером Epson LQ 100+/PC2 (http://support.epson.ru/product.asp?product=150), найденным вместе с колонками около мусорного бака.

Обсудить статью в специально созданной

Спустя три года после выхода Intel 80286 свет увидел его последователь - кристалл с индексом 80386. «Триста восемьдесят шестой» стал первым 32-разрядным процессором американской компании. 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.

Процессор Intel i386

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» (ΣΣ).

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.

Intel i486

При разработке процессоров следующего (читай - четвертого) поколения инженеры Intel столкнулись с серьезными проблемами. Предыдущее поколение интегральных схем достигло потолка производительности, а размещать еще большее количество транзисторов на той же площади не позволяли используемые в то время технологии. Разработчикам ничего не оставалось, кроме как переработать существующую архитектуру, а точнее, дополнить ее. Так, процессоры i486 впервые обзавелись такими компонентами, как кэш-память, конвейер, встроенный сопроцессор и коэффициент умножения (множитель). Благодаря им новое поколение CPU стало быстрее своих предшественников. Но обо всем по порядку.

«Что такое кэш-память?» - наши читатели прекрасно знают ответ на этот вопрос. Она располагается «между» процессором и оперативной памятью и хранит копии самых часто используемых данных из основной памяти. Время доступа к ней намного меньше, чем к основной памяти. Поэтому, когда необходимые данные содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти значительно уменьшается. Процессор i486 получил кэш-память объемом 8 Кбайт. Первые 486-е процессоры работали с кэшем по принципу сквозной записи (Write Through), то есть данные всегда записывались в основную память, даже если они уже присутствовали в кэше. Затем «камни» научились работать с кэшем с помощью функции обратной записи (Write Back). При использовании этого принципа (при наличии их копии в кэше) записывались только в кэш-память, запись в оперативную память не производилась. Процессоры i486 также работали с так называемым внешним кэшем, который располагался на материнской плате. Его объем на то время составлял от 256 Кбайт до 512 Кбайт.

Один из процессоров семейства i486

Наличие кэш-памяти 1-го уровня значительно усложнило сам чип. Процессор i486 содержал почти 1,2 млн транзисторов. Около половины из них приходилось именно на кэш-память. Сложность чипа стала причиной его высокого энергопотребления и тепловыделения. Так, в системах, использовавших i486, впервые стало применяться активное охлаждение. Вдобавок к этому сложность процессора стала причиной увеличения брака при производстве. Следовательно, из-за этого повысилась и себестоимость устройства.

Также в процессорах i486 появились вычислительные конвейеры, суть работы которых заключается в разделении обработки компьютерной инструкции на последовательность независимых стадий с сохранением результатов в конце каждой стадии. Что-то подобное было реализовано еще в Zilog Z8000. Конвейер i486 состоял из пяти ступеней: выборка, декодирование, декодирование адресов операндов, выполнение команды, запись результата выполнения инструкции. Появление конвейеров не только увеличило быстродействие, но и в какой-то степени упростило процессорную архитектуру. Также стоит отметить, что появление конвейеров благоприятно сказалось на разгонном потенциале CPU.

Что касается сопроцессора (FPU, Floating-Point Unit, модуль операций с плавающей запятой), то он представлял собой модуль, помогающий выполнять математические операции над вещественными числами. В i486 он был встроен в сам чип. Однако не все кристаллы четвертого поколения имели интегрированный FPU.

Коэффициенты умножения появились отнюдь не в первых процессорах i486. Модели 486SX и 486DX обходились без него и работали на частоте системной шины. Поддержка множителя появилась лишь в кристалле 486DX2. При частоте системной шины 33 МГц тактовая частота самого процессора составляла 66 МГц. То есть множитель равнялся двум. В 486DX4 коэффициент умножения был увеличен до трех. Вместе с введением множителей появился оверклокинг.

Процессор i486DX

Как и в случае с третьим поколением, изначально Intel вывела на рынок только две модели: 486SX и 486DX. Как мы уже говорили, единственным различием между этими процессорами стало отсутствие встроенного FPU. В остальном кристаллы были полностью идентичны. Кстати, из-за большого процента брака при производстве некоторые модели 486SX представляли собой 486DX с неисправным сопроцессором. Таким образом Intel пыталась сократить издержки производства. Чипы производились по 1-мкм техпроцессу, а чуть позже и по 0,8-мкм технормам. Тактовая частота обеих моделей варьировалась от 25 до 50 МГц. Максимальное энергопотребление достигало отметки в 5 Вт.

Процессор Intel i486SX

Несмотря на то, что Intel все активнее защищала свои разработки патентами, на рынке появилось немало клонов i486. Производством копий занимались AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments и другие.

Основу линейки клонов AMD Am486 составляли модели Am486SX и Am486DX. Процессоры производились по более тонкому 0,7-мкм техпроцессу, а затем в соответствии с 0,5-мкм и 0,35-мкм технологическими нормами. Технически Am486SX и Am486DX были полными аналогами кристаллов Intel. Процессоры, не использовавшие множители, имели частоты от 25 до 40 МГц, а «камни» с коэффициентом умножения работали на тактовой частоте от 66 до 100 МГц.

В 1995 году AMD представила самый быстрый i486-совместимый процессор под названием Am5x86. Кристалл производился по 350-нм техпроцессу и имел 1,6 млн транзисторов. Объем кэш-памяти 1-го уровня был увеличен до 16 Кбайт, а коэффициент умножения был равен 4. Процессор работал с шиной с частотой 33 МГц, то есть тактовая частота самого кристалла составляла 133 МГц. По производительности Am5x86 был сопоставим с процессором Pentium с частотой 75 МГц. Am5x86 был топовым решением AMD до выхода новых процессоров поколения K5.

Процессор-клон от компании AMD

Клоны i486, производимые другими компаниями, ничем особенным не отличались. Они архитектурно повторяли оригинал и, естественно, имели такую же производительность.

Motorola 68020, 68030, 68040

В 1984 году, за несколько месяцев до появления i386, Motorola выпустила свой первый полностью 32-битный чип 68020. Процессор производился по 2-мкм техпроцессу и насчитывал 190 000 транзисторов. Его тактовая частота составляла от 12 до 33 МГц. В сравнении с предшественником 68010 новый процессор получил множество улучшений. Прежде всего, нужно отметить, что «двадцатый» работал с полноценными 32-битными внешними шинами данных и адресов, а также поддерживал новые инструкции и режимы адресации. При этом время выполнения некоторых инструкций было сокращено. Также 68020 стал первым процессором в линейке Motorola 68k со встроенной кэш-памятью первого уровня. Правда, ее объем составлял всего 256 байт. Увы, 68020 не имел встроенного FPU, хотя интерфейс кристалла обеспечивал поддержку до 8 сопроцессоров. Что касается производительности, то при частоте 33 МГц результат составил 5,36 млн инструкций в секунду.

Главной областью применения процессора вновь стали компьютеры Apple: Macintosh II и Macintosh LC. Помимо этого, Motorola 68020 также «прописался» в системах Sun 3, Hewlett-Packard 8711, Sinclair QL и Alpha Microsystems AM-2000.

Компьютер Macintosh LC

Одновременно Motorola представила «урезанный» вариант процессора под названием 68EC020. Так, кристалл обладал 24-битной адресной шиной и поэтому умел адресовать лишь до 16 Мбайт памяти. Kodak и Apple применяли его в своих принтерах, а Commodore - в компьютерах Amiga 1200 и игровых консолях CD32.

В 1987 году в продаже появился следующий процессор компании Motorola - 68030. Он был полностью 32-разрядным. Шина данных в 68030 стала динамической, она могла функционировать в 8-, 16- и 32-битных режимах. Также появился синхронный режим работы шины данных и адресной шины, что увеличило скорость передачи данных. Производительность процессора возросла и за счет дополнительных 256 байт кэш-памяти первого уровня, сокращения времени доступа к кэшу инструкций и добавления блока управления памятью. Как и в случае с моделью 68020, «тридцатый» не имел встроенного сопроцессора. Что касается технических характеристик, то они во многом совпадали с таковыми у предшественника. Тактовая частота процессора варьировалась от 16 МГц до 50 МГц. Во втором случае производительность «камня» составляла порядка 18 миллионов инструкций в секунду.

Процессор Motorola 68030

68030 применялся всё в тех же компьютерах Apple Macintosh II и Commodore Amiga, а также в системах Next Cube, Sun 3/80, Atari TT и Atari Falcon. Была выпущена и урезанная версия процессора под названием 68EC030.

Процессор Motorola 68040, который стал доступен в 1990 году, привнес намного больше архитектурных изменений, нежели его предшественники. Так, впервые появился встроенный сопроцессор. В «сороковом» сохранилась поддержка блока управления памятью, который появился в предыдущем поколении «камней». Объем кэша-памяти инструкций и кэш-памяти данных был увеличен до 4 Кбайт каждый. Принцип работы процессора основывался на вычислительных конвейерах, которые состояли из шести стадий.

С появлением встроенного сопроцессора и увеличением объема кэш-памяти чип значительно усложнился. При одинаковой частоте производительность модели 68040 превышала скорость CPU прошлых поколений более чем в четыре раза. При этом кристалл сильно грелся, причем разработчики так и не смогли решить эту проблему. Отсюда тактовая частота процессора никогда не превышала отметки 40 МГц, хотя у самой Motorola были планы по запуску 50-мегагерцовой версии.

3.1. Процессоры 386/387

Процессор Intel386, выпущенный в 1985 году, был первым 32-разрядным про-цессором. Он имел 32-битные раздельные шины адреса и данных с возмож-ностью динамического управления конвейерной адресацией и разрядностью (16/32) шины данных. Позже, Е 1988 году, фирмой Intel был выпущен вариант процессора Intel386™SX с 16-разрядной шиной данных и 24-разрядной шиной адреса, а полноразрядный вариант получил официальное название Intel386™ DX. Как и в случае с 8088, это было сделано с целью удешевления компьютера, собранного на базе данного процессора. Это удешевление, конечно же, обернулось и снижением производительности компьютера примерно в пол-тора раза по сравнению с использованием DX на той же тактовой частоте. Процессоры Intel386™SX и Intel386™DX отличаются только внешней шиной данных и адреса, их программные модели идентичны. В 1990 году появился процессор Intel386™SL со средствами управления энергопотреблением, разрабо-танный специально для портативных компьютеров. В комплекте с 386SL выпус-калась БИС 82360SL, содержащая набор PC-периферии, контроллер сигналов шины ISA, контроллер динамической памяти и контроллер внешнего кэша раз-мером 16-64 Кб с архитектурой прямого отображения либо 2- или 4-канальной наборно-ассоциативной архитектурой.

В дальнейшем описании для краткости эти процессоры будем обозначать как 386-й, добавляя суффиксы SX, DX или SL при необходимости подчеркнуть различия.

Внутренняя очередь команд процессора 386 имеет размер 16 байт. Число тактов, требуемое для выполнения инструкций, примерно такое же, как и у 80286. Предусмотрена возможность использования математического сопроцессо-ра Intel387, программно совместимого с 8087 и 80287. Возможно и использова-ние сопроцессора 80287, но его производительность ниже.

С появлением процессора 386 в PC стало возможным более эффективно использовать память и начал широко применяться защищенный режим. Некото-рые процессоры первых выпусков не обеспечивали полную работоспособность в 32-разрядном режиме, о чем должна была свидетельствовать маркировка "16 bit operations only". Попытка установить на компьютер с таким процессором 32-раз-рядную ОС обречена на неудачу (при установке Windows 95 будет сообщение об ошибке "В1"). Однако подавляющее большинство процессоров 386 полнос-тью отвечает спецификациям 32-разрядных процессоров, приведенным выше.

3.2. Интерфейс процессоров 386DX и 386SX

Процессоры 386DX выпускались в корпусах PGA и PQFP (рис. 5 и 6 и табл. 6). Их интерфейс отличается от 8086 применением раздельных шин адреса и данных, конвейерной адресации, а также составом и назначением управляющих сигналов. По сравнению с интерфейсом 80286 появилась возможность динамического управления разрядностью шины данных и конвейеризацией адреса, изменился состав управляющих сигналов, назначение которых стало более отчетливым.

Рис. 5. Расположение выводов процессора 386 DX в корпусе PGA.

Процессоры 386SX выпускались в 100-выводном корпусе PQFP (рис. 6). Их интерфейс почти совпадает с DX, различия касаются разрядности шин адреса и данных (см. табл. 6 и 7).

Рис. 6. Расположение выводов процессоров 386 DX и 386SX в корпусе PQFP .

Таблица 6. Расположение выводов процессоров 386

Таблица 7. Назначение сигналов процессора 386