80386dx тактовая частота шины

Не в пример 80286, который был, по-видимому, предназначен удивить мир без DOS, следующее детище Intel — микропроцессор 80386 развязал руки к использованию DOS и шестнадцатимиллиардному программному обеспечению, разработанному на нем. Intel 80386 был создан в 1985 году. Его создатели учли тяжелые уроки 80286 и мечты программистов. У него была выше тактовая частота, большая производительность. И в целом он был более универсален, чем все его предшественники. Он имел черты 8088, 8086 и 80286, опережая всех их по своим характеристикам. После появления Intel 80386 чип 80286 смотрелся как тупиковая ветвь — но слишком поздно. Дело в том, что некоторые потребители Intel начали дорабатывать недостатки Intel 80286 даже раньше, чем Intel 8086, так как в разработке идеи 80286 использовалась база 8080, хотя, может быть, чуть амбициозно. 8086 появился в результате переосмысления целей разработки. Только позже оригинальные идеи были воплощены в 80286. Напротив, Intel 80386 был создан при полной ясности всех требований, предъявляемых к микропроцессорам и компьютерам. Intel 80386 имел все положительные качества своих предшественников. Все микрокоды (последовательность бит, воспринимаемых как команду по реализации какой-либо функции) его предшественника Intel 80286 входили в множество микрокоманд 80386. Поэтому старое программное обеспечение могло использоваться с Intel 80386. Но вместе с тем, Intel 80386 был снабжен дополнительными качествами. Особенно привлекала возможность работать без ограничений, связанных с сегментацией памяти.

32-битные мощности

Первое и наиболее существенное. Intel 80386 был мощнее своих предшественников. Размеры его регистров шины данных были удвоены до 32 бит. Информация передавалась и обрабатывалась в два раза быстрее, чем у 16-битного 80286 микропроцессора.

Увеличение тактовой частоты

С самого начала разработчики Intel 80386 поставили перед собой цель создать быстрый чип. При его создании использовалась CHMOS- технология. Первые 80386 чипы начали работать с наивысшей частотой, достигнутой 80286 — 12,5 Мгц и 16 Мгц. Затем появилась двадцатимегагерцевая модель. В 1988 году предел был отодвинут до 25 Мгц. А вскоре и до 32 Мгц.

Температурное ограничение

Запомните, что многие производители компьютеров часто выходят за пределы рабочего диапазона, устанавливаемого разработчиком. Эта тактика возможна, хотя могут проявляться некоторые различия в работе микросхем при их работе с различными тактовыми частотами. Но самой большой проблемой является тепло. Большая скорость приводит к рассеиванию большого количества тепла цепями компьютера. Даже маломощные CMOS-микросхемы греются. Более быстрая работа требует дополнительных мощностей, а следовательно, растет количество рассеиваемого тепла. Тепло является самым страшным врагом полупроводниковых схем. Оно может уменьшить их надежность или даже уничтожить их. Маленькое увеличение тактовой частоты может привести к существенному и даже удивительному увеличению температуры микросхем. Работа микропроцессора за диапазоном его паспортной частоты может привести к увеличению вероятности возникновения ошибок и даже к его поломке. Тепло разрушает контакт выводов с кристаллом. Помогает охлаждение микросхем, позволяющее рассеивать тепло и увеличивать надежность на больших частотах.

Улучшение архитектуры памяти

С увеличением шины данных у Intel 80386 до 32 бит число адресных линий было также увеличено до 32 бит. Само по себе это расширение позволило микропроцессору обращаться прямо к 4 Ггб физической памяти. Кроме того, он мог работать с 16-ю триллионами байт виртуальной памяти. Микропроцессор имел все необходимые цепи для работы с этой огромной памятью. Огромное преимущество давал 80386 способ организации его памяти. К ней можно было обращаться, как к одному большому полю, доступному для программ. То есть структуры данных и программы могли быть объемом в целую память. Разделение памяти на сегменты возможно, но не обязательно. Сегменты, однако, произвольны и не ограничиваются по 64 К. Они могут быть виртуально произвольного размера, необходимого программисту или программе. (Но не более 4 Ггб, что не является существенным ограничением). Кроме того, 80386 снабжен 16 байтами сверхоперативной кеш-памяти. Это специально встроенное поле памяти используется для хранения нескольких следующих команд микропроцессора. Независимо от производимых микропроцессором расчетов, специальная схема загружает код программного обеспечения в эту память, прежде чем в этом коде появится необходимость. Эта небольшая кеш-память помогает чипу работать более проворно без задержек, связанных с ожиданием загрузки очередной команды из оперативной памяти.

Многорежимность

Для того, чтобы обеспечить совместимость с предыдущими микропроцессорами и с огромной библиотекой DOS-программ Intel 80386 был разработан таким образом, чтобы быть как можно больше похожим на 8086 и 80286. Как и его предшественники, Intel 80386 позволял работать в защищенном режиме с ограничением по адресуемой пямяти в 1 Мгб. В этом режиме он загружал и выполнял все программы, разработанные на микропроцессоре предшествующих поколений. С реального режима Intel 80386 мог быть переведен в защищенный режим, где он функционировал подобно 80286, за исключением объема памяти. В этом режиме в распоряжении программиста было больше памяти, и он мог более гибко манипулировать ею, потому что мог изменять размеры сегмента. В противоположность Intel 80286 — 80386 мог переходить из одного режима в другой без перезагрузки машины, посредством команд программного обеспечения.

В сопровождении DOS

Новый режим, названный виртуальным режимом 8086 (Virtual 8086 mode), давал Intel 80386 особенно большие свободы по использованию DOS. В этом режиме этот процессор работал не как один 8086, а как неограниченное их количество в одно и то же время. Этот режим позволял процессору разбивать память на множество виртуальных машин, каждая из которых работала так, как будто она была отдельным компьютером на 8086 чипе. Каждая из этих виртуальных машин могла запускать свою собственную программу, которая была полностью изолирована от всех остальных. Это означало, что вы можете одновременно выполнять несколько DOS-программ на одном компьютере. Вне экзотической архитектуры Intel 80386 такая система была очень сложной и капризной, кроме того, требовалось, чтобы программное обеспечение таких систем было специально написано по определенным стандартам, удовлетворяющим требованиям многозадачного режима. Intel 80386 делал реализацию программного обеспечения многозадачного режима почти тривиальной, потому что вся самая тяжелая работа выполнялась на уровне технического обеспечения. Готовые DOS-программы выполнялись на Intel 80386 в многозадачной среде без всяких доработок. Intel 80386 является великолепным микропроцессором, и вы вправе надеяться найти его в каждом персональном компьютере. Использование более старого чипа можно рассматривать, как шаг назад. И действительно, существуют только две причины, почему используются другие чипы. Одна из них — стоимость. Сразу после презентации Intel 80386 его стоимость превышала 500$, тогда как 8086 стоил в некоторых случаях даже меньше 10$. То есть вы могли купить целый компьютер за ту же цену, что и один 80386. Частично такой высокой цене способствовала Intel, которая не продавала лицензию на производство 80386 другим компаниям (за исключением IBM). В таких условиях Intel могла диктовать свои условия на рынке, регулируя спрос и предложения количеством выпускаемых чипов. Очевидно, что компьютер на Intel 80386 будет более дорогим по сравнению с другими, реализованными на других микропроцессорах.

Читайте также: Износ шины что делать

Первородный грех

Intel 80386 имел наиболее болезненную историю своего внедрения по сравнению с другими микропроцессорами. Вскоре после его создания были обнаружены ошибки, связанные с его работой при выполнении 32-битных математических операций. Эта проблема не была выявлена в первых PC-совместимых компьютерах, реализованных на этом чипе, потому что DOS использует только 16-битные операции. Ошибки всплыли только после того, когда 80386 стал работать в 32-битных режимах. Ошибки были быстро обнаружены и исправлены. Микросхемы, выпущенные после апреля 1987 года, не имеют описанных проблем. По решению фирмы все доработанные чипы маркировались двойным символом сигма (см.рисунок 4.1). Некоторые, но не все ранее выпущенные микропроцессоры, были промаркированы «только для 16-битных операций». Это говорило о том, что данные микросхемы могут работать со всеми 16-битными версиями DOS (вплоть до версии 3.3), а также с OS/2 (версии 1.0 и 1.1), которые не используют 32-битную математику.

80386SX

Какую модификацию 80386 микропроцессора лучше использовать— зависит от того, что вы хотите получить от этого чипа. Для некоторых самое главное — это производительность. Многие пользователи хотят через дополнительное число распечатанных листов, дополнительных объемов хранимой информации и перерасчетов заработать больше денег. Для таких людей 32-битный чип необходим. Других привлекает Intel 80386 своими многопользовательными и многозадачными возможностями. Виртуальный режим 8086 сам по себе стоит дополнительных денег за кремний 80386, а дополнительные возможности по работе с памятью делают его еще более привлекательным. Хотя некоторым пользователям такие сверхвозможности ни к чему. Они работают с 16-битным программным обеспечением, базирующемся на DOS и OS/2 (версия 1.0или1.1).

Последний компромисс

Для последних Intel разработал компромиссный вариант Intel 80386SX, который имел меньшую мощность, но обладал всеми остальными привлекательными сторонами 80386. Точно так же, как 8088 произошел из 8086, с целью перехода к меньшеразрядным и более дешевым устройствам, Intel 80386SX является младшим братом 80386. Внутренне 80368SX почти полностью идентичен своему старшему брату. У него 32-битные регистры, и он может работать в тех же режимах. Существуют две главные отличительные черты между этими чипами. Intel 80386SX соединяется с 16-битной шиной, а следовательно, его внутренние регистры заполняются за два шага. И этот микропроцессор дешевле почти на 100$, что привлекает экономных людей. Но Intel 80386SX нельзя назвать медленным. Он работает на 16 Мгц, что почти на 33% быстрее чем самый быстрый 80286. Увеличение скорости происходит также в связи с увеличением размеров внутренней архитектуры, что дает возможность в два раза быстрее выполнять микропроцессорные команды. Кроме того, Intel 80386SX воспринимает все 32-битные команды 80386. А поэтому он точно так же, как и его старший брат, совместим с 16-битными и 8-битными микрокомандами Intel — микропроцессоров предыдущих поколений.

Краткая история

Молва о создании 80386SX опередила его производство. Правда, он был известен под кодовым именем Р9. Его окончательное название произошло, вероятно, от желания заработать дополнительные деньги на рекламе, сделанной микропроцессором 80386. Р9 являлся разъемосовместимым с Intel 80286. Теоретически этот микропроцессор создавался, чтобы быть заменимым 80386. Однако после завершения работ над 80386SX, это оказалось невозможным.

Различия в подсоединении

Подключение Intel 80386SX отличается от подключения 80286. Эти два чипа не могут заменять друг друга в своих разъемах. Главная причина в том, что 80286 мультиплицирует свои контакты в шине (для некоторых сигналов используется несколько выводов). В Intel 80386SX мультипликация отсутствует. Поэтому для 80386SX используется более простая интерфейсная цепь, чем у 80286. Это также уменьшает стоимость компьютера.

В продолжении

Небольшой адаптер с дополнительными цепями мультипликации может способствовать использованию 80386SX на месте 80286 микропроцессора. Этот недорогой адаптер помогает придать черты 80386 микропроцессора выпущенным ранее компьютерам.

Intel 80386

>
Intel i386DX, 16 МГц
Производство:	1985 к 2007
Режиссер:

• Вариант DX: 132-контактный PGA
• Вариант DX: 132-контактный PQFP
• Вариант SX: 0 88-контактный PGA
• Вариант SX: 100-контактный PQFP

80386 является x86 процессор с 32-битной архитектурой , которая была разработана Intel под торговой маркой i386 (первоначально iAPX 386 ) в качестве преемника 80286 и производится с 1985 по сентябрь 2007 года. 386 позже проект был изготовлен по лицензии AMD и процессоры были проданы в качестве AM386 ; IBM лицензировала i386SX и на его основе разработала улучшенный IBM 386SLC . Несколько компаний разработали собственные совместимые процессоры, например Chips & Technologies , Cyrix или NexGen .

Оглавление

Историческое значение

В 80386 Intel внесла изменения в 32-битную архитектуру ( IA-32 , часто также называемую i386), функции которой по-прежнему доступны во всех последующих моделях до Core i9 (по состоянию на 2019 год) и которые также используются другие производители служат шаблоном для собственных процессоров. В регистрах этого семейства процессоров и адресного пространство архитектуры 32 бита. 80386 до сих пор используется для задач управления (например, в системах телефонных станций), а также в аэрокосмической промышленности.

С 1982 года разработку в Intel возглавлял Джон Кроуфорд .

архитектура

варианты

Всего было четыре варианта этого процессора, которые различались по шине данных и назначению. Производство i386EX как встроенной версии i386SX прекращалось только в 2007 году.

Вариант 80386 — 80386SX . Он имеет только 16-битные внешнюю шину данных и 24-битную широкую в адресной шину , но внутренне сохраняет 32-разрядных микро архитектуры 80386. 24-битная адресная шина ограничивает адресуемую физическую память 386SX до 16 МБ ; Принимая во внимание обычное расширение памяти в основном на максимум 4 МБ в домашнем секторе в начале 1990-х годов, это не было серьезным ограничением, тем более что многие материнские платы 386SX также не допускали расширения памяти на 16 МБ. С точки зрения программиста, не считая ограничения памяти, между 386SX и «настоящим» 80386, который был переименован в 80386DX, чтобы отличить его от младшего брата, практически нет никакой разницы. Из-за уменьшенной ширины шины данных и более низких доступных тактовых частот 386SX обеспечивает значительно более низкую скорость выполнения, чем 386DX.

Читайте также: Джип компас размеры шин

Intel386SL — это версия i386SX для портативных компьютеров. С его помощью был введен режим управления системой (SMM), который может переводить процессор в глубокий сон для экономии энергии.

RapidCad был обновлением технологии 486 для 386 систем. RapidCad состоит из двух микросхем, RapidCad1 и RapidCad2, первый заменяет процессор 80386, а второй — сопроцессор 80387 . RapidCad2 не содержал электроники сопроцессора, а только логику для генерации сигналов внешней шины. Фактический сопроцессор уже был интегрирован в RapidCad1.

По сравнению с системой i386 с сопроцессором i387 RapidCad обеспечил — в зависимости от приложения — умеренное увеличение производительности примерно на 30 процентов; Однако производительность не приблизилась к системе с процессором 80486. Помимо высокой цены, этот факт также стал причиной того, что RapidCad не получил широкого распространения, поэтому сегодня эти два чипа являются желанными предметами коллекционирования.

Сегменты

80386 может напрямую адресовать до 4 ГиБ основной памяти (386SX: 16 МиБ). Логическое адресное пространство составляет 2 46 байтов = 64 ТиБ, что может быть использовано полностью только теоретически. В защищенном режиме процессор использует сегментированную адресацию памяти с 16-битными селекторами и — в зависимости от режима работы — 16- или 32-битными смещениями.

Блок сегментации поддерживает четыре уровня привилегий, которые предназначены для решения следующих задач:

• Ring 0 — для ядра и драйверов устройств
• Кольцо 1 — редко используется для драйверов, которые не требуют неограниченного доступа к оборудованию (например, драйверы файловой системы)
• Ring 2 — для системных услуг
• Ring 3 — для выполнения обычных приложений

Только несколько операционных систем ПК использовали эти четыре уровня привилегий. Обычно (также из-за совместимости с другими архитектурами процессоров, которые имеют только два уровня привилегий) используются только кольцо 0 (для ядра и (базового) драйвера) и кольцо 3 (для всего остального кода).

С точки зрения безопасности, защищенный режим явно превосходит уже сложившуюся модель плоской адресации. Тем не менее, почти все новые операционные системы ПК используют модель «плоской памяти» исключительно для прикладных программ. Это упрощает программирование и может быть перенесено на другие архитектуры процессоров, в которых нет модуля сегментации.

Что касается аппаратного обеспечения, также возможно параллельное использование сегментации и разбиения по страницам. Сначала линейный адрес вычисляется путем сегментации, а затем преобразуется в физический адрес с помощью пейджинга. Без пейджинга линейный адрес соответствует физическому адресу.

При использовании так называемой модели «плоской памяти», в которой сегменты данных, кода и стека отображаются в линейном адресном пространстве 4 ГиБ прикладных программ, память в прикладных программах может быть адресована через простые 32-битные смещения. Это обходит защиту памяти, предлагаемую блоком сегментации. В режиме x64 новых 64-разрядных процессоров, представленных AMD , расширение сегментации не предусматривалось, поэтому можно было использовать только модель с «плоской памятью».

Блок подкачки обеспечивает только относительно простую страничную защиту памяти. Тем временем предпринимаются попытки устранить пробелы в безопасности, связанные с моделью «плоской памяти», с помощью новых аппаратных расширений, таких как NX-Bit (от AMD Athlon 64) или SMEP.

Пейджинг

Для управления теперь служит дополнительный уровень, на котором используются большие страницы памяти размером 4 КиБ (английские страницы памяти). Базовые адреса всех страниц записываются в таблицы страниц. Они хранятся в каталогах страниц с 1024 записями. Таким образом, адресное пространство размером 4 ГиБ делится на страницы 1024 × 1024 по 4 КиБ. Линейный 32-битный адрес можно разделить на три части:

• 12-битное смещение на странице памяти
• 10-битный индекс в таблице страниц
• 10-битный индекс по каталогу страниц

На уровне страницы есть два уровня привилегий:

• Режим супервизора — для операционной системы и драйвера (кольцо 0, 1 и 2)
• Пользовательский режим — для прикладных программ (кольцо 3)

Эквивалент сегментных привилегий указан в скобках.

регистр

Он имеет восемь общих 32-битных регистров, некоторые из которых имеют специальное назначение в связи с различными командами, но в остальном могут свободно использоваться для вычислений и общего обмена данными:

Реестр общего назначения 80386

Есть также другие регистры для управления поведением процессора:

Специальные регистры 80386

💥 Видео