Шина данных процессора intel 8086 равна

Intel 8086 — первый 16-битный процессор компании Intel, выпущенный 8 июня 1978 года. Процессор имел набор команд, который применяется и в современных процессорах, именно от этого процессора берёт своё начало известная на сегодня архитектура x86.

Конкурентами микропроцессора i8086 являются такие разработки, как NEC V30, который был на 5% производительнее i8086, но при этом был полностью с ним совместим. Отечественным аналогом является микропроцессор К1810ВМ86, входивший в серию микросхем К1810.

Оглавление документа

Видео:Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать

Описание

Рынок 8-разрядных микропроцессоров в конце 1970-х был переполнен, и Intel оставляет попытки на нём закрепиться и выпускает первый 16-битный процессор. Процессор i8086 представляет собой модернизированный процессор i8080 и, хотя, разработчики не ставили перед собой цель достичь полной совместимости на программном уровне, большинство программ написанных для i8080 способны выполняться и на i8086. Новый процессор несёт в себе множество изменений, которые позволили значительно (в 10 раз) увеличить производительность по сравнению с предыдущим поколением процессоров.

Регистры

Всего в процессоре i8086 было 14 16-разрядных регистров: 4 регистра общего назначения (AX, BX, CX, DX), 2 индексных регистра (SI, DI), 2 указательных (BP, SP), 4 сегментных регистра (CS, SS, DS, ES), программный счётчик или указатель команды (IP) и регистр флагов (FLAGS, включает в себя 9 флагов). При этом регистры данных (AX, BX, CX, DX) допускали адресацию не только целых регистров, но и их младшей половины (регистры AL, BL, CL, DL) и старшей половины (регистры AH, BH, CH, DH), что позволяло использовать не только новое 16-разрядное ПО, но сохраняло совместимость и со старыми программами (правда, их необходимо было, по крайней мере, перекомпилировать).

Размер шины адреса был увеличен с 16 бит до 20 бит, что позволило адресовать 1 Мбайт (2 20 байт) памяти. Шина данных была 16-разрядной. Однако в микропроцессоре шина данных и шина адреса использовали одни и те же контакты на корпусе. Это привело к тому, что нельзя одновременно подавать на системную шину адреса и данные. Мультиплексирование адресов и данных во времени сокращает число контактов корпуса до 40, но и замедляет скорость передачи данных.

Работа с памятью

Для того чтобы адресовать больший, чем i8080, объём памяти, потребовалось изменить способ адресации памяти. Ведь если использовать старые методы, когда адрес к ячейке памяти содержался в указательных регистрах, то пришлось бы увеличивать размер этих самых регистров, чтобы иметь возможность обращаться к большему объёму памяти. Поэтому для адресации 1 Мбайт памяти применили следующую схему. На шину адреса подавался физический адрес размером 20 бит, который формировался путём сложения содержимого одного из сегментных регистров (16 бит), умноженного на 16, с содержимым указательного регистра: таким образом, адресация ячейки памяти производилась по номеру сегмента и эффективному адресу ячейки в сегменте (называемому также смещением). Если результат сложения оказывался больше, чем 2 20 -1, то 21-й бит отбрасывался; такая процедура называется «заворачиванием» адреса (англ. address wraparound). Этот метод назвали реальным режимом адресации процессора, такой режим позволяет адресовать до 1 Мбайт памяти.

Таким образом, память разделяется на сегменты, размером 64 Кбайт каждый и начинающиеся с адреса, кратного 16 (граница параграфа); память в 1 Мбайт разделялась, таким образом, на 16 сегментов. Эти 16 сегментов называют страницами памяти. В компьютере, подобном IBM PC, последние 6 страниц (A, B, C, D, E, F) памяти (т.н. верхняя память – англ. upper memory) использовались для видеопамяти и BIOS-а, это ограничивало память, доступную пользователю, объёмом в 640 Кбайт (т.н. обычная память – англ. conventional memory; страницы 09).

Читайте также: Шины зимние cordiant snow cross 195 60 r15 92t шипованные

На то время такой режим адресации обеспечивал множество преимуществ: ёмкость памяти могла составлять до 1 Мбайт, хотя команды оперировали 16-битными адресами; упрощалось использование отдельных областей памяти для программы, её данных и стека; упрощалась разработка устройств, совместимых друг с другом.

Система команд

Система команд процессора i8086 состоит из 98 команд (и более 3800 их вариаций): 19 команд передачи данных, 38 команд их обработки, 24 команд перехода и 17 команд управления процессором. Микропроцессор не содержал команды для работы с числами с плавающей запятой. Данная возможность реализовывалась отдельной микросхемой, называемой математический сопроцессор, который устанавливался на материнской плате. Сопроцессор, вовсе не обязательно должен был произвёден Intel (модель i8087), к примеру, некоторые производители микросхем, такие, как Weitek, выпускали более производительные сопроцессоры, чем Intel.

В микропроцессоре i8086 была использована примитивная форма конвейерной обработки. Блок интерфейса с шиной подавал поток команд к исполнительному устройству через 6-байтовую очередь команд. Таким образом, выборка и выполнение новых команд могли происходить одновременно. Это значительно увеличивало пропускную способность процессора и лишало необходимости считывать команды из медленной памяти.

Видео:Внутри CPU: Intel 8086Скачать

Микрокомпьютеры на основе i8086

В персональных компьютерах процессор i8086 практически не использовался из-за дороговизны специализированных микросхем, которые были необходимы для работы процессора. Это поняли и в Intel, в 1979 году она выпускает процессор i8088, у которого шина данных была 8-битной.

Но всё же в некоторых микрокомпьютерах применялся и i8086, одним из таких является Mycron 2000 — первый коммерческий микрокомпьютер на базе i8086. Машина для обработки текстов IBM Displaywriter, Compaq DeskPro и Wang Professional Computer также использовали i8086.

Видео:История CPU Intel 8086Скачать

Реверс-инжиниринг микропроцессора Intel 8086

В июне 1978 года был представлен один из самых влиятельных чипов в полупроводниковой индустрии – Intel 8086. Он положил начало архитектуре х86, которая до сих пор доминирует сегодня в настольных и серверных вычислениях. Давайте заглянем вглубь чипа и разберём внутреннее строение и архитектурные особенности этого микропроцессора.

На фото ниже изображён кристалл процессора Intel 8086. На фото виден металлический слой чипа, скрывающий кремний под ним. По краям матрицы расположены тонкие провода, обеспечивающие соединение между площадками на чипе и внешними контактами. Силовые и заземляющие площадки имеют по два соединительных провода для поддержания более высокого тока. Микросхема была очень сложной для своего времени и содержала 29 тысяч транзисторов. Обратите внимание на маркировку кристалла в самом низу – на ней указан логотип Intel, модель процессора и год изготовления микросхемы.

Кристалл процессора Intel 8086

Для исследования кристалла необходимо аккуратно препарировать процессор. Большинство интегральных схем упакованы в эпоксидную смолу, поэтому для растворения корпуса необходимы опасные кислоты. Чтобы избежать повреждения кристалла был использован 8086 с керамическим корпусом, крышка которого легко открывается, обнажая бесстыдную красоту всех его внутренностей.

На фотографии видна кремниевая матрица, расположенная в центре. Матрица подключена к металлическим контактами микросхемы с помощью крошечных соединительных проводов. Это 40-контактный DIP-корпус, стандартный форм-фактор для микропроцессоров того времени. Обратите внимание, что сама кремниевая матрица занимает небольшую часть размера корпуса.
С помощью металлургического микроскопа были сделаны десятки фотографий матрицы чипа, сшитые в одно изображение высокого разрешения с помощью программы Hugin.

Ниже показана фотография кристалла, на которой были удалены слои металла и поликремния, обнажая лежащий под ними кремний с его 29 000 транзисторов. На чипе обозначены основные функциональные блоки, основанные на реверс-инжиниринге Кена Ширриффа. Левая сторона чипа содержит 16-битный канал передачи данных: регистры чипа и арифметические схемы. Сумматор и верхние регистры образуют модуль интерфейса шины, который взаимодействует с внешней памятью, в то время как нижние регистры и АЛУ образуют исполнительный блок, который обрабатывает данные. Правая сторона чипа имеет схему управления и декодирования команд, а также микрокод ROM, который управляет каждой инструкцией.

Читайте также: Шины для детского электромобиля

Основные функциональные блоки 8086

Одной из особенностей 8086 была предварительная выборка инструкций, которая улучшает производительность, извлекая инструкции из памяти до того, как они будут использованы. Это было реализовано блоком интерфейса шины в левом верхнем углу, который обращался к внешней памяти. Верхние регистры включают в себя сегментные регистры 8086, которые обеспечивают доступ к бОльшему адресному пространству, чем 64 килобайта, разрешенные 16-битным адресом. Для каждого доступа к памяти были добавлены сегментный регистр и смещение памяти, чтобы сформировать конечный адрес памяти. 8086 вместо АЛУ использовал отдельный сумматор для вычисления адресов памяти, что повышало его производительность. Верхние регистры также включают шесть байт буфера предварительной выборки команд и счётчик команд.

В левом нижнем углу микросхемы находится исполнительный блок, который выполняет операции с данными. Нижние регистры включают в себя регистры общего назначения и индексные регистры, такие как указатель стека. 16-разрядный АЛУ выполняет арифметические операции (сложение и вычитание), булевы логические операции и сдвиги. АЛУ не осуществляет умножение или деление; эти операции выполняются через последовательность сдвигов и сложения/вычитания, поэтому они относительно медленны.

Микрокод

Одной из самых сложных частей компьютерного проектирования является создание управляющей логики, которая диктует каждой части процессора что делать, чтобы выполнить определенную команду. В 1951 году Морису Уилксу пришла в голову идея микрокода: вместо построения управляющей логики из сложных схем логических элементов, управляющая логика может быть заменена специальным кодом – микрокодом. Чтобы выполнить инструкцию, компьютер выполняет несколько простых микроинструкций, которые задаются микрокодом. С помощью микрокода построение управляющей логики процессора становится задачей программирования, а не задачей логического проектирования.

Микрокод был обычным явлением в мэйнфреймах 60-х годов, но ранние микропроцессоры, такие как 6502 и Z-80, не использовали микрокод, поскольку не имели места для его хранения. Однако в более поздних процессорах, таких как 8086 и 68000, применяли микрокод, используя преимущество увеличения плотности чипов. Это позволило 8086 реализовать сложные инструкции (такие как умножение и копирование строк), без усложнения схемы. Недостатком было то, что микрокод занимал бОльшую часть площади кристалла: схема микрокода показана в правом нижнем углу фотографии матрицы.

На фотографии выше показана часть микрокода ПЗУ. Под микроскопом видно содержимое микрокода; биты могут быть считаны в зависимости от наличия или отсутствия транзисторов в каждой позиции. ПЗУ состоит из 512 микроинструкций, каждая шириной в 21 бит. Каждая микроинструкция определяет перемещение данных между источником и получателем. Она также определяет микрооперацию, которая может быть командой перехода, операцией АЛУ, операцией с памятью, вызовом подпрограммы микрокода или его учётом. Микрокод довольно эффективен; простые инструкции, такие как инкреме́нт или декреме́нт (увеличивающие или уменьшающие переменные соответственно), состоят из двух микроинструкций, в то время как более сложная команда копирования строки реализована при помощи восьми микроинструкций.

История

Путь к 8086-му был не таким прямым и спланированным как можно было ожидать. Его самым ранним предком был Datapoint 2200, настольный компьютер/терминал, выпущенный в июне 1970 года. Он появился до того, как термин «микропроцессор» вошёл в обиход и в его основе лежала 8-битная плата, полная отдельных интегральных ТТЛ-схем. Параллельно Datapoint вёл переговоры с компаниями Intel и Texas Instruments о замене платы едиными чипом, включающим в себя все компоненты. Копируя архитектуру Datapoint 2200, Texas Instruments создала процессор TMX 1795 (в 1971-м), а Intel – процессор 8008 (в 1972-м).

Читайте также: Сколько звеньев в цепи бензопилы штиль 250 шина 40 см

Однако Datapoint отклонила эти процессоры, что стало роковым решением. Хотя TI не смогла найти покупателя на TMX 1795 и отказалась от него, Intel решила вывести 8008 на массовый рынок и следом за 8008 последовали 8080 и 8085.

Datapoint 2200

В 1975 году следующим крупным планом Intel стал процессор 8800, который должен был стать главной архитектурой компании в 80-х годах. Этот процессор был назван «микромейнфреймом» из-за его планируемой высокой производительности. Он должен был иметь совершенно новый набор инструкций, предназначенный для языков программирования высокого уровня, таких как Ада и поддерживать объектно-ориентированное программирование и «сборку мусора» на аппаратном уровне. К сожалению, а может и к счастью, этот чип был слишком амбициозным для того времени и сильно отставал от графика. В конечно итоге он был выпущен в 1981 году как iAPX 432 с разочаровывающими показателями и коммерчески провалился.

Поскольку iAPX 432 отставал от графика, Intel решила в 1975 году, что им нужен простой процессор-затычка для продажи, пока iAPX 432 не будет готов. Intel быстро разработала 16-разрядный 8086-ой, совместимый с 8080-м, выпустив его в 1978 году. У 8086 был большой успех из-за появления IBM PC в 1981-м. К 1983-му году IBM PC был самым продаваемым компьютером и стал стандартом для персональных компьютеров. В IBM PC использовался удешевленный вариант 8086 – 8088 с 8-битной шиной данных. Успех IBM PC сделал архитектуру 8086 стандартом в отрасли, который всё ещё сохраняется 42 года спустя.

IBM PC AT 1984-го года обновился до совместимого, но более мощного процессора 80286. В 1985 году с выходом 80386 линейка х86 перешла на 32-битные вычисления, а затем на 64-битные в 2003 году с выходом AMD64 и первых процессоров Athlon 64. Архитектура х86 до сих пор расширяется множеством дополнительных инструкций, таких как AVX-512, но даже несмотря на все эти изменения, х86 сохраняет совместимость с оригинальным 8086.

Транзисторы

Чип 8086 был построен с использованием транзисторов типа N-МОП. Транзистор можно рассматривать в качестве переключателя, управляющим током между двумя областями, называемыми стоком и истоком. Эти транзисторы построены путём легирования областей кремниевой подложки примесями для создания «диффузионных» областей, обладающих различными электрическими свойствами. Транзистор активируется затвором, изготовленным из особого типа кремния, называемого поликремнием, расположенным над кремниевой подложкой. Транзисторы соединены между собой металлическим слоем сверху, образуя цельную интегральную схему. Современные процессоры могут иметь более десятка металлических слоёв, в то время как 8086 имел всего один.

Структура МОП-транзистора

На фотографии кремния ниже крупным планом показаны некоторые транзисторы из АЛУ. Легированный проводящий кремний имеет тёмно-фиолетовый цвет. Белые полосы – это те места, где поликремниевые линии пересекают кремний, образуя затвор транзистора. Можно насчитать 23 транзистора, образующих 7 вентилей. Транзисторы имеют сложную форму для более эффективного использования. Кроме того, транзисторы имеют разные размеры для обеспечения высокой мощности там, где это необходимо. Обратите внимание, что транзисторы, расположенные рядом друг с другом, могут совместно использовать сток или исток. Круги – это соединения между слоем кремния и металлом, в то время как маленькие квадраты – это соединения между слоем кремния и поликремнием.

Фото некоторых транзисторов 8086. На снимке были удалены слои металла и поликремния

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  
  

  источники:

  https://fasad-adelante.ru/shina-dannyh-protsessora-intel-8086-ravna

  🔍 Видео

  169 секунд и ты знаешь как работает процессорСкачать

  

  03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

  

  Системная шина процессораСкачать

  

  КАК работает ПРОЦЕССОР? ОБЪЯСНЯЕМСкачать

  

  05. Основы устройства компьютера. Регистры и команды процессора. [Универсальный программист]Скачать

  

  Процессор под микроскопом. Нанометровое путешествие.Скачать

  

  История CPU IntelСкачать

  

  Все о маркировках процессоров INTEL COREСкачать

  

  Архитектура x86. Уверены, что знаете свой домашний компьютер?Скачать

  

  Частота процессора, множитель и системная шинаСкачать

  

  Частота процессора, множитель и системная шинаСкачать

  

  Другие устройства в диспетчере устройств как убрать Windows 11.Неизвестное устройство.PCI-контроллерСкачать

  

  15 Режимы работы процессораСкачать

  

  CPU Intel 8086 with 8087 co-processor ExampleСкачать

  

  Чем отличаются x86 и ARM? CPU компьютеров против CPU смартфонов (перевод)Скачать

  

  Внутри CPU: Intel 8080Скачать