Системная синхронизация
Как Вы знаете, внутренняя адресная шина i286 – 16–разрядная, а виртуальный адрес выражается 24-битным числом. Налицо явное противоречие. Так ли это? Если посмотреть на процессор снаружи (с точки зрения периферийных устройств), то можно заметить, что он соединен с внешним миром посредством шины, состоящей из трех групп проводников (рис.). Одну из групп составляет адресная шина, состоящая из 24 линий (A0-A23). Таким образом, физический адрес, будь то в реальном или в виртуальном режиме, не превышает ширины внешней шины адреса. Во вторую группу входят 16 линий шины данных (D0-D15), все остальное приходится на шину управления. Сюда входят линии состояния процессора, линия запроса прерывания и т.д.
Все устройства управления внешними устройствами – контроллеры – также подключены к шине, причем если контроллеру дисков или видеоадаптеру отводятся фиксированные адреса, то оперативная память, являющаяся внешним по отношению к процессору устройством, имеет целый диапазон адресов. По линиям данных от периферии к процессору и обратно передаются коды команд и данные. Для того чтобы вся эта система заработала, необходимо, чтобы внешние устройства и процессор точно знали, в какие моменты времени будет происходить передача данных по шине, а когда ожидать получения или выдачи адреса. Контроллеры, ОЗУ и процессор могут работать с различной скоростью, а в таком случае невозможно заставить входящие в систему устройства «понимать» друг друга. Избежать подобной неразберихи помогает системная синхронизация. Специальная микросхема, называемая генератором синхронизации, вырабатывает импульсы определенной для каждого компьютера частоты, называемые тактами. Несколько тактов составляют так называемый цикл процессора. В истории развития вычислительной техники известны различные сочетания между тактами и циклами, например, у средних ЭВМ недалекого прошлого один цикл процессора состоял из четырех тактов. В нашем случае это число вдвое меньше, то есть равно двум. Первый такт цикла называется фазой 1, а второй – фазой 2. В свою очередь, полный цикл шины в два раза длиннее цикла процессора и равен четырем тактам (рис.). Что же происходит в системе в течение двух циклов процессора?
В течение первых двух тактов процессор выдает на линии состояния информацию о том, какие действия он будет производить в течение последующих двух тактов: будет ли он считывать из ОЗУ команду или данные или производить запись в оперативную память, произойдет ли прерывание или останов. В это же время на адресной шине появляется физический адрес одного из устройств или области памяти. Еще раз подчеркну, что в третьем и в четвертом тактах по линиям данных производится передача информации. Названия половинок цикла шины совпадают с их назначением: первые два такта называются циклом состояния, а вторые – командным циклом. Все вроде бы получается хорошо: процессор командует парадом, а все устройства дружно топают в ногу, согласно указаниям капельмейстера–генератора синхронизации, но не тут-то было! Быстродействия некоторых устройств не хватает для того, чтобы завершить выполнение текущей команды перед началом нового цикла шины. Что делать? Неужели придется распрощаться с высокой тактовой частотой (для i286 это может быть 20 МГЦ) и подстраиваться к темпу работы наиболее медленного устройства? Но в этом случае теряют смысл такие быстрые операции, как пересылка данных из регистра в регистр, а ведь системные программисты знают, что использование команд типа регистр–регистр, минуя шину, ведет к очень существенному ускорению выполнения программ. Для сохранения высокой тактовой частоты было решено к общему циклу шины добавлять дополнительные командные циклы до тех пор, пока «зазевавшееся» устройство не сообщит процессору о своей готовности выполнить следующую операцию. Такие дополнительные командные циклы носят название состояния ожидания (рис.): Для приема сигналов готовности в процессоре предусмотрен вход READY.
История возникновения и развития Intel 80286
Возникновение Intel 80286 было связано с растущими требованиями пользователей к вычислительной мощности. В то время компьютеры использовались для всё более сложных задач, таких как мультимедийные приложения и сетевые операции. Intel поняла необходимость разработки более мощного процессора, который сможет эффективно обрабатывать такие задачи.
80286 стал первым процессором Intel с поддержкой защиты памяти и виртуальной памяти. Это позволило операционным системам использовать защищенные режимы работы, что повышало стабильность и безопасность компьютерных систем. Более того, процессор имел возможность адресации до 16 МБ памяти, что на тот момент было внушительным числом.
Intel 80286 также был первым процессором с поддержкой сегментации памяти. Сегментация позволяла разделять память на несколько сегментов, что повышало эффективность работы, улучшало безопасность и уменьшало затраты на обработку данных.
Сразу после выпуска Intel 80286 немедленно вызвал большой интерес в индустрии. Многие компании и разработчики программного обеспечения решили использовать его возможности для создания более мощных и продвинутых приложений и систем.
Intel 80286 лег в основу множества компьютерных систем и серверов, и был широко использован в течение многих лет. Его преимущества в производительности и возможностях сделали его популярным выбором для различных задач.
В целом, Intel 80286 можно считать важным прорывом в развитии процессоров и компьютерных систем. Он провёл основу для последующих поколений процессоров Intel, и его влияние на современные вычислительные технологии все еще ощущается.
В то же самое время в СССР
В СССР стремительно развивалось производство различных видов вычислительных механизмов. Самый пик развития ЭВМ пришелся на семидесятые годы прошлого столетия. Они могли по своему уровню производительности вполне сравниться со своими зарубежными аналогами.
В 1970 году появился указ от отечественного руководства о том, что были разработаны стандарты совместимости программ и аппаратуры ЭВМ. В это время образовалась новая концепция вычислительной техники. В ее основу легли разработки IBM. Отечественные специалисты использовали технологию IBM 360.
Отечественные технологии, которые были разработаны в советские времена, потеряли свою актуальность. Вместо них стали использовать технологии импортного происхождения. Постепенно отечественная электронная отрасль стала значительно отставать от той, которая существовала на Западе. Все компьютерные устройства, которые были разработаны после восьмидесятых годов прошлого столетия осуществляли свою деятельность при помощи процессоров Zilog или Intel. Россия стала отставать по своим технологиям от Америки почти на десятилетний период.
Главные конкуренты
Следует отметить, что среди всех компаний на рынке процессоров осталось всего два лидера, которые были представлены Intel и AMD. Они обе могут занимать лидирующее положение на рынке, потому что они дали большой толчок для развития новых технологий для производства качественных процессоров.
ТвитнутьПоделитьсяПлюсанутьПоделитьсяКласснутьСегодня имеется на рынке большой ассортимент процессоров для самых разных моделей компьютеров. Однако не многие пользователи знают о том, что ранее они имели на такие миниатюрные габариты. Благодаря некоторым компаниям они стали такими, какими мы их сейчас видим. Комплектующие4.8114 Идёт загрузка…Запрос «ЦП» перенаправляется сюда; см. также другие значения.AMD Phenom II X4 840, вид сверху.Intel Core i7 2600K Socket LGA1155, вид снизу, контактные площадки текстолитовой платформы
Центра́льный проце́ссор (ЦП; также центра́льное проце́ссорное устро́йство — ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — электронный блок, либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечениякомпьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.
Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.
Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса, используемого при производстве (для микропроцессоров), и архитектура.
Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных и даже единственных в своём роде компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и мини-компьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где, помимо вычислительного устройства, на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода-вывода, таймеры и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.
Особенности архитектуры Intel 286
Одной из особенностей архитектуры Intel 286 было внедрение нового режима работы — защищенного режима, который обеспечивал большую безопасность и защиту данных. Этот режим позволял выполнять операции с памятью, использовать сегментацию и привилегированный уровень доступа.
Еще одной важной особенностью Intel 286 была поддержка математического сопроцессора, который мог быть установлен дополнительно. Это значительно увеличивало производительность вычислений, таких как операции с плавающей запятой
Архитектура Intel 286 была успешно использована во многих компьютерах IBM PC-совместимого базирующихся на MS-DOS операционной системе. Этот процессор имел большое значение в развитии современных компьютеров и являлся важным шагом в истории компьютерной техники.
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Intel_80286
- https://habr.com/ru/post/326914/
Производительность и возможности
Процессор предлагает вдвое большую производительность за такт по сравнению со своим предшественником , имеет 16-битную шину данных и две адресные шины (4 и 20-битную соответственно), что позволяет использовать до 16 МБ ОЗУ , в отличие от процессора 8086. единственный адресуемый МБ от 8086. В компьютерах на базе операционной системы DOS этот дополнительный объем оперативной памяти можно было использовать только посредством эмуляции расширенной памяти . Однако немногие компьютеры на базе 286 имели более 1 МБ ОЗУ. Он по-прежнему имеет старую схему адресации сегмента/смещения, которая является слишком жесткой и не поддерживает какие-либо схемы виртуальной памяти на аппаратном уровне. Интересной особенностью этой модели является предварительная выборка инструкций, что делает ее намного быстрее даже на тех же тактовых частотах, что и у 8086.
AMD 80286 на частоте 12 МГц
Процессор 80286 предназначен для многозадачных , коммуникационных приложений (например , телефонных станций PBX ), процессов управления в реальном времени и многопользовательских систем.
Интересной особенностью этого процессора является то, что он был первым среди процессоров в архитектуре x86 с возможностью переключения из реального режима в защищенный , что позволяло использовать всю системную память как единый блок и предлагало определенную степень защиты памяти. области, используемые приложениями.
Однако переход в этот режим необратим: возврат в обычный режим требует перезагрузки процессора. Это ограничение означало, что защищенный режим не нашел большого применения до появления процессора , способного безразлично переключаться из одного режима в другой.
Эволюция процессоров
В середине семидесятых годов прошлого столетия компания Motorola представила суд пользователе свой первый процессор, который получил название MC6800. Он обладал высоким уровнем производительности. У него была возможность работать с шестнадцати битными числами. Его стоимость составляла столько же, что у процессора Intel 8080. Его потребители не очень то стремились покупать. Именно по этой причине он так и не стал использоваться для персональных компьютеров. Компании пришлось расстаться с четырьмя тысячами сотрудников из-за финансовых трудностей.
В 1975 году бывшими сотрудниками Motorola была создана новая компания под названием MOS Technology. Они разработали процессор MOS Technology 6501. Он по своим характеристикам напоминал разработку Motorola, которая обвинила компанию в плагиате. Позже сотрудники MOS постарались кардинально переделать свое детище и выпустили чип 6502. Его стоимость была гораздо приемлемей, и он начал пользоваться огромным спросом. Его даже использовали для компьютерной техники Apple. Он имел принципиальное отличие от своего предшественника. У него уровень частоты работы был гораздо выше.
процессор MOS Technology 6502
По пути уволенных сотрудников Motorola пошли и те, которые потеряли свое место в компании Intel. Они тоже создали компанию и запустили в производство свой процессор Zilog Z80. Он обладал не сильными отличиями от продукта Intel 8080. Он обладал единственной линией питания, и у него была приемлемая стоимость. Он мог функционировать с такими же программами. К тому же производительность данного устройства можно было сделать выше, и при этом не нужно было влияние оперативной памяти. Таким образом, Zilog начал пользоваться огромным спросом среди потребителей.
В России данная модель процессора применялась преимущественно в военной технике, в различных контроллерах и на многих других устройствах. Его даже использовали на разнообразных игровых приставках. В девяностых и восьмидесятых годах он пользовался огромной популярностью среди потребителей российского рынка.
Роль процессора 286 в истории развития компьютеров
Процессор 286 принес множество новых возможностей и улучшений по сравнению с предыдущими моделями. Он имел встроенный кэш первого уровня, поддержку виртуальной памяти и многозадачность, а также возможность адресовать до 16 МБ оперативной памяти.
Одной из важных особенностей процессора 286 была его совместимость с программами, написанными для 8086 процессора, что позволило использовать уже существующие программы без необходимости их модификации. Это значительно упростило переход на новую архитектуру и позволило сохранить значительную часть уже созданного программного обеспечения.
Этот процессор стал основой для нового поколения компьютеров, обеспечивая более высокую производительность и возможности. Процессор 286 был широко применяется в персональных компьютерах и серверах, и его использование составляло значительную долю на рынке компьютерных устройств в 80-х годах.
Таким образом, процессор 286 сыграл важную роль в истории компьютеров, предоставляя новые возможности и открывая путь для последующих разработок. Благодаря своей совместимости и высокой производительности, он стал одной из ключевых составляющих современных компьютерных систем.
Features of 80186 Microprocessor:
In 1982, the microprocessor was developed by Intel. This is an improved 8086 with several common functions built in blocks such as clock generator, system controller, interrupt controller, DMA controller, and timer/counter. This processor has 8 new instructions and executes instructions faster than the 8086. Just like the 8086 processor, it has a 16-bit external data bus. It is also available with an 8-bit external data bus, and then the processor name is 80188 microprocessor. The initial clock frequency of the 80186 and 80188 is about 6 MHz. Generally, these processors are used as embedded processors and also used as the CPU of personal computers.
The second generation of the 80186 family, such as the 80C186/C188 processors, have been developed by Intel in 1987. The 80186 was redesigned as a static, stand-alone module known as the 80C186 Modular Core and its pin configuration is compatible with the 80186 family. The high-performance CHMOS III process allowed the 80C186 to operate at twice the clock rate of the NMOS 80186, but this processor consumes less than one-fourth the power.
The 80C186 Modular Core family was further developed and the 80C186XL processor was developed in 1991. The 80C186XL/C188XL is a higher performance and lower power replacement for the 80C186/C188.
The 80186 and 80188 processor series are generally intended for embedded systems such as modems, public and private PBX switching systems, cellular phones, etc. The architecture of 80186 can also be found in many real-time environments such as robotics, automation industry, measurement control systems, sensors and test equipment’s, fax machines, copiers, printers and medical equipment. Therefore, Intel 80186 processor family, 80186, 80C186XL, 80C186EA/EB/EC, have been accepted in a wide range of applications.
5.7. Процессор i80486
В этом разделе мы очень кратко опишем последнее на момент написания данной
книги достижение фирмы Intel — процессор i80486. Этот 32-разрядный
быстродействующий процессор специально предназначен для работы мультизадачных
операционных систем, таких как UNIX или OS/2.
Процессор i80486 полностью совместим с более ранними моделями — i8086,
i80286, i80386, но в тоже время обладает существенно более высоким
быстродействием. Наиболее часто встречающиеся в программах команды выполняются
за один машинный цикл. На кристалле процессора находится 8-килобайтный кэш
оперативной памяти, обеспечивающий высокую производительность даже при
использовании относительно медленной памяти.
Кроме того, процессор i80486 содержит встроенный 32-разрядный арифметический
сопроцессор, значительно увеличивающий скорость выполнения арифметических
команд.
С точки зрения прикладного программиста процессор i80486 практически не
отличается от процессора i80386 (за исключением более высокой
производительности). Все отличия касаются только системного уровня. Так как
программирование процессора i80486 на системном уровне — достаточно сложный
процесс, мы не станем описывать этот процессор во всех подробностях. Как
правило, большинство программистов никогда не работают с системными регистрами
процессоров i80386 и i80486, оставляя эту работу операционной системе или
драйверам расширенной памяти.
В процессоре i80486 стали определены некоторые, зарезервированные ранее в
процессоре i80386, биты регистров CR0, CR3, EFLAGS, есть некоторые новшества в
таблицах страниц, новое исключение и несколько новых команд.
В регистре CR0 стали определены пять новых битов — NE, WP, AM, NW, CD.
В регистре CR3 определены два новых бита — PCD и PWT.
В регистре EFLAGS появился новый флаг AC (бит 18). Этот бит вместе с битом AM
регистра CR0 контролирует проверку выравнивания объектов в памяти.
Форматы системных регистров CR0 и CR3 для процессора i80486, а также регистра
EFLAGS описаны в приложении.
Новое исключение касается проверки выравнивания и имеет номер 17. Оно
возникает при попытке обращения к данным, не выровненным в памяти. Для того,
чтобы при обращении к не выровненному операнду в памяти произошло исключение
контроля выравнивания, должны быть установлены флаг AC в регистре EFLAGS и бит
AM в управляющем регистре CR0.
Заметим, что исключение контроля выравнивания генерируется только в
программах, работающих в третьем, непривилегированном кольце.
Добавились три команды, предназначенные для использования прикладными
программами — BSWAP, XADD, CMPXCHG, а также три новые системные команды,
управляющие кэшем и TLB — INVD, WBINVD, INVLPG
Новые команды облегчают и
ускоряют работу с семафорами, что очень важно для мультизадачных операционных
систем
Есть также некоторые изменения в формате команды MOV, используемой для
доступа к тестовым регистрам. Появились новые регистры для работы с кэшем.
В целом можно отметить, что архитектура процессора i80486 не претерпела
революционных изменений по сравнению с процессором i80386. Поэтому в большинстве
случаев прикладной программист может считать, что процессор i80486 — это очень
быстрый вариант процессора i80386.
Процессоры нового поколения от компании Intel
В начале 1993 года компания Intel представила свой процессор P5. Сегодня он известен под названием Pentium. Компании удалось усовершенствовать технологии, которые она раньше использовала для создания своих продуктов. Теперь их новинка обладала способностью справляться сразу с двумя задачами одновременно. Пропускная разрядность шины стала больше практически в два раза. Однако пользоваться данным процессором пользователи в полной мере не имели возможности, потому что для него необходимо было иметь специальную материнскую плату. Однако после выхода следующей модели процессора Pentium, ситуация стала совершенно другой.
Именно благодаря высоким технологиям чипы от производителя Intel стали пользоваться огромной популярностью у потребителей. Они занимали длительное время первые места в мире.
Самый первый персональный компьютер
Первым компьютер был создан студентом из Америки Джонатаном Титусом. В журнале «Электроника» он получил название Марк 2. В нем кроме всего прочего было дано описание данного устройства. Данное изобретение не помогло студенту заработать большие деньги. Изначально Титус планировал зарабатывать при помощи своего изобретения. Он планировал распространять за определенную стоимость печатные платы для создания собственных компьютеров. Потребителям приходилось остальные детали приобретать в магазинах. Конечно же у него не получилось заработать много, но он внес большой вклад в развитие компьютерной техники.
Микроархитектура и варианты
80386 не имеет внутренней кэш-памяти , но предназначен для работы с дополнительной внешней кэш-памятью через контроллер кеш-памяти 80385.
Он также не имеет внутреннего блока вычислений с плавающей запятой . Его можно добавить как внешний сопроцессор .
Compaq DeskPro 386S в Музее живых компьютеров в Сиэтле , США .
В Июнь 1988 г.Intel представила 80386SX, более дешевую версию 80386. Серия SX использует внутреннюю 32-битную шину, но внешнюю 16-битную шину данных и внешнюю 24-битную адресную шину. Преимущество SX состояло в том, что его можно было легко адаптировать к материнской плате 80286, что было намного экономичнее, потому что в то время бренду приходилось проектировать свою материнскую плату. Для сравнения, Compaq Deskpro 386 , первый ПК на основе 80386SX 16 МГц, продаются в 38,550 франков без учета налогов ( 8,815 евро в 2010 году) с 1 Мио из ОЗУ , 40 Mio на жесткий диск и ЭГ цветного экрана вИюнь 1988 г.в каталоге производителя против 44 850 франков без учета налогов ( 10 256 евро за 2010 год) за версию Deskpro 38 616 МГц с аналогичным оборудованием. Затем исходный 80386 переименовывается в 80386DX, чтобы избежать путаницы.
В 1990 году Intel завершила свое предложение, представив 80386SL, версию 80386SX с низким энергопотреблением для ноутбуков (особенно IBM L40SX).
С 1991 года лицензионное соглашение позволяло IBM производить 386SLC для собственных компьютеров: это маломощные модели 80386SX, оснащенные внутренней кэш-памятью 8 КБ.
Технические особенности и характеристики процессора Intel 80286
Процессор Intel 80286 (или просто 286) был выпущен в 1982 году и стал преемником процессора Intel 8086. Он представлял собой значительное улучшение по сравнению с предыдущей моделью и имел несколько значимых технических особенностей:
- Архитектура 16/32 бит: Процессор Intel 80286 имел возможность выполнять как 16-битные, так и 32-битные команды, что дало ему значительное преимущество по сравнению с более старыми процессорами.
- Увеличенный объем адресуемой памяти: В то время, когда многие процессоры работали с ограниченными объемами памяти, 80286 позволял адресовать до 16 МБ оперативной памяти, что являлось значительным прорывом.
- Защита памяти: 80286 также предоставлял аппаратную защиту памяти, позволяющую программам запрашивать дополнительные режимы защиты и управлять доступом к памяти.
- Встроенный умножитель: Одним из ключевых улучшений 80286 было наличие встроенного аппаратного умножителя, что существенно ускорило выполнение математических операций.
- Поддержка многозадачности: 80286 позволял запускать несколько программ одновременно и эффективно переключаться между ними, что дало мощный толчок для развития операционных систем.
Процессор Intel 80286 стал важным этапом развития центральных процессоров и имел существенное влияние на дальнейшее развитие компьютерной технологии.
История развития процессоров Intel
Первым процессором компании Intel был 4004. Позже данный разработчик представил пользователям модель 8008. Она отличалась от предыдущей модели тем, что частота работы данного процессора составляла от 600 до 800 килогерц. В нем было более трех тысяч транзисторов. Его активно использовали на всевозможных вычислительных машинах.
В то же самое время в мире стали появляться первые персональные компьютерные устройства и компания Intel приняла решение осуществлять производство процессоров, подходящих для них. Спустя короткий срок времени компания разработала процессор 8080, который в десятки раз был более производительным, чем его предшественник.
Стоимость данной модели процессора была очень высокой по тем меркам. Однако производители полагали, что стоимость является совершенно оправданной для процессора, который обладает высоким уровнем производительности и способен отлично вписаться в любое компьютерное устройство. Он пользовался огромным спросом. Именно благодаря этому доходы компании только росли.
Спустя несколько лет на свет появился компьютер Altair – 8800. Его производителем стала компания MITS. Данная модель персонального компьютерного устройства осуществляла свою деятельность на процессоре от компании Intel модели 8800. Именно благодаря нему многочисленные компании стали осуществлять производство собственных микропроцессоров.
Семь лет непрерывной эволюции
Период времени, который мы хотим охватить в этом тексте, датируется 1982 годом и концом восьмидесятых годов; За это время процессоры, основанные на архитектуре x86, пережили одно из самых быстрых и выдающихся событий в истории современных вычислений и заложили некоторые основы того, как мы понимаем домашнюю электронику сегодня.
Изображение: Flickr; Паули Раутакорпи
Мы поговорим о Intel 80286 и его реализации в IBM PC / AT, Intel 80386 и росте клонов ПК через Compaq, а также о запуске и разработке Intel 80486 и основах того, что впоследствии станет Pentium. Общий тур по истории вычислительной техники.