Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Первое и второе поколение процессоров

Первое поколение процессоров: P1 (086)

Первое поколение процессоров — это процессоры Intel, которые использовались в первых ПК. Компания IBM как разработчик архитектуры PC, выбрав процессоры производства Intel, предопределила основные стандарты нескольких поколений процессоров.

Процессоры 8086 и 8088


В июне 1978 года компания Intel совершила революцию, представив свой новый процессор 8086. Это был один из первых 16-разрядных микропроцессоров на рынке; в то время все остальные процессоры были 8-разрядными. Процессор 8086 имел 16-разрядные внутренние регистры и мог выполнять программное обеспечение нового типа, использующее 16-разрядные команды. Он также имел 16-разрядную внешнюю шину данных и поэтому мог передавать в память одновременно 16 бит.

Разрядность шины адреса составляла 20 бит, и процессор 8086 мог адресовать память емкостью 1 Мбайт (220). В то время это казалось чудом, так как большинство других микросхем имели 8-разрядные внутренние регистры, 8-разрядную внешнюю шину данных и 16-разрядную шину адреса и могли адресовать не более 64 Кбайт оперативной памяти (216).

В большинстве ПК того времени использовались 8-разрядные процессоры, которые работали под управлением 8-разрядной операционной системы CP/M (Control Program for Microprocessors — управляющая программа для микропроцессоров) и такого же программного обеспечения. Плата и интегральные микросхемы, как правило, были также 8-разрядными. Тогда производство полностью 16-разрядной системной платы с памятью было настолько дорогостоящим, что такой компьютер вряд ли кто мог позволить себе купить.

Стоимость процессора 8086 была довольно высокой — для него требовалась 16-разрядная шина данных, а не более дешевая 8-разрядная. Доступные в то время системы были 8-разрядными, и потому процессоры 8086 продавались плохо. В Intel поняли, что пользователи не хотят (или не могут) столько платить за дополнительную эффективность 16-разрядного процессора, и через какое-то время была представлена своего рода усеченная” версия процессора 8086, названная 8088. В ней, по существу, были удалены 8 из 16 разрядов на шине данных, и теперь процессор 8088 мог рассматриваться как 8-разрядная микросхема в отношении ввода и вывода данных. Однако, поскольку в нем были полностью сохранены 16-разрядные внутренние регистры и 20-разрядная шина адреса, процессор 8088 выполнял 16-разрядное программное обеспечение и мог адресовать оперативную память емкостью 1 Мбайт.

Исходя из этого, IBM выбрала 8-разрядные микросхемы 8088 для своего первого IBM PC. Через несколько лет ее критиковали именно за это, хотя сейчас понятно, что это было очень мудрое решение. В то время IBM даже скрывала физические детали проекта; просто отмечалось, что ее новый PC имел быстродействующий 16-разрядный микропроцессор. Это утверждение было справедливым, поскольку процессор 8088 выполнял те же 16-разрядные программы, что и 8086, только немного медленнее. Фактически для всех программистов процессор 8088 являлся 16-разрядной микросхемой — на самом деле тогда не было никакого способа, с помощью которого программа могла бы отличить процессор 8088 от 8086. Благодаря этому IBM могла поставлять PC, поддерживающий 16-разрядное программное обеспечение и использующий недорогие 8-разрядные аппаратные средства. Даже в начале производства цена IBM PC была ниже, чем цена самого популярного ПК того времени — Apple II. Компьютер IBM PC вместе с оперативной памятью объемом 16 Кбайт стоил 1265 долларов, в то время как Apple II аналогичной конфигурации — 1355 долларов.

В первом IBM PC устанавливался процессор 8088. Сам процессор был представлен еще в июне 1979 года, а компьютер IBM PC с процессором 8088 появился на рынке лишь в августе 1981 года. В те годы от выхода нового процессора до появления компьютеров с ним могло пройти довольно длительное время. Сегодня это кажется невероятным, поскольку компьютеры с новыми процессорами зачастую выпускаются в тот же день, что и сами процессоры.

В первом IBM PC использовался процессор 8088 с тактовой частотой 4,77 МГц, а на выполнение команды в процессорах 8088 и 8086 в среднем уходило 12 тактов.

Иногда возникает вопрос, почему объем основной памяти в компьютере ограничен 640 Кбайт, хотя процессор 8088 может адресовать основную память емкостью до 1 Мбайт. Это объясняется тем, что IBM с самого начала зарезервировала 384 Кбайт в верхней части адресного пространства для плат адаптеров и системной BIOS. Оставшиеся 640 Кбайт используются DOS и программами-приложениями.

Процессоры 80186 и 80188

После выпуска процессоров 8088 и 8086 Intel начала разработку более производительного процессора с размещением на кристалле некоторых компонентов поддержки, ранее выпускавшихся в виде отдельных микросхем.

Процессоры 80186 и 80188 похожи на своих прародителей. Каждый из них является улучшенной версией своего предшественника. Процессор 80186 (как и 8086) полностью 16-разрядный, а 80188 (как и 8088) — компромиссный вариант с внешней 8-разрядной и внутренней 16-разрядной шинами. Различие между этими процессорами заключается в том, что в один корпус, помимо собственно процессоров, встроено еще 15–20 дополнительных компонентов, а это позволило резко сократить количество микросхем в компьютере. Микросхемы 80186 и 80188 использовались в высокоинтеллектуальных периферийных адаптерах, например в сетевых.

Сопроцессор 8087

Процессор 8086 появился в 1976 году. Позже для него был разработан сопроцессор 8087, который иногда называют числовым процессором, процессором для обработки числовых данных, процессором NDP (Numeric Data Processor) или просто математическим сопроцессором. Он предназначался для выполнения сложных математических операций с более высокой скоростью и точностью, чем это мог сделать обычный процессор. Наиболее полно его преимущества проявляются при обработке больших массивов числовых данных в программах наподобие электронных таблиц.

Второе поколение процессоров: P2 (286)

Процессоры для ПК второго поколения характеризуются более широкими возможностями и повышенным быстродействием. К данному поколению относятся процессоры, поддерживающие передачу 16 бит за один такт.

Процессор 286

Для процессора 80286 (или просто 286) проблем с совместимостью, характерных для 80186 и 80188, не существует. Он появился в 1981 году, и на его основе был создан компьютер IBM AT. Затем он был установлен в первых компьютерах PS/2 моделей 50 и 60 (более поздние модели PS/2 строились на базе процессоров 386 и 486). Несколькими компаниями был освоен выпуск аналогов (так называемых клонов IBM), многие из которых являлись компьютерами класса AT.

Выбор процессора 286 в качестве основы для компьютера AT объяснялся его совместимостью с процессором 8088, т.е. все разработанные для IBM PC и XT программы подходили и для AT. Процессор 286 имеет более высокое быстродействие, чем его предшественники, что и объясняет широкое распространение этих компьютеров в деловом мире. Производительность первого компьютера AT с тактовой частотой 6 МГц в пять раз превышала производительность IBM PC (4,77 МГц). Кристалл процессора 286 показан на рис. 3.36.

Системы на базе процессоров 286 оказались намного быстрее своих предшественниц по нескольким причинам. Основная из них заключается в том, что процессоры 286 намного эффективнее выполняют инструкции. Если процессорам 8086 и 8088 на выполнение одной инструкции требовалось 12 тактов, то 286-м — всего 4,5. Кроме того, процессор 286 оперирует блоками данных по 16 бит, что в два раза превышает возможности процессора 8088.


Второе поколение процессоров: P2 (286)



Рис. 3.36. Процессор 286. Фотография публикуется с разрешения Intel
Процессор 286 поддерживает два режима работы — реальный и защищенный. Эти режимы настолько различаются, что в каждом из них процессор может вести себя совершенно по-разному. В реальном режиме процессор 286 работает как 8086 и полностью совместим на уровне объектных кодов с процессорами 8086 и 8088. (Процессор, совместимый на уровне объектных кодов, может запускать программы, написанные для другого процессора, а также должным образом выполнять системные инструкции.)

В защищенном режиме процессор 286 представляет собой совершенно новую модель. Если выполняемая программа написана с расчетом на его новые возможности, то ей доступна виртуальная память до 1 Гбайт, хотя процессор может адресовать только 16 Мбайт физической памяти. Существенный недостаток процессора 286 заключается в том, что он не может переключаться из защищенного режима в реальный без предварительного аппаратного сброса, т.е. горячей перезагрузки компьютера. Переключение из реального режима в защищенный происходит без сброса. Поэтому основным преимуществом процессора 386 стала именно возможность программного переключения из реального режима в защищенный и наоборот. (Режимы работы процессора описывались ранее.)

До появления оболочки Windows 3.0, в которой предусмотрен так называемый стандартный режим, совместимый с микропроцессором 286, было очень мало программ, использующих все его возможности. Но к тому моменту более популярным стал процессор 386. Однако надо отдать должное создателям процессора 286, предпринявшим первую попытку сконструировать многозадачный процессор, который способен выполнять сразу несколько программ.

Сопроцессор 80287


Внутренняя архитектура сопроцессора 80287 аналогична архитектуре 8087. Работают они одинаково, но отличаются разводкой выводов.

В большинстве компьютеров рабочая частота системной платы делится внутри процессора на 2, а 80287 делит ее на 3. Таким образом, сопроцессор 80287 работает на частоте, равной 1/3 частоты системной платы или 2/3 тактовой частоты 80286. Из-за асинхронной работы двух микросхем взаимодействие между ними не столь эффективно, как между 8088 и 8087.

Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Первое и второе поколение процессоров", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2024 Дискета.info