Курсовая работа (т): Мікропроцесори Intel

Мікропроцесор Intel 8086, що вийшов за рік до виходу Intel 8088, був повністю 16-розрядним і для його роботи був потрібен новий набір 16-розрядних мікросхем підтримки (наприклад, мікросхеми пам'яті), які тоді ще коштували надто дорого. Тому багато виробників відмовлялися використовувати i8086 в нових системах і продовжували використовувати 8-розрядні мікропроцесори i8080/i8085. Тоді Intel вирішує випустити модифіковану версію процесора i8086 з 8-розрядною шиною даних, який міг працювати зі старими (і дешевими), 8-бітними, мікросхемами підтримки. Процесор був, певним чином, перехідною ланкою між 16 - і 8-бітними мікропроцесорами, і призначався для переведення апаратних конфігурацій на базі мікропроцесорів i8080/i8085 на програмне середовище мікропроцесора i8086 для підвищення продуктивності цих 8-бітних систем.

Однак не тільки розрядність шини даних відрізняла i8086 і i8088, Intel також трохи змінила архітектуру. Зокрема, в мікропроцесорі Intel 8088 використовується черга випереджуючої вибірки довжиною 4 байти, а не 6 байтів, як в мікропроцесорі Intel 8086. Причина в тому, що мікропроцесор i8088 може зчитувати дані з пам'яті тільки побайтно, тому збільшення часу вибірки наступної команди не дозволяє процесору повністю використовувати 6-байтну чергу.

Технічні характеристики: Тактова частота (МГц): 5 (модель 8088), 8 (модель 8088-2), 10 (модель 8088-1). Розрядність регістрів: 16 біт. Розрядність шини даних: 8 біт. Розрядність шини адреси: 20 біт. Обсяг адресованої пам'яті: 1 Мбайт. Кількість транзисторів: 29000.Техпроцес (нм): 3000 (3 мкм). Площа кристала (кв. мм): ~ 30. Напруга живлення: +5 В. Роз'єм: немає (мікросхема припаювалась до плати). Корпус: 40-контактний пластиковий DIP. Підтримувані технології: 98 інструкцій.

Intel 80186 (i186) - 16-бітний мікропроцесор, випущений компанією Intel у другій половині 1982 року, і являє собою вдосконалений варіант мікропроцесора i8086.

До складу нового мікропроцесора увійшли кошти, які раніше реалізовувалися 10 окремими мікросхемами. Застосовувався, головним чином, в роботі з керуючими додатками і у високоінтелектуальних периферійних адаптерах, наприклад мережевих.

До розробки нового мікропроцесора Intel приступила відразу після виходу процесорів i8086/i8088. Процесори i8086/i8088 вимагали великої кількості мікросхем підтримки, і Intel вирішує розробити мікропроцесор, який вже містить на кристалі всі необхідні модулі. Новий процесор включав в себе безліч компонентів, що раніше випускалися у вигляді окремих мікросхем, це б дозволило різко скоротити кількість мікросхем в комп'ютері, а, отже, і зменшити його вартість. Крім того, була розширена система внутрішніх команд (інструкцій).

У 1982 році Intel випускає вбудовується процесор Intel 80186, який, крім поліпшеного ядра i8086, містив також додаткові модулі, які замінять деякі мікросхеми підтримки; процесор проводився з використанням NMOS-технології.

У зв'язку з розвитком технології, в 1987 році Intel випускає процесори i186 другого покоління - Intel 80C186. Ці процесори вироблялися за поліпшеним CHMOS III техпроцесом, що дозволило збільшити тактову частоту процесорів вдвічі, а споживану потужність знизити в 4 рази. Що важливо, була збережена сумісність в розташуванні виводів зі старими процесорами.

У 1990 році Intel випускає нове сімейство процесорів i186 - Intel 80С186EB. Нові процесори містили безліч змін в порівнянні з попереднім поколінням процесорів i186. По-перше, було перепроектоване ядро процесора, яке тепер стало модульним і називалося "Модульне ядро 80C186" (80C186 Modular Core). По-друге, сімейство мікросхем підтримки мікропроцесора було також перепроектовано в модулі зі стандартними інтерфейсами. Процесори 80C186EB і оригінальний 80186 мають різні набори мікросхем підтримки. У зв'язку з переходом на новий техпроцес (CHMOS IV) і модульну структуру вдалося знизити споживану потужність. Процесор i80C186EB знайшов застосування в переносній апаратурі (наприклад, стільникові телефони).

У 1991 році Intel представляє процесори 80C186XL, 80C186EA і 80C186EC, які також були засновані на модульному ядрі i80C186. Процесор i80C186XL має високу продуктивність і низьким енергоспоживанням. Процесор i80C186EA об'єднує в собі процесор i80C186 з новими можливостями управління енергоспоживанням. Процесор i80C186EC включав в себе додаткові елементи, які не мали інші процесори сімейства i80C186.

Intel 80188 (i188) - 16-бітний мікропроцесор, випущений компанією Intel в 1982 році, варіант мікропроцесора Intel 80186 з 8-бітною зовнішньою шиною даних причини випуску процесора Intel 80188 були такими ж, як і при випуску його попередника, мікропроцесора Intel 8088, - можливість використання новітніх технологій, в особі Intel 80186 при цьому використовуючи дешеві 8-бітові мікросхеми підтримки. З огляду на те, що процесор був побудований на основі Intel 80186, він володів усіма його перевагами і недоліками, тому що внутрішня архітектура не піддалася змінам, і відповідала архітектурі мікропроцесора Intel 80186.

Як і всі попередні процесори сімейства x86, даний мікропроцесор мав 14 16-розрядних регістрів: 4 регістра загального призначення (AX, BX, CX, DX), 2 індексних регістра (SI, DI), 2 вказівних (BP, SP), 4 сегментних регістра (CS, SS, DS, ES), програмний лічильник або покажчик команди (IP) і регістр прапорів (FLAGS, включає в себе 9 прапорів). При цьому регістри даних (AX, BX, CX, DX) допускали адресацію не тільки цілих регістрів, але і їх молодшої половини (регістри AL, BL, CL, DL) та старшої половини (регістри AH, BH, CH, DH), що дозволяло використовувати не тільки нове 16-розрядне ПЗ, але зберігало сумісність і зі старими програмами.

Процесор Intel 80188 був випущений в тих же модифікаціях, що і процесор Intel 80186 - 80188, 80C188, 80C188XL, 80C188EA, 80C188EB і 80C188EC. Процесор Intel 80188 використовував однакове з процесором Intel 80186 маркування, де перша буква позначала тип корпусу.

Технічні характеристики: Дата анонсу: 1982. Тактова частота (МГц) *: 6 **, 8, 10, 12, 13, 16, 20. Розрядність регістрів: 16 біт. Розрядність шини даних: 8 біт. Розрядність шини адреси: 20 біт. Обсяг адресується пам'яті: 1 Мбайт. Напруга живлення: 2,9 ~ 3,3 В. Роз'єм: мікросхема припаювалась до плати.

Мікропроцесор Intel8028 є другим поколінням 16-розрядних мікропроцесорів. Розширення: тактова частота від 8 до 10 Мгц, продуктивність у 2-3 рази вища, ніж у і8086; адресує до 16 Мбайт фізичної пам'яті, з можливістю виділення кожній програмі віртуальної пам'яті розміром до 1 Гбайта; реалізовано конвеєрне виконання команд; реалізовано багатозадачний режим роботи.

Фірма Intel в 1983 р. оголосила про випуск мікропроцесора і80286. Цей пристрій зберігає сумісність з мікропроцесором 8086 так як і мікропроцесор 80186, але значно відрізняється від нього по своїх можливостях завдяки наявності додаткових засобів. В мікропроцесорі 80286 немає внутрішніх генератора синхронізації, логіки вибору мікросхем, каналів DMA, таймерів і контролера переривань. Замість цього є засоби керування пам'яттю і віртуальною пам'яттю.

Фірма IBM гарантувала широке розповсюдження мікропроцесора 8088, застосувавши його в своєму першому комп'ютері IBM PC. Вона ж забезпечила популярність мікропроцесора 80286, використавши останній у досконалішому персональному комп'ютері IBM PC/АТ. Мікропроцесор має розширену систему команд, яка містить усі команди і8086 (крім "напівлегальної" команди POP CS), кілька нових команд загального призначення та команди керування захистом.

Мікропроцесор Intel 80286 має 16-бітну шину даних і 24 розрядну адресну шину з котрої в реальному режимі використовуються лише 20 розрядів. Мікропроцесор має розширену систему команд, яка містить усі команди і8086 (крім "напівлегальної" команди POP CS), кілька нових команд загального призначення та команди керування захистом. Процесори i80286 випускали в 68-вивідних корпусах PLCC і PGA. Їх інтерфейс відрізняється від і8086 використанням роздільних шин адрес і даних, конвеєрної адресації, а також складом та призначенням керуючих сигналів, передбачено можливість використання математичного співпроцесора і80287. Шина адреси дозволяє адресувати 16 Мбайт фізичної пам’яті в захищеному режимі і 1 Мбайт із області молодших адресів - у реальному режимі. Із цього правила для реального режиму є два винятки: лінії А[20:23] після сигналу RESET на час вибірки коду перебувають в одиничному стані до першої інструкції міжсегментного переходу; лінія А20 може приймати одиничні значення, коли поєднання значень сегментного регістра і ефективної адреси призводить до переходу через межу 0FFFFFh (максимально можливі значення фізичної адреси в реальному режимі 10FFFEh). Для забезпечення повної програмної сумісності з і8086 застосовують програмно-керований вентиль, що примусово обнулює лінію А20 системної шини адреси.

Процесор і80286 може працювати в двох режимах роботи: реальному, котрий є повністю сумісним з і8086, та захищеному. У реальному режимі можлива адресація до 1 Мбайта фізичної пам'яті. За складом і призначенням у реальному режимі регістри i80286 в основному, збігаються з регістрами i8086. Зміни стосуються призначення бітів регістра ознак і можливістю переключення у захищений режим. У процесі виконання програми МП використовує 6-байтну чергу команд. Відзначимо, що завдяки архітектурі скорочено час виконання команд, тому підпрограми часової затримки на цьому МП працюють швидше ніж на і8086. У захищеному режимі мікропроцесор дозволяє адресувати до 16 Мбайтів фізичної пам'яті, на які для кожної задачі з використанням механізму сегментної адресації та зовнішніх регістрів сторінок можуть відображатися до 1 Гбайта віртуальної пам'яті. Переключення у захищений режим здійснюють однією командою (з попередньо підготовленими таблицями дескрипторів). Зворотне переключення у реальний режим можливе тільки через апаратне скидання мікропроцесора, що вимагає відносно значного часу.

. Процесори Intel x86/IA32 (32-біт)

80386 (також відомий як i386 або просто 386) - 32-бітний x86-сумісний процесор третього покоління фірми Intel, випущений 17 жовтня 1985. Цей процесор був першим 32-розрядним процесором.

Процесор i386 повністю сумісний зі своїми попередниками - процесорами 8086-80286. Він виконує програми, призначені для них, без необхідності модифікації коду і перекомпіляції (або з мінімальними модифікаціями) і робить це більш ефективно: затрачає на виконання менше число тактів синхронізації; має вищі тактові частоти, за рахунок використання нових технологій; має збільшений, у порівнянні з попередніми процесорами, буфер передвибірки команд - 16 байт (яких вистачає приблизно на п'ять команд); буфер передвибірки забезпечує меншу кількість звернень за командами і виключає зайві звернення в пам'ять в коротких циклах і виконанні строкових команд.

Разом з тим i386 є серйозною переробкою процесора 80286. За деякими оцінками, ні до, ні після i386 архітектура процесорів x86 жодного разу не перероблялася настільки кардинально. У процесорах цієї архітектури вперше були введені основні механізми підтримки сучасних 32-розрядних операційних систем для PC-сумісних платформ. Вся архітектура x86 була розширена до 32 біт - всі регістри (за винятком сегментних) стали 32-бітними, отримавши у назві префікс "E" (EAX, EBX, EIP, EFLAGS тощо), із збереженням повного набору команд для роботи з ними. У тому числі:регістр прапорів, який отримав безліч нових прапорів для управління багатозадачністю, регістр управління процесором MSW процесора 80286, названий на i386 "CR0".

-бітної стала і адресація в захищеному режимі (з можливістю створення 16-бітних сегментів, для сумісності з 80286). Вона дозволила вперше з часу появи 8086 забути про сегментації, а точніше, обмеження розміру сегмента 64 кілобайтами (обмеження 16-бітного адреси), яке давно перестало влаштовувати програмістів.

До появи i386 програми та операційні системи використовували кілька головоломних моделей організації пам'яті (крихітна - tiny, мала - small, велика - large, величезна - huge), що розрізняються по організації в пам'яті сегментів коду, стека і даних. 32-бітний адресу дозволив використовувати замість них одну просту плоску модель (англ. flat) - 32-бітний варіант крихітної моделі, в якій всі сегменти завдання знаходяться в одному адресному просторі. Плоска модель забезпечує розмір такого "загального" сегмента до майже 4 гігабайт, яких на ті часи вистачало для будь-якого мислимого завдання.

Плоска модель має й недоліки: в ній з'являються проблеми переміщуваності машинного коду, які раніше легко обходилися сегментацією, забезпечення переміщуваності лягло на плечі операційних систем, з новими форматами дискового образу програми. Плоска модель практично зводить нанівець управління пам'яттю в захищеному режимі (обмеження доступу та підтримка віртуальної пам'яті), яке до i386 могло виконуватися тільки на рівні сегментації. Тільки поява нової моделі управління пам'яттю - сторінкового перетворення - забезпечило плоскій моделі її сьогоднішню популярність.

Плоска модель увійшла в побут настільки широко, що сучасні програмісти часто і не підозрюють, що програми звертаються в пам'ять через сегменти. У i386 був введений новий механізм управління пам'яттю - адресний простір, до якого звертається процесор за даними та кодом, в якому розташовуються сегменти (назване лінійним адресним простором) може не відповідати реальній фізичній пам'яті. Фізична пам'ять (включаючи буфери зовнішніх пристроїв, наприклад відеобуфер) може бути відображена в лінійний адресний простір довільним чином - кожна сторінка (розміром 4 кілобайти) лінійного простору може бути переадресовано на будь-яку сторінку фізичної пам'яті через каталог сторінок, що розташовується в оперативній пам'яті (адреса каталогу сторінок визначається значенням нового регістра управління "CR3").

Як і сегменти, сторінки лінійного адресного простору можуть бути оголошені неприсутніми (звернення до таких сторінок викликає обробник сторінкового порушення операційної системи). Неприсутні сторінки, в першу чергу, використовуються, для організації віртуальної пам'яті - обробник сторінкового порушення здійснює свопінг сторінок пам'яті з зовнішніми пристроями, що запам'ятовують. Також, неприсутні сторінки використовуються в плоскій моделі пам'яті (де розмір сегмента зазвичай має розмір від 2 до 4 гігабайт, навіть якщо у комп'ютера немає стільки фізичної пам'яті) для маркування сторінок сегмента, в які операційна система не виділила пам'яті. У цьому випадку, сторінкове порушення, як правило, завершує задачу або починає її налагодження. Через сторінкове перетворення i386 може адресувати до 4 Гбайт фізичної пам'яті і до 64 Тбайт віртуальної пам'яті.

Підтримка багатозадачності в процесорах x86 позначає апаратну підтримку "прозорого" перемикання з однієї звичайної програми (завдання) на іншу. При перемиканні процесор зберігає свій стан (включаючи адресу наступної команди, селектори сегментів) в сегменті стану (TSS; сегмент пам'яті, з селектором з регістра TR) одного завдання, після чого відновлює стан іншої задачі з її сегмента стану (селектор сегмента стану нового завдання завантажується з дескриптора її сегмента коду). У i386 механізми захисту і багатозадачності були значно розширені і поліпшені. Залежно від характеру порушень, вони можуть тихо ігноруватися (наприклад, деякі біти регістра EFLAGS не можна змінити завантаженням прапорів із стека), викликати обробник виключення (операційної системи).

Intel486 (також відомий як i486, Intel 80486 або просто 486-ий) - 32-бітний скалярний x86-сумісний процесор четвертого покоління, побудований на гібридному CISC, -RISC ядрі, і випущений фірмою Intel 10 квітня 1989 року. Цей мікропроцесор є вдосконаленою версією процесора Intel 80386. Уперше він був продемонстрований на виставці Comdex Fall, восени 1989 року.

Це був перший мікропроцесор зі вбудованим математичним співпроцесором (FPU). Застосовувався, переважно, в настольних ПК, у високопродуктивних робочих станціях, в серверах і портативних ПК (ноутбуки і лаптопи).

У травні 2006 року Intel заявила, що виробництво чипів 80486 припиниться в кінці вересня 2007 року. І хоча для прикладних програм на персональних комп'ютерах цей чіп до того часу вже давно застарів, Intel продовжувала виробляти його для використання у вбудовуваних системах.