Разрядные процессоры фирмы Intel

На сегодняшний день 16-разрядные процессоры 8086/88 и 80286 кажутся арха­измом. Тем не менее большая часть программного обеспечения для PC (в шту­ках программ, а не в гига- или терабайтах написанного программного кода) до сих пор работает в 16-разрядном режиме процессоров и совместима с этими процессорами. По этой причине рассмотрим их основные особенности, необхо­димые для понимания работы всех аппаратных средств PC. К 16-разрядным относятся и процессоры 80186, но, поскольку в PC они почти не применялись, их рассмотрение опустим.

3.2.1. Процессоры 8086/8088 — родоначальники семейства

История IBM PC началась с использования процессора 8088, выпущенного фирмой Intel в 1979 году. Он относится к первому поколению 16-битных процессоров и является модификацией выпущенного в 1978 году процессора 8086. Оба эти процессора выполняют 8/16-битные логические и арифметические операции, включая умножение и деление, операции со строками и операции ввода/вывода. Процессоры имеют 20-разрядную шину адреса, которая позволя­ет адресовать до 1 Мбайт памяти. Шина данных у 8086 16-разрядная, у 8088 разрядность внешней шины данных сокращена до 8 бит. Это сокращение, сде­ланное с целью удешевления системы в целом, оборачивается некоторым сни­жением производительности — 8086 за счет большей разрядности шины работает примерно на 20-60% быстрее, чем 8088 с той же тактовой частотой. Функциональные различия этих процессоров, обусловленные разной разряд­ностью шины, проявляются только в способе подключения 8- и 16-разрядных внешних устройств. С программной точки зрения эти процессоры идентичны, их система команд и набор регистров включены во все процессоры PC-сов­местимых компьютеров. От родоначальника — процессора 8086 — пошло общее обозначение семейства: х86. Процессоры поддерживают аппаратные и программ­ные прерывания и допускают разделяемое использование шины совместно с другими процессорами или контроллерами (например, с контроллером прямого доступа к памяти — DMA). Также предусмотрено использование математичес­кого сопроцессора 8087, существенно повышающего производительность вычис­лений.

В процессорах применена конвейерная архитектура, позволяющая выполнять выборку кодов инструкций из памяти и их декодирование во время выполнения внутренних операций. Конвейер повышает производительность процессора за счет сокращения времени простоя его операционных узлов. Конвейер процес­сора 8086 имеет 6-байтную внутреннюю очередь инструкций. Блок предвари­тельной выборки при наличии двух свободных байт в очереди старается ее заполнить в то время, когда внешняя шина процессора не занята операциями обмена. Очередь у процессора 8088 сокращена до 4 байт, а предварительная выборка выполняется уже при наличии одного свободного байта. Эти отличия оптимизируют конвейер с учетом разрядности шины данных. Очередь обнуля­ется при выполнении любой команды передачи управления, даже при переходе на следующий адрес. Этим свойством часто пользуются при программировании управления устройствами ввода/вывода, требующими задержки между сосед­ними операциями обмена.

Процессор имеет 14 регистров разрядностью 16 бит, операнды могут иметь разрядность 8 или 16 бит и представлять знаковые и беззнаковые двоичные и двоично-десятичные числа. Система команд имеет 24 режима адресации операн­дов. Среднее время выполнения команды занимает 12 тактов синхронизации, один цикл обмена на внешней шине занимает 4 такта (без тактов ожидания). Тактовая частота процессора 8088 в первых PC была 4, 77 МГц, впоследствии появились процессоры с частотой 8 и 10 МГц (применялись в Turbo-XT).