Intel 8086

В 1976 году фирма Intel начала усиленно работать над микропроцессором 8086. Размер его регистров был увеличен в два раза, что давало возможность увеличить производительность в 10 раз по сравнению с 8080. Кроме того, размер информационных шин был увеличен до 16 бит, что давало возможность увеличить скорость передачи информации на микропроцессор и с него в два раза. Размер его адресной шины был также существенно увеличен — до 20 бит. Это позволило 8086-му прямо контролировать 1 млн. байт — 1 Мгб оперативной памяти. Как прямой потомок 8080 и двоюродный брат Z80, 8086 унаследовал большую часть множества их микрокоманд. Как 8080 понимал команды 8008, микропроцессор 8086 понимал микрокод 8080. Регистры нового микропроцессора были разработаны таким образом, что они могли обрабатывать как 16-битные значения, так и 8-битные — точно так же,как это делал 8080.

Сегментация памяти

Память 8086 была также доработана особым образом. Весь мегабайт оперативной памяти не представлялся единым полем, а был разделен на 16 сегментов, каждый величиной в 64К. Таким образом, память 8086 можно было представить как объединенную вместе память нескольких 8080. 8086 работал с каждым сегментом по отдельности, не позволяя большим информационным структурам переходить через границы сегментов. (Во всяком случае, это было сделать совсем непросто). В некотором смысле Intel 8086 опередил свое время. Малые компьютеры основывались на 8-битной архитектуре, память была очень дорога (поэтому 1Мгб памяти казался непозволительной роскошью), требовались дополнительные 16-битные микросхемы. Использование этого микропроцессора предполагалось в 16-битных устройствах, которые не оправдывали свою цену в то время.

8088 — шаг назад

Через год после презентации 8086, Intel объявил о разработке микропроцессора 8088. Он являлся близнецом 8086: 16-битные регистры, 20 адресных линий, тот же набор микрокоманд — все то же,за исключением одного, — шина данных была уменьшена до 8 бит. Это позволяло полностью использовать широкораспространенные в то время 8-битные элементы технического обеспечения. Как шаг назад в истории разработки микропроцессоров, Intel 8088 мог потеряться в истории, как это было с Intel 8085, не реши IBM реализовать свой первый персональный компьютер на его базе. Выбор IBM объясним. Восьмибитная шина данных позволяла использовать имеющиеся на рынке широкораспространенные микросхемы. Шестнадцатибитная внутренняя структура давала важные преимущества по сравнению с имеющимися уже на рынке микропроцессорами. Как преемник 8080 микропроцессора, 8088 мог понимать незначительно доработанные программы, работающие с СР/М. По большому счету, все эти преимущества были временными, а в некотором случае и иллюзорными. Но 16-битный чип был к тому же еще и недорогим. Последнее явилось более важным аргументом, чем 16-битные регистры и легко адаптированные программы СР/М. Итак, Intel 8088 явился базой для разработки семейства малых компьютеров. Он подготовил почву для быстрого создания совместимых настольных компьютеров. Потенциально 8086 был в два раза производительнее и почти полностью совместимым с 8088. Поэтому производители, занятые в сфере продажи, были вовлечены в дополнительные усилия, связанные с разработками вокруг 8086. Точно так же поступила позже IBM, используя старый, но еще достаточно мощный 8086 для усиления своих первых PS/2. Микропроцессоры 8088 и 8086 были совместимыми, но не взаимозаменяемыми. Восемь дополнительных бит в шине данных требовали восьми дополнительных проводов. Таким образом, подключение этих двух микросхем было различным. Компьютер разрабатывался либо под один микропроцессор, либо под другой.

Малая потребляемая мощность

Для реализации своих функций обычному микропроцессору требуется несколько ватт. Включение компьютера в сеть происходит почти незаметно для вашей сети. Обычно жилой дом обеспечивается 10 тыс.ватт, а одна розетка — 2 тыс. ватт. Батарейки, однако, не такие мощные. Батарейка типа АА в состоянии обеспечить не более 20 милливатт (тысячные доли ватта). Поэтому обеспечение работы переносного компьютера от батареек не такая простая задача. Обычные микропроцессоры разрабатываются по NMOS (N-channel Metal Oxide Semiconductor) технологии, позволяющей просто разрабатывать миниатюрные микросхемы. Однако такие схемы потребляют электроэнергию даже когда они не выполняют никаких заданий. То есть включенный, но не загруженный компьютер потребляет электроэнергию.

CMOS технология

Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) технология позволяет создать более экономичные с точки зрения потребления электроэнергии микросхемы, чем NMOS. Данное название происходит от специфичности работы логических вентилей, полученных по этой технологии. Когда одни вентили открываются, другие вентили, являющиеся парой первой, закрываются. Большие потоки энергии могут проходить через эти двойственные вентили только тогда, когда они меняют свое состояние. Другими словами — простаивающий компьютер почти не потребляет электроэнергию. Микросхемы, разработанные по более сложной CMOS технологии, конечно же, можно получить с использованием NMOS-технологии, но последние потребляют больше электроэнергии, хотя и стоят меньше. Ноутбуки, для которых критерий потребления электроэнергии существенен, часто реализованы на CMOS-технологии. Имеются модификации как 8088 микропроцессора, так и 8086, изготовленные по этой технологии. Об этом говорит буква "С", включенная в их идентификатор: 80С88 и 80С86.

Новые микросхемы

По мере того, как появлялись микропроцессоры, состоящие из многих тысяч дискретных логических компонент, реализованных на крошечном кусочке кремния, стала возможной реализация дополнительных функций в рамках одной микросхемы. При разработке компьютера, помимо микропроцессора, используются и другие дополнительные устройства: контроллеры прерываний, таймеры и контроллеры шин. Функции всех этих устройств технически можно реализовать в одном корпусе с микропроцессором. Однако эти возможности никогда не реализуются на практике. Микропроцессор, как и все дополнительные устройства, может использоваться в других устройствах, а не только в компьютерах. По мере развития компьютерной индустрии, рынком была проведена оптимизация разделения функций между устройствами. И каждое устройство развивалось в направлении наилучшей реализации своих функций. Intel продолжал совершенствовать свои микропроцессоры. В 1982 году был представлен микропроцессор 80186. Этот чип стал базовым для создания целого ряда совместимых компьютеров и реализации турборежима. Также был создан микропроцессор 80188 — преемник 8088. (Точно так же, как 80186 является развитием 8086).

Иностранные конкуренты

Два иностранных чипа являются близнецами 8088 и 8086 микропроцессоров. Это V20 и V30 производства Nippon Electric Company (NEC). V20 может использоваться вместо 8088, a V30 — вместо 8086. Но хотя чипы NEC используют тот же набор микрокоманд, что и микропроцессоры Intel, они не полностью идентичны. Большинство микрокоманд NEC являются более эффективными. Это и неудивительно, так как NEC в своих разработках учитывала опыт работы с соответствующими микропроцессорами фирмы Intel. Замена 8088 на V20 или 8086 на V30 увеличит производительность микропроцессора, а следовательно, и всего компьютера на 10-30%. Годы научных работ и проектирования ушли на совершенствование каждой микросхемы. Этих усилий можно избежать путем использования так называемой реверсивной разработки, когда "дорабатывается" чужой продукт вместо разработки своего собственного. Для защиты своих микросхем от копирования компании используют все возможные для этого средства — патентование, защиту прав и использование всевозможных секретов. Иногда производители выдают лицензии на использование разработанных ими масок, применяемых при производстве микросхем. Вторичные производители платят отчисления, потому что все потребители смотрят искоса на нелицензионные чипы. А кроме того, у вторичных производителей не болит голова о результатах научных работ и о том, как уменьшить стоимость разработки для повышения конкурентоспособности. Intel разрешил лицензионное производство своих микросхем IBM и Advanced Micro Devices. У NEC не было лицензий использовать разработки Intel. Intel обвинил NEC в том, что она скопировала более чем 25% микрокоманд 8086 путем использования реверсивной разработки.