Caracteristici generale ale miroprocesoarelor si evolutia acestora

De la aparitie pina in momentul actual, evolutia calculatoarelor personale a cunoscut momente de cotitura, veritabile mutatii.

Primul este legat de introducerea, in anul 1976, a calculatorului APPLE II, moment care marcheaza adevarata nastere a domeniului, al doilea este legat de implicarea, in anul 1981 a firmei IBM prin lansarea faimosului IBM PC, iar al treilea este aparitia in arhitectura calculatoarelor personale, a microprocesorului INTEL 80386. Acest microprocesor marcheaza a treia era, majora, in calculul personal, punind la dispozitie o putere de calcul deosebita, viteza spo­rita, precum si posibilitati de programare care deschid perspective noi software-ului de baza si de aplicatie. 386 este cel mai inovativ microprocesor dezvoltat pina acum si fara indoiala,, va fi pentru mult timp cel mai vindut microprocesor. Fiind un microprocesor pe 32 de biti puternic si flexibil, aplicatiile sale vor fi mult mai extinse, programele existente putind fi rulate mai rapid si mai eficient. Programatorii vor fi mult mai liberi de constringeri hardware, dezvoltand programe MS DOS precum si noi programe care beneficiaza de lucrul pe 32 de biti in cadrul noilor sisteme de operare, mult mai eficiente. Cum cunoscutul principiu al 'ontogenezei care repeta filogeneza' se respecta si in domeniul calculatoarelor personale, tehnologia existenta a permis im­plantarea conceptelor de prelucrare paralela, interleaving, page mode, cache, masina virtuala, proprii pina acum sistemelor medii si mini in cadrul calculatoarelor personale. 386 contine el insusi in arhitectura, o multime din conceptele enuntate si permite de asemenea, implan­tarea la nivelul resurselor unui calculator personal, a acestor concepte 'noi'. Toate acestea sugereaza faptul ca 386 va impune un nou standard pentru calculatoarele personale. In anii care urmeaza, cele mai multe inovatii vor fi legate de exploatarea posibilitatilor pe care le ofera acest microprocesor. Cu toate ca, in prezent calculatoarele personale realizate pe baza microprocesorului INTEL 80386 nu ofera, in mare, decat ceva mai multa viteza, performante deosebite sunt asteptate pe masura dezvoltarii software-ului ce exploateaza caracteristicile noi ale acestui microprocesor. Suntem constienti ca piata romaneas­ca de calculatoare, ca orice piata scapata de mecanismele greoaie ale centralizarii, are o tendinta exagerata spre neologisme, in special in faza de inceput. Lucrarea subliniaza faptul ca orientarea achizitiilor trebuie sa se faca rational, criteriul pret / performanta trebuind sa caracterizeze politica de cumparare in raport cu fiecare aplicatie. Este stiut ca performantele calculatoarelor personale depind de arhitectura si solutiile adoptate de fiecare constructor. Lucrarea face o analiza a principalelor arhitecturi adoptate, a managementului de memorie, a modului de organizare a magistralelor de date, a diverselor solutii de conectare a memoriilor externe si a perifericelor in cadrul unor sisteme 386 puternice cum ar fi IBM PS2/80, COMPAQ DeskPro 386/25, SUN 386i

80386 ofera o solutie hardware eficienta pentru multiprogramare si un mod 8086 virtual prin care calculatorul functioneaza ca si cum ar rula sisteme MS-DOS 'single tasking' multiple. Pentru a folosi acest avantaj, este nevoie de software proiectat pentru a-l utiliza. MS-DOS, in forma nemodificata, nu poate sa asigure aceste functii. Din aceasta cauza 80386 a generat un interes renascut pentru sistemele de operare micro, domeniu dominat de MS-DOS in ultimii ani. Lucrarea anali­zeaza noile implicatii in software, versiunile 386 ale OS/2, programe de control 386, sisteme de operare alternative, extensii DOS si UNIX. Se face o prezentare a evolutiei microprocesoarelor INTEL, prezentindu-se caracteristicile fiecarei familii. Pentru o orientare clara, un studiu comparativ al microprocesoarelor pe 32 de biti evidentiaza locul ocupat de 386. Tendintele de evolutie in domeniu sunt prezentate de asemenea, in sfirsit, tehnicianului i se ofera o imagine a arhitecturii interne a lui 386, registre, tipuri de date, mod de operare precum si set de instructiuni. Un tabel comparativ cu principalii competitori in domeniul PC 386 ofera o imagine selectiva cumparatorului roman asupra pietei de calculatoare personale la nivelul anilor 1990.

Microprocesorul reprezinta "creierul " intregului calculator ,coordonatorul tuturor operatiilor ce sunt efectuate de catre acesta. Un microprocesor contine in interiorul sau zone in care poate memora date de lungimi foarte mici. Aceste locatii poarta numele de registre, iar fiecare registru are un nume special( de exemplu :AX,BX).

Microprocesorul este conectat la celelalte componente ale calculatorului prin intermediul magistralei de date si al magistralei de comenzi( un fel de "bulevarde" electronice pe care circula datele si comenzile). Un microprocesor este caracterizat in mod principal de :

viteza de lucru; capacitatea maxima de memorie pe care o poate adresa; setul de instructiuni pe care le poate executa. Viteza de lucru a unui procesor este determinata de mai multi factori:

frecventa ceasului intern; dimensiunea registrelor interne si a magistralei de date; tipul constructiv al microprocesorului; dimensiunea memoriei cache.

Ceasul intern al unui calculator este un oscilator care trimite in calculator pulsuri la intervale de timp egale, bine determinate. Toate activitatile calculatorului sunt coordonate de aceste pulsuri periodice si in special functionarea microprocesorului. Ceasul intern nu are nimic de-a face cu masurarea orei exacte, asa cum ar putea sugera numele sau. El are rolul de-a asigura in permanenta pulsul pe baza caruia componentele calculatorului isi coordoneaza activitatea. Frecventa cu care sunt generate aceste pulsuri se numeste frecventa ceasului intern, masurandu-se in Hertzi.

Dimensiunea registrelor interne ale microprocesorului si dimensiunea magistralei de date se masoara cu ajutorul bit-ului. Un bit este cea mai mica unitate de informatie. Ne putem imagina bit-ul ca o casuta goala in care poate exista valoarea 1(care inseamna totul) sau valoarea 0(care inseamna nimic). Deoarece sistemul de numeratie folosit in informatica este cel binar, vom constata ca multiplii bit-ului sunt puteri ale lui 2. Cu cat dimensiunea registrelor interne este mai mare, cu atat viteza de lucru este mai mare deoarece capacitatea de memorare in interiorul microprocesorului este mai mare , deci numarul de operatii de transfer cu memoria interna este mai mic, iar toate aceste transferuri concuma timp. Dimensiunile tipice ale registrelor interne sunt de 8, 16 si 32 de biti.

De asemenea este foarte importanta dimensiunea magistralei de date. Cu cat aceasta este mai mare, cu atat este mai mare debitul de date care circula pe magistrala.

Un alt factor care influenteaza viteza de lucru este tipul de microprocesor, deoarece procesoarele de data mai recenta executa mai multe instructiuni la aceeasi frecventa de ceas. Astfel se lanseaza o operatie si nu se asteapta pana la sfarsitul ei pentru a se lansa o alta.

Memoria cache este conceputa pentru a fi legata mai direct de microprocesor decat memoria interna, pentru a evita operatiile intermediare. Microprocesorul comunica mult mai rapid cu memoria cache iar daca programul pe care il are de executat se afla in aceasta memorie, el va functiona mai rapid.

O alta marime esentiala pentru un microprocesor este capacitatea maxima de memorie pe care o poate adresa. Un microprocesor nu poate adresa o cantitate infinita de memorie, ci numai cantitatea maxima impusa de procesul sau constructiv. Cantitatea maxima de memorie este importanata pentru ca microprocesorul lucreaza mult mai repede cu memoria interna decat cu cea externa .

O ultima caracteristica a microprocesorului este setul de instructiuni pe care acesta le poate executa. Cu cat acesta este mai bogat, cu atat mai multe domenii de activitate pot fi abordate cu succes. Spre exemplu, folosind microprocesorul 80386 se pot executa mai multe programe simultan, pe acelasi calculator, programe care, evident, este interesant sa colaboreze intre ele. Acest microprocesor poate executa instructiuni in asa numitul mod protejat , ce permite executarea concurenta a mai multor programe.

In general, setul de instructiuni este caracterizat direct de tipul microprocesorului. Setul de instructiuni poate fi imbunatatit prin adaugarea unui coprocesor matematic, care imbunatateste performantele de lucru ale unui calculator doar daca se ruleaza un program ce apeleaza functiile sale. Spre exemplu, daca rulez un program de culegere de text, prezenta unui coprocesor nu influenteaza cu nimic functionarea calculatorului. In schimb, daca rulez un program specializat pe calcule matematice, prezenta unui coprocesor devine o necesitate.   

80386, rezultatul unei evolutii tehnologice

INTEL, arhitectul revolutiei calculatoarelor personale

Arhitectura microcalculatoarelor de astazi este datorata in proportie de 70% firmei INTEL, intr-adevar, luand in considerare primul calculator personal realizat in 1974, MITS ALT AIR, avind la baza microprocesorul 8080, IBM PC si nenumaratii compatibili care au facut ca arhitectura 8086/88 sa devina un standard, generatiile succesive ale lui 86, 80286, 80386 cu nenumaratele aplicatii, foarte rapidul 486, toti ruland acelasi software si impingand compatibilitatea de jos in sus inspre secolul urmator, putem sustine afirmatia de mai sus fara ezitare. Succesul lui INTEL se datoreaza abilitatii acestei firme de a descoperi tendinte de viitor si de a se pozitiona astfel incat sa poata exploata aceste tendinte. Cind Robert Noyce si Gordon Moore au infiintat compania in 1968, erau deja veterani ai industriei electronice; s-au intilnit in timp ce lucrau pentru William Shokley, cel ce coinventase tranzistorul si impreuna cu alti 6, au infiintat Fairchild Semicon ductors. In timp ce erau la Fairchild, Noyce a inventat circuitul integrat, iar Moore a coordonat echipa de cercetatori care a introdus in fabricatie primul circuit integrat. Scopul initial al lui INTEL, intr-un moment cind memoria calculatoarelor era realizata pe toruri de ferita, era de a realiza o memorie pe un circuit integrat. Prin 1969, INTEL producea primul circuit integrat RAM static, iar in 1970, RAM-ul dinamic 1103 a constituit o solutie providentiala pentru calculatoarele de capacitate medie, facind ca memoriile pe toruri de ferita sa fie depasite si curind abandonate. 1971 a marcat doua evenimente deosebite pentru INTEL: primul EPROM si primul microprocesor. Spre deosebire de memoriile programabile anterioare, care trebuiau sa fie inlocuite ori de cate ori era necesara o schimbare a programului continut in memorie, EFROM-ul poate fi sters cu un spot de raze ultraviolete si apoi reprogramat. Microprocesorul, fructul gindirii creatoare a lui Ted Hoff, a pornit ca rezultat al cercetarii unui proiect de realizare a 12 circuite la cererea clientului, BUSICOM, o firma japoneza care dorea sa construiasca o familie de calculatoare programabile. Hoff a decis ca ideea utilizarii a 12 circuite pentru realizarea proiectului respectiv era neinteligenta si costisitoare si in loc a dezvoltat unul singur, dispozitiv logic de uz general intr-o lume de circuite dedicate. Formal, introdus la sfirsitul lui 1971, microprocesorul pe 4 biti 4004, a fost urmat in anul 1972 de cel pe 8 biti, 8008. In 1974, microprocesorul 8080, oferind o performanta de 10 ori mai mare decat 8008, devine curind un standard industrial (pe baza lui s-a realizat primul calculator personal ALTAIR). Evolutia lui INTEL nu a fost intotdeauna ascendenta, existind si perioade mai slabe. Astfel, implicarea prin anii '70 in industria ceasurilor digitale a fost neinspirata; productia memoriilor MOS dinamice a continuat pina in anul 1985, cind a trebuit sa fie abandona ta, mai ales datorita dumping-ului practicat de japonezi. Dar implica rea gigantului IBM in afacerile firmei, prin cumpararea in 1983 a 15% din stocul INTEL, a reprezentat o infuzie de capital si mai ales de motivatie care au propulsat INTEL din nou pe pozitii fruntase in industria de semiconductoare. Nici abandonarea cooperarii cu SIEMENS, nici obositoarea lupta cu NEC asupra procesoarelor compatibile 8086/88, nu au putut slabi forta inovativa a acestei companii de exceptie. Trebuie remarcat ca, din punct de vedere financiar, 80386 a contribuit in mod decisiv la imaginea de exceptie a firmei.

In iulie 1986, INTEL a inceput sa desfaca microprocesorul 80386 la un pret de 299 $. Un cistig de 150 de milioane $ a fost obtinut la sfirsitul anului 1987 m urma vinzarii a peste 600.000 de microproce­soare. La sfirsitul anului 1988, 386 era un produs de o jumatate de miliard de dolari. Investitia de 100 milioane $ facuta in 80386 a fost platita in 1988. in 1987,INTEL a inchis anul fiscal cu cistiguri de 1,9 miliarde $, o crestere de peste 50% fata de anul 1986. Cistigul net a sarit la 248 milioane $, dupa o pierdere de 174 de milioane $ in 1986.

MICROPROCESORUL 80386

80386 - Mod de operare

80386 este proiectat pentru a realiza operatii pe 32 de biti, dar in acelasi timp poate functiona ca un 8086 sau 80286 rapid. Pentru o mai buna intelegere este necesara o prezentare a celor trei moduri in care acest microprocesor opereaza. Aceste moduri de lucru, numite moduri 8086, Real, Protejat si Virtual dau lui 80386 un grad mare de compatibilitate si flexibilitate.Principalele distinctii se refera la metodele de adresare a memoriei si capacitatile de memorie care pot fi adresate.Dupa cum se observa, modul 8086/8088 suporta numai modul real, care adreseaza l Moctet de memorie. Modul de lucru pe 16 biti al lui 80286 adauga modului real 80386, un mod protejat si de 16 ori mai multa memorie (16 Mocteti). 80386 adauga operarea pe 32 de biti in modul protejat, pentru a adresa cel putin 4 Gigaocteti de memorie. 80386 ofera de asemenea un mod subordonat 8086, virtual pentru a realiza compatibilitatea cu software-ul 8086 existent.80386 incepe intotdeauna operarea in modul compatibil 8086, modul REAL. Aceasta permite ca software-ul existent sa poata fi rulat a viteza oferita de 80386. Modul REAL este denumit astfel deoarece software-ul compatibil 8086 vehiculeaza adrese reale (fizice). Limitarea de memorie de l Moctet si modelul de programare segmentat de 64 Kocteti sunt identice cu modul real pe 80286. In modul REAL, 80386 opereaza ca un 8086 extrem de rapid, si anume un program 8086/88 rulat pe 80386 se executa de aproape zece ori mai repede.Dupa pornire, 80386 poate fi instruit sa lucreze in modul REAL au PROTEJAT. Acest mod lucreaza cu date si adrese pe 32 de biti si mod VIRTUAL de lucru cu memoria in mod pagina. Acest mod este tinta dezvoltarii software-lui pe 32 de biti. cheaza sistemul. Daca un program incearca sa acceseze o adresa de memorie in afara spatiului masinii virtuale, se genereaza o exceptie (intrerupere hardware) si sistemul de operare preia controlul. Facilitatea de compatibilitate DOS (DOS compatibility Box) continuta de OS/2 nu include aceasta caracteristica.Cu toate ca 80386 suporta masini virtuale 8086, nu suporta masini virtuale 80286 sau 386. Modul virtual 8086 permite virtuali zarea numai a mediului modului real. Aceasta limitare este datorata unor constringeri existente in instructiunile POPF si PUSHF, precum si a celor de registre de sistem-memorie. Se asteapta ca INTEL sa furnizeze posibilitatea ca 80386 sa se autovirtualizeze si sa-1 virtu alizeze pe 80286 in elaborarile ulterioare.Viitorul rezerva dezvoltari spectaculoase atat in domeniul tehnologiei cat si in domeniul software-ului. De la inceput trebuie facuta, insa o remarca: arhitectura 386 pe 32 de biti constituie baza dezvoltarilor viitoare. Lumea calculatoarelor personale are acum o fundatie stabila, asa cum a fost arhitectura IBM 370 timp de peste 25 de ani. Se estimeaza supravietuirea arhitecturii 386 pe o perioada cel putin egala. Intre timp, migratia catre sistemele pe 32 de biti se va accelera. Toate functiile unitatii centrale si cele secundare de I/O vor fi pe 32 de biti. Consecvent, noile dezvoltari software vor fi numai pentru 32 de biti.Privite in retrospectiva, calculatoarele personale urmeaza aceeasi cale ca si arhitecturile mini si mari; de la 3, la 16 si 32 de biti. INTEL a inceput in 1971 cu arhitectura pe 4 biti, a trecut la 8 biti, apoi in 1978 la 16 biti prin 8086/88. In sfirsit in 1985, INTEL a reusit sa impacheteze o arhitectura completa pe 32 de biti intr-un singur circuit integrat. 386 a reprezentat prima implementare a unui procesor pe 32 de biti. A doua este i486. Initial aparut intr-o versiune la 25 MHz, i486 este de 50 de ori mai performant decat unitatea centrala din calculatorul IBM PC original. Curind i486 va lucra la frecvente de 50 si 60 MHz. INTEL pretinde ca performanta lui 486 este cu 100% pina la 300% mai mare decat performanta lui 386, si aceasta pe baza integrarii intr-o singura capsula a coprocesorului matematic, precum si a controllerului si memoriei cache. Prin urmare sunt necesari mai putini cicli pentru a aduce si executa o instructiune.Ca nivel de integrare remarcam faptul ca fata de 386, care ingloba 275.000 de tranzistoare pe capsula, 486 inglobeaza 1,2 milioane de tranzistoare contine 4 milioane de tranzistoare, in 1996 i686 va impacheta 22 mili­oane de tranzistoare, iar dupa anul 2000 - i786, 100 milioane. i586 se configureaza in jurul unei unitati aritmetice si logice (ALU) cu structura paralela, care integreaza intr-o maniera trans­parenta echivalentul a patru unitati aritmetice si logice 386. Acest ALU este, la fel ca 486, echipat cu o unitate de virgula mobila (FPU) si de o memorie cache de 2 ori 8 Kocteti destinata datelor si ins tructiunilor. i586 ramine compatibil cu toate instructiunile si modurile de functionare ale generatiilor precedente de microprocesoare si va putea utiliza toate programele aplicative existente astazi. Este dotat cu trei moduri de functionare suplimentare. Primul consta dintr-un tip 64 de biti nativ, care ar trebui, in timp sa favorizeze aparitia mediilor si programelor aplicative care sa beneficieze de aceste caracteristici avansate. Al doilea, supranumit Performance Monitor, se adreseaza ce­lor care dezvolta software. El permite verificarea timpilor de executie a programelor si optimizarea derularii lor. In sfirsit, al treilea, numit Probe Mode, permite examinarea procesorului si registrelor si este ori­entat spre punerea la punct a software-ului sau a placilor aditionale. Initial livrat in versiunea lucrind la 66 MHz, INTEL i586 va oferi o putere de ordinul de 70-80 Mips, deci, la frecventa da ceas egala, du­blul puterii lui i486. Va fi livrabil incepind cu sfirsitul acestui an. Pretul va fi situat intre 1700 si 2000 $. Conform celor declarate de un purtator de cuvint, INTEL va anunta la jumatatea anului 1992 prime­le sisteme incorporind acest microprocesor.

Le monde Informatique, 11 feb. 1991

Privind spre viitor, INTEL vede functionarea unor structuri paralele in care 4 unitati centrale inglobind fiecare cate 5 milioane de tranzistoare, vor oferi executia codului, 2 unitati de adresare, de asemenea lucrind in paralei vor ingloba 10 milioane de tranzistoare, sectorul grafic si de autotest vor contine alte 10 milioane. Zona cache cu 40 de milioane de tranzistoare va fi inglobata in acelasi microprocesor care va utiliza arhitectura RISC, CISC si prelucrarea paralela.In termeni de viteza exprimata in MIPS (milioane de instructiuni pe secunda), PC-ul original lucra la mai putin de l MIPS. 80386, cu un tact de 33 MHz lucreaza la 10 MIPS. Prin anul 2000, INTEL prevede functionarea la frecvente apropiate de 250 MHz si la viteze de 2000 MIPS. Sa retinem doar ca 2 miliarde de instructiuni pe secunda in­seamna de 2 ori viteza celui mai rapid calculator de orice tip existent astazi.Inca odata facem remarca legata de faptul ca toate aceste dezvoltari vor fi tacute pastrind compatibilitatea cu arhitectura de baza 386. Valoarea investitiei facute in aceasta arhitectura va fi sporita pe masura ce sistemele de operare pe 32 de biti si noile aplicatii se vor instala.Desigur, estimarile facute de INTEL referitoare la cresterea densitatii de impachetare sunt bazate pe functionarea asa numitei legi a lui MOORE, emisa de Gordon Moore, cofondatorul lui INTEL, con form careia numarul de tranzistoare impachetate pe un circuit se dubleaza la fiecare 2 ani.Mult mai utile pentru utilizatorul de PC si posibilul cumparator al anului 1992 deci si pentru o mare categorie din cititorii acestei carti par a fi concluziile ce se desprind din examinarea evolutiei domeniului pina acum.INTEL, MICROSOFT si COMPAQ au inregistrat profituri chiar in perioade de recesiune datorita faptului ca aceste companii au jucat un rol indispensabil in definirea calculatorului personal clasa business pe care cei mai multi utilizatori il doresc astazi: un sistem 386 cu o magistrala clasica de tip AT plus WINDOWS.

Microcalculatoarele; o privire asupra tehnologiei

Inventarea microprocesorului in 1971 de catre Ted Hoff in laboratoarele Fairchild a avut o importanta mult mai mare decat s-a prevazut initial, caci dincolo de aplicatiile imediate, de control, el a facut posibila aparitia microcalculatorului, un dispozitiv electronic folosit pentru prelucrarea informatiei cu ajutorul unor semnale electrice produse de circuite plasate pe o pastila de siliciu. Complexitatea microprocesorului a crescut de la cateva circuite pina la circuitul integrat pe scara foarte larga (VLSI) de astazi, care aduna peste 100.000 de circuite pe aceeasi pastila. Microcalculatoarele moderne contin mai multe subsisteme conectate intre ele si circuite de suport VLSI. Constructorul de microcalculatoare are de ales dintr-o gama larga de microprocesoare, circuite de memorie, de interfata in variante constructive nMOS, CMOS, I2L, factorul primordial de alegere fiind raportul pret/performanta. Microprocesorul este, dupa cum am amintit, cea mai importanta componenta a sistemului. El prelucreaza aproape toate informatiile din interiorul unui microcalculator, citeste instructiuni si date din memorie, executa prelucrari asupra lor, le trimite sau le primeste catre / dinspre periferice prin instructiuni de intrare-iesire. Cunoscut si sub numele de unitate centrala, microprocesorul este un circuit integrat digital care prelucreaza informatia in mod secvential.Toate microcalculatoarele de tip IBM si compatibilele IBM contin microprocesoare INTEL din familia 8086/8088,80286,80386SX, 80486. Microprocesoarele MOTOROLA 68000, 68020, 68030 stau la baza microcalculatoarelor APPLE Macintosh si a statiilor de lucru din prima linie. Microprocesoarele se claseaza dupa numarul de biti din campul de adrese si largimea cuvantului. Modul in care datele sunt manevrate in interiorul microprocesorului depind de organizarea interna, de arhitectura cailor de date si de adrese. Viteza de prelucrare a micropro­cesorului este in mod direct legata de arhitectura acestuia si de calitatile tehnologice ale circuitelor componente. Dimensiunea campului de adrese determina marimea spatiului fizic de memorie care poate fi adresat de microprocesor. De exemplu, un microprocesor pe 8 biti are un camp de adrese cu largimea de 16 biti. Spatiul de memorie care poate fi adresat este de 2¹⁶ locatii, adica 64 000 de locatii de memorie. 8086 dispune de un camp de adrese de latime de 20 de biti. Ca atare acesta poate accesa 2²⁰ locatii, adica pina la l milion de locatii de memorie. Magistrala de adrese de 24 de biti a lui 80286 permite adresarea a 16.000.000 de lo­catii; cea de 32 de biti a lui 80386 adreseaza un spatiu liniar de memorie de 4 miliarde de octeti. Largimea cailor de date influenteaza in mod direct performantele de viteza ale microprocesorului. Dimensiu­nea mai mare a cailor de date inseamna prelucrarea si manipularea unei cantitati mai mari de informatie pe unitatea de timp. Largimea bus-ului de date determina si rata de transfer din si catre unitatea centrala in lucrul cu perifericele. Un bus de date mai larg inseamna transferuri mai eficiente, deci o performanta de viteza mare. Spre exemplu, microprocesoarele 8086 si 8088 sunt functional identice. Difera insa sub raportul largimii busului de date pentru operatiile de intrare / iesire. 8086 dispune de 16 biti de date pentru lucrul cu intrarea / iesirea, in timp ce 8088, de numai 8 biti. Ca o consecinta, 8086 este cu 20% mai rapid decat 8088.

Frecventa ceasului de baza este parametrul cel mai intim legat de tehnologia de realizare a microprocesorului. Viteza microprocesoru­lui depinde in mod invers proportional de perioada de timp in care microprocesorul executa o operatie elementara. Cu cat aceasta este mai mica, cu atat numarul de operatii elementare executate intr-o unitate de timp este mai mare. Cum instructiunile microprocesorului sunt constituite din succesiunea unor operatii elementare, rezulta de aici implicatia directa asupra vitezei de lucru a microprocesorului. Dupa cum am mai spus, cresterea vitezei este limitata de caracteristicile tehnologice ale realizarii microprocesorului. In timp, aceste tehnologii au evoluat in sensul cresterii performantelor de viteza de la PMOS, NMOS, HCMOS etc. O privire asupra evolutiei microprocesoarelor INTEL in timp, releva evolutia acestor factori mentionati anterior.

INTEL 4004 - primul microprocesor aparut in 1971, realizat in tehnologie PMOS, inglobeaza 2.250 de tranzistoare pe pastila de siliciu. Prelucrare pe 4 biti, ceas de 740 KHz, viteza 60.000 de operatij/secun-da, memorie adresabila 4 Koct, set de 45 instructiuni orientate pe operatiuni aritmetice.Utilizatorul poate programa microprocesorul sa realizeze un numar mare de sarcini diferite, fiind un circuit versatil, spre deosebire de circuitele dezvoltate anterior care erau dedicate.

INTEL 8008 - aparut in 1972, microprocesor pe 8 biti, tehno­logie PMOS, grad de integrare 3.300 tranzistoare pe pastila de siliciu, ceas 800 KHz, viteza 30.000 operatii/secunda, memorie adresabila 16 Koct, set de 48 de instructiuni. Proiectat initial pentru comanda unui display pe tub catodic pentru firma DATAPOINT Corporation, microprocesorul nu a fost acceptat, fiind considerat prea lent, fata de logica cablata clasica. Totusi, piata a absorbit curand circuitul, aplicatiile sale de manipulare date si caractere dovedind utilitatea sa. A devenit evident pentru INTEL ca un viitor deosebit era in fata acestor circuite.

INTEL 8080 - tehnologie NMOS, grad de integrare 4.500 de tran zistoare pe capsula, capacitate de adresare 64 Koct, frecventa ceasului 2,083 MHz, 200.000 de operatii/secunda, set de 72 de instructiuni. Succesul deosebit al lui 8008, a determinat INTEL sa proiecteze si sa lanseze pe piata, in aprilie 1974, microprocesorul 8080. Prin versatilitate, acest microprocesor a determinat aparitia a nenumarate aplicatii care au inglobat circuitul. 8080 si-a gasit locul in industria electronica, a bunurilor de consum chiar si in cea a automobilelor. Dar poate cea mai importanta aplicatie, cu cele mai penetrante implicatii in viitor a fost realizarea pe baza lui 8080 a primului calculator personal ALTAIR 8800, produs in 1975 de catre firma Micro Instru-mentation Telemetry Systems. Tot de 8080 este legata si aparitia primului calculator personal 'comercial', APPLE II. Istoria nasterii si evolutiei firmei APPLE ilustreaza extraordinara putere a ideii inovatoare in conditiile econo­miei de piata si intr-un fel mitul succesului american. Proiectat si realizat literalmente 'pe genunchi', intr-un garaj, de doi studenti, Steve Wozniak si Steven Jobs, vindut, in 1976 direct din acelasi garaj; actiunea, la inceput cu putine sanse de reusita, a pus bazele unei firme APPLE CO, care avea sa parcurga triumfal calea succesului, devenind numai in 8 ani o corporatie internationala avind la activ multe miliarde de dolari.Si cum inovatia trebuia sustinuta si in domeniul software-ului, un la fel de tanar student, Bill Gates, a implementat un BASIC pe calculatorul ALTAIR. A fost prima actiune a unei mici companii, care va determina in mod decisiv software-ul de microcalculatoare. Microsoft are astazi mai mult de 1500 de angajati si un venit anual de peste 350 milioane $.

In 1978, INTEL a deschis seria microprocesoarelor pe 16 biti prin 8086, care inglobeaza cca 29.000 de tranzistoare pe capsula, lucreaza cu un ceas de 4 sau 8 MHz si executa 330.000 de operatii/secunda. Putind adresa fizic si virtual l Moct de memorie cu o marime a segmentului de 64 Koct, 8086 era un microprocesor cu adevarat puternic la momentul respectiv. Si totusi, piata 1-a acceptat cu greu -reticenta la 16 biti - nedispunind de circuite suport pe 16 biti. Iata de ce in 1979, INTEL corecteaza eroarea de apreciere a pietei lansind microprocesorul 8088, identic cu 8086 sub aspectul arhitecturii interne, dar mai bine adaptat la mediul foarte raspindit de 8 biti, comunicind cu exteriorul pe 8 biti, un hibrid perfect intre 8 si 16 biti.Optiunea gigantului IBM pentru acest microprocesor, pentru realizarea primului calculator personal IBM (IBM PC) a reprezentat un factor hotaritor in sustinerea pe mai departe a firmei INTEL.Prin IBM PC cele doua microprocesoare 8086/8088 au constituit baza calculatoarelor personale acceptata ca standard industrial. Tot pe baza structurii IBM s-au dezvoltat programe devenite standard si produse standard disponibile astazi pe piata de calculatoare personale. Tactica de 'urmarire a leaderului' a facut, de asemenea, sa apara mii de calculatoare IBM PC. Prin aceasta si prin tactica sistemului deschis prin care utilizatorii aveau posibilitate sa dezvolte aplicatii (placi aditionale) care sa poata fi introduse in calculatorul personal IBM s-a multiplicat sansa proliferarii standardului IBM in domeniul calcula­toarelor personale. Este exemplul unei stralucite reusite in domeniul marketingului.Evolutia lui IBM a fost legata pentru multa vreme de 8086/8088, in fapt o intreaga generatie de PC, IBM PC original, IBM PC XT, IBM 3270 PC, PC Jr, PC Portable (Hurricane) si PC Convertible.In scurt timp alternativa compatibilitatii IBM se deplaseaza din domeniul optiunii in domeniul necesitatii.Doar APPLE, credinciosi propriului mit si vocatiei originalitatii, continua sa supravietuiasca in mod miraculos, ca o stralucita exceptie care confirma regula, intr-o lume de compatibili IBM. In 1982, INTEL lanseaza 80286, un microprocesor realizat intr-o tehnologie superioara fata de predecesorul sau 8086. Insumind peste 135.000 de tranzistori pe capsula, lucrind cu frecvente de ceas de 6, 8, 10, 12 MHz, sau chiar 16 MHz, putind sa atinga pina la 2,1 mili­oane de instructiuni pe secunda, accesind un spatiu de memorie real de pina la 16 Moct si un spatiu de memorie virtual de pina la l Goctet, 80286 reprezinta in domeniul celor 16 biti un salt deosebit. Pastrind compatibilitatea totala la nivel de cod obiect cu 8086, realizeaza performante de 2,5 ori mai bune decat 8086, chiar daca se foloseste aceeasi frecventa de ceas si nici una din instructiunile sale suplimenta­re. IBM a fost primul producator mare care a utilizat 80286 atunci cind a introdus PC AT in 1984. De atunci au urmat multe calculatoare compatibile AT. IBM a continuat sa utilizeze acest microprocesor in noua sa generatie de calculatoare personale IBM PS2, modelul 30 286, 50 si 60. Astazi vinzarile de PC 286 depasesc vinzarile de sisteme 8086/8088.Principalul atu al lui 286 este, desigur viteza. Arhitectura sa are in vedere un grad inalt de paralelism in executia instructiunilor, ceea ce ii confera caracteristici superioare predecesorului sau. Mecanismele intrinseci implementate in logica sa interna sunt mai bine adaptate lucrului sub controlul unui sistem de operare multitasking. Pentru prima oara, programe sofisticate, cum ar fi gestiunea bazelor mari de date, programe de proiectare automata (CAD), sau programe sofisticate de editare pot fi rulate independent de calculatoare mini sau medii, pe calculatoare personale.Dar, pe masura ce aplicatiile pe calculatoarele personale au depasit etapa procesarii de texte si a programelor de tip 'spreadsheet' si au intrat in domeniul sofisticat al produselor bazate pe grafica de tip WINDOWS, arhitectura pe 16 biti a lui 80286 a inceput sa-si eviden tieze limitarile. In anii 80, 8086/8088 pareau puternice. Limita adresarii a l Moctet de memorie parea o stacheta indepartata pentru programe ce solicitau 256K, 512K si in fine 640 Kocteti de memorie. In momentul in care programe sofisticate au impins limita cerintelor peste l Moctet de memorie, au trebuit sa se imagineze tehnici complexe, asa cum sunt comutarea bankurilor de lucru (EMS), sau programe de supra punere (overlay), sau terminate and stay resident (TSR). Aceste programe au prelungit viata lui 286, dar au impus limitari de performanta si de functionare asupra aplicatiilor.Compatibilitatea cu 8086 este asigurata la 80286 prin existenta a doua moduri de lucru: mod real (8086/8088) si mod protejat (80286). in mod real, 80286 se prezinta din exterior ca un 8086, putind accesa l Moctet de memorie. In mod protejat pozitionarea prin program a unui bit de stare permite adresarea unui spatiu de 16 Mocteti. Dezvoltind sistemul de operare OS/2, MICROSOFT a intilnit o problema majora generata de inexistenta unui mecanism hardware de intoarcere din mod protejat in mod real, fapt care conducea la oprirea procesorului in aceste situatii. Microsoft a rezolvat problema printr-o comutare de moduri echivalenta cu un reset al sistemului. Dar cea mai mare constringere impusa software-ului este modul de programare segmentat al familiei INTEL. Pentru a depasi bariera celor 64 Kocteti proprie microprocesoarelor pe 8 biti, si pentru a pastra compatibilitatea pe mai departe cu acestea, INTEL a introdus arhitectura segmentata odata cu 8086/8088. Prin extinderea bus-ului de adrese de la 16 la 24 de biti, utilizind o tehnica de suprapunere, microprocesorul poate adresa l Moctet de memorie. Totusi, aplicatii utilizind structuri de date si programe lungi trebuie inca sa segmen teze memoria in felii de 64 K. Acest lucru incomodeaza si forteaza programatorii sa partitioneze o aplicatie in segmente multiple de cod si de date.Programele si structurile de date care depasesc granita celor 64 Kocteti solicita tehnici foarte complicate si nu pot elibera aplicatia, sau limbajul sursa de dificultatea de a manevra segmente de cod si date. In sfirsit, 80286 este lipsit de mecanisme hardware pentru implementarea efectiva a conceptului de memorie virtuala, o tehnica prin care capacitatea mare a discurilor de masa este vazuta ca si cum ar fi propria memorie RAM a calculatorului. El realizeaza aceasta prin programe sofisticate care, ele insele consuma timp si spatiu de memorie. Dar punctul slab al lui 80286 este ca incearca sa rezolve probleme de anvergura raminind in domeniul celor 16 biti. Aceasta constringere il marcheaza in mod fatal.in 1985, INTEL a introdus microprocesorul 80386. Daca celelalte microprocesoare aduceau inovatii, mai mult sau mai putin importante, 80386 a reprezentat un salt calitativ revolutionar fata de predecesori, in conditiile pastrarii compatibilitatii cu programele dezvoltate pentru 8086/80286.Principala inovatie este faptul ca arhitectura procesorului este pe 32 de biti, atat interna cat si externa. 80386 este produs utilizind tehnologia CHMOS II, un proces care combina calitatile de inalta frecventa ale tehnologiei HMOS, cu cele de consum mic de putere proprii tehnologiei CMOS. Utilizind geometria de 1,5 u si 2 straturi metalice, produsul compacteaza pe placuta de 1/4' de siliciu mai mult de 275.000 de tranzistoare si un milion de componente electronice.Este o magistrala realizare a tehnologiei VLSI. Tehnica 'pipe-line', prelucrarea paralela, precum si lucrul la 16, 25, 33 MHz ridica performanta microprocesorului la 3-5 milioane de instructiuni pe secunda (7 MIPS la 25 MHz). Cu aceasta, performanta lui 80386 depaseste viteza multor minicalculatoare si egaleaza viteza calculatoa-relor medii de acum 10 ani. Dar cele mai semnificative avantaje sunt oferite de 386 programatorilor inlaturind barierele intilnite de sistemele de operare si aplicatiile pe microprocesoarele precedente, cum ar fi lucrul pe 32 de biti, sistemul de paginare al memoriei, caracteris­tici de I/O superioare si spatiul de adresare liniar mult mai mare (4 Gocteti). Foarte important este faptul ca toate aceste modificari structurale au fost implementate intr-un superset de functiuni, pastrind in acelasi timp compatibilitatea cu produsele software pentru 8086/8088 si 80286. Ca si in cazul lui 8086, care a fost urmat de un 8088 mai adaptat mediului existent de 8 biti, si 80386 a fost urmat de 80386SX, un element de tranzitie intre 80286 si 80386. Ca si 286, 386SX acceseaza pina la 16 Mocteti de memorie; de asemenea are cai de date de 16 biti. Intern, insa, SX prelucreaza, ca si 386, 32 de biti. In plus, 386SX prezinta o compatibilitate perfecta cu toti predecesorii INTEL (8086/8088 si 80286) retinind modul protejat si virtual 8086 al lui 80386. 386SX, 386 si mai departe 486 sufera in prezent de inexistenta unui software care sa exploateze calitatile acestora.Dar calitatile exceptionale expuse anterior dau software-ului sansa de a prinde din urma hardware-ul. Baza instalata in momentul acesta pe sisteme 386 este suficient de mare ca sa merite efortul dezvoltarii.Urmatorul membru al familiei INTEL, 80486, nu este esential diferit de predecesorul sau 386.Beneficiind de o tehnologie superioara, 486 este mai rapid si inglobeaza in structura sa circuite care in mod traditional erau circuite suport exterioare, cum ar fi: controllerul pentru memoria coche, coprocesorul matematic si de periferie: porturile de comunicatie si suportul pentru grafica de mare viteza. In plus, circuitul poate sustine lucrul cu procesoare multiple.Avantajele unei viteze mai mari sunt legate in primul rind de reduceri de pret. De exemplu, un minicalculator VAX costa mai mult de 20.000 $. O masina completa 486 poate sa se situeze in intervalul de pret de la 4000 $ la 10.000 $, atingind performante competitive. Caracteristicile de protectie asigura integritatea sistemului de operare in fata interfetei utilizatorilor si a utilizatorilor intre ei insisi. Siguranta globala a unui sistem in mod PROTEJAT depinde in principal de robustetea sistemului de operare, nu de siguranta progra mului utilizator. Modul PROTEJAT 80386 este preferat datorita lucrului pe 32 de biti, suportul memoriei virtuale si securitatii acestuia.Oricum, modul protejat permite o flexibilitate deosebita. In aceasta privinta, modul 8086 virtual este interesant, intrucat permite rularea oricarui software existent 8086 sub controlul sistemului de operare in mod PROTEJAT pe 32 de biti. Aici nu exista nici un fel de restrictie. Software-ul de aplicatie 8086 implicat poate fi un program de aplicatie autohton, sau poate fi un intreg sistem de operare 8086, cum ar fi PC-DOS. Cind software-ul 8086 este executat in mod 8086 VIR­TUAL, el 'crede' ca lucreaza pe un 8086 fizic. De fapt, sistemul de operare 80386 master in mod PROTEJAT detine controlul tuturor re­surselor sistemului. Combinarea compatibilitatii pe 16 biti si a functiilor aditionale de operare in mod protejat fac ideala utilizarea lui in sisteme de operare care suporta multitasking-ul intr-o varietate de medii de programare. Modul VIRTUAL 8086 este o solutie eleganta pentru asigurarea compatibilitatii software intre generatii de sisteme de la 8086 la 80386. in acest mediu, 80386 poate executa programe PC-DOS multiple neschimbate intr-un mediu protejat.Aceasta calitate confera lui 80386 o compatibilitate fara pre­cedent cu membrii anteriori ai familiei INTEL. Modul virtual 8086 pro tejeaza investitiile deosebite facute in software-ul 8086/88 si fur nizeaza o cale comoda de abordare a problemelor legate de memoria virtuala, multiprelucrare si lucrul insusi pe 32 de biti. In modul virtual, 80386 poate rula aplicatii PC DOS simultane separate si fara interferente intre programe. Aceasta deoarece fiecare masina virtuala are spatiul de adresa propriu, spatiul porturilor de adresa si tabela vectorilor de intrerupere. Un program 8086 ruleaza in acest mediu ca parte dintr-un task virtual 8086. Software-ul care ruleaza in modul nativ protejat pe 32 de biti 80386 si implementeaza un set de masini 8086, virtuale este denumit program de control 80386 sau monitor de masina virtuala. Diferenta esentiala intre Modul Real si Virtual 86 este faptul ca protectia memoriei, mecanismul de memorie virtuala si de verificare a privilegiilor sunt valide si atunci cind masina virtuala lucreaza. Anul 1990 a marcat aparitia unor calculatoare personale 486 foarte puternice, folosite indeosebi ca servere de retele. Astfel COMPAQ SYSTEMPRO 486/840, IBM Model 95, DELL 433TE, AT&T STAR SERVER, Hewllett-Packard Vectra 486, sunt cateva nume mari inscrise in cursa pentru performanta.