I386

Intel A80386DX-20 CPU imagen

El Intel 386, originalmente lanzado como 80386 y luego rebautizado como i386, es un microprocesador de 32 bits introducido en 1985. Las primeras versiones tenían 275.000 transistores y eran la CPU de muchas estaciones de trabajo y computadoras personales de alta gama de la época. Como implementación original de la extensión de 32 bits de la arquitectura 80286, el conjunto de instrucciones i386, el modelo de programación y las codificaciones binarias siguen siendo el denominador común para todos los procesadores x86 de 32 bits, lo que se denomina arquitectura i386< /i>, x86 o IA-32, según el contexto.

El i386 de 32 bits puede ejecutar correctamente la mayoría del código destinado a los procesadores anteriores de 16 bits, como 8086 y 80286, que eran omnipresentes en las primeras PC. A lo largo de los años, las implementaciones sucesivamente más nuevas de la misma arquitectura se han vuelto varios cientos de veces más rápidas que el 80386 original (y miles de veces más rápidas que el 8086). La versión de 20 MHz opera 4-5 MIPS. También realiza entre 8000 y 9000 Dhrystones por segundo. Según los informes, se midió un 80386 de 33 MHz para operar a aproximadamente 11,4 MIPS.

El desarrollo de la tecnología i386 comenzó en 1982 bajo el nombre interno de P3. La cinta del desarrollo del 80386 finalizó en julio de 1985. El 80386 se introdujo como muestras de preproducción para estaciones de trabajo de desarrollo de software en octubre de 1985. La fabricación de los chips en cantidades significativas comenzó en junio de 1986, junto con el primer complemento dispositivo que permitió actualizar las computadoras existentes basadas en 80286 a 386, el Traductor 386 de American Computer and Peripheral. Las placas base para los sistemas informáticos basados en 80386 eran engorrosas y costosas al principio, pero la fabricación se justificó con la adopción general del 80386. La primera computadora personal que hizo uso del 80386 fue la Deskpro 386, diseñada y fabricada por Compaq y marcó la primera vez que una empresa distinta de IBM actualizó un componente fundamental en el estándar de facto compatible con PC de IBM.

En mayo de 2006, Intel anunció que la producción del i386 se detendría a fines de septiembre de 2007. Aunque había quedado obsoleto durante mucho tiempo como CPU de computadora personal, Intel y otros continuaron fabricando el chip para sistemas integrados. Dichos sistemas que utilizan un i386 o uno de muchos derivados son comunes en la tecnología aeroespacial y los instrumentos musicales electrónicos, entre otros. Algunos teléfonos móviles también utilizaron (variantes CMOS completamente estáticas posteriores) el procesador i386, como BlackBerry 950 y Nokia 9000 Communicator. Linux continuó admitiendo procesadores i386 hasta el 11 de diciembre de 2012; cuando el kernel cortó instrucciones específicas de 386 en la versión 3.8.

Arquitectura

Diagrama de bloque de la microarquitectura i386

El procesador supuso una evolución significativa en la arquitectura x86 y amplió una larga línea de procesadores que se remontaba al Intel 8008. El predecesor del 80386 fue el Intel 80286, un procesador de 16 bits con una memoria basada en segmentos. sistema de gestión y protección. El 80386 agregó una canalización de instrucciones de tres etapas que trae un total de canalización de instrucciones de 6 etapas, extendió la arquitectura de 16 bits a 32 bits y agregó una unidad de administración de memoria en el chip. Esta unidad de traducción de paginación facilitó mucho la implementación de sistemas operativos que usaban memoria virtual. También ofreció soporte para la depuración de registros.

El 80386 presentaba tres modos operativos: modo real, modo protegido y modo virtual. El modo protegido, que debutó en el 286, se amplió para permitir que el 386 gestione hasta 4 GB de memoria. Con la adición del sistema de direccionamiento segmentado, puede expandirse hasta 64 terabytes de memoria virtual. El nuevo modo virtual 8086 (o VM86) hizo posible ejecutar uno o más programas en modo real en un entorno protegido, aunque algunos programas no eran compatibles. Cuenta con indexación escalada y palanca de cambios de barril de 64 bits.

La capacidad de configurar un 386 para actuar como si tuviera un modelo de memoria plana en modo protegido a pesar de que utiliza un modelo de memoria segmentada en todos los modos fue posiblemente el cambio de características más importante para la familia de procesadores x86 hasta AMD lanzó x86-64 en 2003.

Se han agregado varias instrucciones nuevas a 386: BSF, BSR, BT, BTS, BTR, BTC, CDQ, CWDE, LFS, LGS, LSS, MOVSX, MOVZX, SETcc, SHLD, SHRD.

Se agregaron dos nuevos registros de segmento (FS y GS) para programas de propósito general, la palabra de estado de máquina única de 286 se convirtió en ocho registros de control CR0–CR7. Se agregaron registros de depuración DR0–DR7 para puntos de interrupción de hardware. Se utilizan nuevas formas de instrucción MOV para acceder a ellos.

El arquitecto jefe en el desarrollo del 80386 fue John H. Crawford. Fue responsable de ampliar la arquitectura y el conjunto de instrucciones del 80286 a 32 bits y luego dirigió el desarrollo del microprograma para el chip 80386.

La línea de procesadores i486 y P5 Pentium eran descendientes del diseño i386.

Tipos de datos

Los siguientes tipos de datos son directamente compatibles y, por lo tanto, implementados por una o más instrucciones de máquina i386; estos tipos de datos se describen brevemente aquí.:

• Bit (valor boomlean), poco campo (grupo de hasta 32 bits) y bit string (hasta 4 Gbit de longitud).
• entero de 8 bits (byte), ya sea firmado (rango −128..127) o no firmado (rango 0.255).
• entero de 16 bits, ya sea firmado (rango −32.768..32.767) o no firmado (rango 0.65,535).
• entero de 32 bits, ya sea firmado (rango −2³¹..2³¹1) o no firmado (rango 0..2³²-1).
• Offset, un desplazamiento de 16 o 32 bits que se refiere a una ubicación de memoria (utilizando cualquier modo de dirección).
• Pointer, un selector de 16 bits junto con un offset de 16 o 32 bits.
• Cara Código de caracteres (8-bit).
• String, una secuencia de 8-, 16- o 32-bit palabras (hasta 4 Gbit de longitud).
• BCD, dígitos decimales (0..9) representados por bytes sin empaquetar.
• BCD envasado, dos dígitos BCD en un byte (rango 0.99).

Código de ejemplo

El siguiente código fuente de ensamblaje i386 es para una subrutina llamada _strtolower que copia una cadena de caracteres ASCIIZ terminada en nulo de una ubicación a otra, convirtiendo todos los caracteres alfabéticos a minúsculas. La cadena se copia un byte (carácter de 8 bits) a la vez.

 00000000
00000000 55
00001 89 E5
00000003 8B 75 0C
00006 8B 7D 08
00009 8A 06
0000B 46
0000C 3C 41
0000E 7C 06
00010 3C 5A
00012 7F 02
00014 04 20
00016 88 07
00018 47
00019 3C 00
0001B 75 CE
0001D 5D
0001E C3
0001 F

; _strtolower:; Copiar una cadena ASCII de término nulo, conversión; todos los caracteres alfabéticos al caso inferior.;; Parámetros de la pila de entrada; [ESP+8] = src, Dirección de la cadena fuente; [ESP+4] = dst, Dirección de cadena de destino; [ESP+0] = Dirección de retorno;_strtolower proc empujar ebp ; Configurar el marco de llamada mov ebp,esp mov esi,[ebp+12] ;Set ESI = src mov edi,[ebp+8] ;Set EDI = dstbucle mov al,[esi] ; Carga AL de [src] inc esi ; Increment src cmp al,'A ' ; Si AL, "A" j) Copia ; Saltear la conversión cmp al,'Z' ; Si AL MENTE 'Z', jg Copia ; Saltear la conversión añadir al,'a'-'A ' ;Convertir AL a la minúsculaCopia mov [edi]al ;Store AL to [dst] inc edi ; Increment dst cmp al,0 ;Si AL ANTE se hizo referencia 0, jne bucle ; Repita el buclehecho pop ebp ; Restaurar el marco de llamada prev Ret ; Regresar al callador final proc

El código de ejemplo utiliza el registro EBP (puntero base) para establecer un marco de llamada, un área en la pila que contiene todos los parámetros y variables locales para la ejecución de la subrutina. Este tipo de convención de llamada admite código recursivo y reentrante y ha sido utilizado por lenguajes similares a Algol desde finales de la década de 1950. Se asume un modelo de memoria plana, específicamente, que los segmentos DS y ES se dirigen a la misma región de memoria.

Variantes de chips

80386SX

Versión de montaje superficial del procesador Intel 80386SX en un ordenador Compaq Deskpro. No es degradable a menos que se realice la retracción de circuito de aire caliente

Morir de Intel 80386SX

i386SL desde 1990

En 1988, Intel presentó el 80386SX, más conocido como 386SX, una versión reducida del 80386 con un bus de datos de 16 bits, principalmente destinado a PC de bajo costo destinados a los mercados doméstico, educativo y de pequeñas empresas, mientras que el 386DX siguió siendo la variante de gama alta utilizada en estaciones de trabajo, servidores y otras tareas exigentes. La CPU se mantuvo completamente en 32 bits internamente, pero el bus de 16 bits estaba destinado a simplificar el diseño de la placa de circuito y reducir el costo total. El bus de 16 bits simplificó los diseños pero obstaculizó el rendimiento. Solo se conectaron 24 pines al bus de direcciones, lo que limitaba el direccionamiento a 16 MB, pero esto no era una restricción crítica en ese momento. Las diferencias de rendimiento se debieron no solo a los diferentes anchos de bus de datos, sino también a las memorias caché que mejoran el rendimiento y que a menudo se emplean en las placas que utilizan el chip original.

El 80386 original se renombró posteriormente como i386DX para evitar confusiones. Sin embargo, Intel utilizó posteriormente el "DX" sufijo para referirse a la capacidad de coma flotante del i486DX. El 387SX era una pieza del 80387 que era compatible con el 386SX (es decir, con un bus de datos de 16 bits). El 386SX se empaquetó en un QFP de montaje en superficie y, a veces, se ofreció en un zócalo para permitir una actualización.

80386SL

El 80386SL se presentó como una versión de bajo consumo para computadoras portátiles. El procesador ofrecía varias opciones de administración de energía (por ejemplo, SMM), así como diferentes funciones de "suspensión" modos para ahorrar energía de la batería. También contenía soporte para un caché externo de 16 a 64 KB. Las funciones adicionales y las técnicas de implementación de circuitos hicieron que esta variante tuviera más de 3 veces más transistores que el i386DX. El i386SL estuvo disponible por primera vez a una velocidad de reloj de 20 MHz, y luego se agregó el modelo de 25 MHz.

Importancia empresarial

La primera PC basada en Intel 80386 fue la Compaq Deskpro 386. Al extender el estándar IBM PC/AT de 16/24 bits a un entorno informático nativo de 32 bits, Compaq se convirtió en la primera empresa en diseñar y fabricar tal importante avance técnico de hardware en la plataforma PC. A IBM se le ofreció el uso del 80386, pero tenía los derechos de fabricación del 80286 anterior. Por lo tanto, IBM optó por confiar en ese procesador durante un par de años más. El temprano éxito de la Compaq Deskpro 386 desempeñó un papel importante en la legitimación del "clon" industria y en restar importancia al papel de IBM dentro de ella.

Antes del 386, la dificultad de fabricar microchips y la incertidumbre de un suministro confiable hacían deseable que cualquier semiconductor de mercado masivo fuera de múltiples fuentes, es decir, fabricado por dos o más fabricantes, la segunda y las subsiguientes empresas que fabrican bajo licencia de la empresa de origen. El 386 estuvo durante un tiempo (4,7 años) solo disponible a través de Intel, ya que Andy Grove, el CEO de Intel en ese momento, tomó la decisión de no animar a otros fabricantes a producir el procesador como segundo fuentes. Esta decisión fue, en última instancia, crucial para el éxito de Intel en el mercado. El 386 fue el primer microprocesador importante en ser de una sola fuente. El abastecimiento único del 386 permitió a Intel un mayor control sobre su desarrollo y ganancias sustancialmente mayores en los años posteriores.

AMD presentó su procesador Am386 compatible en marzo de 1991 después de superar obstáculos legales, poniendo así fin al monopolio de 4,7 años de Intel sobre los procesadores compatibles con 386. Desde 1991, IBM también fabricó 386 chips bajo licencia para uso exclusivo en PC y placas de IBM.

Compatibles

Intel i386 empaquetado por IBM

• Los AMD Am386SX y Am386DX fueron clones casi exactos del i386SX e i386DX. Las disputas legales causaron retrasos de producción durante varios años, pero la parte 40 MHz de AMD finalmente se hizo muy popular con los entusiastas de la computadora como una alternativa de bajo costo y baja potencia al 25 MHz 486SX. El empate de potencia se redujo aún más en los "modelos de libreta" (Am386 DXL/SXL/DXLV/SXLV), que podían operar con 3.3 V y se implementaron en circuitos CMOS totalmente estáticos.
• Chips and Technologies Super386 38600SX y 38600DX se desarrollaron utilizando ingeniería inversa. Vendieron mal, debido a algunos errores técnicos e incompatibilidades, así como su aparición tardía en el mercado. Por lo tanto, eran productos de corta duración.
• Cyrix Cx486SLC/Cx486DLC podría describirse (simplistamente) como una especie de chip híbrido 386/486 que incluía una pequeña cantidad de caché en chip. Era popular entre los entusiastas de la computadora, pero mal con los OEM. Los procesadores Cyrix Cx486SLC y Cyrix Cx486DLC fueron compatibles con i386SX e i386DX respectivamente. Estos procesadores también fueron fabricados y vendidos por Texas Instruments.
• IBM 386SLC y 486SLC/DLC fueron variantes del diseño de Intel que contenía una gran cantidad de caché en chip (8 KB y 16 KB más adelante). El acuerdo con Intel limitó su uso a la propia línea de ordenadores y tableros de actualización de IBM, por lo que no estaban disponibles en el mercado abierto.

Primeros problemas

Intel originalmente pretendía que el 80386 debutara a 16 MHz. Sin embargo, debido a los bajos rendimientos, se introdujo en su lugar a 12,5 MHz.

Al principio de la producción, Intel descubrió un circuito marginal que podía hacer que un sistema arrojara resultados incorrectos de las operaciones de multiplicación de 32 bits. No todos los procesadores ya fabricados se vieron afectados, por lo que Intel probó su inventario. Los procesadores que no tenían errores se marcaron con doble sigma (ΣΣ) y los procesadores afectados se marcaron como "16 BIT S/W ONLY". Estos últimos procesadores se vendieron como piezas buenas, ya que en ese momento la capacidad de 32 bits no era relevante para la mayoría de los usuarios. Dichos chips ahora son extremadamente raros y se volvieron coleccionables.

El coprocesador matemático i387 no estaba listo a tiempo para la introducción del 80386 y, en cambio, muchas de las primeras placas base 80386 proporcionaban un zócalo y una lógica de hardware para utilizar un 80287. En esta configuración, la FPU funcionaba de forma asíncrona con el CPU, normalmente con una frecuencia de reloj de 10 MHz. El Compaq Deskpro 386 original es un ejemplo de tal diseño. Sin embargo, esto fue una molestia para quienes dependían del rendimiento de punto flotante, ya que las ventajas de rendimiento del 80387 sobre el 80287 eran significativas.

• 

  Un muy temprano 80386 a 12 MHz (A80386-12), antes de que se encontró el fallo multiplicador de 32 bits

• 

  Un A80386-16 marcado "16 BIT S/W SOLO" con el error multiplicador

• 

  Un A80386-16 libre de fallos marcado como "evance"

Actualizaciones compatibles con PIN

Típico 386 CPU de actualización de Cyrix y Texas Instruments

Más tarde, Intel ofreció una versión modificada de su 486DX en un paquete i386, con la marca Intel RapidCAD. Esto proporcionó una ruta de actualización para los usuarios con hardware compatible con i386. La actualización fue un par de chips que reemplazaron tanto al i386 como al i387. Dado que el diseño del 486DX contenía una FPU, el chip que reemplazó al i386 contenía la funcionalidad de punto flotante, y el chip que reemplazó al i387 sirvió para muy poco. Sin embargo, el último chip era necesario para proporcionar la señal FERR a la placa base y funcionar como una unidad de punto flotante normal.

Los terceros ofrecieron una amplia gama de actualizaciones, tanto para los sistemas SX como para los DX. Los más populares se basaron en el núcleo Cyrix 486DLC/SLC, que generalmente ofrecía una mejora sustancial de la velocidad debido a su canal de instrucciones más eficiente y al caché SRAM L1 interno. El caché solía ser de 1 KB o, a veces, de 8 KB en la variante TI. Cyrix mismo comercializó algunos de estos chips de actualización (como el 486DRx2/SRx2), pero se encontraron más comúnmente en kits ofrecidos por especialistas en actualizaciones como Kingston, Evergreen y Improve-It Technologies. Algunos de los módulos de actualización de CPU más rápidos presentaban la familia IBM SLC/DLC (notable por su caché L1 de 16 KB), o incluso el propio Intel 486. Muchos kits de actualización 386 se anunciaron como simples reemplazos directos, pero a menudo requerían un software complicado para controlar el caché o la duplicación del reloj. Parte del problema era que en la mayoría de las placas base 386, la línea A20 estaba controlada completamente por la placa base y la CPU no estaba al tanto, lo que causaba problemas en las CPU con cachés internos.

En general, fue muy difícil configurar las actualizaciones para producir los resultados anunciados en el paquete, y las actualizaciones a menudo no eran muy estables o no eran totalmente compatibles.

Modelos y variantes

Primeros modelos de 5 V

I386DX

Intel i386DX, 25 MHz

Versión original, lanzada en octubre de 1985. La versión de 16 MHz estaba disponible por 299 USD en cantidades de 100. La versión de 20 MHz estaba disponible por USD $599 en cantidades de 100.

• Capacidad de trabajar con autobuses externos de 16 o 32 bits
• Paquete: PGA-132 que estaba disponible en muestreo para el cuarto trimestre de 1985 o PQFP-132
• Proceso: Primeros tipos CHMOS III, 1,5 μm, más tarde CHMOS IV, 1 μm
• Tamaño de la muerte: 104 mm² (ca. 10 mm × 10 mm) en CHMOS III y 39 mm² (6 mm × 6.5 mm) en CHMOS IV.
• Conteo de transistores: 275.000
• Reloj max especificado: 12 MHz (promociones iniciales), más tarde 16, 20, 25 y 33 MHz

M80386

La versión militar se fabricó utilizando la tecnología de proceso CHMOS III. Fue hecho para soportar 105 Rads (Si) o más. Estaba disponible por USD $ 945 cada uno en cantidades de 100.

I386SX

80386SX 16 MHz

CAD rápido

Un Intel 486DX especialmente empaquetado y una unidad de punto flotante (FPU) ficticia diseñada como reemplazos compatibles con pines para un procesador i386 y una FPU i387.

Versiones para sistemas embebidos

80376

Esta era una versión integrada del 80386SX que no admitía el modo real ni la paginación en la MMU.

I386EX, i386EXTB y i386EXTC

Intel i386EXTC, 25 MHz

Administración de energía y sistema, y funciones de soporte y periféricos integrados: dos controladores de interrupción 82C59A; Temporizador, Contador (3 canales); SIO asíncrono (2 canales); SIO síncrono (1 canal); temporizador de vigilancia (hardware/software); Pío. Se puede utilizar con FPU 80387SX o i387SL.

• Datos/bus de dirección: 16 / 26 bits
• Paquete: PQFP-132, SQFP-144 y PGA-168
• Proceso: CHMOS V, 0,8 μm
• Reloj max especificado:
  • i386EX: 16 MHz @2.7–3.3 voltios o 20 MHz @3.0–3.6 voltios o 25 MHz @4.5–5.5 voltios
  • i386EXTB: 20 MHz @2.7–3.6 voltios o 25 MHz @3.0–3.6 voltios
  • i386EXTC: 25 MHz @4.5–5.5 voltios o 33 MHz @4.5–5.5 voltios

I386CXSA e i386SXSA (o i386SXTA)

Intel i386CXSA, 25 MHz

Modo de administración de energía transparente, MMU integrado y entradas compatibles con TTL (solo 386SXSA). Utilizable con FPU i387SX o i387SL.

• Autobús de dirección: 16 / 26 bits (24 bits para i386SXSA)
• Paquete: BQFP-100
• Voltaje: 4.5–5.5 voltios (25 y 33 MHz); 4.75–5.25 voltios (40 MHz)
• Proceso: CHMOS V, 0,8 μm
• Reloj max especificado: 25, 33, 40 MHz

I386CXSB

Modo de administración de energía transparente y MMU integrada. Utilizable con FPU i387SX o i387SL.

• Datos/bus de dirección: 16 / 26 bits
• Paquete: BQFP-100
• Voltaje: 3.0 voltios (16 MHz) o 3.3 voltios (25 MHz)
• Proceso: CHMOS V, 0,8 μm
• Reloj max especificado: 16, 25 MHz

Obsolescencia

Windows 95 fue la única entrada en la serie Windows 9x que admitió oficialmente el 386, requiriendo al menos un 386DX, aunque se recomendó un 486 o mejor; Windows 98 requiere un 486DX o superior. En la familia de Windows NT, Windows NT 3.51 fue la última versión compatible con 386.

Debian GNU/Linux eliminó el soporte 386 con el lanzamiento de 3.1 (Sarge) en 2005. Citando la carga de mantenimiento en torno a las primitivas SMP, los desarrolladores del kernel de Linux eliminaron el soporte del código base de desarrollo en diciembre de 2012, más tarde lanzado como kernel versión 3.8.

Entre los BSD, las versiones 5.x de FreeBSD fueron las últimas en admitir 386; la compatibilidad con 386SX se eliminó con la versión 5.2, mientras que la compatibilidad restante con 386 se eliminó con la versión 6.0 en 2005. OpenBSD eliminó la compatibilidad con 386 con la versión 4.2 (2007), DragonFly BSD con la versión 1.12 (2008) y NetBSD con la versión 5.0 (2009).

Notas y referencias