История процессоров Intel. 386: первый 32-разрядный

В 1982 году компания Intel представила микропроцессор 80286, который стал первым чипом семейства x86, получившим полностью раздельные шины адреса и данных, а также защищённый режим и встроенные возможности управления памятью. Таким образом, благодаря этому процессору IBM-совместимые системы впервые получили возможность запуска сложных операционных систем с поддержкой многозадачности и защиты памяти.

Однако у 80286 было несколько проблем. Во-первых, единственным способом переключиться из защищённого режима обратно в реальный режим была перезагрузка компьютера. Во-вторых, DOS-программы могли выполняться в защищённом режиме только при выполнении большого количества условий, которые в реальных приложениях нарушались почти всегда. И если изначально предполагалось, что операционные системы OS/2 (совместная разработка IBM и Microsoft) и FlexOS 286 (разработанная компанией Digital Research) смогут одновременно запускать несколько DOS-приложений, то описанные выше ограничения поставили на этих планах крест. То же самое относилось и к Windows. Именно поэтому Билл Гейтс в своё время назвал 80286 «безмозглым процессором».

В 1985 году Intel представила процессор 80386, который стал первым 32-битным процессором семейства x86. Помимо расширения разрядности, в 80386 появился страничный доступ к памяти (что сделало возможным реализацию операционных систем с поддержкой виртуальной памяти). В защищённом режиме процессор эмулирует плоскую модель доступа к памяти, за счёт чего для приложений вся память (как физическая, так виртуальная) выглядит как единое адресное пространство. Ещё одним нововведением 80386 стал режим виртуального 8086 — по сути, один из ранних вариантов аппаратной виртуализации. В этом режиме эмуляция процессора 8086 работает как задача в защищённом режиме. Соответственно, пользователь может запускать программы, предназначенные для реального режима, параллельно с приложениями, работающими в защищённом режиме. Именно этот факт позволил Microsoft реализовать многозадачность для DOS-приложений в оболочке Windows 3.x и операционных системах Windows 95/98/ME.

Первые версии 80386 содержали 275000 транзисторов, то есть были практически на порядок более сложными, чем 8086. Планировалось, что изначально тактовая частота процессора составит минимум 16 МГц, однако из-за сложности чипа выход годных экземпляров, способных работать на такой частоте, был невысоким, поэтому нижний порог был снижен до 12 МГц. Впоследствии были выпущены процессоры 80386 с тактовой частотой 16, 20, 25 и 33 МГц.

Выход на рынок

Несмотря на передовые технические характеристики, процессор 80386 был прохладно воспринят IBM, которая на тот момент оставалась лидером рынка ПК. Компьютер с 32-разрядным процессором, способный адресовать до 4 ГБ оперативной памяти и запускать сразу много приложений в многозадачном режиме, был слишком похож на гораздо более дорогие мейнфреймы и миникомпьютеры IBM. Именно поэтому компания решила попросту игнорировать новинку и ограничиться процессором 286 для своих PC.

Но, как это часто бывает, природа не терпит пустоты, поэтому жёлтую майку лидера-инноватора решила примерить молодая и амбициозная компания Compaq. Выпущенный в октябре 1985 года Compaq Desqpro 386 стал самым быстрым персональным компьютером в мире на тот момент, хитом продаж и любимцем всех обозревателей. И хотя для массового пользователя эпоха 32-битных вычислений не наступила вплоть до выхода Windows 95, требовательные приложения (особенно игры) очень быстро начали использовать усовершенствованный защищённый режим процессора. Появился даже целый класс системных утилит — «расширителей DOS» (DOS Extenders), которые позволяли создавать DOS-приложения, работающие в защищённом режиме. Самым популярным из них был DOS/4G (позже переименованный в DOS/4GW), использовавшийся большинством компьютерных игр.

Интересный факт: с выходом 80386 компания Intel решила отказаться от практики лицензирования своих процессоров сторонним производителям. Вместо этого производство 80386 было запущено одновременно на трёх фабриках, а Энди Гроув, который к тому моменту уже стал главным исполнительным директором Intel, сумел убедить покупателей, что этого достаточно для обеспечения бесперебойных поставок процессора. В результате Intel в одночасье превратилась из «одного из многих поставщиков процессоров» в ключевого игрока PC-индустрии. Одновременно с этим компания приняла решение отказаться от производства памяти и полностью переориентироваться на производство процессоров. Как показала практика, это было очень мудрое решение, поскольку во второй половине 1980-х выход на этот рынок японских полупроводниковых компаний и кризис перепроизводства привели к резкому падению цен на микросхемы памяти и финансовым проблемам производителей памяти.

Чип-долгожитель

У процессора 80386 была долгая и счастливая жизнь. В 1988 году была выпущена его удешевлённая версия 80386SX, которая отличалась от DX-версии разрядностью шины данных (16 бит против 32). Подобное упрощение позволило использовать с 80386SX наборы системной логики для процессора 80286, что было актуально для недорогих систем. Даже после выхода процессора 80486 (P4) топовые варианты 80386 (с тактовой частотой 33 МГц) часто использовались энтузиастами как более дешёвое и проверенное временем решение.

В середине девяностых 80386 был окончательно вытеснен из компьютеров более производительными чипами. Однако в качестве процессора для встроенных решений он выпускался вплоть до 2007 года и даже успел стать основой некоторых смартфонов, включая Blackberry 950 и Nokia 9000 Communicator.

80386 интересен ещё и тем, что после него базовый набор команд процессоров Intel оставался практически неизменным в течение 18 лет — вплоть до появления 64-битных расширений для x86 в 2003 году.