Что значит 8 битный процессор
Мы живем в удивительное время: компьютеры окружают нас со всех сторон. Любимый смартфон, ноутбук на работе, медицинские приборы, браслеты и часы. Умные рекламные табло, самокаты и автомобили.
В основе каждого такого устройства лежит тот или иной микропроцессор. А простой микрокомпьютер размером со спичечный коробок (на базе Atmega или STM32) можно положить в карман или установить в качестве дверного звонка. Мы живем в будущем, не особенно-то его замечая. Но до начала 1980-х ни один советский радиолюбитель даже мечтать не мог о домашнем персональном компьютере.
Перед тем, как мы начнем разговор непосредственно о процессорах — не забывайте, что подавляющее большинство устройств, упомянутых в статье, закончили свой официальный жизненный цикл в лучшем случае в середине 1990-х годов. Из-за этого некоторые данные о них могут быть неточны и противоречивы. А о некоторых проектах, преимущественно военной направленности, практически нет никакой информации. Поэтому сосредоточимся мы преимущественно вокруг «гражданского» применения микропроцессоров на территории нашей страны.
Intel 4004
1971 год вошел в историю как год появления первых микропроцессоров. Да-да, таких решений, которые используются сегодня в персональных компьютерах, ноутбуках и других устройствах. И одной из первых заявила о себе тогда еще только-только основанная компания Intel, выпустив на рынок модель 4004 — первый в мире коммерчески доступный однокристальный процессор.
Прежде чем перейти непосредственно к процессору 4004, стоит сказать пару слов о самой компании Intel. Её в 1968 году создали инженеры Роберт Нойс и Гордон Мур, которые до того момента трудились на благо компании Fairchild Semiconductor, и Эндрю Гроувом. Кстати, именно Гордон Мур опубликовал всем известный «закон Мура», согласно которому количество транзисторов в процессоре удваивается каждый год.
Уже в 1969-ом, спустя всего лишь год после основания, компания Intel получила заказ от японской компании Nippon Calculating Machine (Busicon Corp.) на производство 12 микросхем для высокопроизводительных настольных калькуляторов. Первоначальный дизайн микросхем был предложен самой Nippon. Однако такая архитектура не приглянулась инженерам Intel, и сотрудник американской компании Тед Хофф предложил сократить число микросхем до четырех за счет использования универсального центрального процессора, который бы отвечал за арифметические и логические функции. Помимо центрального процессора, архитектура микросхем включала оперативную память для хранения данных пользователя, а также ПЗУ для хранения программного обеспечения. После утверждения окончательной структуры микросхем продолжилась работа над дизайном микропроцессора.
В апреле 1970 года к команде инженеров Intel присоединился итальянский физик Федерико Фаджин, который до этого также работал в компании Fairchild. У него был большой опыт работы в области логического проектирования компьютеров и технологий МОП (металл-оксид-полупроводник) с кремниевыми затворами. Именно благодаря вкладу Федерико инженерам Intel удалось объединить все микросхемы в один чип. Так увидел свет первый в мире микропроцессор 4004.
Процессор Intel 4004
Что касается технических характеристик Intel 4004, то, по сегодняшним меркам, конечно, они были более чем скромные. Чип производился по 10-мкм техпроцессу, содержал 2300 транзисторов и работал на частоте 740 кГц, что означало возможность выполнения 92 600 операций в секунду. В качестве форм-фактора использовалась упаковка DIP16. Размеры Intel 4004 составляли 3x4 мм, а по бокам располагались ряды контактов. Изначально все права на чип принадлежали компании Busicom, которая намеревалась использовать микропроцессор исключительно в калькуляторах собственного производства. Однако в итоге они позволили Intel продавать свои чипы. В 1971 году любой желающий мог приобрести процессор 4004 по цене примерно 200 долларов США. К слову, чуть позже Intel выкупила все права на процессор у Busicom, предрекая важную роль чипа в последующей миниатюризации интегральных схем.
Процессор Intel 4040
Спустя три года после выхода процессора Intel 4004 увидел свет его преемник — 4-битный Intel 4040. Чип производился по тому же 10-мкм техпроцессу и работал на той же тактовой частоте 740 кГц. Тем не менее, процессор стал немного «сложнее» и получил более богатый набор функций. Так, 4040 содержал 3000 транзисторов (на 700 больше, чем у 4004). Форм-фактор процессора остался прежним, однако вместо 16-пинового стали использовать 24-пиновый DIP. Среди улучшений 4040 стоит отметить поддержку 14 новых команд, увеличенную до 7 уровней глубину стека, а также поддержку прерываний. «Сороковой» использовался в основном в тестовых устройствах и управлении оборудованием.
1940–1960-е годы
Прежде чем углубляться в историю развития центральных процессоров, необходимо сказать несколько слов о развитии компьютеров в целом. Первые CPU появились еще в 40-х годах XX века. Тогда они работали с помощью электромеханических реле и вакуумных ламп, а применяемые в них ферритовые сердечники выполняли роль запоминающих устройств. Для функционирования компьютера на базе таких микросхем требовалось огромное количество процессоров. Подобный компьютер представлял собой огромный корпус размером с достаточно большую комнату. При этом он выделял большое количество энергии, а его быстродействие оставляло желать лучшего.
Компьютер, использующий электромеханические реле
Однако уже в 1950-х годах в конструкции процессоров стали применяться транзисторы. Благодаря их применению инженерам удалось добиться более высокой скорости работы чипов, а также снизить их энергопотребление, но повысить надежность.
В 1960-х годах получила свое развитие технология изготовления интегральных схем, что позволило создавать микрочипы с расположенными на них транзисторами. Сам процессор состоял из нескольких таких схем. С течением времени технологии позволили размещать все большее количество транзисторов на кристалле, в связи с чем количество используемых в CPU интегральных схем сокращалось.
Тем не менее архитектура процессоров была всё ещё очень и очень далека от того, что мы видим сегодня. Но выход в 1964 году IBM System/360 немного приблизил дизайн тогдашних компьютеров и CPU к современному — прежде всего в плане работы с программным обеспечением. Дело в том, что до появления этого компьютера все системы и процессоры работали лишь с тем программным кодом, который был написан специально для них. В своих ЭВМ компания IBM впервые использовала иную философию: вся линейка разных по производительности CPU поддерживала один и тот же набор инструкций, что позволяло писать ПО, которое работало бы под управлением любой модификации System/360.
Компьютер IBM System/360
По своей архитектуре процессор IBM System/360 являлся CISC-решением. Как вы знаете, все интегральные схемы делятся на две большие категории: RISC (Reduced Instruction Set Computer) и CISC (Complex Instruction Set Computer). Вторые работают со сложными инструкциями, а первые — с упрощенными. С точки зрения современных достижений, сложность инструкций для CISC-процессоров заключается в том, что их длина не ограничена. Вдобавок к этому они могут содержать сразу несколько арифметических действий. Однако в то время дизайн RISC не существовал в принципе, и IBM, а также другие производители использовали CISC-архитектуру вплоть до 1980-х годов.
Несмотря на высокую стоимость, System/360 стал относительно успешным на рынке. Во время презентации компьютера во всех городах США присутствовало порядка 100 тысяч бизнесменов, говорится в официальном пресс-релизе IBM от 7 апреля 1964 года. В первый месяц американская компания получила более 1000 заказов на IBM System/360 и еще одну тысячу в последующие четыре месяца. Для того времени цифры более чем впечатляющие. Компьютеры System/360 также активно использовались агентством NASA для управления космическими полетами в ходе программы «Аполлон».
IBM zSeries до сих пор поддерживают работу программного обеспечения, написанного для платформы System/360
Возвращаясь к теме совместимости System/360, нужно подчеркнуть, что IBM уделила очень много внимания данному аспекту. Например, современные компьютеры линейки zSeries до сих пор поддерживают работу программного обеспечения, написанного для платформы System/360.
Первым коммерчески успешным устройством DEC стал компьютер PDP-8, выпущенный в 1965 году. В отличие от PDP-1, новая система была 12-битной. Стоимость PDP-8 составляла 16 тысяч долларов США – это был самый дешевый миникомпьютер того времени. Благодаря столь низкой цене устройство стало доступно промышленным предприятиям и научным лабораториям. В итоге было продано около 50 тысяч таких компьютеров. Отличительной архитектурной особенностью процессора PDP-8 стала его простота. Так, в нем было всего четыре 12-битных регистра, которые использовались для задач различного типа. При этом PDP-8 содержал всего 519 логических вентилей.
Компьютер PDP-8. Кадр из фильма «Три дня Кондора»
«Вектор-06Ц»
История рождения этого интересного и по-настоящему самобытного компьютера весьма непроста. Он прошел путь от наброска на салфетке до промышленного производства и едва не был похоронен бюрократическими органами. Наиболее полную и интересную версию истории «Вектора» вы можете узнать на YouTube-канале главного «летописца» Вектора-06Ц Lafromm31. Неплохое текстовое изложение истории доступно здесь.
Компьютер был разработан в Кишиневе в середине 1980- годов. Авторство проекта принадлежит двум инженерам ПО «Счетмаш», Донату Темиразову и Александру Соколову.
64КБ оперативной памяти (1/10 от той, что «хватит всем»);
Тактовая частота процессора повышена до 3 МГЦ, однако некоторые команды выполнялись существенно медленнее, чем могли бы;
Трехканальный звук на базе микросхемы КР580ВИ53 (микросхема-таймер, которая была применена в компьютере по причинам дешевизны и отсутствия доступных промышленных аналогов);
Ввод данных через магнитофонный вход (также существовали устройства-комбодевайсы, позволяющие подключать HDD, FDD, квази-диск и AY-3-8910 для проигрывания музыки);
Аппаратный вертикальный скроллинг;
Три режима видео с поддержкой до 16 одновременно отображаемых цветов из палитры 256;
Отсутствие как такового аппаратного «текстового» режима.
Для наглядности приведем несколько скриншотов с «Вектора-06Ц».
Для любителей ZX Spectrum-совместимых компьютеров кое-что в «Векторе» может стать неожиданностью, а именно отсутствие «Бейсика» в штатной прошивке. Компьютер «стартовал» сразу же готовым к загрузке с кассеты. Посмотрите на снимок ниже: каждый столбик — это ячейка памяти. По мере загрузки с кассеты столбики заполнялись.
На сегодняшний день «Вектор-06Ц» — редкий и весьма дорогой гость в коллекциях любителей ретро. Причина тому — высокое содержание драгметаллов в компьютере. Это и позолоченные разъемы, и «дорогие» конденсаторы. Подавляющее большинство «Векторов», которые можно найти на онлайн-аукционах, либо перепаяны на менее «дефицитные» компоненты, либо пали жертвой варваров с бокорезами.
А вот с клавиатурой «Вектора» были сложности. Выпускались 2 варианта клавиатур, на герконах и «емкостные».
Герконовые варианты были на порядок удобнее своих емкостных конкурентов (на самом деле, нажатие на клавишу перемыкало две половинки «пятаков»), однако сейчас почти не встречаются. А поролон, который вкупе с пружинкой обеспечивал упругое нажатие на емкостных клавиатурах, имел тенденцию рассыпаться, в связи с чем его приходилось регулярно менять.
Компьютер производился с 1987 по начало 1990-х годов. Постепенно был вытеснен IBM-совместимыми машинами и (локально) клонами ZX-Spectrum.
Всем, кто не знаком с этим замечательным компьютером, настоятельно рекомендуем посмотреть обзоры на уже упомянутом выше канале.
Разумеется, только «Вектором» и «РК» применение процессора ВМ80А в нашей стране не ограничивается.
Другими интересными образчиками машин на базе ВМ80А являются шахматный компьютер «Интеллект-2», печатная машинка «ПЭЛК-3110 Элема», музыкальные синтезаторы (например, «Форманта»), игровые автоматы («ТИА-МЦ-1»), различные периферийные устройства (принтеры, УВВПЧ) и даже телефоны с АОН. Но что касается последних — здесь правил бал совершенно другой процессор, о котором речь пойдет далее.
КР580ВМ80А
Пожалуй, не найдется ни одного радиолюбителя старше 30-35 лет, который бы не слышал об этом легендарном микропроцессоре. Фактически ВМ80А — это клон американского процессора Intel 8080A 1974 года. Выпускался с 1977 года (оригинал — с 1974). Первое название на отечественном рынке — КР580ИК80, но в ходе масштабного изменения системы обозначений микросхем в СССР получил свое «привычное» имя.
Отличия от своего американского собрата у процессора минимальны.
Кратко о технических характеристиках:
тактовая частота — 2,5МГц (максимальная гарантированная, но не предельная, если исходить из практики);
самый распространенный формат — DIP40, но существовала и ранняя планарная версия с 48 контактами;
шина адреса — 16 бит, до 64кБ оперативной памяти;
шина данных — 8 бит;
содержит 80 инструкций.
Разработан этот процессор был Киевским НИИ микроприборов под руководством А.В. Кобылинского. В поддержку процессора также был выпущен полноценный комплект дополнительных микросхем-аналогов серии Intel 82xx, среди которых КР580ВГ75 (контроллер дисплея), КР580ВИ53 (таймер-счетчик, который также использовался в качестве музыкального «сопроцессора»).
В силу ряда исторических причин самостоятельного развития на территории нашей страны этот процессор не получил. Не имеющий аналогов в мире чип КР580ВМ1, выпущенный заводом «Квазар», содержал некоторые существенные улучшения, однако производился в ограниченном количестве.
Сейчас этот процессор встречается лишь на сайтах для коллекционеров и стоит весьма ощутимых денег.
Теперь же обратимся к двум популярным компьютерам, построенным на базе процессора КР580ВМ80А.
6502 и все-все-все
В 1980-х миром правили уже упомянутый Zilog Z80 и его не менее успешный и популярный «коллега» MOS Technology 6502.
Этот восьмибитный процессор, представленный в 1975 году, имел множество ответвлений и продолжателей. Специальные версии чипа устанавливались в компьютерах от Commodore, Atari и домашних приставках Famicom/NES. Одним из немаловажных факторов успеха ЦП была его дешевизна. В то время, как Intel 8080 продавались за $179, 6502 стоил всего $25.
С точки зрения технических характеристик MOS 6502 крайне похож на Z80, а его архитектура в целом близка к RISC.
В нашу страну этот процессор (разумеется, в виде клона CM630) добрался на борту болгарского компьютера «Правец», клона Apple II.
Кроме того, производившийся с 1984 по 1990 гг. учебный компьютер «Агат», частично совместимый с «Правцем», также нес на борту процессор СМ630Р, еще один клон MOS6502. Поговорим об этих машинах поподробнее.
Фактически, за исключением некоторых моделей, восьмибитные «Правцы» были клонами популярных американских компьютеров Apple II (Plus, e, c). Разработчик первой версии компьютера — Иван Марангозов. В годы актуальности «Правцев» коллеги шутили, что аббревиатура ИМКО (Индивидуальный МикроКОмпьютер), которой маркировались некоторые модели, расшифровывается не иначе как «Иван Марангозов Копирует Оригинал».
Линейка производилась с 1984 по 1994 годы. Одна из версий, «Правец 8М», известный также под именем «ИМКО-2М», прямых аналогов среди Apple-машин не имел, зато был совместим с популярной ОС CP/M и имел особый, цельнокорпусный вариант исполнения для военной промышленности. Представлен компьютер был в том же 1984-ом на Международном симпозиуме по робототехнике в Лондоне.
Что касается «модификаций» — ПЗУ компьютера было слегка модифицировано для поддержки кириллических шрифтов. При запуске на экране загоралась надпись, содержащая название компьютера.
Поздние версии компьютера собирались, помимо исторической родины, еще и в Ташкенте (некоторые модели — на Тайване) и поставлялись в учебные классы. Популярность в школах была обусловлена тем, что при использовании специальных карт U-LAN становилось возможно объединить сразу несколько компьютеров в локальную сеть.
В качестве операционной системы использовались Apple DOS, ProDOS и CP/M (для последней требовалось установить дополнительную карту).
Отдельного упоминания достоин «Правец 8D», являющийся клоном… нет, не Apple II, а Oric Atmos, самобытного британского «убийцы ZX Spectrum». Однако широкого распространения этот компьютер, как, кстати, и его «идейный вдохновитель», не получил.
Очень часто исследователи истории «Агата» ссылаются на статью журнала BYTE от 1984 года. В ней глазной хирург и разработчик программного обеспечения Лео Борс пишет о своих впечатлениях от работы на «плохом советском клоне Apple II».
Так, поработав с компьютером пару-тройку минут, он окрестил его словом «yablochka». И не мудрено: тестовый образец «Агата» был массивен, выкрашен в «революционный красный цвет» и непрерывно кряхтел дисководом.
«Агат» можно назвать первым советским серийным компьютером. Он был разработан в НИИ Вычислительных Комплексов под руководством небезызвестного А. Ф. Иоффе в 1981-1983 гг. Серийное производство компьютеров стартовало в 1984 году.
Несмотря на неплохую совместимость с Apple II, компьютер нельзя однозначно назвать его полным клоном. Как минимум, потому что использование иностранной элементной базы без веских причин в те годы было недопустимо и конструкторы, скрепя сердце, вынуждены были создать принципиально новую плату на основе процессора серии 588, серийно производимом на минском заводе «Интеграл». Совместимость с командами 6502 достигалась сугубо средствами эмуляции. Из-за этого компьютер физически не мог тягаться по скорости с оригиналом. Именно эту версию имел удовольствие препарировать доктор Борс во время своего краткого визита в СССР.
Серийные образцы компьютера выпускались уже на оригинальном 6502 — инженерам удалось убедить руководство в целесообразности использования «чужеродного элемента».
Тем не менее, в целом архитектура «Агата» во много страдает от технических ограничений отечественной элементной базы. К ним относятся, например, использование дополнительных плат с памятью (из-за дефицита на РУ5 применялись микросхемы меньшего объема) и схема знакогенератора (только заглавные буквы). Подробнее об изобретателях и истории «Агата» можно прочитать здесь.
Серийные «Агаты» продавались приблизительно за 3900 рублей и были доступны как рядовым пользователям, так и средним учебным заведениям (в формате КУВТ). Немалым преимуществом «Агата» было и то, что он с завода комплектовался пятидюймовым дисководом.
Чуть позднее на ниве оборудования компьютерных классов «Агат» потеснили «Корветы» на базе все того же КР580ВМ80А, «БК-0010» и «ДВК-2».
Претерпев немало модификаций и улучшений, компьютер официально отправился на покой в 1993 году. По некоторым данным, последнюю машину выпустил Загорский электромеханический завод (ЗЭМЗ).
На сегодня это все. Надеемся, статья не оставит вас равнодушными. Рады будем видеть в комментариях ваши собственные истории о работе с компьютерами прошлых лет. В будущих статьях мы поговорим о других, не менее интересных отечественных ЭВМ, микропроцессорах и новаторских идеях, многие из которых сейчас кажутся незаслуженно забытыми. А заключим цикл обстоятельным разговором о современных российских компьютерных устройствах.
Целью данной статьи является попытка посеять сомнение в голове читателя, уверенного, что он знает о разрядности всё или почти всё. Но сомнение должно быть конструктивным, дабы сподвигнуть на собственное исследование и улучшить понимание.
Термин «разрядность» часто используют при описании вычислительных устройств и систем, понимая под этим число бит, одновременно хранимых, обрабатываемых или передаваемых в другое устройство. Но именно применительно к центральным процессорам (ЦП), как к наиболее сложным представителям вычислительного железа, не делимым на отдельные детали (до тех пор, пока кто-то не придумал, как продать отдельно кэш или умножитель внутри чипа), понятие разрядности оказывается весьма расплывчатым. Продемонстрировать это поможет умозрительный пример.
Представьте себе, что вокруг благодатные 80-е, в мире (всё ещё) десятки производителей ЦП, и вы работаете в одном из них над очередным поколением. Никаких 256-битных SSE8, встроенных GPU и 5-канальных контроллёров памяти на свете пока нет, но у вас уже есть готовый 16-битный процессор (точнее, «16-битный» пишется в технической документации), в котором 16 бит везде и во всём — от всех внешних шин до архитектурного размера обрабатываемых данных. Реальным примером такого ЦП могут быть первые однокорпусные (правда, не однокристальные) ЦП для архитектуры DEC PDP-11. И вот приходит задание руководства — разработать новое, обратно совместимое поколение этого же ЦП, которое будет 32-битным — не уточняя, что понимается под последним. Именно это понимание и предстоит прояснить в первую очередь. Итак, наш главный вопрос: что именно надо удвоить по разрядности в нашем пока насквозь 16-битном ЦП, чтобы получившийся процессор мог называться 32-битным? Чтобы решать задачу было легче, применим два подхода: систематизируем определения и посмотрим на примеры.Систематизируем
Первое, что приходит в голову — разрядность чего именно считать? Обратимся к определению любой информационной системы: её три основных функции — это обработка, хранение и ввод-вывод данных, за которые отвечают, соответственно, процессор(ы), память и периферия. Учитывая, что сложная иерархически самоподобная система состоит из многих компонент, можно утверждать, что такое разделение функций сохраняется и на компонентном уровне. Например, тот же процессор в основном обрабатывает данные, но он также обязан их хранить (для чего у него есть относительно небольшая память) и обмениваться с другими компонентами (для этого есть разные шины и их контроллёры). Поэтому будем функционально разделять разрядности обработки, хранения и обмена информации.
Рискну предположить, что все производители любого программируемого «железа», особенно процессоров, на 90% стараются не для конечных пользователей, а для программистов. Следовательно, с точки зрения производителей процессор должен выполнять нужные команды нужным образом. С другой стороны, детали структуры кристалла (топологические, электрические и физические параметры отдельных транзисторов, вентилей, логических элементов и блоков) могут быть скрыты не только от пользователя, но и от программиста. Выходит, что разрядность надо отличать и по реализации — физическую и архитектурную.
Следует добавить, что программисты тоже бывают разные: большинство пишут прикладные программы на языках высокого уровня с помощью компиляторов (что делает код до некоторой степени платформонезависимым), некоторые пишут драйверы и компоненты ОС (что заставляет более внимательно относиться к учёту реальных возможностей аппаратной части), есть творцы на ассемблере (явно требующем знания целевого процессора), а кто-то пишет сами компиляторы и ассемблеры (аналогично). Поэтому под программистами далее будем понимать именно тех, для кого детали аппаратной реализации важны если не для написания программы вообще, то хотя бы для её оптимизации по скорости — «архитектурная» разрядность чего-либо будет относиться именно к программированию на родном машинном языке процессора или более удобном ассемблере, не залезая при этом в нутро ЦП (это уже вопросы микроархитектуры, которую мы для большего различия и назвали физической реализацией). Описанные нюансы всё равно влияют на всех программистов, т.к. языки высокого уровня почти всегда переводятся компиляторами в машинный код, а компиляторы тоже должен кто-то написать. Исключения в виде интерпретируемых языков тоже не стоят в стороне — сами интерпретаторы тоже создаются с помощью компиляторов.
Осталось рассмотреть, разрядность какой именно информации нам интересна. Что вообще потребляет и генерирует ЦП в информационном смысле? Команды, данные, адреса и сигнально-управляющие коды. О последних речь не идёт — их разрядность жёстко зафиксирована в конкретной аппаратной реализации и в большинстве случаев программно не управляема. Чуть трудней с командами — в семействе архитектур RISC, например, разрядность любого обращения к памяти должна быть равна физической разрядности шины данных процессора, в т.ч. и при считывании кода (кроме некоторых послаблений в современных ARM и PowerPC). Это хорошо для ЦП — нет проблем с невыровненным доступом, все команды имеют одинаковую, либо переменную, но просто вычисляемую длину. Зато плохо для программиста — RISC это усечённый набор команд, которые ещё и занимают больше места, чем при более компактном кодировании (для того же алгоритма нужно больше команд, но и для того же числа команд надо больше байтов). Поэтому именно CISC-парадигма завоевала наибольший подход с её разнообразием и переменной длинной команд, не равной разрядности чего-либо. Разумеется, все современные ЦП внутри — настоящие RISC, но это только физически, а не архитектурно. Остались только два вида информации — данные и адреса. Их и рассмотрим.Собираем
У нас имеется три критерия видов разрядности: функциональный (обработки, хранения и обмена), реализационный (физическая и архитектурная) и типовой (данных и адресов). Итого уже 12 видов этой непонятной штуки. Предположим, что на каждую комбинацию критериев для нашего исходного ЦП мы отвечаем «16-битная» (и физическая разрядность обработки данных, и архитектурная хранения адресов, и все остальные). Теперь посмотрим, какие из этих вопросов обязательно должны давать ответ «32-битная», чтобы получившийся процессор оказался именно таким.
На аналогичные вопросы об архитектурных вычислениях над 32-битными данными и адресами, а также программно 32-битном обмене данных с программно 32-битной адресацией ответ может быть таким же — с данными надо, а с адресами не факт.
Intel 486DX2. Где-то здесь притаилась разрядность…
Но это ещё не всё. Зачем нам вообще 32-битная физическая или логическая адресация? Середина-конец 80-х, на рынке только-только появились мегабитные микросхемы памяти, типичный объём памяти для ПК пока что измеряется сотнями килобайт, но чуть позже — мегабайтами. А 32-битная адресация позволит получить доступ к 4 ГБ физического ОЗУ! Да кому вообще такое может понадобиться в ближайшие лет 20 в персоналках?! Неудивительно, что первые популярные «32-битные» ЦП имели совсем не 32 бита логической ширины шины адреса: MC68000 имел 24 (23 физических + 1 для управления разрядами), а MC68008 — и вовсе 20. Intel 386SX (вышедший на 3 года позже оригинального полностью 32-битного i80386), помимо уполовинивания шины данных, сократил и шину адреса до 24 (23 физических) бит, а его встраиваемые версии 386EX/CX имели 26-битную шину. Более того, первые чипсеты, позволявшие оперировать 32-битными адресами, появились лишь в 90-х, а первые материнские платы, имевшие достаточное число слотов памяти, чтобы набрать >4 ГБ модулями максимального на тот момент размера — лишь в 2000-х. Хотя первые ЦП с 64-битной физической шиной адреса (IBM/Motorola PowerPC 620) появились аж в 1994 г.. Выводим
Итак, физически в процессоре вообще ничего не требуется делать 32-битным. Достаточно лишь архитектурно убедить программиста, что ЦП выполняет 32-битные операции одной командой. И хотя она при отсутствии полноценных внутренних ресурсов неизбежно будет декодироваться в цепочки микрокода для управления 16-битными физическими порциями информации и аппаратными блоками — это уже программиста не волнует. Так что же, достаточно переписать прошивку, переделать декодер и схему управления, и вот наш 16-битный процессор сразу стал 32-битным?
Но означает ли всё это, что в ЦП как можно больше ресурсов, и аппаратных, и архитектурных, должны быть 32-битными, чтобы его можно было бы назвать полноценным 32-битным процессором? Совсем нет. Возьмём тот же MC68000 — у него 32-битная архитектура для данных и адресов и 32-битные регистры, но 16-битные АЛУ и внешняя шина данных и 24-битная физическая внешняя адресация. Тем не менее, недостаточная «32-битность» не мешает ему обгонять появившийся на 3 года позже «16-битный» 80286: на популярном в 1980-е бенчмарке Dhrystones MC68000 на 8 МГц набирает 2100 «попугаев», а 286 на 10 МГц — 1900 (также 16-битный i8088 на 4,77 МГц — 300).
Разрядности некоторых процессоров для ПК
* — Мультиплексированная шина данных и адреса (для ЦП с интегрированным контроллёром памяти — только межпроцессорная)
«A/B|C/D» — для данных указана разрядность скалярного целого / вещественного | векторного целого / вещественного доменов
«X+Y» — имеет домены этого вида двух разрядностей
«X-Y» — в зависимости от команды или ФУ принимает все промежуточные значения с целой степенью двойки
8 бит- действительно разрядность микропроцессора.
это значит, что он может оперировать в один момент тотлько 8битной информацией, т. е. 1 байт.
это накладывает определенные ограничения на графику, звук, общий интерфейс.
8битная приставка не сможет нормально проиграть, например мр3 в хорошем качестве- мощностей не хватит.
не сможет обеспечивать 24 кадров в секунду при разрешении больше, чем 64х480.
не сможет одновременно обрабатывать множество объектов, как в большинстве стратегий или качественных шутеров и т. п.
поэтому на 8битной приставе игры весьма примитивные на современный взгляд.
разрядность определяет, какое число процессор может обработать за одну операцию.
Я так думаю, единица измерения внутридискового пространства. Вот заметь, чем больше бит, тем качественнее игрушки.
8 бит - разрядность микропроцессора. В приставках это больше всего влияет на графику. Это как в видеокартах: есть 64, 128, 256 бит - разрядность видеопроцессора. Чем больше бит, тем больше данных он сможет обработать "за раз" , тем качественнее картинку он сможет показать.
О разрядности процессоров.
Разрядностью (или битностью) центрального процессора (ЦП) называется количество бит, которые ЦП может обрабатывать за одну команду. Разрядность определяет количество бит, отводимых хранение одной ячейки данных. То есть, если архитектура вашего процессора, например, 32 битная, то он может работать с числами, которые представлены в двоичном коде из 32 бит, причём обрабатывать эти числа он может за одну команду.
Немного о вычислительной мощности процессора (производительности).
Вычислительная мощность процессора равна тактовой частоте, умноженной на количество выполняемых за такт операций (IPC — Instructions Per Cycle). Для примерного сравнения данной мощности применяют единицу - ФЛОП (сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данный процессор).
Так что не только важна биность, но и количество операций, которое выполняет процессор за 1 такт (отсюда понятие "тактовой частоты процессора" - которое тоже относительно при определении производительности).
Мы продолжаем цикл статей, посвященных истории развития основных компонентов персональных компьютеров, и предлагаем вам вспомнить и проследить за тем, как эволюционировали центральные процессоры. В первой части этой серии материалов речь пойдет о развитии интегральных решений в 70-х годах прошлого столетия.
Первые центральные процессоры были многоножками
Intel 8008
Как рождались легенды
Т34ВМ1, КР1858ВМ1, КР1858ВМ3 и прочие аналоги Zilog Z80
Этот раздел, в общем-то, можно было бы закончить этой лаконичной картинкой…
…но это было бы слишком просто.
Оригинальный процессор Zilog Z80, родственник Intel 8080, появился на рынке в июле 1976 года. Курьезный факт — из-за того, что Zilog свободно продавала лицензии на производство совместимых процессоров (а страны Восточной Европы и СССР игнорировали лицензирование как рудимент капитализма), Zilog в итоге выпустила менее половины от всех произведенных Z80.
Несмотря на то, что в СССР существовали собственные аналоги этого популярного процессора, множество популярных в то время компьютерных устройств использовали именно «оригинальные» чипы преимущественно филиппинского происхождения.
Краткие характеристики процессора:
тактовая частота до 20 МГц;
набор инструкций на основе i8080;
встроенный системный контроллер;
16-битная шина адреса (64 Кб);
инструкции деления и умножения отсутствуют, в ряде случаев для работы с числами применялись отдельные сопроцессоры.
Существовало несколько вариантов исполнения чипа: DIP40 и 44-контактные PLCC и PQFP.
В СССР выпуском клонов Z80 (Т34ВМ1) занимался зеленоградский завод «Ангстрем». Чуть позже к производству новых ревизий чипа (КР1858ВМ1, КР1858ВМ3) подключились и другие заводы: воронежский «Электроника» и минский «Транзистор». Пробные экземпляры процессора сошли с конвейера в 1991 году.
В целом же это был прекрасный, мощный и недорогой процессор, на базе которого было построено немало игровых консолей, таких как Game Boy, Sega Genesis (в качестве звукового сопроцессора), компьютеров (MSX, Amstrad CPC и пр.). А в Commodore 128 (последователей Commodore 64) Zilog Z80 использовался в качестве дополнительного ЦП для поддержки операционной системы CP/M. А если говорить о «не-компьютерном» применении процессора, список растянется не на одну страницу.
Разумеется, самым популярным вариантом применения этого процессора в нашей стране было так называемое «спектрумостроение», т.е. разработка ZX Spectrum-совместимых машин разного уровня качества и навороченности. Помимо этого, активно продавались стационарные домашние телефоны с автоматическим определителем номера (АОН) на базе Z80.
Неизвестно, является ли это отечественной разработкой, но в начале 1990-х на базе Zilog Z80 и AY-3-8910 делались музыкальные чиптюн-звонки. Подобные проекты-конструкторы для самостоятельной сборки можно найти и сейчас.
Примечательно, что в оригинальном ZX Spectrum существенная часть видеотракта и некоторые дополнительные логические модули были реализованы в проприетарной микросхеме ULA (Uncommitted Logic Array). Отечественный «ответ» ULA, микросхема Т34ВГ1 (и ее родственники КА1515ХМ1, КБ01ВГ1-2 и И185) выпускались в начале-середине 1990-х и были призваны максимально облегчить сборку клонов «Спектрума».
Кроме того, достоверно известно, что в некоторых школах, оборудованных компьютерными классами, устанавливались компьютеры MSX японского (Yamaha) производства под маркировкой КУВТ-2.
В заключение раздела приведем несколько интересных ссылок:
Канал sinc LAIR на YouTube: крупнейший русскоязычный канал, посвященный ZX Spectrum
Видео, посвященное сборке клона ZX Spectrum
Демо, написанное для российского телефона с АОН на базе Z80
«Радио-86РК»
Схема этого памятного для многих радиолюбителей компьютера впервые была опубликована в 1986 году, в журнале «Радио» №4-6. Авторами цикла статей числятся Д. Горшков, Г. Зеленко, Ю. Озеров, С. Попов. «86РК» (или «РК-86», как его иногда называют) позиционировался в качестве самодельного устройства, собрать которое в состоянии даже подросток, хотя бы раз державший в руках паяльник. Правда, добыть некоторые запчасти порой было весьма непросто.
К слову, «Радио-86РК» является прямым потомком компьютера «Микро-80». Сам же «Микро-80» ввиду сложности сборки и большого (ок. 200 против 29 в «РК») количества микросхем популярности не снискал.
Пятичасовой стрим-демонстрация работы «Радио-86РК» с массой интересных доработок:
Классический «86РК» имел на борту 16-32кБ оперативной памяти, однобитный бипер-пищалку и два ПЗУ: первая — с программой «Монитор», вторая — с набором символов. Чтобы запрограммировать компьютер, сборщику требовался «ручной» программатор: микросхема ПЗУ вставлялась в панельку, а человек методично вводил данные с помощью кнопок, сверяясь с журналом. В котором, к слову, далеко не всегда печатались корректные прошивки. А если ошибка была допущена в процессе работы, микросхему приходилось стирать с помощью УФ-лампы.
Загрузка программ в компьютер осуществлялась через магнитофонный вход и (при внесении ряда доработок) через дисковод. Соответствующие модули расширения производились непосредственно авторами компьютера, и их можно было купить прямо в редакции «Радио» или у фирм-посредников.
Несмотря на массу ограничений и лишений, «РК» был полноценным компьютером: на нем можно было программировать, «прошивать» микросхемы с помощью самосборного программатора, играть в игры, слушать музыку — словом, делать всё то, к чему мы привыкли на наших современных машинах. Конечно же, для полноценной «офисной» работы компьютер не годился. Но и не для предприятий он делался, так что здесь все в порядке.
Существовала также коммерческая «доработка компьютера до цвета». Однако компания, производившая софт (преимущественно игровой) для этой версии компьютера, в середине-конце 1990-х годов разорилась, унеся с собой около 3-х десятков уникальных программ. Найти их сейчас не представляется возможным.
Современные клоны «Радио-86РК» «научились» работать в цвете, проигрывать музыку на популярном музыкальном чипе AY-3-8910 и «грузиться» с SD-карты или HDD.
К 1987 году началось промышленное производство «Радио-86РК» и его более продвинутых клонов: «Микроши», «Апогея», «Партнера», «Спектра» и прочих. Кроме того, в СССР были разработаны также 2 производных ПК: «Юниор ФВ-6506» и довольно-таки продвинутый «Электроника КР-04».
Прочие компьютеры на базе КР580ВМ80А, конструктивно превосходящие или принципиально отличающиеся от «Радио-86РК»:
Текстовый компьютер «ЮТ88» (1989, схема опубликована в журнале «Левша»);
«Орион» и его модификации;
А мы будем двигаться дальше. И на очереди у нас едва ли не самый интересный и самобытный компьютер советской эпохи.
Intel 8086/8088 и архитектура x86
Процессор Intel 8086
Разработка 8086 была поручена инженеру Стивену Морсу, который скомпилировал основные спецификации процессора и его архитектуры к середине лета 1976 года. Еще два года понадобилось Intel для его создания. И вот 8 июня 1978 года кристалл 8086 был официально анонсирован.
Стивен Морс (справа) — отец «восемьдесят шестого»
Intel 8086 был примерно в 10 раз быстрее, чем модель с индексом 8080. Процессор стал первой реализацией системы команд x86 и одноименной архитектуры, которая впоследствии стала своего рода стандартом и используется в кристаллах AMD и Intel по сей день.
Процессор Intel 8088
Разработка компьютера 5150 имела огромное значение для компании IBM. Во второй половине 1970-х годов рынок персональных десктопов активно развивался, а IBM уделяла этому сегменту недостаточно внимания. Само собой, в компании осознавали всю его перспективность, в связи с чем и было принято решение о разработке собственной модели ЭВМ.
IBM 5150 — первая модель линейки IBM PC — увидела свет в 1981 году. Топовая версия компьютера оценивалась в 3005 долларов США. Она комплектовалась процессором Intel 8088 с частотой 4,77 МГц, а объем оперативной памяти составлял 64 Кбайт. В качестве устройства для хранения данных в IBM 5150 использовались 5,25-дюймовые дискеты. А несколько позже в продаже появились модели компьютера, которые позволяли использовать аудиокассеты как хранилище данных. Установить жесткий диск в систему было невозможно, однако спустя некоторое время IBM выпустила винчестер, который подключался к 5150 в качестве модуля расширения. Компьютер обладал несколькими портами расширения, через которые, кроме винчестера, подключались видеоадаптеры, карты с портами ввода-вывода и другие устройства.
Младшая версия десктопа стоила почти в два раза меньше — 1565 долларов США. В «урезанной» модели использовался тот же Intel 8088, но объем оперативной памяти составлял всего 16 Кбайт. Во-вторых, в отличие от старшей версии, младшая не комплектовалась CGA-монитором и флоппи-дисководом. В качестве дисплея предлагалось использовать телевизор, а хранить данные можно было на кассетном накопителе. Также, в отличие от топовой версии IBM 5150, младшая модель не работала с операционной системой PC-DOS 1.0 (впоследствии ставшей MS-DOS).
Читайте также: