WDC W65C816S и Zilog Z8000

Свои 16-битные процессоры выпустили компании Western Design Center (WDC) и Zilog. Первая представила свой кристалл W65C816S только в 1984 году. При этом процессор ничем не выделялся на фоне своих конкурентов. Более того, он, по сути, представлял собой лишь улучшенную версию 8-битного чипа WDC 65C02, который, в свою очередь, являлся клоном 8-битного кристалла MOS Technology 6502.

Процессор WDC W65C816S

Интересно, что WDC W65C816S был разработан по заказу Apple. «Яблочной» компании требовался процессор для обновленной серии компьютеров Apple II, который смог бы обеспечить обратную совместимость с 65C02, который использовался в начальной линейке Apple II. Так появился W65C816S. Каких-либо архитектурных особенностей у него не было. Процессор работал с 16-битными регистрами, поддерживал 24-битную адресацию памяти и 16-битный указатель стека, а также обладал расширенным набором инструкций. Несколько позже в W65C816S появилось статическое ядро, которое позволяло хранить данные регистра без получения тактового сигнала. Вкупе с использованием статической памяти с произвольным доступом это позволило «камню» потреблять минимальное количество энергии при переходе в спящий режим.

Свое применение процессор нашел в компьютере Apple IIGS, а также системах Acorn Communicator и C-One.

Компания Zilog также представила последователя успешного процессора Z80 — 16-битный кристалл Z8000. Он не был обратно совместим с чипом «восьмидесятым» и в целом так и не смог повторить успех своего предшественника. Изначально были выпущены две версии процессора: Z8001 и Z8002. Их различия заключались лишь в том, что первый работал с адресацией до 8 Мбайт памяти, а второй — лишь до 64 Кбайт. Несколько позже появились модели Z8003 и Z8004, которые умели работать с виртуальной памятью. Все процессоры поддерживали ортогональную систему команд. Что касается тактовой частоты Z8000, то она варьировалась от 4 до 10 МГц.

Процессор Zilog Z8000

Z8000 зачастую применялся в настольных UNIX-компьютерах, которые позволяли создавать настоящие многопользовательские системы. Также его можно было встретить в таких компьютерах, как Onyx C8000, Olivetti M и Commodore 900. Z8000 был представлен одновременно с процессорами Intel 8086 и Motorola 68000, но так и не смог составить им должной конкуренции.

Intel i386

Спустя три года после выхода Intel 80286 свет увидел его последователь — кристалл с индексом 80386. «Триста восемьдесят шестой» стал первым 32-разрядным процессором американской компании. Несмотря на то, что Intel 80386 всё ещё основывался на х86-архитектуре и сохранял обратную совместимость с «интеловскими» процессорами 8086 и 80286, он претерпел множество изменений. По некоторым оценкам, архитектура x86 не получала таких значительных изменений, как в случае с «камнем» 80386, еще долгие годы. Поэтому о них стоит рассказать подробнее.

Как мы уже сказали, процессор i386 сохранил обратную совместимость со своими предшественниками 8086 и 80286. То есть он умеет выполнять абсолютно все программы, написанные под предыдущие процессоры, причем делает это эффективнее. Большей производительности удалось достичь за счет более высоких тактовых частот, а также меньшего количества тактов синхронизации при выполнении программ. Так, например, умножение двух 16-разрядных чисел выполнялось за 9-22 тактов. Для сравнения: процессор 80286 выполнял эту операцию за 21 такт, а кристалл 8086 — за 118-133 такта. Преимущество i386 было налицо! Кроме этого, свою роль сыграл увеличенный буфер предвыборки команд, объем которого составлял 16 байт.

Процессор Intel i386

Конечно, главным нововведением i386 было то, что процессор стал 32-разрядным. Вся архитектура x86 была расширена до 32 бит. Регистры стали 32-битными, и, само собой, процессор получил поддержку набора 32-разрядных инструкций. Что немаловажно, был значительно доработан защищенный режим работы, который впервые появился в 80286. Принцип работы защищенного режима остался прежним, но режим получил три важных нововведения: снятие ограничения на размер сегмента, страничный режим адресации (Page Addressing) и режим виртуального 8086 (Virtual 8086 Mode). В защищенном режиме i386 использовал такую же архитектуру с сегментами памяти, как и в предыдущих решениях Intel. Однако, если раньше максимальный объем сегмента памяти составлял 64 Кбайт, что уже на протяжении долгого времени не устраивало программистов, то теперь он увеличился до 4 Гбайт. Это значительно облегчило разработку 32-разрядных приложений, которые могли выполняться без переключений между различными сегментами памяти. Также в i386 стало возможно быстрое переключение между реальным и защищенным режимами без имитирования перезагрузки процессора. Что касается режима виртуального 8086, то он не представляет собой ничего особенного.

Интересно, что при создании «триста восемьдесят шестого» была допущена довольно большая ошибка. Так, процессор некорректно выполнял операцию умножения 32-разрядных чисел. Однако на момент выпуска чипа еще не существовало 32-битных операционных систем и приложений, поэтому ошибку обнаружили лишь спустя 18 месяцев — в апреле 1987 года. Все выпущенные, но не проданные процессоры Intel перемаркировала с пометкой «только для 16-битных операций». Все же выпущенные после обнаружения ошибки «камни» были маркированы двойным символом «сигма» (ΣΣ).

Процессор i386 был выпущен в множестве различных версий, которые отличались производительностью, форм-факторами, энергопотреблением и другими характеристиками. i386 производился с помощью технологии CHMOS III, которая сочетала в себе быстродействие технологии HMOS и низкое энергопотребление технологии CMOS. При этом использовался 1,5-мкм техпроцесс, а количество транзисторов составляло 275 тысяч штук.

Процессор i386DX (слева)

Первый i386 был представлен 13 октября 1985 года и имел тактовую частоту 16 МГц. Впоследствии данная модификация «камня» получила приставку DX — модель стала именоваться 386DX сразу после запуска более дешевого 386SX в июне 1988 года. Приставка DX расшифровывалась как Double-word eXternal, что подчеркивало поддержку процессором 32-битной внешней шины данных. Тактовая частота 386DX с годами увеличивалась. Так, в 1987 году частота была повышена до 20 МГц, в 1988 году — до 25 МГц. А в 1990 году в продажу поступила модификация с частотой 33 МГц. При всем при этом энергопотребление процессора оставалось на довольно низком уровне — даже ниже, чем у «восемьдесят шестого». 386DX выпускался в нескольких корпусах: например, в PQFP-132 и в керамическом PGA-132.