i386DX
Первый 32-битный процессор семейства x86. Он открыл персональному компьютеру 4 гигабайта памяти, честную многозадачность, защиту задач и виртуальные машины — и стал фундаментом, на котором x86 стоит до сих пор.
Процессор, на который поставили всё
К середине 80-х Intel оказалась в сложном положении: рынок памяти атаковали японские производители, а 286-й, при всей его революционности, остался «половинчатым» — 16-битные регистры, 24-битная шина адреса, неудобная сегментная модель.
Ответом стал 80386: полностью 32-битная машина, спроектированная с расчётом на операционные системы будущего. Руководство Intel позже описывало это решение одной фразой — «мы сделали ставку на 386 всей компанией».
Риск оправдался: 386 определял облик PC более десяти лет, а его система команд стала обязательной точкой отсчёта для любого x86-совместимого процессора.
«Мы поставили на 386 всё. Если бы он провалился — не стало бы и той Intel, которую вы знаете».— из воспоминаний менеджеров Intel, конец 1980-х
Четыре идеи, изменившие персональный компьютер
01Страничная адресация
386 впервые в x86 получил аппаратную поддержку виртуальной памяти: линейный адрес проходит через каталог и таблицу страниц и превращается в физический. Каждая программа получила иллюзию собственных 4 ГБ — основа всех современных ОС.
02Кольца защиты
Четыре уровня привилегий изолируют ядро от приложений, а аппаратная проверка прав ловит ошибки до того, как они станут «синим экраном».
RING 1–2 — сервисы
RING 3 — приложения
03Виртуальный 8086
Режим VM86 запускает старые DOS-программы внутри «виртуального ПК» под управлением защищённой ОС — так Windows держала сотни DOS-приложений в окнах.
04Настоящие 32 бита
Регистры EAX–EDI, 32-битные смещения, 32-битная шина данных и адреса: 80386 перестал быть «растянутым 8086» и стал полноценной машией 32-битной эры. Один множитель и сдвиговый блок работали за такты, а не десятки, как на предшественниках.
Содержание
От анонса 1985 года до снятия с производства в 2007-м→ 03Архитектура
Интерактивная карта регистров, конвейер, страничная память→ 04Режимы работы
Real, Protected и Virtual 8086 — переключатель с терминалом→ 05Характеристики
Полный спецификационный лист, модификации и сравнение поколений→ 06Наследие
Linux, Windows, игры и космос — куда дотянулся 386-й→
История
Двадцать два года на конвейере: от рискованной ставки Intel до самого долгоживущего x86-процессора в истории.
Intel представляет 80386
Октябрь 1985 года: анонсирован первый 32-битный x86 — 12,5 МГц, 275 тысяч транзисторов, технология CHMOS IV (1,5 мкм). Цена — от $299 в крупных партиях. Спрос поначалу вялый: ни ОС, ни машин под него ещё нет.
Compaq Deskpro 386 — раньше IBM
В сентябре 1986 Compaq выпускает первый компьютер на 386 — и делает это раньше IBM. Исторический момент: индустрия PC перестаёт оглядываться на Big Blue, а Compaq становится законодателем моды.
Битва за товарный знак «386»
Intel пытается зарегистрировать «386» как торговую марку, чтобы избавиться от конкурентов. Суд отказывает: число нельзя монополизировать. Решение, которое откроет дорогу клонам — и заставит Intel перейти на названия «Pentium».
i386SX — «386 для бедных»
Полноценное 32-битное ядро получает урезанную внешнюю шину: 16 бит данных и 24 бита адреса (до 16 МБ). SX дешевле в производстве и совместим с платами под 286 — хит бюджетного сегмента.
33 МГц и переход на 1 мкм
Выходит i386DX-33 на более тонком техпроцессе CHMOS V. Производительность достигает ~11 MIPS — на уровне мини-компьютеров недавнего прошлого.
Ноутбуки, суды и Linux
Intel выпускает энергоэффективный i386SL для лэптопов. AMD после пятилетней тяжбы начинает продавать клон Am386 — вплоть до 40 МГц. А в Хельсинки студент Линус Торвальдс пишет ядро ОС, использующее защищённый режим 386 по полной, — Linux.
386 как базовая планка PC
DOS-экстендеры дают играм вроде Doom доступ к памяти за пределами 640 КБ, Windows 95 требует минимум 386DX. К этому моменту произведены десятки миллионов процессоров семейства.
i386EX уходит в железо
Модификация со встроенными контроллерами (таймеры, UART, watchdog) работает без внешнего чипсета. 386-е летят в спутниках, работают в авионике и промышленных системах — там, где важна не скорость, а предсказуемость и радиационная стойкость.
Конец производства — спустя 22 года
28 сентября 2007 Intel объявляет о снятии 386 с производства. Последний 32-битный «динозавр» покидает конвейер: ни один x86-процессор до него не жил так долго.
Архитектура
Программная модель 386 пережила сам чип: регистры и принципы, заложенные в 1985-м, работают во всех современных x86-процессорах. Выберите регистр на карте.
▸Путь инструкции
Префиксы операндов и адресов позволяют 16- и 32-битному коду сосуществовать в одной программе — ключ к безболезненному переходу с 286.
▸В цифрах
▸Сегменты против страниц
От неудобной сегментной модели 286-го Intel оставила в 386 только полезное: сегменты задают базу и права доступа, а тонкую работу с памятью берёт на себя страничный механизм. Каждая таблица страниц описывает до 4 МБ; каталог из 1024 записей покрывает все 4 ГБ адресного пространства процесса.
Режимы работы
После сброса 386 стартует в реальном режиме — как «быстрый 8086». Всё остальное процессор умеет по команде операционной системы. Переключите режим и посмотрите, что меняется.
| Параметр | Реальный | Защищённый | Виртуальный 8086 |
|---|---|---|---|
| Адресуемая память | 1 МБ | 4 ГБ на процесс | 1 МБ на виртуальную машину |
| Макс. сегмент | 64 КБ | 4 ГБ | 64 КБ (как в 8086) |
| Защита задач | нет | кольца 0–3 + сегментные права | изоляция через гипервизор ОС |
| Страничная адресация | нет | да | да, средствами宿主-режима |
| Типичное ПО | DOS, BIOS, загрузчики | Linux, OS/2, Windows 3.x/95 | DOS-сессии внутри ОС |
* Переключение real → protected выполняется загрузкой бита PE в CR0 и дальним переходом; обратно — только через сброс (RESET). Именно поэтому DOS-загрузчики «перезагружались», чтобы выйти из защищённого режима.
Характеристики
Спецификационный лист i386DX-33 и таблица всех модификаций семейства.
Модификации семейства
| Модель | Год | Частоты | Особенность |
|---|---|---|---|
| i386DX | 1985 | 12,5–33 МГц | Оригинал: полная 32-битная шина |
| i386SX | 1988 | 16–33 МГц | Шина 16 бит, адрес 24 бита (16 МБ) — бюджетный |
| i386SL | 1990 | 20–25 МГц | Пониженное энергопотребление, режим SMM — ноутбуки |
| i386EX | 1994 | до 33 МГц | Встроенные контроллеры, работа без чипсета — авионика, космос |
| Am386DX | 1991 | до 40 МГц | Клон AMD, отсуженное право на совместимость |
Наследие
Процессор давно не производится, но его имя по-прежнему встречается в дистрибутивах Linux, флагманах компиляторов и на околоземной орбите.
01Колыбель Linux
В 1991 году Линус Торвальдс писал ядро новой ОС исключительно под 386-й: многозадачность строилась на переключении задач защищённого режима, а память процессов разгонялась страничной адресацией. Первая версия Linux требовала именно 386 — и тем самым закрепила его минимальную планку на годы вперёд.
i386
linus@freax:~$ cat /proc/cpuinfo | head -2
processor : 0
model name: Intel 80386DX-33
02Окна для миллионов
Windows 3.x и Windows 95 опирались на страничную память и режим VM86: сотни DOS-программ работали в окнах одновременно. Без 386 графическая революция на PC выглядела бы совсем иначе.
03Игры выходят из 640 КБ
DOS-экстендеры (DOS/4GW и др.) переводили игры в защищённый режим — Doom, Descent и Quake получили всю установленную память, а не жалкие 640 килобайт.
0422 года и космос
386-е управляли спутниками и авионикой, радиационно-стойкие версии летали в космических аппаратах. Имя «i386» осталось базовой архитектурой в Debian и целью -march=i386 у компиляторов.
С 1985 по 2007 год Intel и её лицензиаты выпустили десятки миллионов 386-х. Ни один другой x86 не продержался на конвейере так долго — и ни один не заложил столь долговечный фундамент.