قصة الأسطورة
اليوم ، في عام 2018 ، نحتفل بالذكرى السنوية الأربعين ربما للمعالج الرئيسي في تاريخ أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، أي Intel 8086.
كان معه أن عصر العمارة x86 بدأ ، والذي وضع الأسس لتطوير المعالجات لسنوات عديدة وعقود قادمة ، وعليه نحن مدينون بشعبية هائلة للكمبيوتر كوحدة فردية متاحة لكل مستخدم. تكريمًا للذكرى الأربعين للمعالج ، التي بدأت في تحويل Intel إلى شركة بمليارات الدولارات ، قدمت الشركة هدية رمزية صغيرة لمعجبيها - كانت الذكرى السنوية i7-8086K ، أول معالج في تاريخ Intel ، قادر على العمل بسرعة 5 غيغاهرتز مباشرة.
لكننا اليوم لن نغني للمهندسين من قادة المعالجات الحديثة ، لكننا سنعود إلى الماضي البعيد ، في عام 1976 ، حيث بدأ تاريخ Intel 8086 ، وبدأ بمعالج مختلف تمامًا.
في عام 1976 ، حددت Intel مهمة جادة لمهندسيها - لإنشاء أول معالج دقيق في العالم يدعم تعدد المهام ، ولديه أيضًا وحدة تحكم في الذاكرة مدمجة في الشريحة. الآن يمكن العثور على هذه الميزات التكنولوجية بسهولة حتى في أكثر المعالجات بأسعار معقولة في السوق ، ولكن قبل 42 عامًا وعدت هذه الابتكارات التكنولوجية بتجاوز عصر كامل - خططت إنتل للتبديل إلى الحوسبة 32 بت في الوقت الذي تهيمن فيه أنظمة 8 بت ، وحتى 16 - قطع كانت بعيدة جدا. لسوء الحظ ، أو لحسن الحظ ، واجهت طموحات المديرين التنفيذيين لشركة Intel الواقع القاسي للعديد من المواعيد النهائية والتحديات التكنولوجية وإدراك أن تكنولوجيا 1976 لم تذهب بعد إلى حد تحقيق مثل هذه الأفكار الجريئة. والأهم من ذلك ، كانت إنتل حريصة للغاية على إنشاء ، كما سيقولون في الغرب ، هندسة معمارية بشكل مفرط لدرجة أنها تجاوزت التطبيق العملي من وجهة نظر برمجية. لقد كان انتقاد النظام في أحد الاجتماعات من قبل خبير زائر يدعى ستيفين مورس ، وهو مهندس إلكترونيات دقيقة يبلغ من العمر 36 عامًا ومتخصصًا في البرمجيات في ذلك الوقت ، هو التعقيد غير العملي والتعقيد المتعمد للنظام. ومع ذلك ، لم تكن شركة Intel في عجلة من أمرها لأخذ التعليقات النقدية بعين الاعتبار ، لذلك ذهبت ملاحظات مورس في مربع طويل.
ولكن كما اتضح لاحقًا ، فقد كانت مفيدة للغاية - بالفعل في يوليو 1976 ، قامت شركة Zilog الصغيرة ، التي أسسها مخترع Intel 4004 و Intel 8008 Federico Fajin ، بالإضافة إلى مدير Intel Intel Ralph Ungermann ومطور آخر 4004 ، الياباني Masatoshi Shima ، بتقديم معالجها في السوق Z-80 ، الذي أصبح العمل الفعلي على البق بناءً على Intel 8080.
من خلال تحسين بنية معالج Intel الأصلي ، قدم فريق Zilog معالجًا غير مكلف وقوي ، محبوب على الفور من قبل العديد من الشركات المصنعة للمعدات والمنصات الرائدة في ذلك الوقت. كانت Z-80 هي التي شكلت أساس ZX Spectrum الأسطوري ، وتم تثبيتها أيضًا في Commodore 128 المشهور على قدم المساواة كمعالج مشترك. أصبحت Z-80 ناجحة بشكل لا يصدق في أجزاء كثيرة من العالم ، وهذا النجاح لا يمكن أن يمر دون أن يلاحظه أحد - قررت Intel بشكل عاجل أن Z-80 بحاجة إلى منافس جدير بالاهتمام.
هنا تذكر قادة الشركة تعليقات ستيفن مورس ، واقترحوا أن يقود إنشاء معالج جديد بشكل أساسي ، مصمم للتنافس مع المنتج الجديد من Zilog. لم تر شركة Intel أي سبب معين لتعيين إطار العمل لهذا المشروع - ثم بدا للجميع أن المعالج الجديد سيكون استجابة سريعة لـ Z-80 ، وسيتم نسيانه خلال السنوات القادمة ، لذلك تلقى مورس ضوءًا أخضر لأي تجارب. كانت الفكرة المهووسة بأن المعالج يجب أن يبنى حول فعالية العمل مع البرمجيات ، كما اتضح فيما بعد ، أصبحت أساسية لتطوير الصناعة بأكملها.
في مايو 1976 ، بدأ ستيف مورس العمل في هندسة المعالج الجديد. في الجوهر ، كانت المهمة الموكلة إلى مورس بسيطة. إذا كان يجب أن تعطي الشريحة الجديدة ذات 16 بت زيادة كبيرة في السرعة مقارنةً بشريحة 8 بت 8080 ، فيجب أن تختلف في عدد من المعلمات. لكن إنتل أرادت من المستهلكين الوصول إليها مرة أخرى. كواحدة من طرق تحقيق ذلك ، تم التفكير في إمكانية نقل نظام مصمم لمعالج أقل قوة إلى مستوى أعلى ، عند استبداله بنظام جديد سيعمل. لهذا ، من الناحية المثالية ، يجب أن يكون المعالج الجديد متوافقًا مع أي برنامج مكتوب لـ 8080.
كان على مورس أن يبني على المشروع 8080 ، والذي بموجبه قام المعالج بتعيين "عنوان" لكل مكان يتم فيه تخزين الأرقام ، مثل ملصقات المصنف. كانت العناوين عبارة عن أرقام ثنائية 16 بت ، مما سمح بتعيين 65536 عنوانًا مختلفًا. كان هذا السقف مقبولًا عندما احتاج المطورون إلى استخدام الذاكرة بشكل مقتصد. ومع ذلك ، يحتاج المستهلكون الآن إلى كمية أكبر ، وأصروا على كسر حاجز 64 كيلوبايت.
في يوليو 1978 ، دخل السوق معالج جديد يسمى Intel 8086.
لم يصبح خروجه ضجة كبيرة أو نجاحا لا يصدق. لأول مرة ، أصاب المعالج الرفوف كجزء من العديد من أجهزة الكمبيوتر ذات الميزانية المحدودة التي لم تكن شائعة ، كما تم استخدامها في محطات طرفية مختلفة. بعد ذلك بقليل ، شكلت أساس متحكم ناسا ، حيث تم استخدامه للتحكم في أنظمة تشخيص إطلاق الصواريخ حتى أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.
غادر مورس إنتل في عام 1979 ، قبل أن تقدم الشركة Intel 8088 ، وهو معالج 8086 متطابق تقريبًا يوفر التوافق مع أنظمة 8 بت من خلال تقسيم ناقل 16 بت إلى دورتين. أطلق مورس نفسه على هذا المعالج نسخة 8086 "مخصي".
تم استلام الوضع الأسطوري لـ 8088 في وقت لاحق ، عندما فكرت شركة IBM في عام 1980 في غزو سوق الكمبيوتر الشخصي وإنشاء جهاز كمبيوتر بسعر معقول ويتضمن مكونات من الطبقة المتوسطة. كان جهاز IBM 5150 ، المعروف بشكل أفضل تحت اسم العلامة التجارية IBM PC ، هو الذي حصل على معالج 8088 (في الأساس نفس 8086) ، مما جعل Intel معروفة على نطاق واسع حتى بين المستخدمين العاديين. لكن Motorola 68000 (أساس أول Apple Macintosh) ادعى أيضًا مكان 8088 ، لكن إدارة IBM أعطت الأفضلية لشركة Intel.
سرعان ما تحول جهاز الكمبيوتر الشخصي IBM إلى القوة الرئيسية في سوق أنظمة الكمبيوتر ، وواصلت Intel ، وفقًا لمنطق "أفضل وأفضل" ، إنتاج المعالجات - 80186 و 80286 و 80386 و 80486 و Pentium وما إلى ذلك - استنادًا إلى نفس أساس ستيفين مورس. لقد عادوا إلى عام 8086. وبفضل الرقمين الأخيرين ، أصبحت الهندسة تعرف باسم "x86" ، والشعبية المذهلة لأجهزة الكمبيوتر من آي بي إم زودت إنتل بأرباح ضخمة والاعتراف بالعلامة التجارية.
الميزات المعمارية 8086
من حيث الميزات المعمارية ، اعتمدت Intel 8086 بشكل كبير على تجربة تطوير معالج 8080 ، ونظيرتها المحسنة 8085 ، التي دخلت السوق في صيف 1976. على الرغم من بعض أوجه التشابه ، أصبح 8086 أول معالج 16 بت للشركة مع 16 قناة بيانات و 20 قناة عنوان قادرة على معالجة ما يصل إلى 1 ميجابايت من البيانات ، ولديها أيضًا مجموعة واسعة من الإرشادات التي سمحت ، من بين أمور أخرى ، بتنفيذ عمليات القسمة / الضرب. كانت ميزة 8086 هي وجود وضعين - الحد الأدنى والحد الأقصى ، شمل آخرهما استخدام معالج في نظام يحتوي على عدة معالجات ، والأول - في الأنظمة الكلاسيكية مع معالج واحد.
لأول مرة ، ظهرت قائمة انتظار التعليمات في Intel 8086 ، والتي تسمح بتخزين ما يصل إلى ستة بايت من التعليمات مباشرة من الذاكرة ، مما يقلل بشكل كبير من الوقت المستغرق في معالجتها. لم تستند طبيعة 16 بت للمعالج على عدد قليل من المكونات فقط ، لأن 8086 تضمنت وحدات تسجيل ALU 16 بت ، ومسجلات 16 بت ، بالإضافة إلى ناقل بيانات داخلي وخارجي عالج البيانات وفقًا لتعليمات 16 بت ، لذلك عمل النظام بشكل أسرع بكثير من مع معالجات Intel السابقة.
بالطبع ، بسبب هذه المجموعة الواسعة من الابتكارات ، كان 8086 أكثر تكلفة بكثير من سابقه ، ولكن كان لدى المستهلك أيضًا خيار - عرضت Intel شراء منتج جديد في عدة إصدارات ، اعتمادًا على ترددات المعالج - تراوحت من 5 إلى 10 ميجا هرتز.
من وجهة نظر معمارية ، يتكون المعالج الدقيق Intel 8086 من وحدتي أجهزة - وحدة تنفيذ ووحدة واجهة ناقل. أشارت وحدة التنفيذ إلى وحدة واجهة الناقل حيث تتلقى بيانات التعليمات منها ، ثم انتقلت إلى إعدادها وتنفيذها. تم تقليل جوهرها إلى إدارة البيانات باستخدام وحدة فك ترميز التعليمات ووحدة ALU ، في حين لم يكن لدى الوحدة نفسها اتصال مباشر بحافلات البيانات ، وعملت حصريًا من خلال وحدة واجهة الناقل.
تحتوي وحدة التنفيذ على كتلة ALU مصممة لأداء العمليات المنطقية والحسابية ، مثل الضرب أو القسمة أو الإضافة أو الطرح أو عمليات نوع OR و AND و NOT. كان هناك أيضًا سجل 16 بت من الأعلام التي قامت بتخزين حالات مختلفة للعمليات في البطارية - كان هناك 9 إجمالاً ، 6 منها كانت أعلام حالة ، و 3 كانت أعلام النظام التي تعكس حالة الجهاز.
تضمن الأول: علم الحمل ، علم التكافؤ ، علم حمل إضافي ، علم صفر ، علم الإشارة وعلم تجاوز. تضمنت أعلام النظام إشارة التتبع ، وعلامة تمكين المقاطعة ، وعلم الاتجاه.
بالإضافة إلى الأعلام ، تحتوي وحدة التشغيل على 8 سجلات للأغراض العامة ، والتي تم استخدامها لنقل البيانات عبر ناقل 16 بت. في الوقت نفسه ، تم الحفاظ على التوافق مع الجيل السابق من البرامج لأنظمة 8 بت ، لأن التسجيلات للأغراض العامة (AX ، BX ، CX ، DX) يمكن أن تعمل في وضع الناقل 16 بت وفي وضع قراءة البيانات من الأقل (AL ، BL ، CL ، DL) وعالية (AH ، BH ، CH ، DH) تسجل في وقت واحد ، مما يوفر عملية على قناتين في شكل ناقل 8 بت. نظرًا للتأكيد على التوافق مع الأنظمة الأساسية السابقة من حيث البرامج ، أصبحت بنية x86 أساسية وعملت كأساس لمعظم المعالجات اللاحقة.
أخيرًا ، كان آخر تسجيلات في الوحدة النمطية هو تسجيل مؤشر 16 بت ، والذي حفظ عنوان مقطع البيانات في المخزن المؤقت للذاكرة اللازمة لإكمال العملية. الأجزاء الوظيفية المتبقية تنتمي إلى وحدة واجهة الحافلة المجاورة.
تحتوي وحدة واجهة الناقل على مكونات أكثر وظيفية بشكل ملحوظ - فقد استجابت لمعالجة جميع البيانات وإرسال التعليمات إلى وحدة التنفيذ ، وقراءة العناوين من ذاكرة الكمبيوتر والمعلومات من جميع منافذ الإدخال / الإخراج المتاحة ، وكذلك كتابة البيانات إلى الذاكرة المتاحة ومن خلال ما سبق الموانئ. نظرًا لحقيقة أن وحدة التنفيذ لم يكن لها اتصال مباشر بوحدة واجهة الناقل ، فقد تفاعلت الكتل عبر ناقل البيانات الداخلي.
تحتوي هذه الوحدة على إحدى الميزات المعمارية الرئيسية للمعالج 8086 - قائمة انتظار التعليمات. تتضمن وحدة واجهة الناقل قائمة انتظار تعليمات قادرة على تخزين ما يصل إلى 6 بايت من التعليمات في المخزن المؤقت ، وإرسال تعليمات جديدة على خط الأنابيب بعد استلام الطلب المقابل من وحدة التنفيذ. ظهر مصطلح الأنابيب بشكل دقيق مع دخول المعالج 8086 إلى السوق ، لأنه يعني إعداد التعليمات التالية في الوقت الذي يكون فيه السابق في عملية التنفيذ.
هناك أيضًا 4 سجلات تسجيل مسؤولة عن تخزين عناوين التعليمات والبيانات المرتبطة بها في ذاكرة الكمبيوتر ، وبالتالي توفير الوصول إلى الأجزاء الضرورية للمعالج المركزي. يحتوي السجل أيضًا على مؤشر أوامر (IP) يحتوي على عنوان التعليمات التالية لوحدة التنفيذ.
أخيرًا ، آخر تسجيلات هو مؤشر تعليمات 16 بت يحتوي على عنوان التعليمة التالية ليتم تنفيذه.
أصبح Intel 8086 أول معالج 16 بت للشركة ، متوفر في حزمة DIP (DPI) ذات 40 سنًا ، والتي أصبحت ، إلى جانب العديد من الميزات الأخرى ، أحد المعايير في الإلكترونيات الدقيقة في السنوات التالية.
التأثير والإرث
لم يكن باستطاعة ستيفن مورس ، الذي ابتكر مفهوم معالج "ابنة" صغير داخل جدران Intel ، أن يتخيل أنه على وشك إنشاء معالج دقيق تاريخي. كانت Intel 8086 متواضعة ومثيرة للجدل ، لكن شقيقها الأصغر 8088 اكتسب شهرة كجزء من IBM PC / XT ، مما سمح لشركة Intel باكتساب شهرة وتحقيق أرباح ضخمة.
شكلت بنية x86 الأساس لجميع معالجات Intel الإضافية ، التي اعترفت بالراحة والتنوع في مفهوم مورس "البرنامج الأول - ثم التعبئة". تم بناء كل معالج لاحق على أساس المعالج السابق ، متضخمًا مع التقنيات والتعليمات والكتل الجديدة ، ولكن في جوهره كان مختلفًا قليلاً عن 8086.
وحتى اليوم ، بالنظر إلى i7 8086K ، عليك أن تفهم أنه في مكان ما بعمق داخلي لا تزال جذور المعالج نفسه التي شهدت النور قبل 40 عامًا ، والتي تميزت بافتتاح عصر x86.
مؤلف النص هو الكسندر ليز.
الفيديو الخاص بنا يعتمد على هذه المقالة: