Kisah sang legenda
Hari ini, pada tahun 2018, kami merayakan ulang tahun keempat puluh mungkin prosesor kunci dalam sejarah komputer pribadi, yaitu, Intel 8086.
Bersamaan dengan itu, era arsitektur x86 dimulai, yang meletakkan dasar bagi pengembangan prosesor selama bertahun-tahun dan beberapa dekade mendatang, dan baginya dia berutang popularitas komputer yang melambung tinggi sebagai unit individual yang tersedia untuk setiap pengguna. Untuk menghormati peringatan 40 tahun prosesor, yang memulai transformasi Intel menjadi perusahaan multi-miliar dolar, perusahaan menyajikan hadiah simbolis kecil untuk para penggemarnya - itu adalah ulang tahun i7-8086K, prosesor pertama dalam sejarah Intel, yang mampu beroperasi pada 5 GHz langsung dari kotak.
Tetapi hari ini kita tidak akan menyanyikan pujian untuk insinyur pemimpin prosesor modern, tetapi kita akan kembali ke masa lalu yang jauh, pada tahun 1976, di mana sejarah Intel 8086 dimulai dan dimulai dengan prosesor yang sama sekali berbeda.
Pada tahun 1976, Intel menetapkan tugas serius bagi para insinyurnya - untuk menciptakan mikroprosesor pertama di dunia yang mendukung multitasking dan juga memiliki pengontrol memori yang terpasang di dalam chip. Sekarang fitur-fitur teknologi ini dapat dengan mudah ditemukan bahkan pada prosesor yang paling terjangkau di pasaran, tetapi 42 tahun yang lalu inovasi teknologi seperti itu menjanjikan untuk melampaui seluruh era - Intel berencana untuk beralih ke komputasi 32-bit pada saat sistem 8-bit mendominasi, dan bahkan 16 - bit sangat jauh. Sayangnya, atau untungnya, ambisi para eksekutif Intel dihadapkan pada kenyataan pahit dari beberapa tenggat waktu, tantangan teknologi, dan kesadaran bahwa teknologi tahun 1976 belum melangkah sejauh untuk merealisasikan ide-ide berani seperti itu. Dan yang paling penting, Intel sangat tertarik untuk menciptakan, seperti yang mereka katakan di barat, arsitektur yang terlalu direkayasa sehingga mengabaikan kepraktisan dari sudut pandang perangkat lunak. Itu adalah ketidakpraktisan dan kerumitan yang disengaja dari sistem yang dikritik di salah satu pertemuan oleh ahli kunjungan bernama Stephen Morse, seorang insinyur mikroelektronika berusia 36 tahun yang berspesialisasi dalam perangkat lunak. Namun demikian, Intel tidak terburu-buru untuk mempertimbangkan komentar kritis akun, jadi catatan Morse masuk dalam kotak panjang.
Tapi ternyata kemudian, mereka sangat berguna - sudah pada Juli 1976, perusahaan kecil Zilog, yang didirikan oleh penemu Intel 4004 dan Intel 8008 Federico Fajin, serta manajer Intel Ralph Ungermann dan pengembang 4004 lainnya, Masatoshi Shima Jepang, memperkenalkan prosesornya di pasar Z-80, yang menjadi pekerjaan aktual pada bug berdasarkan Intel 8080.
Memperbaiki arsitektur prosesor Intel yang asli, tim Zilog menawarkan prosesor yang murah dan kuat, segera disukai oleh banyak produsen peralatan dan platform terkemuka pada waktu itu. Itu adalah Z-80 yang membentuk dasar dari ZX Spectrum yang legendaris, dan juga dipasang di Commodore 128 yang sama terkenal sebagai coprocessor. Z-80 menjadi sangat sukses di banyak bagian dunia, dan kesuksesan ini tidak dapat diabaikan - Intel segera memutuskan bahwa Z-80 membutuhkan pesaing yang layak.
Di sinilah para pemimpin perusahaan mengingat komentar Stephen Morse, dan menyarankan agar ia memimpin penciptaan prosesor baru yang fundamental, dirancang untuk bersaing dengan produk baru dari Zilog. Intel tidak melihat alasan khusus untuk menetapkan kerangka kerja untuk proyek ini - maka tampaknya bagi semua orang bahwa prosesor baru akan menjadi respons cepat terhadap Z-80, dan akan dilupakan selama tahun-tahun berikutnya, sehingga Morse menerima lampu hijau untuk percobaan apa pun. Itu adalah ide obsesif bahwa prosesor harus dibangun di sekitar efektivitas bekerja dengan perangkat lunak, seperti yang ternyata kemudian, menjadi kunci untuk pengembangan seluruh industri.
Pada Mei 1976, Steve Morse mulai mengerjakan arsitektur prosesor baru. Intinya, tugas yang diberikan kepada Morse sederhana. Jika chip 16-bit baru harus memberikan peningkatan kecepatan yang signifikan dibandingkan dengan 8-bit 8080, itu harus berbeda dalam sejumlah parameter. Tetapi Intel ingin konsumen mengaksesnya lagi. Sebagai salah satu cara untuk mencapai ini, kemungkinan mentransfer ke tingkat yang lebih tinggi dari sistem yang dirancang untuk prosesor yang kurang kuat dipertimbangkan, ketika menggantinya dengan yang baru, ia akan berfungsi. Untuk ini, idealnya, prosesor baru harus kompatibel dengan program apa pun yang ditulis untuk 8080.
Morse harus membangun proyek 8080, yang menurutnya prosesor tersebut menetapkan "alamat" untuk setiap tempat di mana nomor-nomor itu disimpan, seperti label pengelompokan. Alamat adalah angka biner 16-bit, yang memungkinkan untuk menunjuk 65536 alamat yang berbeda. Plafon ini dapat diterima ketika pengembang perlu menggunakan memori dengan hemat. Namun, sekarang konsumen membutuhkan jumlah yang lebih besar, mereka bersikeras melanggar penghalang 64 KB.
Pada Juli 1978, sebuah prosesor baru, dijuluki Intel 8086, memasuki pasar.
Kepergiannya tidak menjadi sensasi atau kesuksesan yang luar biasa. Untuk pertama kalinya, prosesor tersebut masuk ke rak sebagai bagian dari beberapa komputer anggaran yang tidak populer, dan juga digunakan di berbagai terminal. Beberapa saat kemudian, ia menjadi dasar mikrokontroler NASA, tempat ia digunakan untuk mengendalikan sistem diagnostik peluncuran rudal hingga awal 2000-an.
Morse meninggalkan Intel pada tahun 1979, tepat sebelum perusahaan memperkenalkan Intel 8088, mikroprosesor 8086 yang hampir identik yang memberikan kompatibilitas dengan sistem 8-bit dengan membagi bus 16-bit menjadi dua siklus. Morse sendiri menyebut prosesor ini versi "dikebiri" 8086.
Status legendaris 8088 diterima kemudian, ketika pada tahun 1980 IBM pertama kali berpikir tentang menaklukkan pasar komputer pribadi dan menciptakan komputer yang harganya terjangkau dan termasuk komponen kelas menengah. Itu adalah IBM 5150, lebih dikenal dengan nama merek IBM PC, yang mendapat prosesor 8088 (pada dasarnya sama 8086), yang membuat Intel dikenal luas bahkan di kalangan pengguna biasa. Tetapi Motorola 68000 (dasar dari Apple Macintosh pertama) juga mengklaim tempat 8088, tetapi manajemen IBM memberikan preferensi kepada Intel.
IBM PC dengan cepat berubah menjadi kekuatan utama di pasar sistem komputer, dan Intel, mengikuti logika "lebih baik, lebih baik", terus memproduksi prosesor - 80186, 80286, 80286, 80386, 80486, Pentium dan seterusnya - berdasarkan pada fondasi yang sama dari Stephen Morse, diletakkan mereka kembali pada 8086. Berkat dua digit terakhir arsitektur tersebut dikenal sebagai "x86", dan popularitas komputer IBM yang luar biasa memberi Intel keuntungan besar dan pengakuan merek.
Fitur Arsitektur 8086
Dalam hal fitur arsitektur, Intel 8086 sangat bergantung pada pengalaman mengembangkan prosesor 8080, dan perbaikannya 8085, yang memasuki pasar pada musim panas 1976. Meskipun ada beberapa persamaan, 8086 menjadi prosesor 16-bit pertama perusahaan dengan 16 saluran data dan 20 saluran alamat yang mampu memproses hingga 1 MB data, dan juga memiliki beragam instruksi yang memungkinkan, antara lain, untuk melakukan operasi divisi / multiplikasi. Fitur 8086 adalah hadirnya dua mode - Minimum dan Maksimum, yang terakhir melibatkan penggunaan prosesor dalam suatu sistem dengan beberapa prosesor, dan yang pertama - dalam sistem klasik dengan satu prosesor.
Untuk pertama kalinya, antrian instruksi muncul di Intel 8086, yang memungkinkan penyimpanan hingga enam byte instruksi langsung dari memori, secara signifikan mengurangi waktu yang diperlukan untuk memprosesnya. Sifat 16-bit prosesor tidak didasarkan hanya pada beberapa komponen, karena 8086 terdiri dari ALU 16-bit, register 16-bit, serta bus data internal dan eksternal yang memproses data sesuai dengan instruksi 16-bit, sehingga sistem bekerja lebih cepat daripada dengan prosesor Intel sebelumnya.
Tentu saja, karena serangkaian inovasi berskala besar, 8086 jauh lebih mahal daripada pendahulunya, tetapi konsumen juga punya pilihan - Intel menawarkan untuk membeli produk baru dalam beberapa versi, tergantung pada frekuensi prosesor - mereka berkisar antara 5 hingga 10 MHz.
Dari sudut pandang arsitektur, mikroprosesor Intel 8086 terdiri dari dua modul perangkat keras - modul eksekusi dan modul antarmuka bus. Modul eksekusi ditunjukkan ke modul antarmuka bus tempat menerima data instruksi dari, dan kemudian melanjutkan persiapan dan pelaksanaannya. Esensinya dikurangi menjadi manajemen data menggunakan dekoder instruksi dan ALU, sementara modul itu sendiri tidak memiliki koneksi langsung ke bus data, dan bekerja secara eksklusif melalui modul antarmuka bus.
Modul eksekusi berisi blok ALU yang dirancang untuk melakukan operasi logis dan aritmatika, seperti perkalian, pembagian, penambahan, pengurangan, atau operasi tipe OR, DAN, dan BUKAN. Ada juga register 16-bit dari flag yang menyimpan berbagai status operasi dalam baterai - total ada 9, 6 di antaranya adalah flag status, dan 3 adalah flag sistem yang mencerminkan status perangkat.
Yang pertama termasuk: carry flag, flag parity, flag carry tambahan, zero flag, flag sign dan flag overflow. Bendera sistem termasuk bendera jejak, bendera interrupt yang diaktifkan, dan bendera arah.
Selain bendera, modul operasi berisi 8 register tujuan umum, yang digunakan untuk mengirimkan data melalui bus 16-bit. Pada saat yang sama, kompatibilitas dipertahankan dengan perangkat lunak generasi sebelumnya untuk sistem 8-bit, karena register tujuan umum (AX, BX, CX, DX) dapat bekerja baik dalam mode bus 16-bit dan dalam mode pembacaan data dari yang lebih rendah (AL, Register BL, CL, DL) dan tinggi (AH, BH, CH, DH) secara bersamaan, menyediakan operasi dua saluran dalam format bus 8-bit. Karena penekanan pada kompatibilitas dengan platform sebelumnya dalam hal perangkat lunak, arsitektur x86 menjadi kunci dan berfungsi sebagai dasar untuk sebagian besar prosesor berikutnya.
Akhirnya, register terakhir dalam modul adalah register pointer 16-bit, yang menyimpan alamat segmen data dalam buffer memori yang diperlukan untuk menyelesaikan operasi. Bagian fungsional yang tersisa milik modul antarmuka bus tetangga.
Modul antarmuka bus mengandung komponen yang jauh lebih fungsional - modul ini merespons pemrosesan semua data dan mengirim instruksi ke modul eksekusi, membaca alamat dari memori komputer dan informasi dari semua port input / output yang tersedia, serta menulis data ke memori yang tersedia dan melalui yang di atas port. Karena kenyataan bahwa modul eksekusi tidak memiliki koneksi langsung dengan modul antarmuka bus, blok berinteraksi melalui bus data internal.
Modul ini berisi salah satu fitur arsitektur utama dari prosesor 8086 - antrian instruksi. Modul antarmuka bus mencakup antrian instruksi yang mampu menyimpan hingga 6 byte instruksi dalam buffer, mengirimkan instruksi baru pada pipa setelah permintaan yang sesuai diterima dari modul eksekusi. Istilah pipelining muncul tepat dengan prosesor 8086 memasuki pasar, karena itu berarti mempersiapkan instruksi berikutnya pada saat yang sebelumnya sedang dalam proses eksekusi.
Ada juga 4 segmen register yang bertanggung jawab untuk menyangga alamat instruksi dan data terkait dalam memori komputer, dan dengan demikian menyediakan akses ke segmen yang diperlukan untuk prosesor pusat. Register juga berisi penunjuk perintah (IP) yang berisi alamat instruksi berikutnya untuk modul eksekusi.
Akhirnya, register terakhir adalah pointer instruksi 16-bit yang berisi alamat instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi.
Intel 8086 menjadi prosesor 16-bit pertama perusahaan, tersedia dalam paket DIP 40-pin (DPI), yang, bersama dengan banyak fitur lainnya, menjadi salah satu standar dalam mikroelektronika pada tahun-tahun berikutnya.
Pengaruh dan Warisan
Stephen Morse, yang menciptakan konsep prosesor "anak" kecil di dalam dinding Intel, sulit membayangkan bahwa ia berada di ambang penciptaan mikroprosesor bersejarah. Intel 8086 sederhana dan kontroversial, tetapi adiknya 8088 mendapatkan ketenaran sebagai bagian dari IBM PC / XT, yang memungkinkan Intel untuk mendapatkan ketenaran dan menghasilkan keuntungan besar.
Arsitektur x86 membentuk dasar untuk semua prosesor Intel lebih lanjut, yang mengakui kenyamanan dan fleksibilitas konsep "perangkat lunak pertama - kemudian diisi" Morse. Setiap prosesor berikutnya dibangun di atas fondasi yang sebelumnya, ditumbuhi teknologi, instruksi dan blok baru, tetapi pada dasarnya itu sedikit berbeda dari 8086.
Dan bahkan hari ini, melihat i7 8086K, Anda perlu memahami bahwa di suatu tempat jauh di dalamnya masih merupakan akar dari prosesor yang melihat cahaya 40 tahun yang lalu, yang menandai pembukaan era x86.
Penulis naskahnya adalah Alexander Lis.
Video kami berdasarkan artikel ini: