По страничной памяти Intel 80386: 32-битной архитектуре исполнилось 39 лет

«Большинство инженеров понимает, чем занимается именно их блок в чипе. Но очень немногие представляют, как в принципе работает процессор. Это стало особенно заметно при разработке i386. Когда мы приступили к первому дебагу, лишь у нескольких ребят был достаточно широкий взгляд, чтобы понимать, что вообще делать дальше». Эти слова из большого интервью о разработке Intel 80386 принадлежат Яну Праку (Jan Prak), одному из проджект-менеджеров проекта. Ян отвечал за четыре из восьми блоков нового Intel 80386 — первого 32-битного процессора для архитектуры PC, который был представлен 39 лет назад.

В 1985 году архитектура Intel x86 существовала на рынке уже семь лет, и многие ждали от процессорного гиганта нового шага. 17 октября компания представила процессор третьего поколения сразу на пяти мероприятиях: в Сан-Франциско, Лондоне, Париже, Мюнхене и Токио.

По заявлениям Intel, i386 демонстрировал вдвое большую производительность по сравнению с предшественником i286. И в это легко поверить, сравнив характеристики трех поколений x86.

Количественные показатели впечатляют: 32-битная разрядность позволила реализовать обновленные регистры и наборы инструкций. Но еще более интересны технологические инновации, которые впервые появились в i386.

В i386 был представлен новый механизм управления памятью — страничная память, в которой виртуальные адреса отображаются на физические постранично. Каждая страница линейного адресного пространства здесь может быть переадресована на любую страницу физической памяти с помощью каталога страниц. В i386 размер одной такой страницы составлял 4 КБ. Страничная память i386 позволила потенциально расширить объем доступной для адресации памяти до 4 ГБ.

В термине «страничная память» заключен и главный принцип ее работы — аналогичный страницам в печатной книге. Если читатель захочет найти в книге, например, 2263-е слово, ему придется потратить много времени, чтобы отсчитать его с первого слова. Но, если читатель знает, сколько слов на странице, поиск будет гораздо быстрее: достаточно пролистать нужное число страниц и посчитать гораздо меньше слов вручную.

До i386 процессоры Intel могли работать только в реальном или защищенном режиме. Режим виртуального 8086 стал первым шагом компании к аппаратной виртуализации и предназначался для исполнения приложений ОС MS-DOS, господствовавшей тогда на рынке. V86 позволял использовать приложения MS-DOS в режиме страничной виртуальной памяти. А также эмулировать аппаратуру для MS-DOS приложений — порты, регистры, память и другие необходимые компоненты.

Как ни странно, но именно процессору Intel i386 главный конкурент Intel обязан своим первым большим успехом. До третьего поколения x86 AMD была лишь вторичным производителем процессоров предыдущих семейств, но после выпуска Intel i386 приступила к созданию своей версии этого процессора, получившей название Am386.

По некоторым источникам, Intel узнала об этом проекте AMD лишь потому, что сотрудники обеих компаний с одинаковыми именами остановились в одно время в одной гостинице, и отправление AMD досталось человеку из Intel. Это дало начало длительному судебному процессу, в ходе которого Intel доказывала, что AMD не имела права использовать технологии третьего поколения x86.

В 1991 году AMD одержала победу в суде и начала продажи Am386. Процессор стал очень популярен, поскольку благодаря керамическому корпусу мог работать на частотах выше, чем модели третьего поколения x86, и приближался к четвертому поколению при меньшей стоимости.

Am386 вывел AMD из тени Intel в ранг полноценных конкурентов, продажи процессора исчислялись миллионами. Тем не менее это не помешало модельному ряду i386 к 1991 году приносить Intel более половины всей прибыли.

На смену архитектуре третьего поколения в 1989 году пришел Intel i486. Всего на базе Intel i386 компания представила около десятка процессоров для ПК и встраиваемых систем. 32-битная архитектура закрепилась в десктопных чипах производителя вплоть до Pentium III, то есть до конца 90-х. А в Linux поддержка i386 официально прекратилась с релизом ядра версии 3.8 — только в 2012 году!