PC电脑流行的主要原因-iAPX 286（i80286）

原标题：古老CPU启示录-Intel 80286

<x86架构鼻祖-16位微处理器芯片i8086>之后，Intel开启了自己“牙膏厂”本质，虽然陆续发布了i8088、i80186、i80186三款处理器，但是基本都是在原有基础上进行小幅度的升级，直到i80286的发布，这一CPU直接造成了个人电脑的风行。在发布的六年中，全球286的个人电脑一共出货了约一千五百万台。

在介绍80286前，还是简单介绍一下他前面的三个处理器：i8088、i80186、i80186三款处理器。

Intel 8088 - 1979

从技术特点来看，8088其实是8086的简化版本的CPU，其内部是16位，但是外部是8位外部资料总线。这是原本IBM PC上所使用的处理器。

8088使用8位的设计，所针对的是较为经济的系统。在它推出时候，大的总线宽度电路板还是相当地昂贵。8088的预取(prefetch)贮列(queue)是4字节，相对于8086的是6字节。8088的后代包括到现在还在使用的Intel 80188、80288（不再制造或使用）、和80388微控制器（microcontroller）。

到目前为止使用8088之最重要的微电脑是IBM PC AT。原本的PC处理器是以4.77 MHz的时钟频率执行。

IBM PC AT 1981年 操作系统：IBM BASIC / PC-DOS 1.0 CP/M-86UCSD p-SystemIntel 8088 5Mhz (P8088) 正 反Intel 8088 8Mhz (P8088-2) 正 反

这颗Intel P8088-2 为8088的量产版，-2字尾代表它是8 Mhz

Intel 80186 - 1982

Intel 80186（简称186）其实就是8086的更新版，所以其外部频宽也是十六位，而且它一样需要80187辅助运算器（Co-Processor）来提高运算速度。当初只有少数个人电脑采用80186当作中央处理器晶片（CPU），其中包括了西门子（Siemens）所生产的第一台个人Siemens PC-D（采用MS-DOS 2.11） 以及一些学校教学用电脑（瑞典、英国以及加拿大）。但从时间上看，就在80186刚推出没几周，80286就出现了，所以它并不像80286一样造成个人电脑界的旋风。不过在工业界，由于80186大量减少了对周边晶片的需求（内建了记忆体存取、计时器、计数器），所以它被当成微控制器（Microcontrollor）地被广泛地运用。由于80186被工业界被广泛地运用已经有一段时间，所以有很多的航太以及军用设备采用80186当作微处理器，不过后来已经逐渐被80386以及80486取代。80C186是80186系列的二代（可是不是80286喔），其执行速度提高了两倍，可是耗电量却不到第一代产品的四分之一。

第一代产品Intel 80186 (C80186)少见的军用版本FA80C186CP为业界样本，并没有在外面流通过，算是比较特别的一款

Intel 80188 - 1982

Intel 80188(简称188)为80186的简化版本，其外部频宽从原来的十六位缩减到八位，从而减少周边外设的成本（如8088之于8086）。

80188的记忆体定址功能与8086/8088一样为1MB。跟80186一样，80188通常是拿来作为机件控制，而比较少用来当作个人电脑用中央处理器晶片（CPU）。

Intel 80188 3Mhz (C80188-3) 正 反Intel 80188 8Mhz (A80188) 正 反

Intel 80286 - 1982.2

Intel 80286（简称286）就是造成个人PC风行的一款CPU，在发布的六年中，全球286的个人PC中一共出货一千五百万台。它除了改善了一些指令的执行速度，同时也增加最大记忆体支援到16MB。当初预计这种记忆体支援大概在十年之内都不会需要再增加了。80286第一次为基础的CPU 8086与分离的，非多路复用 地址和数据总线，也是第一个具有内存管理和广泛保护能力的总线。80286 在其最初的nMOS ( HMOS ) 版本中使用了大约 134,000 个晶体管、十六位元频宽，工作时脉由最初的4MHz逐步提高到25MHz。其内部和外部资料频宽皆为十六位元，记忆体定位频宽为二十四位元。与8086相比，80286记忆体定位功能达到了16MB，并可以使用虚拟记忆体模拟大量记忆空间，因而大大扩展了80286的工作范围，还能通过多工处理器在各执行绪间来回快速切换，以同时运算多个执行绪，其速度比8086提高了5倍甚至更多。IBM公司将80286用在技术更为先进AT机中，与IBM PC XT机相比，AT机记忆体一般可扩展到16MB，可支援更大的硬碟，支援VGA显示系统，比PC XT机在性能上有了重大的进步。同场加映C80287XL数学辅助运算晶片。

Intel 80286 6Mhz (C80286-6) 正 反

历史和表现

Intel 的第一批 80286 芯片的最大时钟频率指定为 5、6 或 8  MHz，之后的版本为 12.5 MHz。AMD和Harris(哈里斯公司是一家美国技术公司、国防承包商和信息技术 服务提供商，生产无线设备、战术无线电、电子系统、夜视设备以及地面和星载天线，供政府、国防和商业部门使用。)后来分别生产了 16 MHz、20 MHz 和 25 MHz 的部件。Intersil(Intersil是一家总部位于加利福尼亚州米尔皮塔斯的美国 半导体公司。截至 2017 年 2 月 24 日，Intersil 是瑞萨电子的子公司。之前的Intersil是1999年8月通过收购Harris Corporation的半导体业务而成立的。Intersil 是一家电源管理IC 企业，在电源管理和精密模拟技术方面具有专业能力，适用于工业、基础设施、移动、汽车和航空航天领域的应用。)和富士通还设计了英特尔原始耗尽负载 nMOS实现的全静态CMOS版本，主要针对电池供电的设备。

据报道，平均而言，80286在“典型”程序上的每时钟速度约为 0.21条指令，尽管它在优化代码和紧密循环中可能明显更快，因为许多指令可以在2 个时钟周期内执行。据报道，6 MHz、10 MHz 和 12 MHz 型号经测量分别以 0.9 MIPS、1.5 MIPS 和 2.66 MIPS 运行。

英特尔在 1985 年左右将该微处理器第二次采购给富士通有限公司。

在许多程序中，80286 相对于 8086（或 8088）的性能提升可能在每个时钟周期超过 100% （即在相同时钟速度下性能翻倍）。这是一个很大的增长，完全可以与七年后i486 (1989) 或最初的Pentium (1993) 推出时的速度提升相媲美。这部分是由于非多路复用地址和数据总线，但主要是因为地址计算（例如base+index）成本较低。它们由 80286 中的专用单元执行，而较旧的 8086 必须使用其通用ALU进行有效的地址计算，在许多情况下会消耗几个额外的时钟周期。此外，80286 在指令预取、缓冲、跳转执行以及复杂的微编码数字运算（如MUL / DIV）方面比其前身更高效。

特点

286 是 x86 CPU 系列中第一个支持受保护的虚拟地址模式，通常称为“保护模式”。此外，它还是第一个具有片上MMU功能的商用微处理器（使用同时代的摩托罗拉 68010和NS320xx 的系统可以配备可选的 MMU 控制器）。这将使 IBM 兼容机首次拥有先进的多任务操作系统，并在Unix主导的服务器/工作站市场中展开竞争。

简化的 80286 微架构

80286有两种工作模式：真实模式和保护模式。在真实模式下，80286直接访问内存的空间被限制在1M字节，更多内存需要通过EMS或XMS内存机制进行映射。而在保护模式下，80286可以直接访问16M字节的内存，并具有异常处理机制，这为后来的微软的多任务操作系统Windows准备了条件。

80286的保护模式中引入了几条附加指令，对多任务操作系统很有帮助。

英特尔 80286 芯片拍摄

80286 的另一个重要特性是防止未经授权的访问。这是通过以下方式实现的：

• 为数据、代码和堆栈形成不同的段，并防止它们重叠。

• 为每个段分配权限级别。具有较低权限级别的段不能访问具有较高权限级别的段。

在 80286（及其协处理器Intel 80287）中，可以对以下不同类型的数字执行算术运算：

• 无符号压缩十进制，

• 无符号二进制，

• 无符号解压缩十进制，

• 签名的二进制文件，

• 浮点数（仅带有80287）。

按照设计，如果没有硬件启动的复位，286 无法从保护模式恢复到基本的 8086 兼容实地址模式（“真实模式”）。在 1984 年推出的 PC/AT 中，IBM 添加了外部电路，以及ROM BIOS和8042外围微控制器中的专用代码，使软件能够引起复位，允许真实模式重新进入，同时保留活动内存并将控制权返回给启动复位的程序。（必须涉及 BIOS，因为它在 CPU 复位时直接获得控制权。）虽然它工作正常，但该方法造成了巨大的性能损失。

西门子 80286（10 MHz 版本）

为了支持保护模式，添加了新指令：ARPL、VERR、VERW、LAR、LSL、SMSW、SGDT、SIDT、SLDT、STR、LMSW、LGDT、LIDT、LLDT、LTR、CLTS。还有新的异常（内部中断）：无效的操作码、协处理器不可用、双重故障、协处理器段溢出、堆栈故障、段溢出/一般保护故障，以及其他仅用于保护模式的异常。

IBM 80286（8 MHz 版本）

连接到 Intel 80286 微处理器的总线接口组件列表

• 82258 高级直接内存访问控制器 - 每秒 8MB 的传输速率，支持多达 32 个子通道，同时处理屏蔽和比较、验证、转换和组装/拆卸操作。它还支持 16MB 的寻址范围。批量为 100 件时，售价为 170 美元。

• 82C284 时钟发生器和驱动程序 - 英特尔在 1985 年左右第二次将这个 82284 版本提供给富士通有限公司。

• 82288总线控制器

• 82289 总线仲裁器

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