Microprocesadores

Microprocesadores 8086/88, 286, 386, 486 y Pentium.

CARACTERÍSTICAS GENERALES.

Los microprocesadores Intel 8086 y 8088 se desarrollan a partir de un procesador anterior, el 8080 de 8 bits.

Poseen una arquitectura interna de 16 bits y pueden trabajar con operandos de 8 y 16 bits; una capacidad de direccionamiento de 20 bits (hasta 1 Mb) y comparten el mismo juego de instrucciones.

La filosofía de diseño de la familia del 8086 se basa en la compatibilidad y la creación de sistemas informáticos integrados, por lo que disponen de diversos coprocesadores como el 8089 de E/S y el 8087, coprocesador matemático de punto flotante. De acuerdo a esta filosofía y para permitir la compatibilidad con los anteriores sistemas de 8 bits, el 8088 se diseñó con un bus de datos de 8 bits, lo cual le hace más lento que el 8086, pues éste es capaz de cargar una palabra ubicada en una dirección par en un solo ciclo de memoria mientras el 8088 debe realizar dos ciclos leyendo cada vez un byte.

Disponen de 92 tipos de instrucciones, que pueden ejecutar con hasta 7 modos de direccionamiento. Tienen una capacidad de direccionamiento en puertos de entrada y salida de hasta 64K (65536 puertos), por lo que las máquinas construidas entorno a estos microprocesadores no suelen emplear la entrada/salida por mapa de memoria.

Entre esas instrucciones, las más rápidas se ejecutan en 2 ciclos teóricos de reloj y unos 9 reales (se trata del movimiento de datos entre registros internos) y las más lentas en 206 (división entera con signo del acumulador por una palabra extraída de la memoria). Las frecuencias internas de reloj típicas son 4.77 MHz en la versión 8086; 8 MHz en la versión 8086-2 y 10 MHz en la 8086-1. Por lo que un PC estándar a 4,77 MHz puede ejecutar de 20.000 a unos 0,5 millones de instrucciones por segundo, según la complejidad de las mismas (un 486 a 50 MHz, incluso sin memoria caché externa es capaz de ejecutar entre 1,8 y 30 millones de estas instrucciones por segundo).

El microprocesador Intel 80286 se caracteriza por poseer dos modos de funcionamiento completamente diferenciados: el modo real en el que se encuentra nada más ser conectado a la corriente y el modo protegido en el que adquiere capacidad de proceso multitarea y almacenamiento en memoria virtual. El proceso multitarea consiste en realizar varios procesos de manera aparentemente simultánea, con la ayuda del sistema operativo para conmutar automáticamente de uno a otro optimizando el uso de la CPU, ya que mientras un proceso está esperando a que un periférico complete una operación, se puede atender otro proceso diferente. La memoria virtual permite al ordenador usar más memoria de la que realmente tiene, almacenando parte de ella en disco: de esta manera, los programas creen tener a su disposición más memoria de la que realmente existe; cuando acceden a una parte de la memoria lógica que no existe físicamente, se produce una interrupción y el sistema operativo se encarga de acceder al disco y traerla.

Cuando la CPU está en modo protegido, los programas de usuario tienen un acceso limitado al juego de instrucciones; sólo el proceso supervisor -normalmente el sistema operativo- está capacitado para realizar ciertas tareas. Esto es así para evitar que los programas de usuario puedan establecerse y entrar en conflictos unos con otros, en materia de recursos como memoria o periféricos. Además, de esta manera, aunque un error software provoque el cuelgue de un proceso, los demás pueden seguir funcionando normalmente, y el sistema operativo podría abortar el proceso colgado. Por desgracia, con el DOS el 286 no está en modo protegido y el cuelgue de un solo proceso -bien el programa principal o una rutina operada por interrupciones- significa la caída inmediata de todo el sistema.

El 8086 no posee ningún mecanismo para apoyar la multitarea ni la memoria virtual desde el procesador, por lo que es difícil diseñar un sistema multitarea para el mismo y casi imposible conseguir que sea realmente operativo. Obviamente, el 286 en modo protegido pierde absolutamente toda la compatibilidad con los procesadores anteriores. Por ello, en este libro sólo trataremos el modo real, único disponible bajo DOS, aunque veremos alguna instrucción extra que también se puede emplear en modo real.

Las características generales del 286 son: tiene un bus de datos de 16 bits, un bus de direcciones de 24 bits (16 Mb); posee 25 instrucciones más que el 8086 y admite 8 modos de direccionamiento. En modo virtual permite direccionar hasta 1 Gigabyte. Las frecuencias de trabajo típicas son de 12 y 16 MHz, aunque existen versiones a 20 y 25 MHz. Aquí, la instrucción más lenta es la misma que en el caso del 8086, solo que emplea 29 ciclos de reloj en lugar de 206. Un 286 de categoría media (16 MHz) podría ejecutar más de medio millón de instrucciones de estas en un segundo, casi 15 veces más que un 8086 medio a 8 MHz. Sin embargo, transfiriendo datos entre registros la diferencia de un procesador a otro se reduce notablemente, aunque el 286 es más rápido y no sólo gracias a los MHz adicionales.

Por su parte, el 386 dispone de una arquitectura de registros de 32 bits, con un bus de direcciones también de 32 bits (direcciona hasta 4 Gigabytes = 4096 Mb) y más modos posibles de funcionamiento: el modo real (compatible 8086), el modo protegido (relativamente compatible con el del 286), un modo protegido propio que permite -¡por fin!- romper la barrera de los tradicionales segmentos y el modo «virtual 86», en el que puede emular el funcionamiento simultáneo de varios 8086. Una vez más, todos los modos son incompatibles entre sí y requieren de un sistema operativo específico: si se puede perdonar al fabricante la pérdida de compatibilidad del modo avanzados del 286 frente al 8086, debido a la lógica evolución tecnológica,

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