80386: a primeira CPU x86 de 32 bits (Parte 1 – Apresentação e montagem)

Esta postagem será a primeira de uma série sobre o processador 80386, que foi o primeiro processador x86 do mundo de 32 bits e sobre o qual pode-se dizer que inaugurou a computação contemporânea, visto que o seu conjunto de instruções é o ponto de partida básico para qualquer software de 32 bits até os dias atuais. Nesta primeira parte farei a apresentação dos componentes bem como também o seu conceito histórico. Tenham uma boa leitura!

O contexto histórico

Todos os processadores utilizados nos primórdios do padrão IBM-PC contavam com registradores de 16 bits: o 8086, 8088 (este com barramento externo de 8 bits) e o 80286, lançado em 1982. Para o seu próximo lançamento a Intel concebeu o projeto de microprocessador mais ousado até então, por ser o primeiro a incluir registradores de 32 bits: o 80386. Lançado em outubro de 1985, o 80386 trouxe novos paradigmas que acompanham qualquer processador x86 atual. Para vocês terem uma ideia da revolução dos 80386, foi somente em 2003 que foi apresentada uma arquitetura (a AMD x86-64) que rompeu a barreira dos 32 bits em processadores voltados ao padrão PC.

As principais características do 80386 são as seguintes:

• Registradores de 32 bits;
• Barramento de memória também de 32 bits (no 80386 DX) que permite acessar até 4 GB de RAM, um valor quase imensurável para a época (como diria o Bill Gates: porque diabos alguém precisa de mais de 640 KB de RAM?);
• Compatibilidade total com softwares de 16 bits (que era a totalidade da época) através de dois modos de operação: modo real e modo protegido. No modo real o processador se comporta exatamente como os processadores 8086 e 8088 (o 8088 foi o processador do primeiro PC), com o mesmo conjunto de instruções e acesso à mesma quantidade máxima de RAM, apenas 1 MB. No modo protegido o processador passa a contar com um maior conjunto de instruções e recursos avançados, além de acesso a uma maior quantidade de RAM conforme o seu projeto (desta forma, se estiver rodando no modo real mesmo um moderníssimo Core i7 se comporta igual a um 8088...);
• Suporte à memória virtual, que consiste em utilizar um arquivo no disco rígido como um complemento para a RAM disponível no equipamento;
• Modo Virtual 8086, que permite a execução de softwares de 16 bits que rodam no modo real mesmo se o processador estiver no modo protegido.

Versões e clones

Existem duas versões do 80386: o DX e o SX. O DX é a versão completa, com barramento de memória (com acesso a até 4 GB de RAM) e barramento externo de 32 bits. Esta versão exigia novos projetos de placas mãe e circuitos de apoio em função do barramento externo de 32 bits, o que na época encarecia razoavelmente o preço das placas mãe. Em função disto a Intel também lançou uma versão de baixo custo do 80386, o SX, que possui barramento de memória de 24 bits (com acesso a até 16 MB de RAM, o que era uma alta capacidade para a época) e barramento externo de 16 bits, o que permitia aproveitar o projeto das placas para o 80286 barateando bastante o conjunto.

Também era de praxe na época o licenciamento dos projetos de microprocessadores pela Intel a outros fabricantes tais como a AMD, Cyrix, Harris, Texas Instruments, entre várias outras. Desta forma não há diferenças entre um 386 fabricado pela Intel e outro fabricado pela AMD, por exemplo. Esta prática durou até os 80486 e a partir do Pentium a Intel deixou de licenciar os seus projetos.

Apresentação dos componentes

Processador 80386 DX de 40 MHz fabricado pela AMD. Como curiosidade pelo projeto oficial da Intel os 386 chegaram no máximo a 33 MHz, desta forma este processador é uma versão com overclock de fábrica da AMD sendo provavelmente o 386 mais rápido já lançado! Convém lembrar que o 80386 não faz uso do conceito dos multiplicadores de clock, logo a placa mãe e os seus circuitos de apoio devem rodar na mesma frequência do processador.

Oito módulos de memória SIMM-30 com chips FPM (Fast Page Mode) com tempo de acesso de 70 ns (note o sufixo -70 nos chips) totalizando 8 MB. Como o barramento externo do 80386 DX é de 32 bits e os módulos SIMM-30 são de apenas 8 bits, torna-se necessário que os módulos sejam instalados em grupos de quatro de modo a preencher a largura total do barramento.

Placa mãe com chipset Ali M1429 (ponte norte) + Ali M1431 (ponte sul). Note que o processador vem soldado diretamente na placa.

Aqui vemos detalhes do chip ponte norte, processador, módulos de RAM e dos chips de memória cache com tempo de acesso de 15 ns (note a inscrição -15 nos chips).

Detalhe dos slots de expansão (cinco ISA de 16 bits e um ISA de 8 bits) e do chip que armazena o programa BIOS da AMI. Note que nesta placa não há quaisquer portas de comunicação (exceto a do teclado) sendo necessário a utilização de uma placa de expansão Super I/O.

Soquete para a instalação de um novo processador (para upgrades).

Vou aproveitar e abrir um parênteses sobre este coprocessador: o 80386 não possui integrado uma unidade de ponto flutuante (que somente viria inclusa com os 80486 DX), desta forma aplicações que fazem muitos cálculos complexos tem o desempenho prejudicado. Na época quem necessitasse de uma melhor performance com tais aplicativos tinha a opção de comprar um coprocessador matemático, que a Intel batizou de 80387 DX (para uso com os 386 DX) e de 80387 SX (para os 386 SX). Um detalhe é que para o seu correto funcionamento este coprocessador deve ter frequência máxima igual ou superior a do processador principal, visto que até os 386 os circuitos da placa mãe trabalham na mesma frequência do processador (a técnica dos multiplicadores de frequência viria apenas com os 80486 DX2). Outros fabricantes também produziram variantes do 80387, tais como a IIT e a Weitek, o quais geralmente tinham desempenho superior em relação ao modelo de referência da Intel.

Aqui vemos um coprocessador matemático Intel 80387 DX com frequência máxima de 33 MHz, bem como a sua embalagem original.

Por fim, para o funcionamento básico da máquina é necessário uma placa de vídeo ISA. Aqui uma com chip Cirrus Logic.

Montagem

Aqui vemos a placa mãe com os módulos de memória, placa de vídeo, fonte e o buzzer (alto-falante de diagnóstico) instalados.

Fonte de alimentação AT.

Para a instalação de uma fonte AT jamais se esqueça da regra dos “pretos no meio” que consiste em conectar os plugues de alimentação principais de modo que os dois pares de fios pretos fiquem no meio do conjunto.

Esta é uma montagem básica do conjunto 386, com o mínimo necessário para o seu funcionamento. E será que depois de décadas parado o nosso simpático 386 voltará à vida? Aguardem as cenas dos próximos capítulos! :-)

EDIT 06/10/2016: eis a impagável propaganda do Compaq Deskpro 386 com o humorista John Cleese do Monty Python.

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80386: a primeira CPU x86 de 32 bits (Parte 2 – Funcionamento básico)