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IA-32 (“Intel Architecture 32-Bit”), oft mit i386 bezeichnet, ist die Bezeichnung für die Architektur und den Befehlssatz der Intel-80386-kompatiblen Mikroprozessoren. Der Befehlssatz ist auch in den nachfolgenden Intel-CPUs implementiert (486, Pentium, Celeron, Xeon, Core) mit Ausnahme des Itanium-Prozessors, mit dem die neuartige IA-64-Architektur eingeführt wurde. Der 80386-Befehlssatz ist außerdem in den zahllosen Intel-80386-kompatiblen CPUs anderer Hersteller implementiert, einschließlich der Prozessoren der AMD64-Architektur. IA-32 ist heute (2007) die weltweit am weitesten verbreitete Prozessorarchitektur für Personal Computer.
Inhaltsverzeichnis
Architekturmerkmale
Die IA-32-Architektur ist eine Weiterentwicklung der 16-Bit-Architekturen von Intels 8086- und 80286-Prozessoren. Alle Register, einschließlich der Adressregister, umfassen in dieser Architektur 32 Bits. Sie können aber auch weiterhin als 16-Bit-Register angesprochen werden. Die Kurzbezeichnungen der Register wurden beibehalten und mit einem vorangestellten E gekennzeichnet (beispielsweise EAX anstelle von AX).
Der Adressbus ist 32 Bits breit und demzufolge ist die Adressierbarkeit auf 4 GB (physikalischer Adressraum) begrenzt. Ausnahmen sind der 80386SX, welcher nur einen 24-Bit-Adressbus besaß, sowie der Pentium Pro, welcher mittels MMU eine Adresserweiterung auf 36 Bits besitzt.
Betriebsarten
Neben dem Real Mode, in dem der untere 1 MB des Arbeitsspeichers ohne Beschränkung über Offset und Segment angesprochen werden kann, kennt die IA-32-Architektur drei weitere Betriebsarten:
- Protected Mode, der bis zu 4 GB Speicher direkt adressieren kann und einen hardwareseitigen Speicherschutz ermöglicht, um Multitasking-/Multiuser-Betriebssysteme zu ermöglichen.
- Virtual 8086 Mode, der im Protected Mode einen oder mehrere Real-Mode-Programme ausführen kann – dies wird zur Ausführung von MS-DOS-kompatiblen Programmen unter modernen Betriebssystemen benötigt und war wichtig für eine schonende Migration von DOS zu moderneren Betriebssystemen.
- System Management Mode (SMM), welcher für die Leistungsreduktion und Hersteller-spezifische Eigenschaften eingesetzt wird. Der SMM läuft in einem separaten RAM ab, sodass laufende Prozesse und Betriebssysteme nicht beeinflusst werden.
Heute spielt der Virtual 8086 Mode keine sehr große Rolle mehr, da MS-DOS-kompatible Programme nur noch relativ wenig genutzt werden.
Memory Management und Protection
Die Speicherverwaltung ist primär für den Multitasking-Betrieb ausgelegt (Protected Mode). Mittels Memory Management Unit (MMU) können mehrere Programme im Speicher quasi gleichzeitig ausgeführt werden. Die MMU enthält vier zentrale Systemregister GDTR (Global Descriptor Table Register), IDTR (Interrupt Descriptor Table Register), LDTR (Local Descriptor Table Register) und TR (Task Register). Damit werden die Schutzmechanismen realisiert.
Die IA-32 Architektur enthält für den Multitasking/Multiuser-Betrieb die folgenden fünf Schutzfunktionen:
- Typ-Check
- Limit-Check
- Zugriff auf Daten
- Kontroll-Transfer
- Instruction-Check
Diese Schutzfunktionen werden mit verschiedenen Hardware-Mechanismen realisiert.
Weitere Funktionen
In den nachfolgenden CPU-Generationen wurden weitere Funktionen hinzugefügt:
- Die Modelle des i486DX haben einen mathematischen Koprozessor bereits integriert, zusätzlich wurde ein Cache auf den Chip integriert (die Budget-Version i486 SX wurde mit deaktiviertem Koprozessor gefertigt).
- Mit dem Pentium wurden zwei Pipelines (U und V) der Prozessor-Architektur hinzugefügt.
- Beim Pentium MMX wurden Befehle hinzugefügt, die mehrere ganzzahlige Daten gleichzeitig bearbeiten (SIMD) – dies ist vor allem für Multimedia-Daten sinnvoll. MMX steht für “Matrix Math Extensions”, besonders vom Marketing aber auch häufig “Multi Media Extensions” tituliert.
- Mit dem Pentium III wurden die SIMD-Befehle erweitert, um auch Gleitkommazahlen bearbeiten zu können (Streaming SIMD Extensions/SSE).
- Beginnend mit den Prescott-Modellen der Xeon-/Pentium-4-Reihe erhalten die Prozessoren eine Erweiterung um einen 64-Bit-Modus (Intel 64, früher auch EM64T genannt), der weitgehend dem AMD64-Modus der Opteron- und Athlon-64-CPUs von Mitbewerber AMD entspricht.
Der erstaunliche kommerzielle Erfolg der IA-32-Architektur beruht auf der Philosophie der Aufwärtskompatibiltät, neben einem guten Marketing und Zusammenarbeit mit Microsoft, welche dem Anwender erlaubte, bisherige Programmentwicklungen weiter nutzen zu können.
Siehe auch
Weblinks
- IA-64- und IA-32-Handbücher von Intel (PDF, englisch)
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