インテル 8088

インテル 8088
	銀ピン付きセラミックDIPのD8088
一般情報
発売	1979
製造中止	1998年
共通メーカー	インテル、AMD、NEC、富士通、ハリス(インターシル) 、OKI、シーメンス、テキサス・インスツルメンツ、三菱;
パフォーマンス
最大CPU クロックレート	5MHz～16MHz
データ幅	8ビット
アドレス幅	20ビット
アーキテクチャと分類
応用	デスクトップ、組み込み
テクノロジーノード	3µm
命令セット	86-16 の
物理的仕様
トランジスタ	29K 3μm;
コプロセッサ	インテル 8087
パッケージ	40ピンDIP; 44ピンPLCC;
ソケット	DIP40;
製品、モデル、バリエーション
変異体	Intel 8088 はIntel 8086の派生版です。;
歴史
前任者	インテル8085
後継者	80186と80286 (どちらも 1982 年初頭に導入されました)
サポート状況
	サポートされていません

Intel 8088（「エイティエイティエイト」、iAPX 88とも呼ばれる）^[2]^[3]^[4] マイクロプロセッサは、 Intel 8086の派生型である。1979年6月1日に発表された^[5]^[6]^[7]^{[8] 8088は、8086の}16ビットバスの代わりに8ビットの外部データバスを備えている。ただし、 16ビットレジスタと1メガバイトのアドレス範囲は変更されていない。実際、Intelのドキュメントによると、8086と8088は同じ実行ユニット（EU）を備えており、バスインターフェイスユニット（BIU）のみが異なっている。8088は、オリジナルの IBM PCと IBM PC互換機のクローンで使用されていた。

歴史と説明

8088は、インテルのプロセッサの多くと同様に、イスラエルのハイファにあるインテルの研究所で設計された。[ 9 ] 8088^は、 8ビットのデータパスと8ビットのサポートおよび周辺チップの使用を可能にすることで経済的なシステムをターゲットにしていた。複雑な回路基板は、発売当時はまだかなり扱いにくく高価だった。8088のプリフェッチキューは、8086の6バイトから4バイトに短縮され、プリフェッチアルゴリズムは、より狭いバスに適応するためにわずかに変更された。^[a] 8086の基本設計に対するこれらの変更は、ハイファにあるインテルの新しい設計オフィスと研究所に割り当てられた最初の仕事の1つであった。

8088 の最大クロック周波数が 5MHz を超える派生製品には、インテルの新しい拡張nMOSプロセスであるHMOS を使用して製造され、最大周波数が 8MHz に指定された 8088–2 がある。その後、完全に静的な CHMOS設計の 80C88 が続き、クロック速度 0 から 8MHz で動作できた。他のメーカーからも、多かれ少なかれ類似した派生製品がいくつかあった。たとえば、NEC V20 は、 NECによって設計および製造された、ピン互換でわずかに高速な (同じクロック周波数) 8088 の派生製品である。その後の NEC 8088 互換プロセッサは、最大 16MHz で動作する。1984 年、コモドールインターナショナルは、ライセンスを受けた Dynalogic Hyperionクローンで使用するために 8088 を製造する契約を締結した。これは、同社にとって大きな新方向の兆しと見なされた。^[10] CMOSバージョンは沖電子工業株式会社に外注された。 ^[11] 発表時の8088の定価は124.80ドルであった。^[12]^[13] プラスチックパッケージバージョンは1981年7月に100個あたり14.10ドルで導入された。^{[14]インテルは}富士通株式会社にこのマイクロプロセッサを二次調達した。^[15]

8086との違い

8088 はアーキテクチャ的に 8086 と非常によく似ています。主な違いは、8086 の 16 本のデータラインではなく、8 本のデータラインしかないことです。デバイスの他のすべてのピンは、2 つの例外を除いて 8086 と同じ機能を実行します。まず、ピン 34 はBHEではなくなりました(これは 8086 の上位バイト選択です。8088 の 8 ビットデータバスには上位バイトがありません)。^[16]^{: 5–97} 代わりに、最大モードステータスSS0を出力します。IO/ Mおよび DT/ R信号と組み合わせると、バスサイクルをデコードできます (通常、書き込み操作または割り込みが進行中であることを示します)。2 つ目の変更点は、メモリアクセスまたは入出力アクセスが行われているかどうかを通知するピンのセンスが逆になったことです。8088 のピンは IO/ Mです。 8086の部分ではIO /Mである。逆転の理由は、8088を8085と互換性を持たせるためである。^[16]^{: 5–98}

パフォーマンス

クロック周波数、メモリ待機状態の数、および特定のアプリケーションプログラムの特性に応じて、Intel 8088の平均パフォーマンスは、毎秒約0.33〜100万命令の範囲でした。^[17]一方、それぞれ2サイクルと3サイクルかかる命令では、1 ⁄ 3〜1 ⁄ 2 MIPS / MHzの絶対ピークパフォーマンスが得られました。つまり、10MHzで3〜5 MIPSの範囲です。 mov reg,regALU^[b] reg,reg

8086 CPU の実行ユニット (EU) とバスの速度はバランスが取れており、一般的な命令の組み合わせでは、8086 はプリフェッチキューから命令を実行するのにかなりの時間を要する。バスを 8 ビットに削減すると、8088 では深刻なボトルネックとなった。8088 では命令フェッチの速度が 8086 に比べて 50% 低下しているため、一連の高速命令によって 4 バイトのプリフェッチキューがすぐに空になる可能性がある。キューが空の場合、命令の完了にはフェッチにかかるのと同じ時間がかかる。8086 と 8088 はどちらもバスサイクルを完了するのに 4 クロックサイクルかかるが、8086 では 2 バイトの転送に 4 クロックかかるのに対し、8088 では 1 バイトあたり 4 クロックである。したがって、たとえば、EU が実行するのに 2 クロックサイクルしかかからない 2 バイトのシフトまたは回転命令は、プリフェッチキューにない場合は、実際には完了するのに 8 クロックサイクルかかります。このような高速命令のシーケンスにより、キューがいっぱいになるのと同じ速さでキューが空になることがなくなり、一般に、レジスタオペランド上の ALU 命令とデータ移動命令のほとんどすべて、およびメモリオペランド上の命令の一部を含む、命令バイトあたり 4 クロック未満で実行される基本命令が非常に多いため、8088 では、実用的な実際のプログラムを実行している間、少なくとも1 ⁄ 4の時間は EU をアイドル状態にしておくことは事実上不可能であり、半分の時間をアイドル状態にすることは難しくありません。つまり、8088 は通常、バスボトルネック (唯一の大きな違い) のため、同じ速度でクロックされた 8086 の約半分の速度で動作します。

8088 の設計では、バスが遅く、プリフェッチキューが小さいため、コード実行速度が命令の順序に大きく左右されるという副作用があります。CPU 効率を高めるために 8088 をプログラミングする場合、実行時間の長い命令をできるだけ短い命令と交互に配置することが重要です。たとえば、文字列操作の繰り返しや 3 バイト以上のシフトには、4 バイトのプリフェッチキューが完全にいっぱいになるだけの時間がかかります。このような遅い命令の間に短い命令 (つまり、合計バイト数が数バイトの命令) を配置すると、短い命令はキューから出てフルスピードで実行できます。一方、遅い命令が連続して実行されると、最初の命令の後でキューがすでにいっぱいになっているためバスユニットはアイドル状態になり、その結果、後の高速命令で回避できたはずのフェッチ遅延が発生することになります。単一ビット位置シフトや回転などの一部の命令は、実行時間の 4 倍の時間がかかるため、^[c]全体的な影響は 2 倍以上の速度低下となる可能性があります。これらのコードセグメントがループの本体である場合、実行時間の違いは人間の時間スケールでは非常に顕著になる可能性があります。

8088 は (8086 と同様に) メモリへのアクセスも遅いです。算術および論理命令を実行するために使用される同じ ALU が、有効アドレスの計算にも使用されます。オフセットアドレスにシフトされたセグメントレジスタを追加するための別の加算器がありますが、オフセット EA 自体は常にメイン ALU で完全に計算されます。さらに、EU と BIU (バスユニット) の疎結合により、ユニット間の通信オーバーヘッドが挿入され、4 クロック周期のバス転送サイクルは特に合理化されていません。これを、6502 CPU の 2 クロック周期のバスサイクルと、ほとんどの転送でパイプライン化により 2 サイクルに短縮される 80286 の 3 クロック周期のバスサイクルと比較してください。一般的な ALU およびデータ移動操作を含む、レジスタまたはメモリのいずれかで操作できるほとんどの 8088 命令は、メモリオペランドの場合、レジスタオペランドのみの場合よりも少なくとも 4 倍遅くなります。したがって、効率的な 8088 (および 8086) プログラムでは、メモリオペランドへの繰り返しアクセスを可能な限り回避し、オペランドをメモリからレジスタにロードしてそこで処理し、完了した結果のみを格納します。8088 の汎用レジスタセットは、同時代のものに比べて比較的大きいため、この戦略が役立ちます。一度に必要なすべての変数に対してレジスタが足りない場合は、スタックにプッシュしてレジスタを保存し、ポップして復元するのが、メモリを使用してレジスタを拡張する最も速い方法です。スタックの PUSH 命令と POP 命令は、最も高速なメモリ操作です。80286 以降ではおそらく同じことは当てはまりません。専用のアドレス ALU があり、8088 や 8086 よりもはるかに高速にメモリアクセスを実行します。

最後に、呼び出し、ジャンプ、および割り込みによってプリフェッチキューがリセットされ、IP レジスタのロードには EU と BIU 間の通信が必要になるため (IP レジスタは BIU にあり、汎用レジスタがある EU にはないため)、これらの操作にはコストがかかります。すべてのジャンプと呼び出しには少なくとも 15 クロックサイクルかかります。条件付きジャンプは、実行されない場合は 4 クロックサイクル必要ですが、実行される場合は、プリフェッチキューのリセットに加えて 16 サイクル必要です。したがって、条件付きジャンプは、ほとんどの場合、特にループ内では実行されないようにする必要があります。場合によっては、ロジック操作と移動操作のシーケンスの方が、同じ結果を得るために 1 つまたは 2 つの命令をスキップする条件付きジャンプよりも高速です。

8086 と 8088 の Intel データシートには、専用の乗算命令と除算命令 (MUL、IMUL、DIV、IDIV) が宣伝されていますが、これらはそれぞれ 100 ～ 200 クロックサイクル程度と非常に低速です。小さな定数による単純な乗算 (シフトを使用できる 2 の累乗を除く) の多くは、専用の短いサブルーチンを使用するとはるかに高速に実行できます。80286 と 80386 はそれぞれ、これらの乗算命令と除算命令の実行速度を大幅に向上させています。^[d]

IBM PCで使用するための選択

オリジナルのIBM PC は、8088 を使用した最も影響力のあるマイクロコンピュータです。クロック周波数は 4.77 MHz ( NTSC カラーバースト周波数の 4/3) です。IBM のエンジニアやその他の従業員の中には、 IBM 801プロセッサの使用を望む人もいれば、新しい Motorola 68000 を好む人もいました。 ^{[e]また、初期のパーソナルコンピュータに搭載されていた}MOS Technology 6502やZilog Z80などの小型でシンプルなマイクロプロセッサを主張する人もいました。しかし、IBM は既に自社製品に Intel チップを使用してきた実績があり、 8086ファミリの製造権も取得していました。^[f]

IBM が 8086 ではなく 8088 を選んだのは、インテルが前者をより良い価格で提供し、より多くのユニットを供給できたためである。^[18]もう 1 つの要因は、8088 では、8 ビットデータバスを備えたほとんどの nMOS チップと簡単にインターフェイスできるため、コンピューターを8085 の設計を修正したものに基づいて作成できたことである。これらは成熟しており、したがって経済的なコンポーネントであった。これには、もともと 8085 や類似のプロセッサ (インテル製だけではない) のサポートおよび周辺機能用に意図された IC が含まれており、これらは多くのエンジニアにすでによく知られており、コストをさらに削減した。^[g]

8088の後継には、80188、80186、80286、80386、80486、およびそれ以降のソフトウェア互換プロセッサ（現在普及しているIntel Coreプロセッサを含む）があります。

ギャラリー

Intel 8088、プラスチックDIPパッケージのオリジナル 5 MHz nMOSバリアント
プラスチック DIP40 8088、上面図
プラスチック DIP40 8088、底面図
Intel 80C88A-2、後期CMOSバリアント
PLCC 44パッケージのIntel 80C88 ^{[ギャラリー1]}^[19]

^ 1985年第4四半期のサンプリング

周辺機器

Intel 8282 / 8283 : 8 ビットラッチ
Intel 8284 : クロックジェネレータ
Intel 8286/8287: 双方向8ビットドライバ。Intel I8286/I8287（産業グレード）バージョンは両方とも100個単位で16.25ドルで入手可能であった。^[20]
Intel 8288 : バスコントローラ
Intel 8289 : バスアービター
Intel 8087 : 数値演算コプロセッサ

参照

注記

^ 具体的には、最も明らかな変更点は、8088 バスユニットは、キューの少なくとも 1 バイトが空であれば、可能な場合は 1 バイトをプリフェッチすることです。一方、8086 バスユニットは、6 つのキューバイトのうち少なくとも 2 つが空でなければプリフェッチしません。これにより、1 バスサイクルで、整列した 16 ビットワード全体をプリフェッチできます。8088 は 8 ビットの外部データバスを備えており、バスサイクルごとに 1 バイトしかフェッチできないため、ワード全体をプリフェッチするまで待機してもメリットはなく、遅延が発生するだけで、必要なときに次の命令バイトがすでにプリフェッチキューにある可能性が低くなります。
^ ALU は、ADD、ADC、SUB、SBC、CMP、AND、OR、XOR、TEST のいずれかの命令を表します。
^ 8088 では、暗黙のシフトカウントが 1 であるシフト命令は 2 クロックサイクルで実行できますが、長さが 2 バイトであるため、フェッチに 8 クロックサイクルかかります。
^ このセクションの技術情報のほとんどは、Intel Corporation の『Intel iAPX 86,88 ユーザーズマニュアル、1981 年 8 月 (注文番号: 210201-001)』から引用されています。
^ 後にIBM Instruments Laboratory Computerに使用されました。
^ バブルメモリ設計の権利をインテルに譲渡する代わりに、インテルは日本メーカーとの激しい競争に巻き込まれ、コスト削減に成功したため、インテルはすぐにこの市場から撤退し、マイクロプロセッサに重点を移しました。
^ 68000 コンポーネントは当時は広く入手可能ではありませんでしたが、ある程度はMotorola 6800コンポーネントを使用できました。

参考文献

^ CPU の歴史 – CPU 博物館 – CPU のライフサイクル。
^ 「iAPX 86、iAPX 88 ユーザーズマニュアル」(PDF) 。 2024年10月5日閲覧。
^ 「iAPX 86、88、186 マイクロプロセッサパート I、ワークショップノートブック」(PDF)。1984 年 6 月。
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^ 8086 産業環境で使用可能、Intel Preview Special Issue: 16-Bit Solutions、Intel Corporation、1980 年 5 月/6 月、29 ページ。

外部リンク

chipdb.org - 8088 の Intel データシート
PCJS: Web ブラウザで動作するオリジナルの IBM PC シミュレーション

[26] 1985年第4四半期のサンプリング

[10] 具体的には、最も明らかな変更点は、8088 バスユニットは、キューの少なくとも 1 バイトが空であれば、可能な場合は 1 バイトをプリフェッチすることです。一方、8086 バスユニットは、6 つのキューバイトのうち少なくとも 2 つが空でなければプリフェッチしません。これにより、1 バスサイクルで、整列した 16 ビットワード全体をプリフェッチできます。8088 は 8 ビットの外部データバスを備えており、バスサイクルごとに 1 バイトしかフェッチできないため、ワード全体をプリフェッチするまで待機してもメリットはなく、遅延が発生するだけで、必要なときに次の命令バイトがすでにプリフェッチキューにある可能性が低くなります。

[19] ALU は、ADD、ADC、SUB、SBC、CMP、AND、OR、XOR、TEST のいずれかの命令を表します。

[20] 8088 では、暗黙のシフトカウントが 1 であるシフト命令は 2 クロックサイクルで実行できますが、長さが 2 バイトであるため、フェッチに 8 クロックサイクルかかります。

[21] このセクションの技術情報のほとんどは、Intel Corporation の『Intel iAPX 86,88 ユーザーズマニュアル、1981 年 8 月 (注文番号: 210201-001)』から引用されています。

[22] 後にIBM Instruments Laboratory Computerに使用されました。

[23] バブルメモリ設計の権利をインテルに譲渡する代わりに、インテルは日本メーカーとの激しい競争に巻き込まれ、コスト削減に成功したため、インテルはすぐにこの市場から撤退し、マイクロプロセッサに重点を移しました。

[25] 68000 コンポーネントは当時は広く入手可能ではありませんでしたが、ある程度はMotorola 6800コンポーネントを使用できました。

[1] CPU の歴史 – CPU 博物館 – CPU のライフサイクル。

[i86-2] 「iAPX 86、iAPX 88 ユーザーズマニュアル」(PDF) 。 2024年10月5日閲覧。

[i186-3] 「iAPX 86、88、186 マイクロプロセッサパート I、ワークショップノートブック」(PDF)。1984 年 6 月。

[i286-4] 「iAPX 286 プログラマーズリファレンスマニュアル」(PDF)。1983 年、1-1 ページ。

[5] 「マイクロプロセッサクイックリファレンスガイド」。Intel 。Intel。2019年6 月 1 日閲覧。

[6] 「マイクロプロセッサクイックリファレンスガイド」。Intel 。Intel。2019年6 月 1 日閲覧。

[7] Singh, Renu (2006). マイクロプロセッサのインタフェースとアプリケーション。New Age International。pp. 2–27。ISBN 81-224-1400-1. 2019年6月1日閲覧。

[8] Govindarajalu, B. (2002). IBM PC およびクローン: ハードウェア、トラブルシューティング、メンテナンス (第 2 版). McGraw-Hill. p. 248. ISBN 978-0-07-048286-9. 2019年6月1日閲覧。

[9] ギルダー、ジョージ F. (2013 年 10 月 10 日)。イスラエルテスト。エンカウンターブックス。p. 100。ISBN 978-1594036125。

[11] Cook, Karen (1984 年 4 月 17 日 - 5 月 1 日)。「Commodore が Hyperion とチップを追加」。PC Magazine、第 1 巻、第 8 号、52 ページ。

[12] Intel Corporation、「NewsBit: Intel が数種の製品の CMOS バージョンで Oki のライセンスを取得」、Solutions、1984 年 7 月/8 月、1 ページ。

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[14] Intel Corporation、「マイクロコンピュータコンポーネント: Intel が、新しいサブシステムコンポーネントシリーズの最初の製品となる、高度な 8088/8086 CPU ファミリ向けの I/O プロセッサである 8089 IOP を発表」、Intel Preview、1979 年 5 月/6 月、9 ページ。

[15] Intel Corporation、「News Bits」、ソリューション、1981 年 7 月/8 月、1 ページ

[16] Intel Corporation、「NewsBits: Second Source News」、ソリューション、1985 年 1 月/2 月、1 ページ

[Osborne-17] Osborne 16 ビットプロセッサハンドブック (Adam Osborne & Gerry Kane) ISBN 0-931988-43-8 .

[18] 「Olympus MIC-D: 集積回路ギャラリー - Intel 8088 マイクロプロセッサ」。2009 年 5 月 19 日時点のオリジナルよりアーカイブ。

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[27] アシュボーン、ジム、「高度なパッケージング：少しの努力で大きな成果が得られる」、インテルコーポレーション、ソリューション、1986 年 1 月/2 月、2 ページ

[28] 8086 産業環境で使用可能、Intel Preview Special Issue: 16-Bit Solutions、Intel Corporation、1980 年 5 月/6 月、29 ページ。