Curiosità e stranezze: sistemi 386/486 - Peculiar/interesting 386/486 systems

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80386-16 16bit S/W only

Il bug del 386 (1985/86, questa CPU: 1987/34) - Nella lunga storia di Intel non c’è stato solo il famigerato bug (errore) del Pentium, che forse più di qualcuno ricorda (era il 1994 quando, in estrema sintesi, un insegnante americano scoprì che l’allora nuovo processore Intel forniva risultati errati nell’esecuzione di operazioni di divisione in virgola mobile; ciò che ne seguì, e soprattutto il comportamento della stessa Intel, che dapprima negò contro ogni evidenza l’esistenza del bug, per offrire in seguito la sostituzione gratuita delle CPU difettose, è rimasto nella storia dell’informatica tra i ricordi non proprio piacevoli). Altri processori sono stati affetti da bug non eliminati in fase di progettazione. Tra queste CPU c’è stato l’80386, o i386 o semplicemente 386. Nel 1986 (il processore era stato introdotto l’anno prima) si scoprì un errore che in alcuni esemplari (si noti, non in tutti) causava il blocco durante l’esecuzione di codice macchina a 32 bit, come quello ad esempio dei sistemi operativi di classe Unix. Il bug venne rapidamente eliminato, ma Intel non voleva distruggere i processori già fabbricati e in attesa di essere venduti. Non ebbe così altra scelta che quella di provarli uno ad uno e di marchiare con la dicitura "16 BIT S/W ONLY" ("S/W" sta per "software") le CPU risultate difettose, che vennero dunque vendute ad un prezzo sensibilmente inferiore rispetto alle "buone", contraddistinte al contrario da una marcatura formata da due lettere greche sigma maiuscole ("double sigma"), rimasta in uso poi per un certo periodo di tempo. Non esiste una stima precisa di quanti 386 così marchiati siano sopravvissuti e giunti fino a noi, comunque questi processori non sono ancora "extremely rare" (estremamente rari) come afferma invece qualche venditore su Ebay... Si trovano anche alcuni 80386-16 ed 80386-20 di questo stesso periodo senza alcuna marcatura perché non sottoposti a test in fabbrica.

Esempio di CPU A80386-16 "16 BIT S/W ONLY" (SX025) sulla scheda processore di un personal computer Wyse PC386 Model 3216 (1986, vedi). La FPU è un A80387-16, anch'esso SX025. Questa scheda (come la maggior parte delle motherboard 386 di prima generazione) sia il socket per il 287 che quello per il 387, nel quale può anche essere installato il coprocessore Weitek 3167. Il connettore nella parte alta della scheda serve per la connessione a 32 bit della scheda con la RAM.

Nell’immagine qui sopra si vede chiaramente la marcatura "doppia sigma" su una CPU 386DX-20 (senza S-Spec) utilizzata nella scheda madre di un PC Olivetti M380 (1988/31).

Le CPU i386 fabbricate prima dell’introduzione della versione SX nel 1989 non hanno alcun suffisso dopo la sigla "80386" (ad esempio questa, 1988/05). SX sta per "Singe word eXternal" ed indica che l’i386SX ha un bus dati a soli 16 bit anziché a 32 come la versione DX (Double word eXternal).

Alcune informazioni ed immagini su questa CPU:
http://www.mynikko.com/CPU/80386.html 
Pagina dedicata all’80386 - 16:
http://www.cpu-world.com/CPUs/80386/Intel-A80386-16.html 

Motherboard Intel i386-16 per OEM (1987). Una delle motherboard 386 AT fullsize originali sviluppate da Intel per il mercato OEM. Questo esemplare è del 1987 ed è stato usato in un PC ASEM. La scheda segue rigorosamente le specifiche originali Intel riguardanti l’architettura di sistema 386. Contiene una CPU 80386-16, prima versione dell’i386, una FPU 80287-10 installata tramite un adattatore nello zoccolo del 387 (l’80287 è compatibile sia con il 286 che col 386), un set di periferiche AT standard e 512 KB di RAM. I due slot ISA più lunghi possono accogliere espansioni di memoria in standard LIM (Lotus/Intel/Microsoft) oppure schede RAM come la Intel AboveBoard. La struttura di base, sebbene portata a 32 bit, rimane ispirata a quella delle schede 286. Ad esempio ci sono due generatori di clock: uno, l’82384, per il bus locale dell’i386 e l’altro, il classico 82284, per il bus AT. I controller di DMA 8237 e di interrupt 8259 sono raddoppiati e collegati in catena ("cascaded") per avere più livelli di interrupt, appunto, e più canali di DMA disponibili.

Il processore 80386-16, prima versione commerciale dell’i386 (poi 386DX). Questo esemplare è del 1987 (1987/34) e porta la marcatura "doppia sigma".

CPU 80386DX-16 con socket per FPU 80287 e 32 KB di cache write through sulla scheda di una workstation Convergent Technologies NGEN Series 386 (1987). 

Modulo processore HP (1987) con CPU 80386DX-20, cache controller 82385-20 e 64 KB di cache, FPU 80387DX-20. Accanto a quest’ultima è visibile il socket, vuoto, per l’installazione del coprocessore matematico Weitek "Abacus" 3167. In questo sito: http://www.cpu-museo.it/ si può vedere un modulo identico con installati sia la FPU i387 che la Weitek. Si noti che questi due coprocessori possono coesistere (vedi: http://www.cpu-collection.de/?l0=co&l1=Weitek&l2=386%20FPU), dando vita ad un sistema con doppia FPU. Ciò è possibile perché il 3167 utilizza un diverso modo di comunicazione con la CPU rispetto al 387 (memory mapped, anziché canale di I/O dedicato). A parità di clock, infine, il 3167 ha prestazioni in media circa 2 volte superiori a quelle dell'i387DX.

Vedi anche: http://www.olympusmicro.com/micd/galleries/chips/weitekmathlow.html

Engineering sample di motherboard per i386 (1988) - Come si può osservare più in alto, le motherboard OEM Intel per il mercato dei PC AT non prevedevano inizialmente alcuna memoria cache (riservata alle applicazioni di fascia più elevata) né la possibilità di espandere la RAM a bordo se non con l’impiego di costose schede di memoria tipo la AboveBoard della stessa Intel. Inoltre il cache controller 82385 era inizialmente troppo costoso per essere impiegato con successo nei PC di fascia media. Per questi motivi molti fabbricati, come ad esempio AMI, svilupparono proprie motherboard migliorando quelle originali Intel e tuttavia mantenendo la piena compatibilità con esse. Qui sopra vediamo un prototipo (ES) di scheda madre (il fabbricante è incerto) con CPU 80386-20 e 64 KB di memoria cache. La memoria RAM è "ospitata" in zoccoli DIP (uno standard per l’epoca, prima dell’affermarsi dei moduli SIPP e SIMM) e può essere facilmente espansa dall’utente. Questa motherboard utilizza ancora un socket per FPU 80287, più economico del 387.

Primo chipset VLSI per PC AT compatibili - First VLSI chipset for PC AT compatibles

Scheda CPU per PC Sanyo (1988) con CPU Intel 80386DX-16 e chipset ZyMOS POACH. Il POACH (PC On A CHip) di ZyMOS, introdotto nel 1987, è stato il primo chipset VLSI (cioè con ridotto numero di componenti, due in questo caso, con le sigle 82C230 ed 82C231) commercialmente disponibile per PC AT 286 e 386. Questo chipset dal notevole successo è stato prodotto anche da Intel che ne aveva acquisita la licenza di fabbricazione da ZyMOS; in seguito quest’ultima siglò un contratto con l’australiana Austek per commercializzare il POACH unitamente al cache controller Austek A38152 Microcache (vedi qui sotto).

Motherboard AT fullsize (1989) con processore Intel 386DX a 25 MHz, chipset Intel 82230/1 (equivalente al Zymos POACH, vedi sopra ed il dettaglio a sinistra) e cache controller Austek Microcache A38152-25 (dettaglio a destra). In base ad un accordo tra Zymos ed Intel siglato nel 1988, quest’ultima acquisì il diritto di fabbricare e vendere il chipset POACH assieme al Microcache come alternativa economica ai sistemi basati su cache controller 82385. La scheda raffigurata qui sopra ha 64 KB di cache write-through. Del Microcache sono state realizzate più versioni successive, anche per sistemi 486. Accanto alla CPU 386 si trova lo zoccolo (socket) a 121 pin denominato "EMC", Extended Math Coprocessor, che consente l’installazione della FPU Weitek 3167 (vedi).

i487SX

L’i487SX (scheda del 1991) - Prima dell’avvento del Pentium e prima anche del diffondersi della multimedialità non era affatto scontato che un computer avesse al suo interno un’unità hardware per l’accelerazione dei calcoli in virgola mobile (FPU). Questo tipo di unità era costoso e poteva essere aggiunto in un secondo momento come nel caso degli 8087/287/387. Per più di dieci anni fiorì un mercato parallelo a quello delle CPU, il mercato cioè dei cosiddetti "coprocessori matematici". Partendo da un’architettura di base sostanzialmente simile almeno nei tratti generali, le FPU dei vari fabbricanti miglioravano ora questo ora quell’aspetto delle prestazioni, sicché per l’utente finale non era affatto facile scegliere quale coprocessore acquistare. Con l’arrivo del 486 (1989) la FPU venne integrata nel processore (CPU). Intel tuttavia, per ragioni di marketing e di diversificazione dei prodotti, decise di produrre due diverse versioni dell’80486: la DX dotata di FPU e la SX che invece non la possedeva (inizialmente i chip SX erano semplicemente dei processori DX con la FPU disabilitata in fase di fabbricazione). La casa di Santa Clara offriva però ai propri clienti la possibilità di aggiungere una FPU ad un sistema 486SX senza dover per forza di cose acquistare un 486DX, mediante l’impiego di un componente chiamato i487SX. La curiosità risiede nel fatto che il 487 altro non è che un 486DX adattato a funzionare in un apposito zoccolo accanto alla CPU mediante una leggera modifica nei pin (piedini) di collegamento alla scheda madre. Quando viene installato la sua presenza disabilita la CPU 486SX esistente ed il sistema funziona come se avesse effettivamente un processore 486DX. Il prezzo di vendita solo di poco inferiore a quello di un vero e proprio 486DX limitò il successo del 487 che trovò posto quasi solo nei sistemi dove la CPU SX era saldata sulla scheda madre (package PQFP) e dunque non direttamente rimpiazzabile da una DX. Nella foto qui sopra il 487SX è montato su un Processor Complex IBM Type 2 per PS/2 Modello 90.

Engineering sample di Intel 487SX (1991).

RapidCAD

L’Intel RapidCAD (scheda del 1991) - La terza curiosità che vi mostriamo è il processore Intel RapidCAD, oggi praticamente sconosciuto. Di che si tratta? Semplice: il RapidCAD, denominato "Engineering Co - processor", è un 486DX senza cache contenuto nel package a 132 piedini di un normale 386DX con l’aggiunta di una FPU "fittizia" (dummy) da montare al posto del coprocessore 387. Il tutto è destinato a rimpiazzare la classica accoppiata 386DX + 387DX e può essere completato da un cache controller 82385 (il quale non fa parte del RapidCAD, che a differenza di un 486 vero e proprio non ha alcun cache controller integrato). I due componenti sono denominati RapidCAD 1 (SZ624) e, rispettivamente, RapidCAD 2 (SZ625). Quest’ultimo (la FPU fittizia) ha il semplice scopo di mantenere la compatibilità con la preesistente CPU 386DX fornendo il segnale della presenza del coprocessore matematico. Quale la ragione di una simile CPU? Principalmente la necessità di venire incontro alle esigenze di un certo numero di utenti, impegnati soprattutto con programmi di grafica e progettazione (da qui il nome RapidCAD), i quali richiedevano maggiore velocità per le loro costose macchine 386 (la scheda sopra è ad esempio quella di un DeskPro 386/25 di Compaq) senza dover per forza acquistare nuovi PC di classe 486. In fatto di prestazioni integer (con numeri interi) il RapidCAD è sostanzialmente equivalente ad un 386DX di pari frequenza, a motivo del fatto che usa il medesimo bus di sistema del 386; nella virgola mobile risulta tuttavia sensibilmente più veloce - fino all’80% - dal momento che la FPU è interna e non più esterna. Importante è il fatto che un RapidCAD per questo stesso motivo è comunque più veloce, sia pure di poco, di qualunque combinazione 386/387, quand’anche realizzata con coprocessori non Intel. Nel caso della foto sopra il RapidCAD è stato montato dopo l’acquisto della macchina (si veda l’etichetta del venditore sul circuito in alto). Lo zoccolo per la FPU Weitek 3167 rimane ovviamente vuoto. Il RapidCAD era disponibile nelle versioni a 25 ed a 33 MHz; contiene 800.000 transistor ed è fabbricato con processo CMOS a 0,80 micrometri.

CPU Intel RapidCAD a 25 MHz con 32 KB di cache WT. 

Alcune informazioni ed immagini su questa CPU in CPUShack:
http://www.cpushack.com/RAPIDCAD.html 
Vedere anche:
http://www.cpu-world.com/CPUs/80386/Intel-RAPIDCAD-1.html
Questo merita di essere visto:
http://www.youtube.com/watch?v=wAT7hbIOhgg
Notizie d’epoca su CPU ed FPU di classe 386:
http://wiretap.area.com/Gopher/Library/Techdoc/Cpu/cyrix.pf

Intel Inboard 386/PC

Scheda Intel Inboard 386/PC (1990/1) - Alla fine degli anni Ottanta si sviluppò (soprattutto negli Stati Uniti) il mercato delle cosiddette "add-on processor card", schede in genere per bus ISA che consentivano di rivitalizzare PC ormai obsoleti e comunque lenti dotandoli di una CPU più nuova e potente (ad esempio un 286 per una macchina XT - 8088). Benché il guadagno in termini di prestazione non fosse paragonabile a quello ottenibile con l’acquisto di una nuova scheda madre o con la sostituzione dell’intero sistema, le add-on card permettevano comunque di allungare la vita di macchine costose ed altrimenti destinate alla rottamazione. Praticamente tutti i principali costruttori ebbero per qualche anno a catalogo schede di questo genere (da non confondere con le vere e proprie schede CPU, come i Processor Complex degli IBM PS/2 90 e 95 ed i CPU Module Card dei sistemi Compaq DeskPro e SystemPro). Quella raffigurata qui era un prodotto di fascia alta fabbricato direttamente da Intel, l'Inboard 386/PC (versione XT) basato su processore i386DX a 16 MHz con 1 MB di RAM, che permetteva di trasformare un personal computer con tecnologia XT in una macchina dotata 386 capace di eseguire programmi quali Windows/386 e Autocad/386. Windows 3 e Windows 3.1 richiedevano invece una scheda Inboard 386/AT non compatibile con le macchine XT dotate di soli slot ISA a 8 bit. In basso a sinistra si vede un’indiretta pubblicità alla suite di programmi DESQview di Quarterdeck, allora molto popolare, in sostanza un antesignano di Microsoft Office e (nel 1985) uno tra i primi software ad avere capacità di multitasking e gestione di finestre (in modalità testo). La scheda viene attivata via software e prende il controllo del PC dopo che quest’ultimo ha effettuato il normale boot dal BIOS ed ha caricato il sistema operativo DOS.

i486DX-50

Processore Intel i486DX-50 (1991) - La versione DX a 50 MHz è il 486 con maggiore frequenza di bus (50 MHz appunto) tra tutte le versioni di questa CPU prodotte da Intel e dagli altri costruttori. Non è stato un processore popolare a motivo delle difficoltà tecniche connesse alla realizzazione di un bus locale funzionante in modo affidabile ad una tale frequenza e, inizialmente, a causa di problemi di surriscaldamento poi risolti col passaggio al processo di fabbricazione a 0,8 micrometri. 

Vista completa della scheda: è un Processor Complex Type 1 (model -K), IBM FRU 92F0048.  La cache di secondo livello, sulla daughtercard 92F0050, è ampia 256 KB (15ns write through). L’introduzione delle CPU con moltiplicatore di frequenza (DX/2-50 e -66) ha relegato il DX-50 al settore dei server basati su architettura EISA, nel quale ha avuto un certo successo. 

IBM Processor Complex Type 1-J (1990) per PS/2 85 e 90, con processore i486DX a 25 MHz e socket per scheda aggiuntiva (daughtercard) con 256 KB di cache L2 write through (17 ns). Era la CPU più comunemente impiegata nella prima generazione di PS/2 Modello 90; esiste in diverse versioni, con e senza socket per la FPU Weitek 4167. Questo è stato il primo Processor Complex di Tipo 1 introdotto da IBM, assieme alla versione con CPU i486DX a 33 MHz (64F0198) destinata ai server di fascia più alta.

Nei PS/2 antecedenti il Modello 90 tutta la logica di sistema era integrata sulla scheda madre (planar board, nel gergo IBM), come accade nei normali PC. L'introduzione del "Processor Complex", cioè di una scheda separata dalla scheda madre nella quale risiedono la CPU ed i componenti essenziali (controller di I/O e di DMA, controller della cache e del bus Microchannel) fu motivata dalla scelta commerciale di offrire agli utenti la possibilità di aggiornare la propria macchina in modo relativamente semplice e poco costoso, senza doverla sostituire per intero né dover rimpiazzare un componente critico qual è appunto la motherboard. Questa era all'epoca una soluzione relativamente comune: anche altri grandi costruttori l'hanno adottata per anni, non solo in ambito server (vedi Compaq, HP, Digital ecc.). Il Processor Complex si connette alla motherboard tramite due connettori a 164 contatti, conosciuti come "Processor Interface Connection", i quali forniscono: 1) l'interfaccia verso il bus Microchannel; 2) l'interfaccia verso la scheda madre e 3) una o due interfacce verso la memoria RAM di sistema. Un'importante caratteristica dei Processor Complex Type 3 e 4 è la presenza di due canali di comunicazione da e verso la memoria di sistema (Dual-Path Memory Interface): ciò consente alla CPU di leggere/scrivere dalla RAM mentre una periferica bus-master sta effettuando un'operazione di DMA.

Nei primi modelli di PS/2 90 e 95, equipaggiati con Processor Complex Type 1 e 2, il controller di DMA è a 24 bit, il che consente l'esecuzione del DMA stesso solamente entro il limite dei primi 16 MB di memoria. Con l'introduzione del P.C. Type 3 il controller venne "espanso" a 32 bit, consentendo di superare tale limite (che prima, nelle macchine con più di 16 MB di RAM, doveva essere aggirato via software).

CPU i486SX-25 ed Intel OverDrive ODP486SX-25 in un IBM Processor Complex Type 2-H (FRU 92F0079). Il Type 2 (1991) è, forse, il tipo più diffuso di Processor Complex per PS/2 90 e 95. Rispetto al Type 1, manca della cache L2 e del supporto per la memoria ECC. Oltre al processore, su di esso trovano posto 4 ASIC IBM: il Memory Controller 89F5724, il DMA Controller 10G7808 (oppure 92F1428, che è una versione difettosa), il Memory Data Buffer 64F8781 ed il MCA Buffer 89F5415. Il Type 2 supporta un massimo di 64 MB di RAM, sia interleaved che non-interleaved; il controller di DMA, a 24 bit, opera a 25 MHz (in sincrono con la CPU i486). Rispetto al Type 1, l'arbitraggio del bus è più veloce (risultano ridotti i tempi di latenza).

Nell’immagine sotto la CPU i486DX-50 è montata su un complesso e costoso IBM Processor Complex Type 3 destinato ad impieghi gravosi in ambito server (con supporto di memoria ECC). Il Type 3 è suddiviso su due livelli, principalmente a causa delle restrizioni imposte al progetto della scheda dalla necessità di mantenere la cache L2 vicina alla CPU (vista la presenza di un bus locale funzionante a 50 MHz). A differenza del Type 4, nel quale è impiegato il cache controller Intel 82495, nel Type 3 il controllo della cache è demandato ad una coppia di chip proprietari IBM che riproducono le funzioni dell'Intel 82485 (la cache L2 è del tipo write-through).

Uno schema logico dell'organizzazione del Type 3 è riprodotto qui: http://www.ibmmuseum.com/ohlandl/complexes/Type3.html. Le prime versioni di questo Processor Complex avevano un connettore a 25 pin nella parte sinistra, successivamente eliminato, deputato alla comunicazione col System Management Adapter nei server di rete "high availability" (ad alta affidabilità). Fino al momento dell'introduzione del Type 4 basato su CPU Pentium 60, il Type 3 è stato il Processor Complex per IBM PS/2 più sofisticato e costoso. La scheda riprodotta qui sopra costava, nel 1992, ben 5.650.000 Lire.

L’impiego di questo tipo di schede CPU, dette appunto Processor Complex, consentì ad IBM di proporre ai propri clienti un aggiornamento relativamente semplice (ancorché costoso) delle proprie macchine PS/2 Modelli 90 e 95. Fu inoltre più facile in questo modo realizzare alcuni importanti miglioramenti tecnici rispetto ai precedenti PS/2 Modelli 70 ed 80: in particolare, il doppio canale di comunicazione con la RAM (dual data path), che velocizza significativamente le operazioni di DMA, e l’impiego di banchi di RAM (SIMM) di tipo interleaved a due vie, con significativo guadagno di prestazioni. Il Type 3 era una soluzione tecnicamente molto avanzata per l’epoca (1991) basata sull’impiego di parecchi componenti fabbricati ad hoc, che supportava RAM ECC a 40 bit con la capacità di correggere "al volo" (on the fly) errori sul singolo bit e di rilevare/segnalare errori su due o più bit. Questa scheda è dotata di una cache di secondo livello writeback da 256 KB. La sua realizzazione pose ad IBM problemi non indifferenti dal momento che le specifiche Intel richiedevano una certa lunghezza massima dei collegamenti tra la CPU 486DX-50 e la cache, che è stato possibile rispettare solamente suddividendo la scheda stessa in due "piani" sovrapposti collegati da connettori ad alta densità (vedi ad esempio: http://john.ccac.rwth-aachen.de:8000/alf/ps2_95t3/; per una discussione generale sui Processor Complex vedi invece: http://www.tavi.co.uk/ps2pages/ohland/complex.html). Fino all'introduzione del Type 4, nel quale era impiegato il cache controller 82495/6, IBM utilizzò soluzioni proprietarie basate su chip personalizzati (custom). 

La pagina del dettagliatissimo sito Ardent Tool of Capitalism dedicato ai sistemi PS/2:
http://ps-2.kev009.com:8081/ohlandl/complexes/Type3.html (mirror: http://ps-2.kev009.com:8081/ohlandl/index.html)

CPU Intel 80486DX-50 su scheda Intel (1991), con 256 KB di cache L2 (chip 82491) e cache controller 82495DX-50. Questa era la piattaforma Intel standard per OEM basata sul processore i486-50.

Socket Overdrive

Socket per Intel OverDrive (1992) - Questa scheda CPU di Unisys monta un 486DX/2-50, 256 KB di cache write through di secondo livello gestita da un cache controller Intel 82485-25 (a destra), secondo uno schema sostanzialmente equivalente al TurboCache della stessa Intel. Qui sotto una configurazione pressoché identica, che usa tuttavia un chipset Austek Microcache in luogo del più classico controller Intel.

Socket Overdrive

In entrambi i casi accanto alla CPU trova posto un caratteristico socket ZIF azzurro compatibile con l’Intel OverDrive 486 e Pentium, il famigerato OverDrive Socket 2 (per una discussione su questo argomento e su altri insuccessi commerciali informatici vedi ad esempio: http://www.theinquirer.net/gb/inquirer/news/2007/10/31/top-ten-tech-evolutionary-flops, oppure la descrizione più tecnica in http://www.philipstorr.id.au/pcbook/book5/overdriv.htm), considerato da molti un clamoroso flop commerciale. Gli utenti/clienti erano attratti dalla facilità di aggiornamento del PC, attuabile col semplice inserimento di una nuova CPU accanto alla vecchia. Quando si cominciò a parlare di Pentium, a tanti parve un’eccellente idea l’acquisto di un più economico 486 con l’assicurazione di poterlo trasformare successivamente in una macchina, appunto, di classe Pentium grazie al Pentium OverDrive (PODP).

Socket per Intel OverDrive accanto ad una CPU Intel i486SX-25, sulla scheda di un IBM PC 730. Immediatamente sotto, il connettore per il modulo con la cache di secondo livello.

Allo stesso modo sembrava economicamente vantaggioso poter spendere poco per un 486SX da potenziare in un secondo momento con l’installazione di un OverDrive 486 a 50 o 66 MHz. Il tutto ebbe però scarso successo commerciale, soprattutto fuori dagli USA: gli OverDrive erano costosi e poco disponibili sul mercato, in particolare il PODP arrivato sugli scaffali dei rivenditori con notevole ritardo rispetto alle promesse iniziali; oltretutto il loro prezzo calava molto più lentamente di quello dei 486DX4-100 e degli stessi Pentium, il che li rese ancor meno convenienti. Per finire la gran parte delle macchine con socket OverDrive non era ancora basata su architettura PCI e quando quest’ultima iniziò a diffondersi esse divennero rapidamente obsolete. Gli OverDrive Socket scomparvero in poco tempo mentre sopravvisse ancora per qualche anno, con poca fortuna, l’idea dei processori OverDrive (l’ultimo in ordine cronologico fu l’OverDrive Pentium II per sistemi Pentium Pro). Tecnicamente, il Socket 2 è un socket ZIF per PGA a 238 pin, funzionante a 5 V; supporta tutti i tipi di 486 e, ovviamente, gli OverDrive compreso il Pentium OverDrive a 63/83 MHz.

Processore Intel OverDrive ODP486SX-20 (1992, vedi). Si tratta di un OverDrive "ODP" (OverDrive Processor), cioè di una CPU da aggiungere a quella originale (gli "ODPR" erano invece processori che sostituivano la CPU preesistente) che consentiva di trasformare un PC con 486SX-20 in una macchina funzionante a 40 MHz. Ha un caratteristico socket PGA-169 con un pin aggiuntivo utilizzato come "presence detector" (rilevatore della presenza della CPU) dal chipset della scheda madre che quando l’OverDrive veniva installato provvedeva a disabilitare il processore originario.

Modulo di cache L2 Olivetti compatibile con il TurboCache 485 (1991/2) - Era basato sul costoso cache controller 82485-33 e contiene 128 KB di cache write-through a due vie realizzata con chip Micron Technologies da 16 KB, 24 ns.

Un altro esempio di modulo di cache L2 per 486 compatibile con l'Intel TurboCache, in questo caso un Compaq Blaze-II per Deskpro (1992).

La poco diffusa versione SX del cache controller 82385. Questo dispositivo non ebbe molto successo perché nei sistemi 386SX, considerati di fascia bassa, i produttori ritenevano inutile e costoso integrare della memoria cache.

Cyrix Cx486DRx2

Processore Cyrix Cx486DRx2-20/40GP - All’inizio degli anni Novanta i sistemi 386 erano ancora popolarissimi, soprattutto quelli con CPU a 33 ed a 40 MHz, spesso di AMD (il l’Am386/33 è stato uno dei processori per PC più venduti in assoluto). Rispetto ai 486 di fascia bassa, cioè gli SX a 20 e 25 MHz, questi PC - soprattutto se dotati di un coprocessore matematico di buona qualità - erano infatti vantaggiosi in termini sia di prezzo che di prestazioni. I processori Cyrix 486DRx2 consentivano di potenziare sistemi 386 a 16, 20, 25 e 33 MHz senza dover sostituire la scheda madre, perché mantenevano la medesima frequenza di bus della CPU originaria. Si trattava di processori Cyrix 486DLC con moltiplicatore di clock, 1 KB di cache integrata e la capacità di eseguire molte istruzioni in un singolo ciclo di clock. Messe insieme tutte queste caratteristiche consentivano guadagni di prestazioni del 70% circa rispetto alla configurazione originaria.

Copia su WebArchive della pagina del vecchio sito Cyrix dedicata a questo processore:
http://web.archive.org/web/19970616072959/www.cyrix.com/process/prodinfo/legacy/upover.htm

Military grade 386EX-25

Scheda CPU per uso militare con processore Intel 386EX 25 (1995) - Il 386, che come tutti gli altri processori Intel x86 ha avuto una vita relativamente breve nell’ambito dei PC, è stato ed è tuttora utilizzato in molte altre applicazioni nei settori delle telecomunicazioni e delle reti, dell’automazione d’ufficio, del controllo di macchinari automatici e così via. Non dimentichiamo poi che questa CPU è spesso utilizzata in campo militare, dove alla potenza di calcolo vengono preferite l’affidabilità e l’esatta predicibilità del comportamento dei componenti impiegati. Su questa scheda trova posto un Intel 386EX a 25 MHz. Tutti i circuiti integrati sono contenuti in package speciali ad alta resistenza e la scheda stessa ha subito un trattamento di impermeabilizzazione consistente nella copertura con uno strato di resina plastica resistente sia all’acqua che agli acidi.

Single-board computer per avionica con CPU Intel i386EX (probabilmente a 25 MHz) e periferica di sistema ad alta integrazione Intel 82380. Quest'ultimo è essenzialmente un controller di DMA a 32 bit con altri componenti essenziali (controller di interrupt, timer programmabili) integrati (vedi). Sulla scheda si riconoscono anche un Ethernet Protocol Controller i82592 ed un controller di comunicazioni (USART) fabbricato da VLSI. Una seconda scheda montata sul retro di questa (in alto sono visibili i connettori flat) contiene la memoria RAM. Come la scheda della foto precedente anche questa è protetta con vernice siliconica trasparente.

Aggiornamento Ottobre 2013

Grazie a questo articolo pubblicato il 6.10.2013 dal sito CPUshack ho identificato con precisione questa scheda: si tratta di un Correlator Board KGV-25 utilizzato in diversi apparati militari degli anni Novanta (statunitensi e di altri Paesi) per decrittare le comunicazioni in codice. Si trova ad esempio nel terminale MATT (Multi-Mission Advanced Tactical Terminal) nel quale è impiegato per la decodifica di dati ricevuti mediante trasmissione UHF ad una velocità massima di 400 mbps. La CPU i386 è la versione dell'Intel 80386 rispondente alle specifiche MIL-STD 883B e funziona a 25 MHz (Intel MQ80386-25/B). L'altro lato della scheda in mio possesso è leggermente diverso da quello visibile nell'articolo, ma ospita comunque la FPU 80387 e 4 MB di SRAM a 35 ns.

Scheda CPU militare (fabbricata da Teradyne) con processore 80386DX-16 ("MG" = Military Grade), FPU 387DX e Integrated System Peripheral 82380.

Scheda processore proveniente da un'apparecchiatura avionica con CPU 386DX-16, FPU e periferica ad alta integrazione (82380). La RAM locale è costituita da 4 moduli IDT da 512 KB di capacità.

Scheda Multibus-II per usi militari con CPU MG80386-16/B (1990). Contiene anche un Integrated System Peripheral Intel 82380 (military-grade) ed un controller Multibus 82389 fabbricato da VLSI. Non c’è alcuna indicazione del fabbricante.

i486DX/2-50 ES

Engineering sample (ES) di CPU Intel 486DX/2-50 (?) (1991) con cache controller 82495DX - Gli "engineering sample" o semplicemente "ES" sono ricercati dai collezionisti e dagli appassionati di microprocessori per la loro rarità e particolarità. Con lo sviluppo del mercato online, ad esempio attraverso Ebay, negli ultimi anni si è aperta una vera e propria "caccia all’ES" che ne sta facendo lievitare i prezzi. Ci sono addirittura interi siti dedicati unicamente agli ES, il più noto dei quali è forse http://www.engineering-sample.com/ (X86-Secret: ES zone). Ma che cos’è esattamente un ES...? Prima di introdurre un nuovo processore sul mercato, tutti i produttori fabbricano prima un certo numero di "prove", o prototipi, che sono appunto gli ES e che possono essere distribuiti ad esempio alla clientela che farà successivamente uso del prodotto finito, a scopo di test o di semplice pubblicità. Il rilascio di una qualunque CPU è preceduto da quello di una o più versioni provvisorie o "stepping" corrispondenti a diverse revisioni successive della sua architettura, come se fossero le bozze di un documento in fase di preparazione. Gli ES per loro natura sono rari, il che ne fa l’oggetto del desiderio di molti collezionisti. Alcuni sono più comuni di altri, come ad esempio quelli delle varie versioni del Pentium 4 e degli Xeon "moderni" (cioè su socket 603 o 604). La particolarità della scheda raffigurata qui sopra consiste nel fatto che è essa stessa un ES (vedi riproduzione dell’etichetta nella parte sinistra), così come la CPU ed il cache controller ed anche i chip della cache collocati sotto il grande dissipatore di calore nero. Il processore (marcato SXE61) è forse un 486DX/2-50 o più probabilmente un 486DX-50.

"Intel has announced the 82495XP, a second-level cache controller for the i860XP-based systems running at speeds up to 50 MHz. Another version of the part, the 82495DX, is designed for use with 50 MHz 486s. The two versions use the same silicon, but different signals are bonded to the package pins to customize the processor interface. The cache is 2-way set associative and supports a MESI protocol for multiprocessor cache coherency.

The controller works with eight or sixteen 82490XP/DX 32K by 8 SRAMs for cache sizes of 256K and 512K; one or two additional SRAMs are required if parity is implemented. For 486-based systems, a 128K cache can be implemented with four SRAMs, since the processor bus is only 32 bits wide (as compared to 64 bits for the i860). Although snoop cycles and memory bus cycles can be synchronous to an external clock or asynchronous, internally everithing is synchronous to the host CPU interface. The interface to memory and peripherals is controlled by the Memory Bus Controller (MBC), which is a simple state machine typically built from PLDs. The MBC implements synchronization of control signals, and it determines the cacheability, allocatability, and pipelining on a cycle-by-cycle basis. By implementing these functions in external logic, greater flexibility is reserved for the control signal timing and protocols as well as certain aspects of the cache policy.

The cache controller is housed in a 208-pin PGA and consumes 2,75 W at 50 MHz. It contains an on-chip cache directory, which holds up to 8K tag entries. When the maximum line size is selected, only 4K tag entries are used. The system configuration is fixed by the states sampled by the 82495 on several pins at the reset. [...] In the version for the i486, the host bus is 32 bits, and the memory bus is 32, 64, or 128 bits (64 requires at least 256K cache; 128 requires 512K). [...] The cache data memories come in 84-pin PQFP packages. The chip contains two memory buffers for handling buffered writes and line fills. It also has a snoop buffer and a writeback buffer; the former is used to allow pipeline snoops, and the latter is a part of the mechanism that implements concurrent line writeback. All of these buffers are 8 bytes deep (per chip). Both its 2-way set-associative architecture and zero wait state operation at 50 MHz were important design objectives. The 82495XP provide support for a MESI multiprocessor cache coherency protocol". (Intel Announces MESI Second-Level Cache, Microprocessor Report, 1991, June 26)

AST Intel CPU cache module 486DX

Scheda AST (1991) con una versione commerciale del modulo CPU/cache mostrato sopra, denominato "Intel486DX CPU-Cache Module". Questo modulo, contenente oltre al processore ed alla memoria cache di secondo livello (qui 128 KB W/T) un cache controller Intel 82495, è una versione per server dell’Intel TurboCache ed è stata utilizzata anche in macchine SMP quali l’IBM PS/2 Server 295 (vedi sotto).

Scheda Intel con processore i486DX/2-66, cache controller 82495-66 e 256 KB di cache L2.

IBM 486 Power Platform

Prima applicazione dell’i486 in sistemi IBM - First use of the i486 in a system made by IBM

IBM 486/25 PowerPlatform (1990) - Con questa costosa scheda, annunciata al Comdex il 20 Giugno 1989 (IBM Product Announcement 189-102: vedi, oppure questo articolo dell’Ottobre 1989, The race to market a 486 machine, o anche Chronology of IBM Computers di Ken Polsson, disponibile online), IBM offriva ai propri clienti (quantomeno a quelli che potevano permettersi di sborsare qualche milione di Lire, o negli USA 3.995 Dollari) la possibilità di aggiornare i PS/2 Modello 70 386 (8570-A21) basati su processore 386DX alla nuova CPU 486DX a 25 MHz. Assieme alla scheda veniva venduto un aggiornamento per il BIOS della macchina necessario perché quest’ultima potesse riconoscere correttamente il processore 486. Comunque, il primo produttore di PC basati su 486 non fu né IBM né Compaq, e nemmeno Dell, ma la meno conosciuta casa britannica Apricot che nel Settembre 1989 presentò il VX-FT, macchina ad architettura Microchannel (come i PS/2) pensata per un utilizzo come server. Ciò è testimoniato da un articolo della rivista Byte dello stesso mese, anche se IBM tuttora sostiene in uno dei propri siti web di essere stato il primo produttore di PC a lanciare sul mercato un sistema 486, come riportato qui). La PowerPlatform 486 (FRU 64F0123) è stata comunque il primo impiego di CPU 80486 in prodotti IBM. Tutti gli esemplari delle prime serie mostrano lo stesso intervento di reworking (visibile nella foto) effettuato dalla stessa IBM prima della messa in commercio, probabilmente a causa di un difetto di progettazione.

"The new king of the Intel microprocessor dynasty has just been crowned. The 80486 is the largest and most complex microprocessor ever built. Contained in the device are a highly-optimized integer unit compatible with the 386, a floating-point unit compatible with the 387, a complete virtual-memory management and protection system, 8 Kbytes of unified program and data cache, bus snooping and other multiprocessing support hooks, and several minor additions to the family's architecture and instruction set. The die measuring 619 by 414 mils using 1 micron HCMOS technology, and contains 1,18 million transistor, edging out the short-lived record of Intel's own i860. Intel claims that the performance of the 486 at 25 MHz will be about 37.000 dhrystones, 6,1 MWhetstones (double precision), or about 15-20 VAX MIPS. This places the part squarely in competition with many RISC machines. Samples of 25 MHz devices have been promised for the third quarter of 1989, with 33 and 40 MHz versions to follow. [...] A number of 486 bus interface facilities simplify the design of IBM-style PCs and workstations. [...] Intel has been careful not to upstage the 386 as the 486 is rolled out. Simultaneous with the 486 introduction came the announcement of new 386 processors at both the high-speed and low-power (portable) ends of performance spectrum.

486-based PCs

The 486 will be initially available at 25 MHz, and is priced at $950 in 1.000s. Samples will be available in the 3rd quarter, with production in the fourth quarter. A 33 MHz version will be sampled in the fourth quarter. Intel produced their first silicon, which is largely functional, last month. [...] The first 486-based systems to appear are likely to be supercharged AT-compatibles, perhaps using the EISA bus. [...] Systems are likely to be announced at Fall Comdex. Small quantities of systems may be shipped late this year, but significant volumes will not appear until 1990. At first, pricing will be much higher than 386-based systems, as system vendors use the new technology as a way to increase their margins. While the cost of a 486 is comparable to the cost of a 386 chip set, including the 387, the vast majority of PCs are sold with empty 387 sockets. Assuming that the 486 systems use no external cache, the basic manufacturing cost increase for a 25 MHz 486 over a 33 MHz 386 system (without a 387) should be around $500. Given normal mark-ups, this would result in a retail price difference of about $1.500. However, early systems will carry premium price tags, and will be configured with large amounts of RAM and large disk drives, so typical 486-based system prices in early '90 will probably be $10.000 to $15.000.

486 support chips

Intel's 82350 EISA chip set will support both the 386 and the 486. Sample are promised for the second quarter, with production in the third quarter. Pricing is $129 for the 25 MHz version, in 1.000s. A Micro Channel chip set to support the 486, the 82320, is scheduled for sampling in the fourth quarter and production in early 1990. Pricing was not announced. Intel is also introducing a 32 bit Ethernet controller, the 82596". (The Intel 80486 Strikes Back, Microprocessor Report, April 1989)

Vedi: http://www.islandnet.com/~kpolsson/comphist/comp1989.htm

(da: Hoskins, IBM PS/2 - A business perspective, John Wiley 1991, ISBN 0-471-54383-7, pag. 118)

Prima piattaforma AT OEM per i486 disponibile in Europa - First i486 AT OEM platform available in Europe

Scheda AMI Voyager 486 (1990) - L’AMI Voyager con processore 486DX a 20 MHz (e socket per la FPU Weitek 4167) è stata la prima piattaforma AT OEM per CPU Intel 80486 disponibile in Europa. Basata su una filosofia costruttiva molto tradizionale e conservativa, questa scheda madre è stata anche la capostipite di una fortunata serie di prodotti noti nei primi anni Novanta per l’affidabilità e la qualità costruttiva. Equipaggiata con 2 MB di RAM in SIMM a 30 pin costava "solo" 4,5 milioni di Lire dell’epoca.

IBM 486 Hypertech Hyperace module

Modulo Hyperace 486DX-33 per IBM PS/2 Mod. 70/80 (1993) - Progettato dall’australiana Hypertech Research nel 1993 su richiesta della IBM, questa schedina è un aggiornamento diretto alla CPU 486 per i PS/2 Modelli 70 ed 80. Rivitalizzare un PS/2, soprattutto se del tipo 70/80, era impresa tutt’altro che facile: questo è stato uno dei tradizionali punti di svantaggio di queste macchine rispetto agli ordinari PC AT. Solo pochi costruttori hanno commercializzato prodotti per l’aggiornamento di sistemi PS/2; tra questi ricordiamo la Hypertech, appunto, la Reply (schede madri), Boca Research (memorie e schede CPU) ed AST. Si noti che il processore 486 (in basso a destra) riporta una marcatura di IBM. Questo tipo di CPU non è comune ed è perciò apprezzato dai collezionisti. Si tratta in effetti di un normale 486DX-33 marchiato da IBM nell’ambito di un contratto di fornitura con Intel.

Motherboard IBM MCA del PS/2 8557 - Modello 57SX (1992) - Si tratta di una scheda madre Microchannel con CPU i386SX-20 che può essere aggiornata, come in questo caso, con una CPU 486SLC/2 fabbricata da IBM, il cui modulo si installa nel medesimo socket utilizzabile per l’installazione di una normale FPU 387. Nella scheda raffigurata qui sopra è stato anche installato un coprocessore Cyrix FasMath CX387-20. Il 486SLC/2 è una particolare CPU sviluppata da IBM su licenza Intel; impiega il medesimo socket del 386SX (PQFP-132) ed è compatibile con il set di istruzioni dell’i486SX e dotata di moltiplicatore di frequenza 2x (20/40 MHz). Tecnicamente è un’evoluzione del 386SLC sviluppato da IBM nel 1991, che includeva le funzioni di power management dell’Intel 386SL ed una cache (da cui la lettera "C") interna da 8 KB. Il 386SLC era realizzato con tecnologia CMOS nelle versioni a 16, 20 e 25 MHz: consumava solo 2,5 W (a 25 MHz), il che lo rendeva una CPU ideale per i notebook. Non ebbe tuttavia vasta diffusione a causa di un accordo tra Intel ed IBM che consentiva a quest’ultima di venderlo soltanto già installato su motherboard o su schede di aggiornamento (upgrade card).  Una particolarità di questo processore consiste nella cache interna, ampia 16 KB contro gli 8 del 486, che consente un guadagno di prestazioni del 25% rispetto ad un 486SX-20 e del 20% rispetto al 486SX-25. La scheda col 486SLC/2 (IBM FRU 10G7103) può essere installata indifferentemente nei PS/2 Modelli 56 e 57. Ne esiste anche una versione col processore 486SLC/3.

Motherboard (conosciuta col nome "Bermuda") dell'IBM PS/2 Modello 76/77 (1992). La CPU è un i486SX a 33 MHz (notare la presenza di un socket disponibile per l'espansione con un 486DX, un 487 o con un OverDrive).

Scheda processore di IBM PS/2 Server 295 (1993) - I non comuni PS/2 Server 195 e 295 (IBM 8600) erano macchine MicroChannel con architettura dual bus progettate da IBM in collaborazione con Parallan Computer Inc.; si tratta di sistemi di tipo Asymmetric Multiprocessing (ASMP) basati su processori 486DX2/50 oppure /66. Hanno avuto scarsa diffusione a motivo del loro costo elevato; ciononostante, al momento dell’introduzione sul mercato rappresentavano la più sofisticata applicazione del 486 nel settore server (vedi). Il modulo CPU si trova in basso a destra; la "parte" MicroChannel si basa su un chipset Intel. Il resto della logica di sistema è realizzato con PAL e con gate array Xilinx e National. Il 486 non offre un supporto nativo (cioè diretto, che non richiede la presenza di "glue-logic" di supporto alla/e CPU) alle configurazioni SMP. Ciononostante nel corso degli anni Novanta sono stati sviluppati alcuni server SMP a due o più vie con processori 486DX, tra i quali ricordiamo in particolare le macchine Sequent di prima generazione e l'NCR 3550, un server SMP scalabile fino a 8 vie (CPU). 

Motherboard Intel EISA (1991) - Tipica scheda madre Intel per OEM con bus EISA (chipset 82350DT, 1991), processore i486DX/2 33-66 e socket TurboCache (sopra la CPU). Il bus EISA è nato nel 1988 come concorrente all’architettura MicroChannel (MCA) di IBM con l’obiettivo di diventare uno standard industriale. E’ un notevole miglioramento del precedente bus AT (poi retroattivamente chiamato "ISA") sviluppato da un gruppo di nove fabbricanti di hardware, soprannominato "Gang of Nine" ("Banda dei Nove"): AST, Compaq, Epson, Intel, HP, NEC, Olivetti, Tandy e Wyse. L’avvento dell’EISA diede il via alla cosiddetta "guerra dei cloni" o "guerra dei bus" tra questi produttori e l’IBM. Non ci fu un vero vincitore, perché se da un lato MCA, a causa della sua natura di standard proprietario e per lo scarso supporto avuto a livello industriale, non riuscì a diventare un’architettura accettata al di fuori di una ristretta cerchia di fabbricanti, dall’altro il bus EISA, per sua natura costoso, è rimasto relegato al settore dei server e delle macchine di fascia alta (workstation grafiche). I comuni PC hanno continuato a fare affidamento sul pur obsoleto bus ISA fino all’avvento del bus locale VLB (VESA Local Bus) e, soprattutto, del bus PCI (1994). EISA è un po’ più lento di MCA (lavora ad 8,33 anziché a 10 MHz) ma ne riproduce tutte la caratteristiche avanzate, in primo luogo il bus mastering, l’ampiezza portata a 32 bit, la condivisione delle risorse ed il "burst mode". Come MCA, EISA impiega un sistema di configurazione via software delle varie schede che si può considerare un primo embrione di Plug And Play.

"Intel's 82350DT chip set is an update of their original 82350 chip set for 386DX and 486-based EISA systems. There are 2 new pieces of complex silicon, the 82359 DRAM controller and the 82351 I/O controller. A third new chip, the 82353 Advanced Data Path, is mostly buffers, latches and parity logic. The mostly significant new chip is the 82359 DRAM controller, which is remarkably flexible. [...] The 82351 local I/O controller provides address decoding and other control logic for the X-bus peripherals. [...] The new chipset introduces an improved EISA bus control chip, the 82358DT". (Intel Updates EISA Chip Set, Microprocessor Report, 1991, May 1)

Dettaglio della CPU, dello zoccolo per il coprocessore (FPU) Weitek 4167 (a sinistra) e di quello per il modulo Intel TurboCache ordinario oppure basato sul controller 82485 (a destra).

Esempio di modulo cache L2 per socket TurboCache.

FPU Weitek "Abacus" 4167 a 25 MHz (1989) - Il Weitek 4167, introdotto nel Novembre 1989, era una FPU ad alte prestazioni per sistemi 486DX/SX evoluzione del precedente modello Abacus 3167 (per CPU di classe 386). Questo coprocessore matematico, progettato per accelerare l’esecuzione di applicazioni professionali quali CAD e programmi di grafica, era architetturalmente più avanzato e più efficiente della FPU integrata nei 486DX; richiedeva un apposito socket a 142 piedini (vedi nelle foto precedenti) e funzionava solo con i programmi che esplicitamente lo supportavano (gli esempi più famosi: AutoCAD e Mathematica), perché il suo set di istruzioni era diverso da quello delle FPU Intel 387. I due principali limiti del 4167 erano il costo elevato e la particolare modalità di comunicazione con la CPU, basata non su un canale di I/O (come nei 287/387) ma su uno spazio di memoria dedicato alla lettura/scrittura dei dati trasferiti da CPU a FPU e viceversa. Questo sistema ("memory mapped") funzionava egregiamente nel caso del 3167 perché in un sistema 386 l’accesso alla RAM era più veloce del canale di I/O dedicato alla FPU; nel caso del 486 ciò non era più vero ed il 4167 perdeva parte delle sue potenzialità proprio a causa del modo di comunicare con la CPU. L’introduzione dei 486DX/2 ha annullato i vantaggi ottenibili con l’installazione del 4167 che è rapidamente scomparso dal mercato.

Vedi: http://www.cpu-museo.it/weitek/4167.html, http://www.youtube.com/watch?v=7w-ZCrvxBek

Un’altra piattaforma OEM Intel EISA concepita per l’impiego nei server (1993). La CPU (i486DX-50) e la cache, equivalente ad un modulo TurboCache con controller 82485, sono montate su una scheda separata rispetto alla motherboard, aggiornabile con processori più potenti (486DX/2-66 o Pentium).

Primo PC EISA - First commercial EISA-based PC

Motherboard di un HP Vectra 486/33T  (Novembre 1989, vedi) - L’HP Vectra 486 in versione tower ("T") con CPU a 25 oppure a 33 MHz è stato il primo PC EISA disponibile sul mercato. La scheda ha una struttura modulare: sia la CPU (un 80486DX-33) che la memoria RAM risiedono su schede di espansione che possono essere sostituite/aggiornate con relativa facilità. La comunicazione tra il processore e la memoria avviene un bus locale a 32 bit con protezione ECC.

Bus EISA o MCA (MicroChannel)? Nel 1989/1990 si era nel pieno della discussione (qui un articolo comparso su InfoWorld, Novembre 1989).

Schema del chipset EISA Intel 8235x (1989).

Processore i386DX con chipset Intel (1993/4) - Questa CPU i386DX-25 è utilizzata nel service processor di un server Siemens RM600. Alla sua sinistra si vede un Intel 82395DX ("386 Smart Cache"), un dispositivo ad alta integrazione (fra l’altro è stata la prima periferica Intel a superare il milione di transistor, vedi) contenente 16 KB di cache ed un controller compatibile con l’i385. Subito sotto un Intel 82380 "Integrated System Peripheral", componente che integra un controller di DMA e le altre principali funzioni di supporto per la CPU 386 in un unico dispositivo. L’82596 è un controller di rete (LAN coprocessor) e l’82389 "Message Passing Coprocessor", che si vede all’estrema sinistra, un controller per il bus Intel Multibus - II.

"Intel is calling the new device the 'SmartCache', to emphasize its unique features; technically, it is the 82395DX. By using a more sophisticated design than their original 82385 cache controller and competitive solutions, Intel claims that this 16 Kbyte cache outperforms all existing 64 KByte caches, and comes within 1% of the performance of 128 Kbyte caches. By reducing the cache subsystem to a single chip, the board real estate and chip cost are reduced to a minimum. The 82395 includes about 110K transistor for control logic, and about 970K transistors for 16 Kbytes of cache RAM and 1K by 22 tag RAM implemented with six-transistors cells. Much of the design was borrowed from the i486's on-chip cache. The chip was designed at the Intel's Haifa, Israel design center, and was built in their fabrication plant in Jerusalem. [...] The 82395 sits between the 386 processor and the memory bus, and thus requires two separate 32-bit data buses. It can support burst transfers to and from the memory system, so the address and control buses must be isolated as well. The result is a large number of pins (the chip is packaged in a 196-lead plastic quad flat package). Up to 4 of the chips can be used in a system, for a total of up to 64 Kbytes of cache. Intel's simulations, however, show very little performance gain from large cache sizes. 

Intel's earlier 82385 uses a very simple design. The line size is 4 bytes, so only a single 32-bit word is transferred when a miss occurs, and the organization is two-ways set associative. It uses a write-through memory update protocol, and provides only a single-level write buffer. The tag RAM is included into the chip, but the cache data RAM is external. The 82385 is designed for a 32 Kbyte cache, but some system vendors adapted it to make a 64 Kbyte cache. Like the 82385, the '395 uses a write-through memory update protocol, and it provides bus snooping to maintain cache coherency during DMA and bus-master bus cycles. To compensate for the smaller 16 Kbyte size, Intel implemented a more complex cache design. The cache is four-way set associative, with a pseudo-LRU replacement algorithm, and the line size is 16 bytes. Unlike the 82385, in which 8 lines are associated with a single tag, the '395 provides a tag for each line. The write buffers are extended from one level to 4 levels. To maintain strict ordering of memory accesses, read cycles are held-up until the write buffers are empty; unlike the 486's on-chip cache, the 82395 never reorders reads ahead of writes. Neither it nor the 82485 support copy-back operation. With write buffers, a write-through cache can perform comparably to a copy-back cache. Copy-back caches are essential in multiprocessor systems for limiting the bus bandwidth consumed by each CPU". (Smart Cache Reduces 386 Cache to Single Chip, Microprocessor Report, 1990, May 30)

Convergent Technologies 386/20 CPU

Motherboard Convergent Technologies (Unisys) con CPU 80386-20 (1987) - Questa scheda madre ISA era installata su un server Convergent 386/60. E’ interessante in quanto si tratta di una piattaforma AT compatibile "fuori standard" (vedi ad esempio i connettori per le schede di memoria e le dimensioni) sulla quale "girava" un particolare sistema operativo proprietario ispirato a Unix, il CTOS della stessa Convergent, utilizzato con altra denominazione anche da Bull e Burroughs. CTOS è un sistema operativo modulare a 16/32 bit, multi-process di tipo message-passing, con filesystem gerarchico (vedi). CTOS può funzionare in modo concorrente con altri sistemi operativi, ad esempio Windows NT. Alcune funzionalità erano molto avanzate per l’epoca in cui questo sistema è stato introdotto (primi anni Ottanta). Questa specifica scheda utilizza una CPU 80386-20 con 64 KB di cache ed un socket universale nel quale si può installare una FPU 387 oppure una Weitek 3167.

ZDS 386 EISA motherboard

Motherboard EISA 386 Zenith Data Systems (1989) - Utilizza una CPU i386DX-33 (con doppio zoccolo per FPU Weitek oppure 387) e un chipset EISA in parte Intel ed in parte proprietario. Notare i connettori bianchi per le SIMM a 72 pin (in alto a sinistra): non erano molte le schede 386 nelle quali si poteva installare questo tipo di RAM. Il connettore nero che si vede nella parte in alto a destra della scheda è destinato ad ospitare il modulo (opzionale) con la memoria cache.

Intel EISA chipset 82350

Chipset Intel EISA 82350 completo su motherboard Zenith i386 (i connettori neri nella parte inferiore della scheda servono per il collegamento del modulo CPU/cache). E’ formato dal Bus Buffer 82352, da due Advanced Data Path 82353, dall’Integrated System Peripheral 82357, dall’EISA Bus Controller 82358 e dal DRAM Controller 82359. Una descrizione dettagliata si trova nel libro Computer fundamentals, disponibile online in Google Books. Questo chipset era relativamente costoso, ragion per cui molti fabbricanti di PC preferivano utilizzare componenti alternativi o ASIC sviluppati in proprio.

IBM Personal Computer 750-P100 6886 (desktop, 1995) - Questa macchina IBM è interessante in quanto costituisce l’unico esempio di personal computer con architettura mista (o combinata) MicroChannel/PCI. Utilizza una CPU Intel Pentium a 100 MHz (Socket 5). Tecnicamente è un "incrocio" tra un PC 750 ordinario (cioè con bus ISA/PCI), dal quale eredita l’aspetto esteriore e la scheda madre, ed un IBM PC Server 310 (sistema MCA/PCI). Il 6886 nasce come desktop server basato sul sistema operativo OS/2. I PC IBM della serie 700 utilizzavano una particolare tecnologia, chiamata SelectaBus, che consentiva di trasformare una macchina ISA/PCI in una MCA/PCI semplicemente sostituendo una scheda interna, senza toccare né la motherboard né gli altri componenti di sistema. Ricordiamo brevemente che i PC IBM (IBM PC Series) rappresentano una categoria di macchine x86 fabbricate tra il 1994 ed il 2000, evoluzione delle famiglie IBM PS/ValuePoint (PS/VP) ed IBM PS/2. Sono stati a loro volta rimpiazzati dai NetVista e dalle workstation IntelliStation.

In questa immagine si vede l’architettura mista a doppio bus MCA/PCI del 6886. Sono disponibili 4 slot MCA a 32 bit e due PCI sempre a 32 bit. Vedi: http://www.patentstorm.us/patents/5765008/description.html

American Megatrends 486 MoBo EISA + VLB

Motherboard American Megatrends 486 EISA/VLB (1993) - Il VESA Local Bus (VLB o VL-bus, vedi), introdotto nel 1992, è stata una soluzione temporanea e ciononostante molto diffusa al problema della ridotta ampiezza di banda del bus ISA, al quale si affianca come una sorta di estensione ad alta velocità. Si tratta di un bus locale a 32 bit di tipo memory mapped funzionante a 33 MHz e strettamente legato al processore i486 (e dunque molto difficilmente adattabile ad altre CPU, vedi ad esempio il Pentium), utilizzato dalle periferiche più esigenti in fatto di velocità di trasferimento e volumi di dati, quali le schede video ed i controller dei dischi rigidi. Fisicamente il VLB appare come un prolungamento degli slot ISA. Questo bus ha avuto una notevole popolarità prima del definitivo affermarsi in ambito PC del bus PCI (VLB e PCI utilizzano slot fisicamente identici). Un limite del VLB risiede nella difficoltà di inserimento/rimozione delle schede (a causa della lunghezza totale del connettore). Tuttavia il suo principale e peggiore difetto è il rapido deterioramento della qualità dei segnali trasmessi al crescere del numero di dispositivi collegati, ragion per cui non sono state prodotte schede con più di tre slot VLB (dei quali solo due effettivamente utilizzabili in contemporanea). Il VLB è stato raramente associato al bus EISA dal momento che è nato come bus per sistemi personali, dunque di fascia media e bassa, mentre l’EISA era riservato a macchine professionali (workstation oppure server). Lo zoccolo nero che si vede sotto il processore i486SX è una versione non Intel del socket per Overdrive. Il chipset è un SiS 85C4xx "etichettato" American Megatrends.

CPU daughter-card ALR (1993) con processore Intel 486DX/2-66, 256 KB di cache writeback e chipset OPTi 495 (qui è visibile il cache controller 82C497). Durante gli anni Novanta la OPTi Inc., una società californiana fondata nel 1989, fu uno dei maggiori produttori di chipset per sistemi x86. In particolare tra il 1992 ed il 1994 il "495" è stato il chipset per 486 più venduto a livello mondiale. Come altri fabbricanti dell’epoca (ad esempio Chip and Technologies e ALR) OPTi è stata messa in crisi dall’avvento dei sistemi Pentium basati su chipset Intel. 

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Alcuni collegamenti interessanti

http://www.csn.ul.ie/~stephen/buses.html#eisa (PC Bus Systems)

http://www.johnkalpus.com/Misc/PCArchitecture.htm (PC Architectural Standards page)

http://pages.prodigy.net/jcusto/bin/pcrepair/mother.htm (identificazione della scheda madre di un PC)

http://www.daffi.org/Busslot.htm (Bus slots)

http://www.mindshare.com/pdf/eisabook.pdf (EISA System architecture)