NEC V20

NEC V20 — это 16-разрядный микропроцессор с 8-разрядной внешней шиной данных, разработанный японской корпорацией NEC и выпущенный в 1984 году. Он представляет собой функциональный аналог и усовершенствованную версию процессора Intel 8088, с которым он был совместим на уровне системы команд (набор x86), но имел ряд архитектурных отличий и дополнительных возможностей. Процессор V20, наряду с его 16-разрядной версией V30, был разработан для использования в персональных компьютерах, встраиваемых системах и периферийных устройствах, став одним из наиболее известных примеров обратно совместимых клонов процессоров Intel.

История создания

Предпосылки

В начале 1980-х годов корпорация Intel доминировала на рынке микропроцессоров для персональных компьютеров, выпустив в 1978 году 16-разрядный процессор 8086, а в 1979 году — его 8-разрядную версию 8088, которая легла в основу IBM PC. NEC, будучи одним из крупнейших производителей полупроводников в Японии, стремилась закрепиться на этом рынке. Вместо того чтобы лицензировать архитектуру Intel, NEC решила разработать собственный процессор, совместимый с x86 на уровне команд, но с улучшенной производительностью и дополнительными функциями.

Разработка и выпуск

Процессор NEC V20 был представлен в 1984 году. Он изготавливался по 2-микронной КМОП-технологии (CMOS), что обеспечивало меньшее энергопотребление и тепловыделение по сравнению с биполярными и n-МОП-процессорами Intel того времени. Тактовая частота V20 составляла от 5 до 10 МГц, что было сопоставимо с Intel 8088. Процессор выпускался в 40-выводном корпусе DIP (Dual In-line Package) и был полностью совместим с существующими материнскими платами, разработанными для Intel 8088.

Правовые аспекты

Выпуск NEC V20 привёл к длительному судебному разбирательству между NEC и Intel. Intel подала иск, утверждая, что NEC нарушила её авторские права на микрокод процессора 8088. Судебный процесс длился несколько лет и стал знаковым в области интеллектуальной собственности на программное обеспечение и микрокод. В 1989 году Апелляционный суд США по федеральному округу постановил, что микрокод может быть защищён авторским правом, но NEC не нарушила эти права, поскольку её микрокод был разработан независимо и не являлся копией микрокода Intel. NEC выиграла дело, что подтвердило легитимность обратно совместимых клонов процессоров.

Архитектура и особенности

Совместимость с Intel 8088

NEC V20 был полностью совместим с Intel 8088 на уровне системы команд x86. Это означало, что программное обеспечение, написанное для IBM PC и совместимых компьютеров, могло работать на процессоре V20 без изменений. Однако V20 имел ряд архитектурных отличий:

• Микрокод: V20 использовал собственный, независимо разработанный микрокод, который был оптимизирован для более быстрого выполнения некоторых инструкций.
• Производительность: Благодаря более эффективному микрокоду и КМОП-технологии, V20 выполнял большинство инструкций быстрее, чем Intel 8088 на той же тактовой частоте. Прирост производительности составлял от 10 до 30% в зависимости от задачи.
• Энергопотребление: КМОП-технология обеспечивала значительно меньшее энергопотребление (около 0,5 Вт) по сравнению с n-МОП-процессорами Intel (около 2 Вт), что делало V20 более привлекательным для портативных устройств.

Дополнительные возможности

NEC V20 имел несколько функций, отсутствовавших в Intel 8088:

• Дополнительные инструкции: V20 поддерживал несколько дополнительных инструкций, которые не входили в набор x86, но могли использоваться в специализированном программном обеспечении. Например, инструкции для ускоренной обработки строк и битовых операций.
• Режим эмуляции: V20 мог работать в режиме эмуляции процессора Intel 8080, что позволяло выполнять программное обеспечение, написанное для более ранних 8-разрядных систем на базе Intel 8080. Эта функция была полезна для совместимости с устаревшим программным обеспечением.
• Улучшенный контроллер прерываний: Встроенный контроллер прерываний был более гибким, чем в Intel 8088, что упрощало разработку периферийных устройств.

Сравнение с Intel 8088

Применение

Персональные компьютеры

NEC V20 использовался в различных клонах IBM PC, особенно в Японии и других азиатских странах. Многие производители материнских плат предлагали платы, которые могли работать как с Intel 8088, так и с NEC V20, что позволяло пользователям выбирать процессор в зависимости от бюджета и требований к производительности. V20 также устанавливался в некоторые модели персональных компьютеров NEC, таких как NEC PC-9801 (в ранних версиях), хотя основным процессором для этой серии был V30.

Встраиваемые системы

Благодаря низкому энергопотреблению и совместимости с x86, V20 нашёл применение во встраиваемых системах, промышленных контроллерах и терминалах. Он использовался в устройствах, где требовалась совместимость с программным обеспечением для IBM PC, но при этом были ограничения по энергопотреблению и тепловыделению.

Периферийные устройства

Процессор V20 также использовался в некоторых периферийных устройствах, таких как сетевые карты, контроллеры дисководов и принтеры, где требовалась обработка данных и управление интерфейсами.

Влияние и наследие

Рынок клонов процессоров

NEC V20 стал одним из первых успешных примеров обратно совместимого клона процессора Intel. Он продемонстрировал, что можно создать процессор, совместимый с x86, не нарушая авторских прав Intel, что стимулировало развитие рынка клонов процессоров в 1980-х и 1990-х годах. Другие компании, такие как AMD, Cyrix и Texas Instruments, последовали этому примеру, выпустив собственные совместимые процессоры.

Судебное дело NEC против Intel

Судебное разбирательство между NEC и Intel стало прецедентным в области защиты авторских прав на микрокод. Оно установило, что микрокод может быть защищён авторским правом, но независимо разработанный микрокод, функционально эквивалентный оригиналу, не является нарушением. Это решение оказало значительное влияние на индустрию полупроводников и программного обеспечения.

Техническое наследие

Хотя NEC V20 не стал массовым процессором для IBM PC-совместимых компьютеров на Западе, он был популярен в Японии и среди энтузиастов, которые ценили его повышенную производительность и низкое энергопотребление. V20 также использовался в некоторых моделях компьютеров NEC PC-9801, которые доминировали на японском рынке персональных компьютеров в 1980-х и начале 1990-х годов.

Интересные факты

• Эмуляция 8080: Режим эмуляции Intel 8080 в V20 был реализован на аппаратном уровне, что позволяло выполнять программы для 8-разрядных систем без потери производительности. Эта функция была уникальной для процессоров NEC.
• Совместимость с IBM PC: Некоторые пользователи IBM PC и совместимых компьютеров заменяли процессор Intel 8088 на NEC V20 для повышения производительности. Замена была простой, так как процессоры были совместимы по выводам.
• Производство: NEC V20 выпускался в различных вариантах корпусов, включая пластиковый DIP и керамический DIP, а также в версиях с разной тактовой частотой (5, 8, 10 МГц).

Источники

• NEC V20/V30 Microprocessor User's Manual. NEC Corporation, 1985.
• NEC V20/V30 Software Support Manual. NEC Corporation, 1986.
• Intel 8088 Microprocessor Data Sheet. Intel Corporation, 1979.
• «NEC v. Intel: A Landmark Case in Copyright Law for Software». Harvard Journal of Law & Technology, 1989.
• «The NEC V20 and V30: Faster than Intel?». Byte Magazine, 1985.
• «The 8088 and 8086 Microprocessors: Programming, Interfacing, Software, Hardware, and Applications» by Walter A. Triebel and Avtar Singh.