인텔 80386

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 초기 문제점
3. 아키텍처
4. 모델 및 변종
5. 호환 프로세서
6. 영향 및 평가
- 6.1. 80386 지원 운영체제
참조

1. 개요

인텔 80386은 1985년 출시된 32비트 x86 아키텍처 마이크로프로세서로, 16비트에서 32비트 컴퓨팅으로의 전환을 이끌었다. 80386은 가상 메모리 구현을 용이하게 하는 MMU(메모리 관리 장치)를 내장했으며, 실 모드, 보호 모드, 가상 8086 모드를 지원했다. 최초의 80386 기반 PC는 컴팩 데스크프로 386이었으며, 386SX, SL, EX 등 다양한 모델과 호환 프로세서가 출시되었다. 80386은 윈도우, 유닉스 등 32비트 운영 체제 시대를 열었으며, 32비트 명령어 집합은 이후 x86 아키텍처의 기반이 되었다.

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인텔 80386
기본 정보
인텔 i386 로고
회색 세라믹 방열판이 있는 인텔 i386DX 16MHz 프로세서
제조사	인텔 AMD IBM
생산 시작	1985년 10월
생산 종료	2007년 9월 28일
최저 클럭 속도	12.5 MHz
최고 클럭 속도	40 MHz
제조 공정	1.5 μm ~ 1 μm
아키텍처	x86-16 IA-32
패키지	132핀 PGA 132핀 PQFP SX 변형: 88핀 PGA, 100핀 BQFP (0.635 mm 피치)
이전 모델	Intel 80286
다음 모델	i486
코프로세서	386DX: Intel 80387 386SX: Intel 80387SX
트랜지스터 수	275,000개 386SL: 855,000개
데이터 폭	32비트 (386SX: 16비트)
주소 폭	32비트 (386SX: 24비트)
소켓	PGA132
지원 상태	지원 중단
모델	i386DX i386SX i386SL i376 i386EX(T/TB/C) i386CXSA i386SXSA/i386SXTA i386CXSB RapidCAD
추가 정보
설명	인텔 80386DX 33MHz 프로세서
참고	80286은 향상된 메모리 관리 기능과 성능을 갖춘 8086 아키텍처의 확장입니다. 이는 정수 성능만 고려한 것이며, 486DX 이전의 프로세서는 하드웨어에서 부동 소수점 계산을 수행하기 위해 코프로세서가 필요합니다. 부동 소수점 성능의 증가는 8086의 부동 소수점 코프로세서인 8087에 비해 수만 배, 8086에서 부동 소수점 소프트웨어 구현에 비해 수십만 배 증가합니다.

2. 역사

80386은 1982년에 'P3'라는 내부 명칭으로 개발이 시작되어^[4] 1985년 10월에 출시되었다.^[5] 초기에는 프로세서와 마더보드 등의 가격이 높아 널리 보급되지 못했다.^[10] 또한, 윈도우 95가 발표될 때까지 대부분의 개인용 컴퓨터 운영체제와 응용 프로그램이 16비트 코드로 제작되어 80386의 기능을 제대로 활용하지 못했다.

1988년에는 저가형 버전인 80386SX가 출시되었다.^[75] 80386SX는 기존의 80386 (80386DX)과 내부 구조는 동일하지만, 외부 버스가 16비트로 제한되어 80286 프로세서와 같은 방식으로 주변 장치와 접속할 수 있었다. 이로 인해 성능은 떨어졌지만, 더 저렴한 컴퓨터를 생산할 수 있게 되어 80386의 보급이 확대되었다.

컴팩은 80386을 탑재한 최초의 PC인 컴팩 데스크프로 386을 출시하여^[11] IBM PC 호환 표준의 주도권을 IBM에서 컴팩으로 옮기는 데 기여했다.

인텔은 80386의 세컨드 소스를 허용하지 않아 시장 독점을 유지했으나,^[56] 어드밴스드 마이크로 디바이스(AMD)가 호환 프로세서인 Am386을 출시하면서 경쟁이 시작되었다.^[56]

2007년 9월, 인텔은 i386 생산 중단을 발표했다.^[76]

2. 1. 초기 문제점

인텔은 초기 생산 과정에서 32비트 곱셈 연산 시 잘못된 결과를 반환할 수 있는 미세한 회로 결함을 발견했다.^[31] 이미 제조된 모든 프로세서가 이 결함의 영향을 받은 것은 아니었으므로, 인텔은 재고를 검사했다. 결함이 없는 프로세서에는 이중 시그마(ΣΣ) 표시를 했고, 결함이 있는 프로세서에는 "16 BIT S/W ONLY"라고 표시했다.^[31] 당시 대부분의 사용자에게 32비트 기능은 중요하지 않았기 때문에, 후자의 프로세서도 양품으로 판매되었다.^[32]

i387 수학 보조 프로세서가 80386 출시 시점에 준비되지 않았기 때문에, 초기 80386 마더보드 상당수는 80287을 사용할 수 있도록 소켓과 하드웨어 로직을 제공했다. 이 구성에서는 FPU가 CPU와 비동기적으로 작동했으며, 일반적으로 10MHz의 클럭 속도로 동작했다. 초기 컴팩 데스크프로 386이 이러한 설계의 한 예이다. 하지만 80287에 비해 80387의 성능 향상이 상당했기 때문에, 부동 소수점 성능에 의존하는 사용자에게는 성가신 일이었다.

3. 아키텍처

80286은 세그먼트 기반 메모리 관리 및 보호 시스템을 갖춘 16비트 프로세서였다. 80386은 아키텍처를 16비트에서 32비트로 확장하고, 온칩 메모리 관리 장치(MMU)를 추가하여 가상 메모리 구현을 용이하게 했다.^[21] 80386은 3단계 명령어 파이프라인을 추가하여 총 6단계 파이프라인으로 향상시켰고, 레지스터 디버깅을 지원했다.

80386은 실 모드, 보호 모드, 가상 모드의 세 가지 작동 모드를 제공했다. 286에서 처음 등장한 보호 모드는 386이 최대 4GB의 메모리를 주소 지정할 수 있도록 확장되었다. 세분화된 주소 지정 시스템을 통해 최대 64테라바이트의 가상 메모리를 지원한다.^[22] 새로운 가상 8086 모드(VM86)는 보호된 환경에서 하나 이상의 실 모드 프로그램을 실행할 수 있게 했다.^[23]

80386이 플랫 메모리 모델처럼 동작하도록 설정할 수 있는 기능은, AMD가 2003년 x86-64를 출시할 때까지 x86 프로세서 제품군에서 가장 중요한 기능 변화였다고 할 수 있다.

80386에는 BSF, BSR, BT, BTS, BTR, BTC, CDQ, CWDE, LFS, LGS, LSS, MOVSX, MOVZX, SETcc, SHLD, SHRD 등의 새로운 명령어가 추가되었다.

범용 프로그램을 위해 두 개의 새로운 세그먼트 레지스터(FS 및 GS)가 추가되었다. 286의 단일 머신 상태 단어는 8개의 제어 레지스터 CR0-CR7로 확장되었다. 하드웨어 중단점을 위해 디버그 레지스터 DR0-DR7이 추가되었다.^[61]

80386 개발의 수석 설계자는 John H. Crawford였다.^[24]

i486 및 P5 펜티엄 계열 프로세서는 i386 설계의 후속 제품이었다.

80386은 80286과 달리 리셋 없이도 실제 모드와 보호 모드를 자유롭게 전환할 수 있었다. 또한, 보호 모드에서 여러 개의 8086을 가상으로 동작시키는 가상 86 모드가 추가되었다.

범용 레지스터는 32비트로 확장되어, 기존 16비트 레지스터 이름에 "E"를 붙여 EAX, ESI 등으로 불렀다. 하위 16비트는 기존처럼 16비트/8비트 레지스터로 접근 가능했지만, 상위 16비트는 독립적인 16비트 레지스터로 사용할 수 없었다.

세그먼트 레지스터는 CS, DS, ES, SS 외에 FS, GS가 추가되었다. 보호 모드에서 세그먼트 레지스터는 세그먼트 주소 대신 메모리상의 세그먼트 디스크립터를 가리키는 선택자^[57] 역할을 했으며, 레지스터 크기는 16비트로 유지되었다. 오프셋 주소는 32비트 범용 레지스터^[58]를 사용하여 기술할 경우 인덱스에 `*1`, `*2`, `*4`, `*8` 중 하나의 곱셈(스케일 팩터)을 기술할 수 있었다.

컴파일러 언어 대응을 위해 EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, ESP, ESI, EDI 8개의 "범용 레지스터"가 거의 동등하게 처리될 수 있도록 직교성이 증가했다.

레지스터 및 명령어 확장은 CPU 모드와 관계없이 사용 가능하여, 실제 모드에서도 32비트 프로세서로 동작할 수 있었다. 단, 64KB 초과 접근 시 일반 보호 예외가 발생했다.^[59]

플래그 레지스터는 32비트로 확장되어 RF(Resume flag, 16번째 비트)와 VM(Virtual 8086 mode, 17번째 비트) 플래그가 추가되었다.

기존 MSW(Machine status word) 레지스터는 CR0-CR3의 4개 제어 레지스터로 확장되었다. CR0의 하위 16비트는 MSW, 추가된 플래그는 ET(Extension type, 4번째 비트)와 PG(Paging enable, 31번째 비트)였다. CR1은 예약되었고, CR2와 CR3는 페이징에 사용되었다.^[60]

TLB(Translation Lookaside Buffer) 테스트용 레지스터 TR6-TR7도 추가되었다.^[62]

32비트화로 논리적·물리적 주소 공간과 세그먼트 크기가 4GB로 확장되어, 플랫 메모리 모델(선형 메모리 모델)로 모든 메모리 공간을 사용할 수 있게 되었다. 페이지 단위 메모리 관리도 추가되어 현대적인 OS 구현이 용이해졌다.

x86 아키텍처 CPU 중 최초로 여러 개의 병렬 스테이지(6단계)를 가진 파이프라인 구조를 채택했다.^[63] 80286은 4단 파이프라인을 가졌다.^[64] 80386의 명령어 실행은 마이크로코드로 구현되어 여러 사이클이 필요했고, 복잡한 명령어는 디코딩에 더 많은 사이클이 필요했다.

i386 레지스터
구분	31 ... 16	15 ... 8	7 ... 0	설명
주요 레지스터 (8/16/32비트)	EAX	AX	AL	어큐뮬레이터 레지스터
ECX	CX	CL	카운트 레지스터
EDX	DX	DL	데이터 레지스터
EBX	BX	BL	베이스 레지스터
인덱스 레지스터 (16/32비트)	ESP	SP	(없음)	스택 포인터
EBP	BP	(없음)	베이스 포인터
ESI	SI	(없음)	소스 인덱스
EDI	DI	(없음)	목적지 인덱스
프로그램 카운터 (16/32비트)	EIP	IP	(없음)	명령어 포인터
세그먼트 선택자 (16비트)	(없음)	CS	(없음)	코드 세그먼트
(없음)	DS	(없음)	데이터 세그먼트
(없음)	ES	(없음)	추가 세그먼트
(없음)	FS	(없음)	F 세그먼트
(없음)	GS	(없음)	G 세그먼트
(없음)	SS	(없음)	스택 세그먼트

상태 레지스터 (EFlags)
비트 위치	17	16	15	14	13, 12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
기능	V	R	0	N	IOPL		O	D	I	T	S	Z	0	A	0	P	1	C
EFlags

3. 1. 명령어 세트

80386 프로세서는 기존의 16비트 명령어의 32비트 확장 버전과 함께 BSF, BSR, BT, SETcc, SHLD, SHRD 등 여러 새로운 명령어를 추가했다. 이 명령어들은 시스템 명령어, 기존 명령어의 32비트 확장, 기타 일반 명령어로 분류할 수 있다.

기존 명령어와 기능은 같지만 32비트 데이터나 레지스터를 처리하는 명령어는 다음과 같다.

CDQ (Convert doubleword to quadword)
CMPSD (Compare string doubleword)
CWDE (Convert word to doubleword)
INSD (Input string doubleword)
IRETD (Interrupt return using EIP)
JECXZ (Jump if ECX is zero)
LODSD (Load string doubleword)
MOVSD (Move string doubleword)
OUTSD (Output string doubleword)
POPAD (Pop all general-purpose doubleword registers)
POPFD (Pop extended flags off stack)
PUSHAD (Push all general-purpose doubleword registers)
PUSHFD (Push extended flags onto stack)
SCASD (Scan string doubleword)
STOSD (Store string doubleword)

16비트 및 32비트 주소 속성을 처리할 수 있는 조건 점프 명령어도 추가되었다.

새롭게 추가된 명령어는 다음과 같다.

비트 테스트 명령어 (6개):
BSF (Bit scan forward)
BSR (Bit scan reverse)
BT (Bit test)
BTC (Bit test and complement)
BTR (Bit test and reset)
BTS (Bit test and set)
주소(세그먼트·오프셋) 로드 명령어 (SS, FS, GS 세그먼트 레지스터 지원):
LFS (Load pointer using FS)
LGS (Load pointer using GS)
LSS (Load pointer using SS)
데이터 비트 길이 확장 및 시프트 명령어 (결과를 다른 레지스터에 저장):
MOVSX (Move with sign extend)
MOVZX (Move with zero extend)
SHLD (Double precision shift left)
SHRD (Double precision shift right)
조건 SET 명령어: 조건 점프 명령어의 "J"를 "SET"으로 바꿔, 조건 일치 시 판정 결과를 지정된 레지스터나 메모리에 저장한다.

80386은 몇 가지 비공개 명령어 또한 포함했다.

ICEBP: ICE 연결 시 ICE 측 프로그램으로 제어를 이동, 미연결 시 단일 단계 인터럽트 INT 1을 실행한다.^[67] (나중에 INT1, 오퍼코드 F1로 공개)
UMOV: ICE 측 메모리와 디버그 대상 측 메모리 간 전송을 수행한다.^[67]
LOADALL: ICE 연결 시 ICEBP 실행 시점의 레지스터 상태를 복원해 디버그 대상 측 프로그램 실행으로 복귀한다. 리얼 모드에서도 프로텍티드 모드 메모리 포함 4GB 메모리에 접근 가능하다. (80386 이후 언리얼 모드를 통해 LOADALL 없이 리얼 모드에서 4GB 메모리 접근 가능)

3. 2. 데이터 타입

80386은 다음 데이터 형식을 직접 지원한다.

비트(부울 값), 비트 필드(최대 32비트), 비트 문자열(최대 4Gbit)
8비트 정수(바이트): 부호 있는 경우(-128…127), 부호 없는 경우(0…255)
16비트 정수: 부호 있는 경우(-32,768…32,767), 부호 없는 경우(0…65,535)
32비트 정수: 부호 있는 경우(-2³¹…2³¹−1), 부호 없는 경우(0…2³²−1)
오프셋: 메모리 위치를 참조하는 16비트 또는 32비트 변위
포인터: 16비트 선택자와 16비트 또는 32비트 오프셋
문자: 8비트 문자 코드
문자열: 8비트, 16비트 또는 32비트 단어의 시퀀스(최대 4G바이트)^[26]
BCD: 압축되지 않은 바이트로 표현된 10진수(0…9)
압축 BCD: 하나의 바이트에 두 개의 BCD 숫자(0…99)

3. 3. CPU 식별

80386은 이후 CPUID 명령어와 유사한 프로세서 시그니처(signature) 개념을 도입했지만, CPUID 명령어 자체는 없었다. 인텔은 플래그 레지스터를 사용한 CPU 판별 방법을 제시하였다.^[65]

80386과 80486 이후를 구분하는 방법으로는 80486에서 추가된 AC 비트의 존재를 이용할 수 있다. `PUSHFD`와 `POPFD` 명령어로 읽고 쓸 수 있는 32비트 플래그 중 18번째 비트가 해당하며, 이 비트를 변경할 수 있다면 80486 이상, 변경할 수 없다면 80386 계열 CPU라고 판단할 수 있다. 단, 32비트 플래그 레지스터에 접근하는 명령어는 16비트 CPU에는 존재하지 않으므로, 80286 이전인지 80386 이후인지를 먼저 판별해야 한다(Intel 80286 참조).

리셋 직후 EDX 레지스터에는 이후 CPUID의 EAX=1에 해당하는 CPU 식별 정보(프로세서 시그니처)가 저장된다. 이 정보를 사용할 수 있다면 CPU 식별이 가능하다(CPUID 참조). 80386의 프로세서 시그니처는 80486 이후나 CPUID 명령어와 정의가 약간 다르다. 80386에서는 프로세서 타입에 4비트가 사용된다. 패밀리는 4비트로 동일하지만, 모델 번호에 해당하는 4비트는 메이저 스테핑, 스테핑 ID에 해당하는 4비트는 마이너 스테핑이라고 불린다. 상위 16비트는 모두 예약 비트이며, 확장 패밀리와 확장 모델은 사용할 수 없다.

4. 모델 및 변종

1988년, 인텔은 80386SX(SX는 Single-word eXternal, 16비트 외부 버스를 의미)를 출시했다. 기존 80386은 32비트 외부 버스를 가진다는 점을 명확히 하기 위해 'Double-word eXternal'의 약자인 'DX'를 붙여 '인텔 80386DX'로 불렀으며, i386DX 또는 386DX라고도 불렸다.

386SX는 386DX와 내부 구조는 동일하지만, 외부 버스가 16비트로 제한되어 이전 80286 프로세서와 같이 주변 장치와 연결되었다. 성능은 다소 낮았지만, 더 저렴하게 컴퓨터를 생산할 수 있었다. 386 CPU를 처음 탑재한 컴퓨터는 컴팩이었다.^[75] 386SX는 24개의 주소 버스 핀으로 인해 주소 지정이 16MB로 제한되었지만, 당시에는 큰 제약이 아니었다.

컴팩(Compaq) Deskpro 컴퓨터에 있는 인텔 80386SX 프로세서

80386SL은 노트북 컴퓨터를 위해 전력 효율을 높인 버전으로, SMM 등 다양한 전력 관리 옵션과 절전 모드를 제공하여 배터리 전력을 절약했다.^[36]

인텔 32비트 CPU의 기반이 되는 명령어 세트 및 컴퓨터 아키텍처(IA-32)는 80386을 기준으로 확립되었으며, 80386과 호환 프로세서들을 통칭하여 x86 또는 i386 아키텍처라고 부르게 되었다.

80386 CPU는 개인용 컴퓨터용으로는 오래전에 단종되었으나, 항공우주 공학 등 임베디드 시스템용으로 계속 생산되었다. 2007년 9월, 386 생산이 중단되었다.^[76]

80376은 임베디드 시스템용 마이크로컨트롤러로, 80386SX를 기반으로 하지만 실모드를 구현하지 않고 부팅 시부터 보호 모드에서 동작한다.^[69]

80386EX는 80386SX 코어를 사용한 임베디드 시스템용 마이크로컨트롤러이다. 클록, 시스템 관리, 타이머 카운터, 와치독 타이머, 동기/비동기 직렬 입출력, 병렬 입출력, DMA 컨트롤러, DRAM 리프레시, JTAG 검사 로직 등 주변 회로를 통합하여 크기, 소비 전력, 비용을 절감했다.^[70] 상세 사양은 다음과 같다.

제품명	데이터/주소 버스	패키지	공정	최대 클럭 속도	기타
i386EX	16/26비트	PQFP-132, SQFP-144, PGA-168	CHMOS V, 0.8 μm	16 MHz @ 2.7–3.3V 20 MHz @ 3.0–3.6V 25 MHz @ 4.5–5.5V	82C59A 인터럽트 컨트롤러 2개, 타이머, 카운터(3채널), 비동기 직렬 입출력(2채널), 동기 직렬 입출력(1채널), 워치독 타이머(하드웨어/소프트웨어), 병렬 입출력. 80387SX 또는 i387SL FPU와 함께 사용 가능.
i386EXTB	16/26비트	PQFP-132, SQFP-144, PGA-168	CHMOS V, 0.8 μm	20 MHz @ 2.7–3.6V 25 MHz @ 3.0–3.6V
i386EXTC	16/26비트	PQFP-132, SQFP-144, PGA-168	CHMOS V, 0.8 μm	25 MHz @ 4.5–5.5V 33 MHz @ 4.5–5.5V
i386CXSA	16/26비트 (i386SXSA는 24비트)	BQFP-100	CHMOS V, 0.8 μm	25, 33, 40 MHz	투명 전원 관리 모드, 통합 MMU, TTL 호환 입력(386SXSA만 해당). i387SX 또는 i387SL FPU와 함께 사용 가능.
i386SXSA (또는 i386SXTA)	16/24비트	BQFP-100	CHMOS V, 0.8 μm	25, 33, 40 MHz
i386CXSB	16 / 26 비트	BQFP-100	CHMOS V, 0.8 μm	16, 25 MHz	투명 전원 관리 모드, 통합 MMU. i387SX 또는 i387SL FPU와 함께 사용 가능.

IBM은 자체 PC 및 보드에 사용하기 위해 386 칩을 라이선스 하에 제조했다. IBM 386SLC 및 파생 모델은 다음과 같다.

모델명	설명
IBM 386SLC	인텔 80386에 없는 독자적인 CPU 캐시를 탑재했다. `RDMSR`·`WRMSR` 명령어가 구현되었다.^[72] 386SL(386SX) 기반 IBM 개량형으로, 8KB 내장 캐시를 탑재했다. IBM PS/2 등에 탑재되었다.
IBM 386SLC2	IBM 386SLC의 더블 클럭 버전. (예: 386SLC2-50/25는 베이스 클럭 25MHz, 내부 클럭 50MHz) PS/V 등에 탑재되었다.
IBM 486SLC	IBM 386SLC 개량판, 16KB 내장 캐시 탑재. 코어는 386SL(386SX) 기반. 씽크패드 등에 탑재되었다.
IBM 486SLC2	IBM 486SLC의 더블 클럭 버전. PS/V, 씽크패드 등에 탑재되었다.
Blue Lightning	인텔 80386의 32비트 버전에 해당. 최대 3배속 제품도 있었다. 386DX 기반 또는 486SL 기반이라고도 한다.^[74]

4. 1. 5V 모델

1985년 10월에 발표된 최초 버전이다.^[33] 초기 모델의 주요 사양은 다음과 같다.

클럭 속도 및 가격:
16MHz: 100개 단위로 299달러()
20MHz: 100개 단위로 599달러()^[12]
33MHz: 1989년 4월 10일 출시^[16]
외부 버스: 16비트 또는 32비트
패키지: PGA-132^[34] 또는 PQFP-132 (1985년 4분기 샘플 제공)
공정: 초기에는 CHMOS III, 1.5 μm, 이후 CHMOS IV, 1 μm
다이 크기:
CHMOS III: 104 mm² (약 10 mm × 10 mm)
CHMOS IV: 39 mm² (6 mm × 6.5 mm)
트랜지스터 수: 275,000개^[2]^[16]

초기 386 버전은 275,000개의 트랜지스터를 포함했다.^[2] 성능은 다음과 같았다.

20 MHz 버전: 4~5 MIPS, 초당 8,000~9,000 드라이스톤(Dhrystone) 처리^[12]
25 MHz 버전: 7 MIPS^[13]
33 MHz 버전: 약 11.4~11.5 MIPS^[14]^[15], 같은 속도에서 8 VAX MIPS^[16], 명령어당 약 4.4 클럭^[17]

처음 발표 당시 명칭은 Intel 80386이었다. 80386 전용 부동소수점 연산 장치로는 80387이 있었고, 사양상 80287도 연결 가능했지만, 기계가 80287을 지원하도록 설계되어야 했다.

1988년에 80386SX (SX는 Single-word eXternal, 16비트 외부 버스)가 추가되면서, 기존 32비트 외부 버스 프로세서는 DX (Double-word eXternal, 32비트 외부 버스)를 붙여 Intel 80386DX로 개명했다. 인텔이 80386부터 세컨드 소스를 폐지하면서 Am386 등 호환 프로세서가 등장했고, 이에 대한 대책으로 i386DX로 불리기도 했다.

초기 제품에는 32비트 연산 오류, 가상 86 모드 작동 오류 등 결함이 있었지만, 당시 MS-DOS 등 소프트웨어가 주류였고, 80286처럼 고속의 8086/V30^[56]으로 주로 사용되어 32비트 기능 미사용은 큰 문제가 아니었다. PC-9800 시리즈 최초 32비트 기종 "PC-98XL²"는 32비트 기능이 옵션이었고, "기능 확장 프로세서" 구입 후 CPU 교체로 32비트 기능을 제공했지만, 이는 결함 수정된 80386이었다.

인텔은 원래 80386을 16MHz로 출시할 계획이었으나, 낮은 수율(yield) 때문에 12.5MHz로 출시했다.^[30] 초기 생산 과정에서 32비트 곱셈 연산에서 잘못된 결과 반환 가능성이 있는 미세 회로 결함이 발견되었다. 모든 프로세서가 영향을 받은 것은 아니어서, 인텔은 재고를 검사하여 결함 없는 프로세서에는 이중 시그마(ΣΣ) 표시, 결함 있는 프로세서에는 "16 BIT S/W ONLY"라고 표시했다.^[31] 후자는 당시 32비트 기능이 대부분 사용자에게 중요하지 않아 양품으로 판매되었다.^[32]

i387 수학 보조 프로세서가 80386 출시 시점에 준비되지 않아, 초기 80386 마더보드 상당수는 80287 사용을 위한 소켓과 하드웨어 로직을 제공했다. 이 구성에서 FPU는 CPU와 비동기적으로 작동, 보통 10MHz 클럭 속도였다. 초기 컴팩 데스크프로 386이 대표적 예시이다. 그러나 80287 대비 80387 성능 향상이 커서 부동 소수점 성능 의존 사용자에게는 성가신 일이었다.

인텔은 나중에 i386 패키징 486DX 수정 버전을 출시, 인텔 RapidCAD로 브랜드화했다. 이는 i386 호환 하드웨어 사용자에게 업그레이드 경로를 제공했다. i386과 i387을 모두 대체하는 두 칩 세트였다. 486DX 설계에 FPU가 포함되어 i386 대체 칩은 부동 소수점 기능 포함, i387 대체 칩은 역할이 거의 없었다. 그러나 후자는 메인보드에 FERR 신호 제공, 일반 부동 소수점 장치처럼 작동하는 데 필요했다.

군용 버전은 CHMOS III 공정 기술로 제작, 105 래드(Rad)(Si) 이상 방사선에도 견딜 수 있도록 제작, 100개 단위로 개당 945달러()에 판매되었다.^[35]

4. 2. 임베디드 시스템용 버전

80376은 임베디드 시스템용 마이크로컨트롤러이다. 80386SX를 기반으로 하지만, 실모드를 구현하지 않고 부팅 시부터 보호 모드에서 동작한다.^[69]

80386EX는 풀 스태틱 설계의 80386SX 코어를 사용한 임베디드 시스템용 마이크로컨트롤러이다. 클록, 시스템 관리, 타이머 카운터, 와치독 타이머, 동기/비동기 직렬 입출력, 병렬 입출력, DMA 컨트롤러, DRAM 리프레시, JTAG 검사 로직 등의 주변 회로를 통합하여 풋프린트와 소비 전력 및 비용을 절감하고 있다.^[70]

i376은 80386SX의 임베디드 버전으로, 실 모드와 MMU의 페이징을 지원하지 않는다. i386EX, i386EXTB, i386EXTC는 시스템 및 전원 관리, 내장 주변 장치 및 지원 기능을 통합한 버전이다. i386CXSA, i386SXSA (또는 i386SXTA)는 투명 전원 관리 모드, 통합 MMU 및 TTL 호환 입력을 제공한다. i386CXSB는 투명 전원 관리 모드와 통합 MMU를 갖추고 있다.

상세 사양은 다음과 같다.

제품명	데이터/주소 버스	패키지	공정	최대 클럭 속도	기타
i386EX	16/26비트	PQFP-132, SQFP-144, PGA-168	CHMOS V, 0.8 μm	16 MHz @ 2.7–3.3V 20 MHz @ 3.0–3.6V 25 MHz @ 4.5–5.5V	82C59A 인터럽트 컨트롤러 2개; 타이머, 카운터(3채널); 비동기 직렬 입출력(2채널); 동기 직렬 입출력(1채널); 워치독 타이머(하드웨어/소프트웨어); 병렬 입출력. 80387SX 또는 i387SL FPU와 함께 사용 가능.
i386EXTB	16/26비트	PQFP-132, SQFP-144, PGA-168	CHMOS V, 0.8 μm	20 MHz @ 2.7–3.6V 25 MHz @ 3.0–3.6V
i386EXTC	16/26비트	PQFP-132, SQFP-144, PGA-168	CHMOS V, 0.8 μm	25 MHz @ 4.5–5.5V 33 MHz @ 4.5–5.5V
i386CXSA	16/26비트 (i386SXSA의 경우 24비트)	BQFP-100	CHMOS V, 0.8 μm	25, 33, 40 MHz	투명 전원 관리 모드, 통합 MMU 및 TTL 호환 입력(386SXSA만 해당). i387SX 또는 i387SL FPU와 함께 사용 가능.
i386SXSA (또는 i386SXTA)	16/24비트	BQFP-100	CHMOS V, 0.8 μm	25, 33, 40 MHz
i386CXSB	16 / 26 비트	BQFP-100	CHMOS V, 0.8 μm	16, 25 MHz	투명한 전원 관리 모드와 통합된 MMU를 갖추고 있다. i387SX 또는 i387SL FPU와 함께 사용할 수 있다.

4. 3. 기타 모델

80386SX는 1988년에 출시된 인텔 80386의 저가형 버전이다. 386SX는 16비트 외부 데이터 버스를 사용하여 시스템 비용을 절감했다. 원래 80386은 32비트 외부 버전을 구분하기 위해 386DX로 이름이 변경되었다. 386SX는 내부적으로는 32비트였지만, 16비트 버스로 인해 회로 기판 설계가 단순화되어 전체 비용이 절감되었다. 24개의 주소 버스 핀으로 인해 주소 지정은 16MB로 제한되었지만, 당시에는 큰 제약이 아니었다. 성능 차이는 데이터 버스 폭의 차이와 더불어, 원래 칩을 사용하는 보드에서 자주 사용되는 캐시의 영향도 있었다. 386SX는 표면 실장 QFP로 제공되었으며, 업그레이드를 위해 소켓에 제공되기도 했다.^[15]

80386SL은 노트북 컴퓨터를 위해 전력 효율을 높인 버전으로 출시되었다. SMM와 같은 다양한 전력 관리 옵션과 절전 모드를 제공하여 배터리 전력을 절약했다.^[36] 또한 16~64KB의 외부 캐시를 지원했다. 이러한 추가 기능과 회로 구현 기술로 인해 i386DX보다 3배 이상 많은 트랜지스터를 포함했다. i386SL은 처음에 20MHz 클럭 속도로 출시되었고,^[37] 나중에 25MHz 모델이 추가되었다.^[38]

IBM은 자체 PC 및 보드에 사용하기 위해 386 칩을 라이선스 하에 제조했다. IBM 386SLC 및 파생 모델은 다음과 같다.

모델명	설명
IBM 386SLC	인텔 80386에 없는 독자적인 CPU 캐시를 탑재했다. `RDMSR`·`WRMSR` 명령어가 구현되어 있었다.^[72] 386SL(386SX) 기반의 IBM 개량형으로, 8KB 내장 캐시를 탑재했다. IBM PS/2 등에 탑재되었다.
IBM 386SLC2	IBM 386SLC의 더블 클럭 버전이다. 예를 들어 386SLC2-50/25는 베이스 클럭 25MHz, 내부 클럭 50MHz로 작동한다. PS/V 등에 탑재되었다.
IBM 486SLC	IBM 386SLC의 개량판으로, 16KB의 내장 캐시를 탑재했다. 코어는 386SL(386SX) 기반이다. 씽크패드 등에 탑재되었다.
IBM 486SLC2	IBM 486SLC의 더블 클럭 버전이다. PS/V, 씽크패드 등에 탑재되었다.
Blue Lightning	인텔 80386의 32비트 버전에 해당하는 제품군이다. 여러 종류가 있으며, 최대 3배속 제품도 있었다. 386DX 기반 또는 486SL 기반이라고도 한다.^[74]

5. 호환 프로세서

AMD는 1991년 3월 Am386 프로세서를 출시하여 386 호환 프로세서에 대한 인텔의 독점에 도전했다.^[27] AMD의 Am386SX와 Am386DX는 인텔 i386SX와 i386DX의 거의 완벽한 복제품이었다. 법적 분쟁으로 생산이 지연되기도 했지만, AMD의 40MHz 부품은 저렴하고 저전력인 25MHz 486SX의 대안으로 컴퓨터 애호가들 사이에서 인기를 얻었다. 전력 소비를 더욱 낮춘 "노트북 모델"(Am386 DXL/SXL/DXLV/SXLV)은 3.3V에서 작동하고 완전 정적 CMOS 회로로 구현되었다.

칩스 앤 테크놀로지스의 Super386 38600SX와 38600DX는 역설계를 통해 개발되었다. 그러나 기술적 오류와 비호환성, 늦은 출시로 인해 판매량이 저조하여 단명했다.

사이릭스의 Cx486SLC/Cx486DLC는 소량의 온칩 캐시를 포함한 386/486 하이브리드 칩이었다. 이 칩은 컴퓨터 애호가들 사이에서 인기를 얻었지만, 주문자 상표 부착 생산(OEM) 업체에서는 판매량이 저조했다. Cx486SLC와 Cx486DLC는 각각 i386SX 및 i386DX와 핀 호환이 가능했으며, 텍사스 인스트루먼츠에서도 제조 및 판매되었다.

6. 영향 및 평가

80386은 1985년 10월에 발표되었지만, 프로세서와 마더보드 가격이 비싸 초기에는 널리 보급되지 못했다. 또한 당시 대부분의 개인용 컴퓨터 운영체제와 응용 프로그램이 16비트 코드로 제작되어 80386의 기능을 제대로 활용하지 못했다.^[75]

하지만 80386은 IA-32(명령어 세트 및 컴퓨터 아키텍처)의 기반을 확립하여 이후 인텔 32비트 CPU의 기본 바탕이 되었다. 80386과 호환 프로세서들을 통칭하여 x86 또는 i386 아키텍처라고 부르게 되었다. 80386 자체는 개인용 컴퓨터에서 오래전에 단종되었지만, 항공우주 공학 등의 임베디드 시스템용으로는 계속 생산되다가 2007년 9월에 생산이 중단되었다.^[76]

최초의 80386 기반 PC는 컴팩 데스크프로 386(Compaq Deskpro 386)이었다. 컴팩(Compaq)은 32비트 컴퓨팅 환경으로 PC 플랫폼을 확장하여 PC "복제" 산업의 정당성을 확보하고 IBM의 역할을 축소하는 데 기여했다.^[27]

80386은 한동안 인텔에서만 독점 공급되었는데, 이는 당시 인텔 CEO였던 앤디 그로브의 결정 때문이었다. 이러한 독점은 인텔의 시장 성공에 중요한 역할을 했다. AMD는 1991년 3월에 호환 프로세서인 Am386을 출시하여 인텔의 독점을 종식시켰다.^[27]

초기 80386에는 32비트 연산 오류나 가상 86 모드 작동 오류와 같은 결함이 있었지만, 당시에는 MS-DOS와 같은 소프트웨어가 주류였기 때문에 큰 문제는 되지 않았다. PC-9800 시리즈 최초의 32비트 기종인 "PC-98XL²"에서는 32비트 기능이 옵션으로 제공되기도 했다.

80386에 구현된 32비트 명령어(IA-32)는 ARM 아키텍처와 함께 현재까지 가장 널리 보급된 명령어 아키텍처로 평가받는다. 80386 이후 IA-32 프로세서는 기본 명령어 추가는 거의 없었고, MMX, SSE 등 SIMD 명령어 추가가 주를 이루었다.

MS-DOS 환경에서 80386은 메모리 관리자를 통해 EMS 메모리를 효율적으로 구현할 수 있었지만, 이는 80386의 기능을 온전히 활용하지 못하는 한계가 있었다. 가상 86 모드 사용 시 I/O 액세스 등에서 발생하는 트랩 처리로 인해 성능 저하가 발생하기도 했다.

6. 1. 80386 지원 운영체제

윈도우 계열에서는 Windows 9x 시리즈 중 Windows 95가 80386을 공식적으로 지원한 유일한 버전이었으며, 최소 386DX가 필요했지만 486 이상을 권장했다.^[45] Windows 98은 486DX 이상이 필요했다.^[46] Windows NT 계열에서는 Windows NT 3.51이 80386을 지원한 마지막 버전이었다.^[47]^[48]

데비안 GNU/리눅스는 2005년 3.1(Sarge) 출시와 함께 80386 지원을 중단했고, 2007년 4.0(Etch)에서 완전히 지원을 제거했다.^[49]^[50] SMP 기본 요소에 대한 유지 관리 부담을 이유로 리눅스 커널 개발자들은 2012년 12월 개발 코드베이스에서 지원을 삭제했고, 이후 커널 버전 3.8로 출시되었다.^[20]

BSD 중에서는 FreeBSD의 5.x 버전이 80386을 지원한 마지막 버전이었다. 5.2 버전에서 386SX 지원이 중단되었고,^[51] 2005년 6.0 버전에서 나머지 386 지원이 제거되었다.^[52] OpenBSD는 4.2 버전(2007)에서 80386 지원을 제거했고,^[53] DragonFly BSD는 1.12 버전(2008)에서,^[54] NetBSD는 5.0 버전(2009)에서 제거했다.^[55]

80386을 위해 개선된 운영체제는 다음과 같다.

마이크로소프트 윈도우 (Windows)
* Windows 386 2.1 (리얼 모드용 16비트 응용 프로그램을 전제로 한 16비트 OS이지만, OS 자체는 80386의 프로텍티드 모드를 활용)
* Windows 3.0 (80286에 상당하는 프로텍티드 모드에 대응하는 16비트 응용 프로그램을 전제로 한 16비트 OS이지만, OS 자체는 향상된 모드 동작 시 32비트 가상 86 모드를 활용)
* Windows NT (OS 자체를 32비트화)
OS/2
* OS/2 2.0 (OS 자체를 32비트화. MVDM에 가상 86 모드를 사용)
넷웨어
* NetWare 386 (MS-DOS에서 기동하여 80386의 프로텍티드 모드를 사용)
TownsOS
* 후지쓰 FM TOWNS용 (MS-DOS에 DOS 익스텐더를 조합. 80386의 프로텍티드 모드를 사용. 4GB 선형 논리 주소 공간을 활용한 멀티미디어 데이터 처리를 가능하게 했다)

80386 탑재 PC는 당시 번영했던 RISC 워크스테이션 등보다는 훨씬 저렴했기 때문에, 더 대규모 시스템에서 사용되던 유닉스와 같은 32비트 OS 환경을 이러한 저렴한 개인용 컴퓨터에 이식하려는 시도가 80386의 등장으로 시작되었다. 1988년에는 당시 이미 SPARC 프로세서를 탑재한 SUN-4를 제조·판매하고 있던 썬 마이크로시스템즈(Sun Microsystems)(Sun Microsystems)가 SUN386i라고 명명한, SUN OS 4.0의 386 지원 버전을 탑재한 워크스테이션을 발표하여 저렴할 뿐만 아니라, 당시 SPARC 탑재 기기에서는 어려웠던 MS-DOS 환경과 SUN OS 환경의 공존을 제한적으로 가능하게 하는 등, 당시 RISC 프로세서 탑재 기기에는 없는 새로운 기능을 제안했다. 그 후, 386BSD(후의 FreeBSD 및 NetBSD) 및 리눅스(Linux)(Linux) 등 오늘날 대표적인 PC-유닉스 계열 환경의 이식 및 빌드가 시작되었는데, 그 이유와 동기는 80386의 등장으로 개인용 컴퓨터가 이러한 현대적인 32비트 운영 체제 환경을 구현할 만한 기능과 성능을 갖추게 되었기 때문이다. 2000년대 말에는 윈도우(Windows)(Microsoft Windows)가 OS 시장의 대부분을 차지한 데다, PC-유닉스가 전통적인 유닉스와 동등한 기능과 신뢰성을 갖추게 되면서, 80386에서 시작된 IA-32를 이용하는 편이 압도적으로 비용 효율이 높아졌기 때문에, 하이엔드 용도나 레거시 소프트웨어 이용을 제외하고는 IA-32가 SPARC를 몰아내는 데까지 이르렀다.

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_[56] 문서 다시 말하지만, 동일한 클럭 주파수에서, 모두 리얼 모드에서도 386보다 286이 더 빠르다. 386을 프로텍트 모드로 하면 (MS-DOS에서 사용하더라도 확장 메모리 매니저를 사용하려면 필요하다) 그 차이는 더 커진다. 그래서인지 인텔은 16MHz 이상의 286을 출시하지 않았다. 반대로 286의 세컨드 소스나 286 호환 CPU 제조업체는 16MHz 이상, 심지어 일부 제조업체에서는 25MHz라는 고속의 286을 제조 판매했다.
_[57] 문서 [[세그먼트 방식#x86]] 참조
_[58] 문서 단, 스택 포인터(ESP)는 인덱스로 사용할 수 없다.
_[59] 문서 64KB를 초과하는 액세스에는 미리 세그먼트 리미트 변경이 필요하다. [[리얼 모드]] 참조.
_[60] 문서 80486 이후에는 CR3의 하위 비트에 새로운 플래그도 설정되었다.
_[61] 문서 그 중 2개는 예약되어 있을 뿐 기능은 없다.
_[62] 문서 80486에서는 TR3-TR5가 추가되었다.
_[63] 웹사이트 http://download.inte[...]
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