Реферат: Обзор процессоров и шин ПВМ начиная с 386 машин
Реферат: Обзор процессоров и шин ПВМ начиная с 386 машин
Московский институт радиотехники электроники и автоматики
кафедра АСОИУ при ИнтерЭВМ
_Р Е Ф Е Р А Т
_Тема: . Обзор процессоров и шин ПВМ
начиная с 386 машин.
- 2 -
1. Введение в МП 80386 фирмы Intel
МП вышел на рынок с уникальным преимуществом. Он является
первым 32 - разрядным МП, для которого пригодно существующее
прикладное программное обеспечение стоимостью 6,5 млрд. долл.,
написанное для МП предыдущих моделей от 8086/88 до 80286 (клон
IBM PC). Говорят, что системы совместимы, если программы напи-
санные на одной системе, успешно выполняются на другой. Если
совместимость распространяется только в одном направлении, от
старой системы к новой, то говорят о совместимости снизу
вверх. Совместимость снизу вверх на обьектном уровне поддержи-
вает капиталовложения конечного пользователя в программное
обеспечение, поскольку новая система просто заменяет более
медленную старую. Микропроцессор 80386 совместим снизу вверх с
предыдущими поколениями МП фирмы Intel. Это означает что прог-
раммы написанные специально для МП 80386 и использующие его
специфические особенности, обычно не работают на более старых
моделях. Однако, так как набор команд МП 80386 и его модули
обработки являются расширениями набора команд предшествующих
моделей, программное обеспечение последних совместимо снизу
вверх с МП 80386.
Специфическими особенностями МП 80386 являются многозадач-
ность, встроенное управление памятью, виртуальная память с
разделением на страницы, защита программ и большое адресное
пространство. Аппаратная совместимость с предыдущими моделями
сохранена посредством динамического изменения разрядности ма-
гистрали. МП 80386 выполнен на основе технологии CHMOS III
фирмы Intel, которая вобрала с себя быстродействие технологии
HMOS (МДП высокой плотности) и малое потребление мощности тех-
- 3 -
нологии CMOS (КМДП). МП 80386 предусматривает переключение
программ, выполняемых под управлением различных операционных
систем, такие как MS-DOS и UNIX. Это свойство позволяет разра-
ботчикам программ включать стандартное прикладное программное
обеспечение для 16 -разрядных МП непосредственно в 32 -разряд-
ную систему. Процессор определяет адресное пространство как
один или несколько сегментов памяти любого размера в диапазоне
от 1 байт до 4 Гбайт (4*2 530 0 байт). Эти сегменты могут быть ин-
дивидуально защищены уровнями привилегий и таким образом изби-
рательно разделяться различными задачами. Механизм защиты ос-
нован на понятии иерархии привилегий или ранжированного ряда.
Это означает, что разным задачам или программам могут быть
присвоены определенные уровни, которые используются для дан-
ной задачи. Схема поддержки программ МП 80386 представлена на
рис 1.
Заметим, что на рисунке некоторые биты регистров являются
неопределенными или отмечены как зарезервированные фирмой In-
tel для использования в будущем.
Рисунок 1 расположен на следующей странице.
- 4 -
рис.1
┌────────────────────────────┐
│ Защищенная среда МП 80386 │
└─────────────┬──────────────┘
┌──────────────────────┴────────────────────────┐
│ Процессор выбирает программы по очереди. │
│ Уровни привилегий гарантируют пользователям, │
│ что информация будет в безопасности. │
│ Набор команд МП 80386 включает все команды │
│ МП 8086 и 80286. │
└──────────────────────┬────────────────────────┘
│
┌─────────┬─────────┬──────────┼────────────┬───────────┬─────────┐
│Программы│Программы│ Программы│ Ядро │Остальные │Код │
│ для МП │ для МП │ для МП │операционной│программы │изгото- │
│ 8086 │ 80286 │ 80386 │ системы │операцион- │товителя │
│ │ │ │ │ные │комплекс-│
│ │ │ │ │ системы │ного обо-│
│ │ │ │ │ │рудования│
│ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │
│ 3 │ 3 │ 3 │ 0 │ 1 │ 2 │
└─────────┴─────────┴──────────┴────────────┴───────────┴─────────┘
Сегменты памяти с различными уровнями привилегий
- 5 -
2. Режимы процессора
Для более полного понятия системы команд МП 80386 необхо-
димо предварительно описать общую схему его работы и архитек-
туру.
В данном реферате не раскрывается более подробно значения
некоторых специфических слов и понятий, считая, что читатель
предварительно ознакомился с МП 8086 и МП 80286 и имеет
представление о их работе и архитектуре. Описываются только те
функции МП 80386, которые отсутствуют или изменены в предыду-
щих моделях МП.
МП 80386 имеет два режима работы: режим реальных адресов,
называемый реальным режимом, и защищенный режим.
2.1. Реальный режим
При подаче сигнала сброса или при включении питания уста-
навливается реальный режим, причем МП 80386 работает как очень
быстрый МП 8086, но, по желанию программиста, с 32-разрядным
расширением. В реальном режиме МП 80386 имеет такую же базовую
архитектуру, что и МП 8086, но обеспечивает доступ к 32-раз-
рядным регистрам. Механизм адресации, размеры памяти и обра-
ботка прерываний МП 8086 полностью совпадают с аналогичными
функциями МП 80386 в реальном режиме.
Единственным способом выхода из реального режима является
явное переключение в защищенный режим. В защищенный режим МП
80386 входит при установке бита включения защиты (РЕ) в нуле-
вом регистре управления (CR0) с помощью команды пересылки (MOV
- 6 -
to CR0). Для совместимости с МП 80286 с целью установки бита
РЕ может быть также использована команда загрузки слова состо-
яния машины LMSW. Процессор повторно входит в реальный режим в
том случае, если программа командой пересылки сбрасывает бит
РЕ регистра CR0.
2.2. Защищенный режим
Полные возможности МП 80386 раскрываются в защищенном режи-
ме. Программы могут исполнять переключение между процессами с
целью входа в задачи, предназначенные для режима виртуального
МП 8086. Каждая такая задача проявляет себя в семантике МП
8086 (т.е. в отношениях между символами и приписываемыми им
значениями независимо от интерпретирующего их оборудования).
Это позволяет выполнять на МП 80386 программное обеспечение
для МП 8086 - прикладную программу или целую операционную сис-
тему. В то же время задачи для виртуального МП 8086 изолирова-
ны и защищены как друг от друга, так и от главной операционной
системы МП 80386. Далее перейдем непосредственно к рассмотре-
нию шины данных МП 80386.
3. Шины
Прежде всего дадим определение шины. Шина - это канал пере-
сылки данных, используемый совместно различными блоками систе-
мы. Шина может представлять собой набор проводящих линий, выт-
равленных в печатной плате, провода припаянные к выводам разь-
емов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский ка-
бель. Компоненты компьютерной системы физически расположены
на одной или нескольких печатных платах, причем их число и фу-
- 7 -
нкции зависят от конфигурации системы, ее изготовителя, а час-
то и от поколения микропроцессора.
Информация передается по шине в виде групп битов. В состав
шины для каждого бита слова может быть предусмотрена отдельная
линия (параллельная шина), или все биты слова могут последова-
тельно во времени использовать одну линию (последовательная
шина). На рис 2. нарисовано типичное подключение устройств к
шине данных. рис.2
┌───────────┐ ┌───────────┐
│ Устройство│ │Устройство │
│ вывода │ │ ввода │
└───┬──┬────┘ └───┬──┬────┘
│ │ │ │
┌─────────┐ ┌──────────┐ ┌───┴──┴────┐ ┌───┴──┴────┐
│ ОЗУ │ │ ПЗУ │ │ Выходной │ │Входной │
│ │ │ │ │ буфер │ │ буфер │
└─┬┬┬┬┬┬┬┬┘ └─┬┬┬┬┬┬┬┬─┘ └─┬┬┬┬┬┬┬┬──┘ └┬┬┬┬┬┬┬┬───┘
││││││││ ││││││││ ││││││││ ││││││││ ┌─────┐
──┴┼┼┼┼┼┼┼────┴┼┼┼┼┼┼┼─────┴┼┼┼┼┼┼┼──────┴┼┼┼┼┼┼┼──┤D 40 0 П │
───┴┼┼┼┼┼┼─────┴┼┼┼┼┼┼──────┴┼┼┼┼┼┼───────┴┼┼┼┼┼┼──┤ р │
────┴┼┼┼┼┼──────┴┼┼┼┼┼───────┴┼┼┼┼┼────────┴┼┼┼┼┼──┤ о │
─────┴┼┼┼┼───────┴┼┼┼┼────────┴┼┼┼┼─────────┴┼┼┼┼──┤ ц │
──────┴┼┼┼────────┴┼┼┼─────────┴┼┼┼──────────┴┼┼┼──┤ е │
───────┴┼┼─────────┴┼┼──────────┴┼┼───────────┴┼┼──┤ с │
────────┴┼──────────┴┼───────────┴┼────────────┴┼──┤ с │
─────────┴───────────┴────────────┴─────────────┴──┤D 47 0 о │
