Обзор процессоров и шин ПВМ начиная с 386 машин

Библиотека Рефераты Курсовые Дипломы Поиск

Компьютеры, Программирование Компьютеры и периферийные устройства

- 2 - 1. Введение в МП 80386 фирмы I el 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 I el. 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 I el, 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 U IX. 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 I - el 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 - o 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 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? П ? р ? о ? ц ? е ? с ? с ? о ? ? р ? ? - 8 - 3.1 Шина с тремя состояниями Шина с тремя состояниями напоминает телефонную линию общего пользования, к которой подключено много абонентов. Три состо- яние на шине - это состояния высокого уровня, низкого уровня и высокого импеданса. Состояние высокого импеданса позволяет устройству или процессору отключиться от шины и не влиять на уровни, устанавливаемые на шине другими устройствами или про- цессорами. Таким образом, только одно устройство является ве- дущим на шине. Управляющая логика активизирует в каждый конк- ретный момент только одно устройство, которое становиться ве- дущим. Когда устройство активизировано, оно помещает свои данные на шину, все же остальные потенциальные ведущие перево- дятся в пассивное состояние. К шине может быть подключено много приемных устройств - получателей. Обычно данные на шине предназначаются только для одного из них. Сочетание управляющих и адресных сигналов, оп- ределяет для кого именно. Управляющая логика возбуждает специ- альные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю когда ему следует принимать данные. Получатели и отправители могут быть однонаправленными (т.е. осуществлять только либо переда- чу, либо прием) и двунаправленными (осуществлять и то и дру- гое). На рис. 3 показаны двунаправленные отправители/получате- ли, подключенные к шине. Рисунок 3 расположен на следующей странице. - 9 - рис.3 ? ? Микропроцессор ? ? ? ? Управляющая ? ? ? логика ? ? ? ? ? ? ? ? ? Разрешение? ? ? Активизация ? ? Активизация ? выхода 1 ? ? выхода 2 ? ? ~ ? ? ? Строб данных ? ? ? ? ? Строб данных ? ? Выходные? ? ? ?Выходные ? ?Отправи- данные ? ? ? ? ? ? ? данные Отправи-? ?тель/по- Входные ? ? ? ? ?Входные тель/по-? ?лучатель 1 данные ?? ?? данные лучатель 2? ? ? ? ? ~ Линия шины Шинная (магистральная) организация получила широкое расп- ространение, поскольку в этом случае все устройства используют единый протокол сопряжения модулей центральных процессоров и устройств ввода-вывода с помощью трех шин. - 10 - 3.2 Типы шин Сопряжение с центральным процессором осуществляется посредс- твом трех шин: шины данных, шины адресов и шины управления. Шина данных служит для пересылки данных между ЦП и памятью или ЦП и устройствами ввода-вывода. Эти данные могут представлять собой как команды ЦП, так и информацию, которую ЦП посылает в порты ввода-вывода или принимает оттуда. В МП 8088 шина данных имеет ширину 8 разрядов. В МП 8086, 80186, 80286 ширина шины данных 16 разрядов; в МП 80386 - 32 разряда. Шина адресов используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки ан шине конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему. Наконец по шине управления передаются управляющие сигналы, предназна- ченные памяти и устройствам ввода-вывода.