Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

80286



План:


Введення

Мікропроцесор Intel 80286

Intel 80286 (також відомий як i286) - 16-бітний x86 -сумісний мікропроцесор другого покоління компанії Intel, випущений 1 лютого 1982. Являє собою вдосконалений варіант процесора Intel 8086 і володіє в 3-6 разів більшою продуктивністю. Процесор застосовувався, в основному, в IBM PC -сумісних персональних комп'ютерах.


1. Опис

Процесори i286 розроблялися паралельно з процесорами Intel 80186 / 80188, проте в ньому відсутні деякі модулі, що були в процесорі Intel 80186. Процесор i286, випускався в точно такому ж корпусі як і i80186 - LCC, а також у корпусах типу PGA з 68 висновками. У новому процесорі було збільшено кількість регістрів, додані нові інструкції, доданий новий режим роботи процесора - захищений режим. Процесор мав 6 байтову чергу (як і Intel 8086). Шини адреси і даних тепер не мультиплексируются (тобто, адреси і дані передаються по різних ніжкам). Шина адреси збільшена до 24 біт, таким чином об'єм ОЗУ може становити 16 Мбайт. Для більш швидкого виконання операцій над числами з плаваючою комою необхідний математичний співпроцесор Intel 80287.


1.1. Регістри

До 14 регістрів процесора Intel 8086 були додані 11 нових регістрів, необхідних для реалізації захищеного режиму та інших функцій: регістр слова стану машини, 16 біт (MSW); регістр задачі, 16 біт (TR); регістри дескрипторної таблиці, один 64-бітний і два 40-бітових ( GDTR, IDTR, LDTR) і 6 регістрів розширення сегментних регістрів, 48 біт.

1.2. Інструкції

Процесор мав той же набір інструкцій, що і процесор Intel 80186, до якого додали 16 нових команд (LGDT, LIDT, LLDT, LMSW, LTR, SGDT, SIDT, SLDT, SMSW, STR, ARPL, CLTS, LAR, LSL, VERR, VERW) необхідних для роботи із засобами управління пам'яттю. Команда PUSH тепер могла зберігати в стеці константи. Інструкції в i286 виконуються в середньому за 4,5 такту.

1.3. Організація пам'яті

Шина адреси розрядністю 24 біта дозволяє адресувати 16 Мбайт фізичної пам'яті, але в реальному режимі доступний тільки 1 Мбайт, що починається з молодших адрес. З програмної точки зору пам'ять так само, як і в 8086, організується у вигляді сегментів, але управління сегментацією має істотні відмінності для реального і захищеного режимів.

У реальному режимі за адресації пам'яті декларується повна сумісність з процесором 8086, який своєю 16-бітної адресною шиною охоплює простір фізичної пам'яті в 1 Мбайт. Насправді, на радість розробникам програмного забезпечення PC, 80286 має помилку, "узаконену" і в наступних поколіннях процесорів. При обчисленні фізичного адреси можливо виникнення переповнення, яке з 20-бітною шиною адреси просто ігнорується. Якщо, наприклад, Seg = FFFFh і EA = FFFFh, фізичну адресу, обчислений за формулою РА = 16 х Seg + EA = 10FFEF, процесором 8086 трактується як 0FFEF - адресу, приналежний першого мегабайта. Однак на виході А20 процесора 80286 в цьому випадку встановиться одиничне значення, що відповідає адресі комірки з другого мегабайта фізичної пам'яті. Для забезпечення повної програмної сумісності з 8086 в схему PC був введений спеціальний вентиль Gate A20, примусово обнуляє біт А20 системної шини адреси. Не оцінивши потенційної вигоди від цієї помилки, управління вентилем узаконили через програмно-керований біт контролера клавіатури 8042. Коли оперативна пам'ять подешевшала, а "апетит" програмного забезпечення зріс, у цю невелику область (64К-16 байт) стали поміщати деякі резидентні програми або навіть частина операційної системи, а для прискорення управління вентилем з'явилися більш швидкі способи (Gate A20 Fast Control).

На відміну від 8086 процесор 80286 має засоби контролю за переходом через кордон сегмента, що працюють і в реальному режимі. При спробі адресації до слову, має зсув FFFFh (його старший байт виходить за кордон сегмента), або виконання інструкції, все байти якої не вміщаються в даному сегменті, процесор виробляє переривання - виняток типу 13 (0Dh) - Segment Overran Exception. При спробі виконання інструкції ESCAPE з операндом пам'яті, не уміщається в сегменті, виробляється виключення типу 9 - Processor Extension Segment Overrrun Interrupt.

У захищеному режимі працюють всі режими адресації, допустимі для 8086 і реального режиму 80286. Відмінності стосуються визначення сегментів:

сегментні регістри CS, DS, SS і ES зберігають не самі базові адреси сегментів, а селектори, за якими з таблиці, що зберігається в ОЗУ, витягуються дескриптори сегментів

дескриптор описує базовий адресу, розмір сегмента (1 - 64 Кбайт) і його атрибути;

базова адреса сегмента має розрядність 24 біта, що і забезпечує адресацію 16 Мбайт фізичної пам'яті.


1.4. Режими роботи процесора i286

У процесорі i286 було реалізовано два режими роботи - захищений режим і реальний режим. В реальному режимі роботи процесор був повністю сумісний з процесорами x86, що випускалися до цього, тобто процесор міг виконувати програми призначені для Intel 8086/8088/8018x без повторного асемблювання або з переассемблірованіем з мінімальними модифікаціями. У формуванні адреси брали участь тільки 20 ліній шини адреси, тому максимальний обсяг адресується пам'яті, в цьому режимі, залишився тим самим - 1 Мбайт. У захищеному режимі процесор міг адресувати до 1 Гбайт віртуальної пам'яті (при цьому обсяг реальної пам'яті становив не більше 16 Мбайт), за рахунок зміни механізму адресації пам'яті. Перемикання з реального режиму в захищений відбувається програмно і відносно просто, однак для зворотного переходу необхідний апаратне скидання процесора, який в IBM PC-сумісних машинах здійснювався зазвичай за допомогою контролера клавіатури. Для відстежування поточного режиму роботи процесора використовується регістр слово стану машини (MSW). Програми реального режиму без модифікацій в захищеному режимі виконуватися не можуть, так само як і програми BIOS машини.

Спрощена схема адресації в захищеному режимі процесора Intel 80286

Суть захищеного режиму полягає в наступному. Програміст і розроблювальні їм програми використовують логічне адресний простір (віртуальний адресний простір), розмір якого може становити 1024 Мбайт (для i286). Логічний адресу перетвориться в фізичну адресу автоматично за допомогою схеми управління пам'яттю ( MMU). Завдяки захищеному режиму, в пам'яті можна зберігати тільки ту частину програми, яка необхідна в даний момент, а інша частина могла зберігатися у зовнішній пам'яті (наприклад, на жорсткому диску). У разі звернення до тієї частини програми, якої немає в пам'яті в даний момент, операційна система може призупинити програму, завантажити необхідну секцію коду із зовнішньої пам'яті і відновити виконання програми. Отже, стають допустимими програми, розмір яких більше обсягу наявної пам'яті. Іншими словами, користувачеві здається, що він працює з більшою пам'яттю, ніж насправді. Однак реалізація системи віртуальної пам'яті була ще далека від досконалості. Для використання захищеного режиму необхідна багатозадачна операційна система, наприклад Microsoft Windows 2.0, IBM OS / 2 або UNIX.

Фізична адреса формується таким чином. В сегментних регістрах зберігається селектор, що містить індекс дескриптора в таблиці дескрипторів (13 біт), 1 біт, що визначає до якої таблиці дескрипторів буде проводитися звернення (до локальної або до глобальної) і 2 біти запитуваної рівня привілеїв. Далі відбувається звернення до відповідної таблиці дескрипторів і відповідному дескриптору, який містив початковий, 24-бітний, адреса сегмента, розмір сегмента і права доступу. Після чого обчислювався необхідний фізичний адресу, шляхом складання адреси сегмента зі зміщенням, що зберігається в 16-розрядному вказівному регістрі.

Однак захищений режим в процесорі Intel 80286 володів і деякими недоліками, такими як, несумісність з програмами, написаними для реального режиму MS-DOS, для переходу із захищеного режиму до реального режиму був потрібний апаратне скидання процесора.


1.5. Кільця захисту

Для захисту від виконання привілейованих команд, які можуть кардинально змінити стан усієї системи, для захисту доступу до даних і для захисту сегментів коду в процесорі i286 була введена захист по привілеях . Було виділено 4 рівня привілеїв, так звані кільця (Ring) захисту - від самого привілейованого 0 рівня (Ring 0), призначеного для ядра системи, до найменш привілейованого 3 рівня (Ring 3), призначеного для прикладних програм.


2. Комп'ютери на базі процесора Intel 80286

У 1984 році компанія IBM представила свій ПК, заснований на процесорі i286 з частотою 6 Мгц - IBM PC AT, який викликав великий інтерес до архітектури x86 взагалі і до ПК IBM PC зокрема. У 1987 році IBM випускає нові моделі ПК - IBM PS/2-50 і IBM PS/2-60. До моменту випуску ПК IBM PS / 2, IBM вже не була монополістом ринку персональних комп'ютерів, багато фірм випускали аналогічні моделі, часто володіли більш низькою ціною.

3. Конкурентні рішення

Клон мікропроцесора Intel 80286 від фірми HARRIS
За ліцензією Intel клони мікропроцесора випускали різні компанії, в тому числі і Siemens AG

Так як Intel продавала ліцензії на виробництво мікропроцесорів 80286, багато фірм випускали фактично клони даного мікропроцесора - AMD, Siemens AG і HARRIS. Також випускалися і процесори, розроблені незалежно від Intel, такі випускали Zilog, Motorola та інші.


4. Технічні характеристики

  • Дата анонсу: 1 лютого 1982
  • Тактова частота (МГц): залежить від маркування: 80286-6 - 6 МГц, 80286-8 - 8 МГц, 80286-10 - 10 МГц, 80286-12 - 12,5 МГц
  • Розрядність регістрів : 16 біт
  • Розрядність шини даних : 16 біт
  • Розрядність шини адреси : 24 біт
  • Обсяг адресується пам'яті: 16 Мбайт
  • Обсяг віртуальної пам'яті: 1 Гбайт
  • Кількість транзисторів: 134000
  • Техпроцес (нм): 1500 (1,5 мкм)
  • Площа кристала: 49 мм
  • Напруга живлення: +5 В
  • Роз'єм: 68-pin
  • Корпус: 68-контактний керамічний LCC (R80286), пластиковий LCC (N80286), керамічний PGA (CG80286 або A80286)

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас