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 │

                                                         │   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. Эти сигналы указыва-

     ют направление передачи данных (в ЦП или из ЦП),  а также  мо-

     менты передачи.

        Магистральная организация предпологает,  как правило, нали-

     чие управляющего модуля,  который выступает в роли директора -

     распорядителя при обмене данными.  Основное  назначение  этого

     модуля -  организация передачи слова между двумя другими моду-

     лями.

                           3.3 Операции на магистрали

        Операция на системной магистрали начинается с того, что уп-

     равляющий модуль устанавливает на шине кодовое слово модуля  -

     отправителя и активизирует линию строба отправителя.  Это поз-

     воляет модулю,  кодовое слово  которого установлено  на  шине,

                                - 11 -

     понять, что он является отправителем. Затем управляющий модуль

     устанавливает на кодовое слово модуля - получателя и активизи-

     рует линию  строба получателя.  Это позволяет модулю,  кодовое

     слово которого установлено на шине,  понять,  что он  является

     получателем.

        После этого управляющий модуль возбуждает линию строба дан-

     ных, в результате чего содержимое регистра отправителя пересы-

Страницы: 1, 2, 3, 4