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 ¦

L-------------T---------------

-----------------------+------------------------¬

¦ 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. ¦

L----------------------T-------------------------

¦

----------T---------T----------+------------T-----------T---------¬

¦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 ¦

L---------+---------+----------+------------+-----------+----------

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