Процессоры 8086/8088 — родоначальники семейства
История IBM PC началась с использования процессора 8088, выпущенного фирмой Intel в 1979 году. Он относится к первому поколению 16-битных процессоров и является модификацией выпущенного в 1978 году процессора 8086. Оба эти процессора выполняют 8/16-битные логические и арифметические операции, включая умножение и деление, операции со строками и операции ввода/вывода. Процессоры имеют 20-разрядную шину адреса, которая позволяет адресовать до 1 Мбайт памяти. Шина данных у 8086 16-разрядная, у 8088 разрядность внешней шины данных сокращена до 8 бит. Это сокращение, сделанное с целью удешевления системы в целом, оборачивается некоторым снижением производительности — 8086 за счет большей разрядности шины работает примерно на 20-60% быстрее, чем 8088 с той же тактовой частотой. Функциональные различия этих процессоров, обусловленные разной разрядностью шины, проявляются только в способе подключения 8- и 16-разрядных внешних устройств. С программной точки зрения эти процессоры идентичны, их система команд и набор регистров включены во все процессоры PC-совместимых компьютеров. От родоначальника — процессора 8086 — пошло общее обозначение семейства: х86. Процессоры поддерживают аппаратные и программные прерывания и допускают разделяемое использование шины совместно с другими процессорами или контроллерами (например, с контроллером прямого доступа к памяти — DMA). Также предусмотрено использование математического сопроцессора 8087, существенно повышающего производительность вычислений. В процессорах применена конвейерная архитектура, позволяющая выполнять выборку кодов инструкций из памяти и их декодирование во время выполнения внутренних операций. Конвейер повышает производительность процессора за счет сокращения времени простоя его операционных узлов. Конвейер процессора 8086 имеет 6-байтную внутреннюю очередь инструкций. Блок предварительной выборки при наличии двух свободных байт в очереди старается ее заполнить в то время, когда внешняя шина процессора не занята операциями обмена. Очередь у процессора 8088 сокращена до 4 байт, а предварительная выборка выполняется уже при наличии одного свободного байта. Эти отличия оптимизируют конвейер с учетом разрядности шины данных. Очередь обнуляется при выполнении любой команды передачи управления, даже при переходе на следующий адрес. Этим свойством часто пользуются при программировании управления устройствами ввода/вывода, требующими задержки между соседними операциями обмена.
Процессор имеет 14 регистров разрядностью 16 бит, операнды могут иметь разрядность 8 или 16 бит и представлять знаковые и беззнаковые двоичные и двоично-десятичные числа. Система команд имеет 24 режима адресации операндов. Среднее время выполнения команды занимает 12 тактов синхронизации, один цикл обмена на внешней шине занимает 4 такта (без тактов ожидания). Тактовая частота процессора 8088 в первых PC была 4,77 МГц, впоследствии появились процессоры с частотой 8 и 10 МГц (применялись в Turbo-XT).
Процессор 80286 Процессор 80286, выпущенный в 1982 году, представляет второе поколение 16-разрядных процессоров. Он имеет специальные средства для работы в многопользовательских и многозадачных системах. Самым существенным отличием от 8086/88 является механизм управления адресацией памяти, который обеспечивает четырехуровневую систему защиты и поддержку виртуальной памяти. Специальные средства предназначены для поддержки механизма переключения задач (Task switching). Процессор имеет расширенную систему команд, которая кроме команд управления защитой включает все команды 8086 и несколько новых команд общего назначения. Процессор может работать в двух режимах:
8086 Real Address Mode — режим реальной адресации (или просто реальный режим — Real Mode), полностью совместимый с 8086. В этом режиме возможна адресация до 1 Мбайт физической памяти (на самом деле за счет «удачной» ошибки — почти на 64 Кбайт больше). Protected Virtual Address Mode — защищенный режим виртуальной адресации (или просто защищенный режим — Protected Mode). В этом режиме процессор позволяет адресовать до 16 Мбайт физической памяти, через которые при использовании механизма страничной адресации могут отображаться до 1 гигабайта виртуальной памяти каждой задачи. В этом режиме система команд обеспечивает аппаратную реализацию функций супервизора многозадачной ОС и виртуальной памяти. Переключение в защищенный режим осуществляется одной инструкцией (с предварительно подготовленными таблицами дескрипторов) достаточно быстро. Обратное переключение в реальный режим возможно только через аппаратный сброс процессора, что требует значительных затрат времени. Система команд 80286 включает все команды 8086/88 и имеет ряд дополнительных команд, из которых разработчику аппаратуры наиболее интересны инструкции ввода/вывода байта (слова) в строку памяти, одиночные (INSB, INSW, OUTSB, OUTSW). Эти инструкции обеспечивают возможность программного ввода/вывода РIO (Programmable Input/Output), производительность которого выше, чем у стандартного канала прямого доступа к памяти PC. По составу и назначению в реальном режиме регистры 80286 в основном совпадают с регистрами 8086/88. Изменения касаются назначения бит регистра флагов и использования сегментных регистров в защищенном режиме. Как и 8086, процессор 80286 имеет 16-битную шину данных и очередь команд 6 байт. За счет архитектуры сокращено время выполнения операций: процессор 80286 с тактовой частотой 12,5 МГц работает более чем в 6 раз быстрее, чем 8086 с тактовой частотой 5 МГц. Предусмотрена возможность использования высокопроизводительного математического сопроцессора 80287, программно совместимого с 8087. Под управлением MS-DOS процессор 80286 обычно используется реальный режим. Защищенный режим используют ОС типа XENIX, UNIX, OS/2, NetWare286 и оболочка MS Windows. Хотя преимущества этого процессора в PC реализовались лишь частично (он в основном использовался как быстрый процессор 8086), именно с этим процессором связан настоящий бум на рынке PC.
Читайте также: Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|