Локальные шины

Разработчики компьютеров на микросхемах 386, 486 начали использовать раздельные шины для памяти и устройств ввода вывода, что позволило работать с памятью с наивысшей для нее скоростью, тем не менее, при таком подходе вся система не обеспечивает достаточной производительности, т.к. устройства подключенные через разъемы расширения не могут достичь скорости обмена сравнимой с частотой микропроцессора. В основном это касается работы с контроллерами накопителей и аидеоодаптеров. Для решения данной проблемы стали использоваться локальные шины, связывающие процессор с контроллерами периферии. В настоящее время используются локальные шины VLB и PCI, обе шины позволяют периферийным устройствам работать с тактовой частотой до 32 МГц. Шины PCI относятся к классу пристроек т.к. между локальной шиной процессора и самой PCI находиться специальная микросхема согласующего моста. Спецификация шин PCI позволяет использовать ее вне зависимости от типа процессора. Специальный контроллер обеспечивает разделение управляющих сигналов локальной шиной микропроцессора и PCI шиной и, кроме того, осуществляет арбитраж на PCI. К шине могут подключаться до 10 устройств.

Поскольку каждая плата расширения PCI работает с разделителем между двумя периферийными устройствами, то общее число разъемов уменьшится.
Шина работает на фиксированной частоте 33 МГц, предусматривает напряжение питания для контроллеров 5 и 3,3 V. А также обеспечивает режим их автоконфигурации. PCI карты на напряжении 5V могут вставляться только в соответствующие слоты конструктивно отличающихся от слотов для карт с напряжением 3,3V. Имеются и универсальные PCI адаптеры, работающие в любом их слотов. Шина PCI может использовать 124 контактный (32 разрядная передача данных) или 188 контактный разъем (64 разрядная передача данных). При этом теоретически возможная скорость обмена составляет 132 и 264 Мбайта в секунду. На системной плате устанавливается не больше 3-4 разъемов PCI. На компьютерах I286 вообще не устанавливались.

Стандарт PCMCIA

Устройства соответствующие первой версии данного стандарта разрабатывались в качестве альтернативы приводов гибких дисков в портативных компьютерах.
PCMCIA устройства используются как платы расширения для модулей памяти модемов, SCSI адаптеров, сетевых карт, звуковых карт, винчестеров, флеш памяти. Разъем PCMCIA размещается в стандартном отсеке с форм фактором 3,5 или 5,25 дюйма. Первая версия стандарта поддерживала все шины памяти, включая: DRAM (SRAM, PSRAM, ROM, PROM, UVEPROM, EEPROM, FLASH).

Во второй версии спецификации стандарта появились: поддержка устройств ввода вывода, дополнительный сервис для модулей флеш памяти, поддержка модулей с двойным напряжением питания и XIP механизм.

XIP механизм обеспечивает выполнение программ непосредственно в пространстве PCMCIA модуля памяти, экономя тем самым системную память компьютера. Вместе со второй версией ассоциация PCMCIA разработала новую спецификацию SSIS, которая устанавливает стандартный набор системных приводов для работы с PCMCIA модулей. SSIS выполнена в виде BIOS, что позволяет сохранить независимость аппаратных средств, гарантируя при этом программную совместимость. Позднее был предложен более высокий уровень программных операций в PCMCIA модулях Card Services. Новая версия спецификации позволяет называть PCMCIA модули просто PC Cards.

Стандарт PCMCIA для связи между PC Card и соответствующим устройством адаптера или портом компьютера определяет 68 контактный механический соединитель. 16 разрядов на нем выделены под данные, 26 разрядов под адрес, что позволяет непосредственно адресовать 64 Мбайта памяти. Хотя некоторые выводные контакты предназначены для сигналов необходимых при работе с памятью, эти же контакты могут использоваться и для сигналов рассчитанных на работу с устройствами ввода вывода. Для этого необходима переконфигурация выводов.

На стороне модуля PC Card расположен разъем розетка, ан стороне компьютера соединитель вилка, кроме того, стандарт определяет 3 различных длины контактов соединителей вилки, т.к. подключение и отключение PC Card может происходить при работающем компьютере, то для этого надо, чтобы на модуль сначала подалось напряжение питания, а уж затем напряжение сигнальных линий, соответствующие контакты которых выполнены более длинными.

Вторая версия PCMCIA определяет только 3 типа габаритных размеров для PC Card: тип 1, тип 2 и тип 3. Два первых типа ограничивают размеры PC Card до 54мм в ширину и 85,6мм в длину. PCMCIA модули первого типа имеют толщину 3,3мм, второго типа 5мм в середине и 3,3мм по краям. PC Card третьего типа имеют толщину 10,5мм, для них необходимы слоты двойной высоты, толщина по краям 3,3мм. В таких модулях размещают 1,3 дюймовые винчестеры. В добавление ко второй версии стандарта представляют увеличение длины 1 и 2 типа до 5,73 дюйма. Эта конструкция используется для модулей модемов, на которых устанавливается разъем RJ-11. Кроме габаритных размеров стандарт предписывает размещение переключателя защиты записи внутреннего источника тока, марки изготовителя, температурные режимы (0-55 0С)

Микропроцессор

М
икропроцессор INTEL 80286 предусматривает 24-разрядную адресацию, 16-разрядный интерфейс памяти, расширенный набор команд, функции ПДП и прерываний, аппаратное умножение и деление чисел с плавающей запятой, объединенное управление памятью, 4-уровневую защиту памяти, виртуальное адресное пространство на 1 гигабайт (1 073 741 824 байта) для каждой задачи и два режима работы: режим реальной адресации, совместимый с микропроцессором 8086, и режим защищенной виртуальной адресации.

Режим реальной адресации

В режиме реальной адресации физическая память микропроцессора представляет собой непрерывный массив объемом до одного мегабайта. Микропроцессор обращается к памяти, генерируя 20-разрядные физические адреса.

20-разрядный адрес сегмента памяти состоит из двух частей: старшей 16-разрядной переменной части и младшей 4-разрядной части, которая всегда равна нулю. таким образом, адреса сегментов всегда начинаются с числа, кратного 16.

В режиме реальной адресации каждый сегмент памяти имеет размер 64 Кбайта и может быть считан, записан или изменен. Если операнды данных или команд попытаются выполнить циклический возврат к концу сегмента, может произойти прерывание или возникнуть исключительная ситуация ; например, если младший байт слова смещен на FFFF, а старший байт равен 0000. если в режиме реальной адресации информация, содержащаяся в сегменте, не использует все 64 Кбайт, неиспользуемое пространство может быть предоставлено другому сегменту в целях экономии физической памяти.

Режим защиты

Режим защиты предусматривает расширенное адресное пространство физической и виртуальной памяти, механизмы защиты памяти, новые операции по поддержке операционных систем и виртуальной памяти.

Режим защиты обеспечивает виртуальное адресное пространство на 1 гигабайт для каждой задачи в физическом адресном пространстве на 16 Мегабайт. виртуальное пространство может быть больше физического, т.к. любое использование адреса, который не распределен в физической памяти, вызывает возникновение исключительной ситуации, требующей перезапуска.

Как и режим реальной адресации, режим защиты использует 32-разрядные указатели, состоящие из 16-разрядного искателя и компонентов смещения. искатель, однако, определяет индекс в резидентной таблице памяти, а не старшие 16 разрядов адреса реальной памяти. 24-разрядный базовый адрес желаемого сегмента памяти получают из таблиц памяти. для получения физического адреса к базовому адресу сегмента добавляется 16-разрядное смещение. микропроцессор автоматически обращается к таблицам, когда в регистр сегмента загружается искатель. все команды, выполняющие загрузку регистра, обращаются к таблицам памяти без дополнительной программной поддержки. таблицы памяти содержат 8-байтовые значения, называемые описателями.

Производительность системы

Микропроцессор 80286 работает с частотой 6 Мгц, в результате чего период синхроимпульсов составляет 167 Нс.

Цикл шины требует 3 периода синхроимпульсов ( включая один цикл ожидания); таким образом достигается 500-наносекундный 16-разрядный цикл работы микропроцессора. операции передачи данных по 8-разрядной шине на 8-разрядные устройства занимают 6 периодов синхроимпульсов (включая 4 цикла ожидания), в результате чего достигается 1000-наносекундный цикл работы микропроцессора. Операции передачи данных по 16-разрядной шине на 8-разрядные устройства занимают 12 периодов синхроимпульсов ( включая 10 циклов ожидания ввода-вывода), в результате чего достигается 2000-наносекундный цикл работы микропроцессора.

Системные прерывания

Микропроцессор немаскируемых прерываний (НМП) 80286 и две микросхемы контроллера прерываний 8259A обеспечивают 16 уровней системных прерываний. ниже эти уровни приводятся в порядке уменьшения приоритета.

Замечание: как все прерывания, так и любое из них в отдельности, могут маскироваться (включая НМП микропроцессора).

Сопроцессор.

Описание

Математический сопроцессор персонального компьютера IBM PC AT позволяет ему выполнять скоростные арифметические и логарифмические операции, а также тригонометрические функции с высокой точностью.

Сопроцессор работает параллельно с микропроцессором, это сокращает время вычислений, позволяя сопроцессору выполнять математические операции, в то время как микропроцессор занимается выполнением других функций.

Сопроцессор работает с семью типами числовых данных, которые делятся на следующие три класса:

• двоичные целые числа (3 типа);

• десятичные целые числа (1 тип);

• действительные числа (3 типа).

Условия программирования

Сопроцессор предлагает расширенный набор регистров, команд и типов данных для микропроцессора.

Сопроцессор имеет восемь 80-разрядных регистров, которые эквивалентны емкости сорока 16-разрядных регистров в микропроцессоре. В регистрах можно хранить во время вычислений временные и постоянные результаты, что сокращает расход памяти, повышает быстродействие, а также улучшает возможности доступа к шине. Пространство регистров можно использовать как стек или как постоянный набор регистров. При использовании пространства в качестве стека работа ведется только с двумя верхними стековыми элементами. В следующей таблице показано представление больших и малых чисел в каждом типе данных.

Условия аппаратного обеспечения

Математический сопроцессор использует тот же генератор синхроимпульсов, что и микропроцессор. Он работает с частотой, равной одной трети частоты системных синхроимпульсов микропроцессора. Сопроцессор подсоединен так, что он функционирует как устройство ввода-вывода через порт ввода-вывода с адресами 00F8, 00FA и 00FC. Микропроцессор посылает коды операций и операнды в эти порты ввода-вывода, через них он также принимает и записывает в память результаты вычислений. Сигнал занятости сопроцессора сообщает микропроцессору о том, что он исполняет операции. По команде "WAIT" микропроцессор ожидает, пока сопроцессор закончит исполнение.

Сопроцессор выявляет шесть различных исключительных ситуаций, которые могут возникнуть во время исполнения команды. Если маска соответствующего исключения в сопроцессоре не установлена, сопроцессор устанавливает сигнал ошибки, по которому генерируется прерывание 13, и сигнал 'BUSY' фиксируется в установленном состоянии. Сигнал 'BUSY' может быть очищен командой записи 8-разрядного ввода-вывода по адресу F0, при условии что D0-D7 равны нулю.

Код самоконтроля при включении питания в системном ПЗУ разрешает прерывание 13 и устанавливает вектор этого прерывания, указывающий на рабочую программу ПЗУ. Эта программа очищает защелку сигнала 'BUSY' и передает затем управление по адресу, указанному вектором немаскированного прерывания. Это позволяет использовать код, записанный для любого персонального компьютера IBM, в IBM PC AT. Драйвер немаскируемых прерываний должен прочитать состояние сопроцессора, чтобы определить, было ли НМП вызвано сопроцессором. Если нет, то управление передается исходному драйверу НМП.

Сопроцессор предусматривает два режима работы, подобные двум режимам микропроцессора. после сброса при включении питания или при операции записи ввода - вывода в порт с адресом 00F1 сопроцессор находится в режиме реальной адресации. Этот режим совместим с сопроцессором 8087, который используется с другими персональными компьютерами IBM. Сопроцессор может быть переведен в режим защиты с помощью команды SETPM ESC. В режим реальной адресации он может возвратиться, если будет выполнена операция записи ввода-вывода в порт с адресом 00F1, при условии что D0-D7 равны 0.