Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 69
Текст из файла (страница 69)
В нем допускалось применение комбинаций постояннойи оперативной памяти. Значительные изменения (кроме увеличенияразрядности) произошли и в регистровом файле. Из-за ограниченных возможностей применяемой технологии в качестве блока РОНбыла применена динамическая память, которая требовала производить регенерацию (были введены дополнительные аппаратные средства). МП большинство команд выполнял за 1—3 машинных цикла.Для работы с медленно действующими устройствами был введенсигнал готовности (ready). Система команд содержала в общем65 инструкций и отличалась значительным количеством команд условного перехода, логических команд и команд сдвигов.
Теперь МПмог адресоваться к памяти объемом 16 Кбайт. Однако объем и организация стека остались прежними, реализация операций со стекомпо-прежнему возлагалась на программиста, узкий интерфейс с«внешним миром» требовал применения около 20 схем средней интеграции для сопряжения процессора с памятью и устройствамиввода-вывода.Intel 8080 (1974 г.)Этот микропроцессор практически по всем параметрам разительно отличался от своих предшественников.
Он работал с тактовой частотой 2 МГц, цикл команды — 2 мкс. Адресуемый объемпамяти достиг 64 Кбайт, был внедрен эффективный механизм обработки прерываний, в результате использования корпуса с 40 выводами удалось разделить адресную и информационную шины процессора.В регистровый файл МП были введены указатель стека (активноиспользовался при обработке прерываний) и два программно-недоступных регистра для внутренних пересылок. В систему команд были12'Архитектура ЭВМ»354Глава 4. Персональные компьютерывключены инструкции, адресующие память с использованием трехпар регистров Блок РОН'ов был построен на основе статической, ане динамической памяти.
Аккумулятор из регистрового файла былперенесен в состав АЛУ В результате упростилась схема управлениявнутренней шиной (отпала необходимость использования этойшины для передачи данных между сверхоперативной памятью и АЛУпри выполнении арифметических и логических операций)Новым в архитектуре МП стало использование многоуровневойсистемы прерываний по вектору (общее число источников прерываний достигло 256).
Но здесь для реализации прерываний пока требовалось применить до 10 дополнительных чипов (это требованиеотпало после появления специализированных БИС контроллеровпрерываний) В качестве стека можно было использовать отдельнуюпамять емкостью до 64 Кбайт и тем самым повысить эффективностьиспользования оперативной памяти (экономия памяти)Из универсальных ЭВМ в 8080 был перенесен механизм прямого доступа к памяти (ПДП-DMA), произошло освобождение ЦП отуправления внешними устройствами и обменом данными между памятью и периферией (минуя ЦП). ПДП дал возможность применятьв микроЭВМ накопители на магнитных дисках и лентах, дисплеи наЭЛТ, и все это превратило микроЭВМ в полноценную вычислительную систему.МП был окружен целым семейством новых микросхем (БИСконтроллера ПДП, контроллера прерываний и др.).
В результатеэтого проектирование микроЭВМ на базе семейства БИС значительно упростилось. МП стал стандартом де-факто, но были и недостатки (например, уже имелись МП других фирм, которые оказались более прозрачными для программистов). Далее была выпущенасерия периферийных контроллеров. Но самым значительным дости-'жением было то, что компания создала системное программноеобеспечение (ПО) — однопользовательскую операционную систему(ОС) ISIS II и ОС реального времени 1RMX-80 (мощнейшая в товремя программная поддержка своих изделий). Фирма в 1976 г. приступила к выпуску одноплатных микроЭВМ серии iSBC на базе своих МП-комплектов.Intel 8086 (объявлен 8 июня 1978 г.)МП содержал 29 тыс.
транзисторов (рис 4.13). Высокое быстродействие элементов обеспечило тактовую частоту 5 МГц, а 16-разрядная архитектура и машинный цикл 200 не — производительность, превышающую аналогичный параметр 8080 на порядок.4.2.Процессоры Intel355Рис. 4.13. Процессоры Intel:а — 8086, б — 80386, в — 80486, г — Pentium Pro, д — Pentium II, е —Pentium IIIИменно стратегия эволюционного, а не революционного развития,выбранная фирмой Intel, была верна и давала свои плоды.
Программная совместимость была исключительно важной характеристикой, которая объединяла 86-й кристалл с его предшественниками.Структура МП была полностью перестроена, он как бы был разделенна два одновременно работающих функциональных блока. Это операционный блок (EU — Execution Unit) и блок интерфейса (BIU —Bus Interface Unit). В результате исполнение одной команды совмещалось во времени с выборкой следующей команды или данных изпамяти. Таким образом, из универсальных ЭВМ МП позаимствовали еще одно техническое решение — реализацию принципов параллелизма В ЦП появился небольшой буфер команд, что давало дополнительную экономию времени при обращениях к памятиАдресация 1 Мбайт оперативной памяти (благодаря 20 адресным линиям) и ее сегментация могут быть отнесены к одним изнаиболее существенных достижений. Сегментация памяти и большое число уровней прерываний были ориентированы на работу системы в многозадачном режиме.
Однако механизм защиты памятипока реализован не был, и это в ряде случаев существенно усложняло разработку программного обеспечения.Наряду с поддержкой ввода-вывода по каналу ПДП дополнительно обеспечивалась адресация до 64 К портов программно-управляемого ввода-вывода.МП 8086 мог работать в двух режимах: минимальном (рассчитанном на использование в небольших системах без применения356Глава 4. Персональные компьютерыБИС контроллера шины) и максимальном (ориентированном наприменение МП в сложных системах с использованием БИС контроллера шины).
В систему команд входило 147 инструкций, позволяющих решать задачи управления практически любой сложности.Появились операции умножения и деления 16-разрядных чисел сознаком и без знака, команды обработки массивов данных, программно-управляемые прерывания и др., что превратило чип в универсальный прибор, который мог успешно применяться как для построения сложных контроллеров, так и в качестве ЦП ЭВМ общегоназначения. Кроме того, МП вышел в мощном сопровождениисредств поддержки (вспомогательных БИС, средств разработки иотладки аппаратуры и системного ПО и т.
д.). Наряду с этим фирмой Intel был выпущен процессор 8088 с 8-разрядной внешней шиной данных. На основе применения экономичных 8-разрядныхмикросхем появился ПК с МП 8088 (фирма IBM, ПК класса XT —Extended Technology — расширенная технология, тактовая частота4,77 МГц).
На базе 8086 были выпущены младшие модели 25 и 30семейства PS/2.Использование чипов 8086 в IBM PC предопределило дальнейшее развитие корпорации Intel как разработчика и изготовителяуниверсальных процессоров общего назначения. Был изготовлен16-разрядный арифметический сопроцессор 8087, который позволил превратить ПК еще и в достаточно мощный инструмент для решения задач вычислительного характера.Intel 80286 (1 февраля 1982 г.)В этом процессоре было введено большое количество новшеств.В 1984 г. фирма IBM использовала этот МП в PC AT (AT —Advanced Technology — улучшенная технология). Вот основные новшества этого чипа:• адресное пространство составляло 16 Мбайт (вместо 1 Мбайту предшественников), так как использовалась 24-разряднаяшина адресов;• поддержка виртуальной памяти (это позволяло использоватьвнешнюю память для имитации большой реальной внутренней памяти емкостью до 1 Гбайт);• аппаратная мультизадачность (эта архитектурная особенностьпозволяла в ПК одновременно выполнять несколько задач сбольшой скоростью переключения с одной на другую);• повышенное быстродействие (4 МГц, однако вскоре рабочаячастота была повышена до 8 МГц и стала стандартной, хотя4.2.
Процессоры Intel357производители клонов эту частоту довели до 10; 12,5; 16 и20 МГц);• встроенная система управления памятью и средства ее защиты(открывали широкие возможности использования МП в многозадачных средах);• дополнение системы команд 16 новыми инструкциями,• размещение в одном кристалле контроллеров прерываний иПДП, а также таймера и системного генератора.МП мог работать в двух режимах — реальном (МП действовалкак 8086, что обеспечивало совместимость с DOS и существующимПО) и защищенном (в этом режиме МП реализовывал режим виртуальной памяти, аппаратную мультизадачность и адресацию к большему пространству памяти);Операционная система MS DOS может работать только в реальном режиме. Другие операционные системы, например, OS/2(предложенная фирмой IBM — альтернатива DOS) и системыUNIX (XENIX и AIX) могут использовать защищенный режим и,следовательно, расширенные возможности 80286. Многие новшества, введенные в этот чип, впоследствии переходили от поколения кпоколению МП фирмы Intel.
Имелись и определенные нерешенные проблемы, связанные с многозадачностью, повышением производительности, совершенствованием тракта процессор—память иустройства управления памятью (для эффективного функционирования ПК под управлением многозадачных ОС).Intel 80386 (17 октября 1985 г.)Данный МП был процессором для ЭВМ общего назначения.Размещение на кристалле 275 тыс. транзисторов дало возможностьполностью реализовать 32-разрядную архитектуру.Главные особенности:• обеспечивает 32-разрядный ввод-вывод, 32-битовую адресацию основной памяти (адресуемая реальная память — до4 Гбайт, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
