46307 (665494), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Параллельная работа четырех внутренних устройств дает возможность 80286 осуществлять управление виртуальной памятью и обеспечивать защиту всей памяти без снижения производительности.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МП 80286
Тактовая частота----------6; 8; 10; 12
Адресное пространство памяти:
физической, Мбайт----------------16
виртуальной на задачу, Гбайт----------1
Число уровней защиты памяти----------4
Пропускная способность шины, Мбайт/с----12,5
Число контактов четырехразрядного корпуса--68
В 80286 предусмотрены 4 иерархических уровня защиты памяти, реализованных аппаратно, что повышает общую производительность ПЭВМ и не требует дополнительных программных затрат на выполнение функций защиты.
Ядро ОС работает на самом высоком уровне и выполняет такие наиболее ответственные функции, как распределение памяти, планирование задач и координацию взаимодействия между задачами. Небольшое по размеру ядро ОС хорошо использует быстродействие процессора, и его можно рассматривать ка расширение физического процессора.
Следующим после уровня ядра ОС идет уровень супервизора, управляющего ресурсами ввода-вывода, распределением буферов данных, глобальным планированием заданий. Программы супервизора имеют больший размер, чем программы на уровне ядра. Наименее надежные программы, например неапробированные программы пользователя, работают на 4 уровне, самом низком уровне привилегированности.
В 80286 имеются 17 регистров. Восемь предназначены для выполнения арифметических вычислений и формирования адресов, и смещений, и обеспечивают программную совместимость с 80286.
Четыре сегментных регистра определяют 4 сегмента области виртуальных адресов, предоставляемых выполняющейся задаче. Это регистры сегментов кода, данных, дополнительного сегмента и стека. Если в 8086 сегментные регистры являлись 16-разрядными, то в 80286 их длина увеличена до 64 разрядов, причем каждый из регистров содержит 16-разрядный сектор и 48-разрядный дескриптор.Задача использует 4 аппаратных сегментных регистра и может иметь доступ максимум к 16 К сегментам. Эти аппаратные регистры перезагружаются каждый раз, когда поступает запрос на новый сегмент, причем это делается прозрачно для программиста.
Использование в команда виртуальных адресов дает каждому пользователю возможность доступа к виртуальной памяти емкостью 1 Гбайт. Сегмент в 80286 - это часть диапазона виртуальных адресов, длина которой может меняться от 1 байта до 64 Кбайт. Средства работы с сегментами переменного размера обеспечивают более эффективное выполнение команд операций подкачки.
Виртуальный адрес состоит из селектора и смещения. Селектор - это индекс-расстояние от базового адреса дескрипторной таблицы до нужного элемента-дескриптора в этой таблице. Смещение - это расстояние до нужного байта данных в указанном сегменте. Набор команд 80286 является расширением расширением команд 8086 и обеспечивает программную совместимость с ним.
Он включает все виды команд 8086 и 80186 и дополнительные команды для работы со средствами управления памятью. Команды 80286 упрощают реализацию сложных ПЭВМ, разрабатываемых на современных языках высокого уровня.
Новые команды упрощают выполнение стековых операций, вычисление и контроль индексов динамических массивов, а также выполнение приказов входа и выхода из процедур в структурированных языках высокого уровня. При помощи привилегированных команд, которые могут выполняться только на высшем по приоритету уровне, т.е. в ядре ОС, можно устанавливать или изменять параметры памяти для системы.
ВЫСОКОПРИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ МАТЕМАТИЧЕСКИЙ СОПРОЦЕССОР 80287: Обрабатывает 32-, 64- и 80-разрядные операнды с плавающей точкой, 32и 64-разрядные данные с фиксированной точкой и 18-разрядные двоичнодесятичные числа.Он подключается к 80286 и использует ресурсы, подключенные к локальной шине данных. Как и 80286, сопроцессор может работать в режиме реальной адресации или защищенном режиме. На уровне объ ективных кодов 80287 совместимом с 8087 (аналог К1810ВМ87), имеет аналогичную структуру, размещен в таком же 40-контактном корпусе, но обладает большей производительностью.
Другой пример, МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ НАБОР 80386 32-разрядный МП.
Включает следующие микоросхемы:
80386 - быстродействующий 32-разрядный МП с 32-разрядной внешней
шиной;
80387 - быстродействующий математический сопроцессор;
82384 - генератор тактовых сигналов;
82358 - арбитр магистрали--.
МП 80386 оптимизирован для многозначных ОС и прикладных задач,для которых необходимо высокое быстродействие.Главной его особенностью является аппаратная реализация так называемой многосистемной програмной среды, обеспечивающей возможность совместной работы разнородных программ пользователей,ориентированных на разные ОС (UNIX, MS DOS, APS 86). МП 80386 обеспечивает программную совместимость снизу вверх по отношению к 16-разрядным МП 8086, 80186 и 80286.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МП 80386
Тактовая частота, МГц----------16, 20, 25, 33
Адресное пространство памяти:
физическое, Гбайт--------------4
виртуальное, Тбайт--------------64
Число уровней защиты------------4
Пропускная способность шины, Мбайт/с--32
Число контактов корпуса с матричным разложением выводов--------------132
Архитектура со встроенными устройствами управления памятью и защиты включает трансляцию адреса, регистры аппаратуру для многозадачных режимов и механизма защиты, которые обеспечивают работу различных ОС.
МП 80386 содержит 6 блоков, обеспечивающих управление выполнением команд, сопряжение с шинами, декодирование и упреждающую выборку команд. Все эти устройства работают в виде конвейера, причем каждое из них может выполнять свою конкретную функцию параллельно с другими.
Таким образом, во время выполнения одной программы производится декодирование второй, а третья выбирается из памяти. Дополнительным средством повышения производительности служит специальный блок быстрого умножения (деления).УУП содержит блок сегментации и блок страничной организации. Сегментация позволяет управлять логическим адресным пространством, обеспечивая переместимость программ и данных,и эффективное разделение памяти между задачами. Страничный механизм работает на более низком уровне и прозрачен для сегментации, позволя упарвлять физичиским адресным пространством. Каждый сегмент разделяется на одну или несколько страниц размером 4 Кбайта.
Память организована в виде одного или нескольких сегментов переменной длины. Максимальная длина сегмента 4 Гбайта. Каждая область адресного пространства может иметь связанные с ней атрибуты, определяющие ее расположение, размер, тип (стек, программа или данные) и характеристики защиты.
Устройство сегментации обеспечивает 4-х уровневую защиту для изоляции прикладных задач и ОС друг от друга.
МП 80386 имеет 2 режима работы: реальной адресации и виртуальной адресации с защитой. В реальном режиме 80386 работает как быстрый 8086 (при необходимости с 32-разрядными данными). РЕАЛЬНЫЙ РЕЖИМ необходим для установки процессора после сброса перед переходом в режим с защитой. Режим с защитой обеспечивает доступ к сложной системе управления памятью, страничной адресации и системе привилегий в процессоре.
Внутри режима с защитой программа может осуществить переключение задач для того, чтобы войти в задачи, отмечаемые как задачи виртуального режима 8086. Каждая такая задача позволяет исполняться любым программам 8086 (прикладной или целой ОС). Виртуальные задачи 8086 могут быть изолированы и защищены друг от друга и от главной ОС при помощи страничной адресации и эмуляции команд ввода-вывода.
В 80386 имеются 32 регистра, разделяемых на следующие группы:
общего назначения; сегментные; указатель команд и флаги; управления.
Шесть программнодоступных регистров отладки реализуют поддержку процесса отладки программ: четыре указывают четыре точки останова, управляющий используется для установки конторльных точек, а статусный показывает текущее состояние точек останова. Эти регистры обеспечивают задание контрольных точек останова по командам и данным, а также пошаговый режим выполнения программы.
СИСТЕМА КОМАНД МП 80386 подразделяется на следующие классы опера ций; пересылку данных; арифметику; сдвиг (циклический сдвиг); работу со строками; работу с битами; передачу управления; поддержку языков высокого уровня;поддержку ОС; управление процессором. Она содержит набор команд 80286 и дополнительные команды.
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ НАБОР 80486.
Включает следующие микросхемы:
80486 - быстродействующий 32-разрядный МП;
82596СА - 32-разрядный сопроцессор LAN;
82320 - контроллер магистрали Micro Chanel (MCA);
82350 - контроллер магистрали EISA;
82С508 - микросхема программируемой логики, минимизирующая объем
оборудования основной платы.
МП 80486 использует CISC-архитектуру и обеспечивает программную совместимость с 80386, в 2-4 раза более производительнее 80386 вследствии частичного применения RISC-архитектуры и внутренней 128-разрядной шины данных, внутреннего ОЗУ емкостью 8 Кбайт, реализации функций математического сопроцессора 80387, контроллера кэш-памяти 82385. Система команд содержит набор команд 80386 и дополнительные команды.
МП содержит более 1 млн. транзисторов, имеет тактовую частоту 25 или 33 МГц и размещен в 186-выводном корпусе с матричным расположением выводов. В МП используются раздельные 32-разрядные шины адреса и данных, обеспечивающие в монопольном режиме скорость передачи данных до 106 Мбайт/с (при тактовой частоте 33 МГц).
Сопроцессор 82596 оптимизирован для выполнения функций файл-сервера, построения одно- и многопользовательских рабочих станций и мини-компьютера. Сопроцессор использует при передаче данных 32-разрядные шины и сигналы, что позволяет упростить сопряжение с арифметическими сопроцессорами и системной магистралью.
Фирма INTEL первой выпустила 16-битные МП. МП 8086 представляет собой значительно усовершенствованный вариант МП 8086/8085,а МП 8088 почти аналогичен 8086, но его внешняя шина данных имеет 8 бит.
Фирма INTEL лидирует на рынке 26-битных МП, МП 8086/8088 доминируют в конторских компьютерах, они применялись , например, в первых моделях IBM BC (8088), ACT SIRIUS (8088), DEC RAINBOW (8088), APRICOT (8086). В последующих моделях IBM PC ( и и в много численных "колоннах") используются более мощные МП 80186, 80286, 80386. Основные преимущества 16-битных МП фирмы INTEL и других фирм по сравнению с 8-битными заключается в следующем:
а) более быстрое выполнение команд;
б) расширенная система команд(например, имеются команды умножения и деления);
в) увеличенный объем памяти ( обычно 1 Мбайт и более) по сравне нию с 64 К байтами;
г) расширенный диапозон целых чисел ( от 0 до 64К вместо от 0 до 255);
д) большее число режимов адресации, что упрощает программы и по вышает их эффективность;
е) применение сопроцессоров, помогающих ЦП быстрее выполнять программы.
После хорошо зарекомендовавших себя 16-битных МП в начале 80-х годов стал неизбежен переход к 32-битным устройствам, которые обладают следующими преимуществами:
- позволяют обрабатывать 32-битные данные с большим диапазоном це лых чисел;
- обладают большем диапазоном адресации памяти, обычно 4 Гбайта; имеют более высокую скорость работы с частотой синхронизации 16 МГц и выше;
- характеризуются дополнительным набором команд и режимов адресации с обеспечение совместимости вверх с их предшественниками;
- имеют внутренние средства управления памятью и внутреннюю кэш-па мять для команд, в которой хранятся наиболее часто используемые команды и данные;
- обеспечивают увеличение производительности в 2-3 раза на стан дартных бенчмарк-программах.
Фирмы производители 32-битных МП утверждают, что по вычислительной мощности эти приборы соперничают с традиционными миникомпьютерами, например машинами VAX фирмы DEK. Хотя это утверждение не является бесспорным (в части быстродействия по командам, с учетом быстродействия сопроцессора и поддержки сложной операционной системы), все же 32-битные МП широко применяются в инженерных рабочих станциях, в области распознавания речи, в роботах, для автоматизации учрежденческой деятельности и в больших много пользовательских и мультиплексорных системах.
Наибольшее распространение получили МП 80386 фирмы INTEL, MC68020 фирмы ZILOG и транспьютер Т424 фирмы INMOS. Если первые три процессора представляют собой естественную эволюцию своих 16-битных предшественников и имеют обычную архитектуру, то в транспьютере реализован совершенно новый подход к архитектуре машины. По существу, он является RISC-процессором (компьютер со сокращенной системой команд) в отличие от CISC-процессора (компьютер со сложной системой команд).
Транспьютер спроектирован для работы в мультиплексорной конфигурации, т.е. несколько транспьютеров параллельно выполняют одну программную задачу. Разработка RISC-процессора является попыткой отойти от эволюционного развития ЦП с постепенным усложнением системы команд. Несколько исследовательских организаций и университетов попытались разработать ЦП с намного меньшим числом команд, что обеспечивает зна чительное повышение его производительности.
Важнейшие особенности " чистого " RISC-процессора заключаются в однотактной работе (многочисленные обращения к памяти не предусматриваются) и аппаратном управлении (выполнение команд опирается на быстро действующие схемы, а не на микрокод в отличие от обычных МП , в которых применяется медлительное управление через табличный микрокод, определяющий операции ЦП в каждой команде). Промышленный выпуск 32-битных RISC-процессоров пока освоили только фирмы INMOS (транспьютер) и ACORN (ARM - ACORN Mashine). Не исключено, что в архитектурах будущих компьютеров будет преобладать данный подход для обеспечения их более высокой производительности.
В 32-битных процессорах 80386, МС8020 и Z80000 используются кэш-память для команд и управление памятью, о которой необходимо сказать несколько слов. Очень быстрая кэш-память встроена в сам ЦП, либо помещается между основной памятью.Большая основная память всегда реализуется на микросхемах динамических ЗУПВ, которые хотя и дешевле,но менее быстродействующие по сравнению со статическими ЗУПВ. Если наиболее часто адресуемые команды и данные хранить в быстродействующей кэш-памяти на микросхемах статических ЗУПВ, то можно ускорить выполнение программы.
В большинстве программ наблюдается тенденция обращений к одним и тем же адресам памяти. В кэш-памяти хранится содержимое этих адресов вместе с самими адресами. Когда при выполнении программы потребуется содержимое одного из этих адресов, например считывается команда программы, кэш-память производит очень быстрое сравнение , определяя, не соответствует ли тэг (признак) запрошенного ЦП адреса одному из хранимых в кэш-памяти элементов. В случае успеха (попадания) команду можно считать из кэш-памяти, не обращаясь к медленной основной памяти. Чтобы оправдать применение Кэш-памяти, коэффициент попаданий должен быть достаточно высоким (обычно более 80% ). Типичный размер кэш-памяти составляет 4 Кбайта. Очевидно, чем больше кэш-память, тем выше коэффициент попаданий.
Управление памятью, введенное в 32-битные процессоры, предназначается для максимального распределения областей памяти между различными программами (и их данными), а также для обеспечения защиты программ. Это устройство может быть встроено в ЦП или быть выполнено в виде отдельной микросхемы, Устройство управления памятью преобразует формируемый ЦП логический адрес памяти в физический адрес, который и подается в память. Следовательно, ОС передает управление от одной программы к другой,причем обе программы разделяют один и тот же диапозон логических адресов, но в физической памяти они расположены отдельно. Кроме того, УУП обеспечивает защиту программ или данных, например, допуская считывание и назначая уровни привилегий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
