В 80286 используется конвейерный принцип выполнения команд с четырьмя уровнями конвейеризации, реализованными в четырех раздельных логических устройствах: интерфейса шины, адресов команд и исполнительном устройстве. Эти устройства работают одновременно: циклы обращения к памяти, вечисления адресов и контроля защиты, декодирования и выполнения команд могут совмещаться.
Интерфейс шины передает байт инф. по каждому циклу тактовой частоты из своей очереди в устройство команд, которое декодирует и преобразует формат полных данных и помещает их в очередь команд, ожидающих выполнения .
Исполнительное устройтсво содержит рабочие регистры, АЛУ и микропрограммное ПЗУ, которое определяет последовательность внутренних микрокоманд. Когда текущая команда близка к завершению, ПЗУ генерирует сигнал, по которому исполнительное устройство принимает следующий адрес ПЗУ из очереди команд, что обеспечивает непрерывность его работы.
Многоуровневый механизм защиты памяти МП исключительно гибок: можно использовать два, три или четыре уровня защиты для системных программ, обеспечивая качество защиты для системных программ, обеспечивающих качество защиты команд, необходимое для любой конкретной ЭВМ.
Резервируя один уровень привилегированности для расширений ОС, можно специализировать функции ЭВМ, не затрагивая первоначального ПО.
Основным механизмом защиты предусматривается предоставление каждой задаче управляемого доступа к двум областям виртуальной памяти одной общей и одной частной - в соответствии с содержимым глобальной и локальной дескрипторных таблиц:
в глобальном перечисляются сегменты, к которым могут обращаться все системные задачи, с учетом ограничений только по уровням привилегированности;
в локальной перечисляются сегменты которые предоставляются только одной задачи, поскольку в каждую задачу подобная таблица входит как часть описания ее состояния, типичная ЭВМ будет содержать много ло кальных дескрипторных таблиц. Регистр-указатель этой таблицы автоматически загружается наряду с другими регистрами при переключении на данную задачу.
Дескриптор для каждого сегмента содержит базовый адрес, размер сегмента и поле прав доступа. Это поле определяет режим использования инф. данного сегмента.
Регистр признаков 80286 имеет дополнительный признак вложенности и двухразрядный признак уровня привилегированности операций ввода-вывода.
Устройство адресов производит преобразование адресов и одновременно контролирует права доступа; содержит кэш-память (хранит базовый адрес, предельное граничное значение и права доступа для всех сегментов вертуальной памяти, выбранных в данный момент для использования выполняющейся задачей). Наличие кэш-памяти сводит к минимуму необходимость в считывании указанной информации из основной памяти и позволяет устройству адресов выполнять свою функцию за один цикл тактовой частоты.
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.