Реферат: Микропроцессоры Intel80386
Реферат: Микропроцессоры Intel80386
МП 80386 фирмы Intel
1. Введение в МП 80386 фирмы Intel
МП вышел на рынок с уникальным преимуществом. Он является первым 32 - разрядным
МП, для которого пригодно существующее прикладное программное обеспечение
стоимостью 6,5 млрд. долл., написанное для МП предыдущих моделей ОТ 8086/88 до
80286 (клон IBM PC). Говорят, что системы совместимы, если программы написанные
на одной системе, успешно выполняются на другой. Если совместимость
распространяется только в одном направлении, от старой системы к новой, то
говорят о совместимости снизу вверх. Совместимость снизу вверх на обьектном
уровне поддерживает капиталовложения конечного пользователя в программное
обеспечение, поскольку новая система просто заменяет более медленную старую.
Микропроцессор 80386 совместим снизу вверх с предыдущими поколениями МП фирмы
Intel. Это означает что программы написанные специально для МП 80386 и
использующие его специфические особенности, обычно не работают на более старых
моделях. Однако, так как набор команд МП 80386 и его модули обработки являются
расширениями набора команд предшествующих моделей, программное обеспечение
последних совместимо снизу вверх с МП 80386.
Специфическими особенностями МП 80386 являются многозадачность, встроенное
управление памятью, виртуальная память с разделением на страницы, защита
программ и большое адресное пространство. Аппаратная совместимость с предыдущими
моделями сохранена посредством динамического изменения разрядности магистрали.
МП 80386 выполнен на основе технологии CHMOS III фирмы Intel, которая вобрала с
себя быстродействие технологии HMOS (МДП высокой плотности) и малое потребление
мощности технологии CMOS (КМДП). МП 80386 предусматривает переключение программ,
выполняемых под управлением различных операционных систем, такие как MS-DOS и
UNIX. Это свойство позволяет разработчикам программ включать стандартное
прикладное программное обеспечение для 16 -разрядных МП непосредственно в 32
-разрядную систему. Процессоропределяет адресное пространство как один или
несколько сегментов памяти любого размера в диапазоне от 1 байт до 4 Гбайт
(4*2я530я0 байт). Эти сегменты могут быть индивидуально защищены уровнями
привилегий и таким образом избирательно разделяться различными задачами.
Механизм защиты основан на понятии иерархии привилегий или ранжированного ряда.
Это означает, что разным задачам или программам могут быть присвоены
определенные уровни, которые используются для данной задачи.
2. Режимы процессора
Для более полного понятия системы команд МП 80386 необходимо предварительно
описать общую схему его работы и архитектуру.
В данном реферате не раскрывается более подробно значения некоторых
специфических слов и понятий, считая, что читатель предварительно ознакомился с
МП 8086 и МП 80286 и имеет представление о их работе и архитектуре. Описываются
только те функции МП 80386, которые отсутствуют или изменены в предыдущих
моделях МП.
МП 80386 имеет два режима работы: режим реальных адресов, называемый реальным
режимом, и защищенный режим.
2.1. Реальный режим
При подаче сигнала сброса или при включении питания устанавливается реальный
режим, причем МП 80386 работает как очень быстрый МП 8086, но, по желанию
программиста, с 32-разрядным расширением. В реальном режиме МП 80386 имеет такую
же базовую архитектуру, что и МП 8086, но обеспечивает доступ к 32-разрядным
регистрам. Механизм адресации, размеры памяти и обработка прерываний МП 8086
полностью совпадают с аналогичными функциями МП 80386 в реальном режиме.
Единственным способом выхода из реального режима является явное переключение в
защищенный режим. В защищенный режим МП 80386 входит при установке бита
включения защиты (РЕ) в нулевом регистре управления (CR0) с помощью команды
пересылки (MOV to CR0). Для совместимости с МП 80286 с целью установки бита РЕ
может быть также использована команда загрузки слова состояния машины LMSW.
Процессор повторно входит в реальный режим в том случае, если программа командой
пересылки сбрасывает бит РЕ регистра CR0.
2.2. Защищенный режим
Полные возможности МП 80386 раскрываются в защищенном режиме. Программы могут
исполнять переключение между процессами с целью входа в задачи, предназначенные
для режима виртуального МП 8086. Каждая такая задача проявляет себя в семантике
МП 8086 (т.е. в отношениях между символами и приписываемыми им значениями
независимо от интерпретирующего их оборудования). Это позволяет выполнять на МП
80386 программное обеспечение для МП 8086 - прикладную программу или целую
операционную систему. В то же время задачи для виртуального МП 8086 изолированы
и защищены как друг от друга, так и от главной операционной системы МП 80386.
Далее перейдем непосредственно к рассмотрению шины данных МП 80386.
3. Шины
Прежде всего дадим определение шины. Шина - это канал пересылки данных,
используемый совместно различными блоками системы. Шина может представлять собой
набор проводящих линий, вытравленных в печатной плате, провода припаянные к
выводам разьемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель.
Компоненты компьютерной системы физически расположены на одной или нескольких
печатных платах, причем их число и функции зависят от конфигурации системы, ее
изготовителя, а часто и от поколения микропроцессора.
Информация передается по шине в виде групп битов. В состав шины для каждого бита
слова может быть предусмотрена отдельная линия (параллельная шина), или все биты
слова могут последовательно во времени использовать одну линию (последовательная
шина).
3.1 Шина с тремя состояниями
Шина с тремя состояниями напоминает телефонную линию общего пользования, к
которой подключено много абонентов. Три состояние на шине - это состояния
высокого уровня, низкого уровня и высокого импеданса. Состояние высокого
импеданса позволяет устройству или процессору отключиться от шины и не влиять на
уровни, устанавливаемые на шине другими устройствами или процессорами. Таким
образом, только одно устройство является ведущим на шине. Управляющая логика
активизирует в каждый конкретный момент только одно устройство, которое
становиться ведущим. Когда устройство активизировано, оно помещает свои данные
на шину, все же остальные потенциальные ведущие переводятся в пассивное
состояние.
К шине может быть подключено много приемных устройств получателей. Обычно данные
на шине предназначаются только для одного из них. Сочетание управляющих и
адресных сигналов, определяет для кого именно. Управляющая логика возбуждает
специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю когда ему следует
принимать данные. Получатели и отправители могут быть однонаправленными (т.е.
осуществлять только либо передачу, либо прием) и двунаправленными (осуществлять
и то и другое). Шинная (магистральная) организация получила широкое
распространение, поскольку в этом случае все устройства используют единый
протокол сопряжения модулей центральных процессоров и устройств ввода-вывода с
помощью трех шин.
3.2 Типы шин
Сопряжение с центральным процессором осуществляется посредством трех шин: шины
данных, шины адресов и шины управления. Шина данных служит для пересылки данных
между ЦП и памятью или ЦП и устройствами ввода-вывода. Эти данные могут
представлять собой как команды ЦП, так и информацию, которую ЦП посылает в порты
ввода-вывода или принимает оттуда. В МП 8088 шина данных имеет ширину 8
разрядов. В МП 8086, 80186, 80286 ширина шины данных 16 разрядов; в МП 80386 -
32 разряда.
Шина адресов используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства
ввода-вывода путем установки ан шине конкретного адреса, соответствующего одной
из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему.
Наконец по шине управления передаются управляющие сигналы, предназначенные
памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи
данных (в ЦП или из ЦП), а также моменты передачи.
Магистральная организация предпологает,как правило, наличие управляющего модуля,
который выступает в роли директора распорядителя при обмене данными. Основное
назначение этого модуля - организация передачи слова между двумя другими
модулями.
3.3 Операции на магистрали
Операция на системной магистрали начинается с того, что управляющий модуль
устанавливает на шине кодовое слово модуля отправителя и активизирует линию
строба отправителя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на
шине, понять, что он является отправителем. Затем управляющий модуль
устанавливает на кодовое слово модуля - получателя и активизирует линию строба
получателя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на шине,
понять, что он является получателем.
После этого управляющий модуль возбуждает линию строба данных, в результате чего
содержимое регистра отправителя пересылается в регистр получателя. Этот шаг
может быть повторен любое число раз, если требуется передать много слов.
Данные пересылаются от отправителя получателю в ответ на импульс, возбуждаемый
управляющим модулем на соответствующей линии строба. При этом предполагается,
что к моменту появления импульса строба в модуле - отправителе данные
подготовлены к передаче, а модуль - получатель готов принять данные. Такая
передача данных носит название синхронной (синхронизированной).
Что произойдет, если модули участвующие в обмене (один или оба), могут
передавать или принимать данные только при определенных условиях ? Процессы на
магистралях могут носить асинхронный (несинхронизированный) характер. Передачу
данных от отправителя получателю можно координировать с помощью линий состояния,
сигналы на которых отражают условия работы обоих модулей. Как только модуль
назначается отправителем, он принимает контроль над линией готовности
отправителя, сигнализируя с ее помощью о своей готовности принимать данные.
Модуль, назначенный получателем, контролирует линию готовности получателя,
сигнализируя с ее помощью о готовности принимать данные.
При передаче данных должны соблюдаться два условия. Во-первых, передача
осуществляется лишь в том случае, если получатель и отправитель сигнализируют о
своей готовности. Во-вторых, каждое слово должно передаваться один раз. Для
обеспечения этих условий предусматривается определенная последовательность
действий при передачи данных. Эта последовательность носит название протокола.
В соответствии с протоколом отправитель, подготовив новое слово, информирует об
этом получателя. Получатель, приняв очередное слово, информирует об этом
отправителя. Состояние линий готовности в любой момент времени определяет
действия, которые должны выполнять оба модуля.
Каждый шаг в передаче данных от одной части системы к другой называется циклом
магистрали (или часто машинным циклом). Частота этих циклов определяется
тактовыми сигналами ЦП. Длительность цикла магистрали связана с частотой
тактовых сигналов. Типичными являются тактовые частоты 5, 8, 10 и 16 МГц.
Наиболее современные схемы работают на частоте до 24 МГц.
3.4 Порты ввода-вывода
Адресное пространство ввода-вывода организовано в виде портов. Порт представляет
собой группу линий ввода-вывода, по которым происходит параллельная передача
информации между ЦП и устройством ввода-вывода, обычно по одному биту на линию.
Число линий в порте чаще всего совпадает с размером слова, характерным для
данного процессора. Входной порт чаще всего организуется в виде совокупности
логических вентилей, через которые входные сигналы поступают на линии системной
шины данных. Выходной порт реализуется в виде совокупности триггеров, в которых
хранятся сигналы, снятые с шины данных.
Если в передаче информации участвует процессор, то направление потока входной и
выходной информации принято рассматривать относительно самого процессора.
Входной порт - это любой источник данных (например, регистр), который
избирательным образом подключается к шине данных процессора и посылает слово
данных в процессор. Наоборот, выходной порт представляет собой приемник данных (
например, регистр), который избирательным образом подключается к шине данных
процессора. Будучи выбран, выходной порт принимает слово данных из
микропроцессора.
Процессор должен иметь возможность координировать скорость своей работы со
скоростью работы внешнего устройства, с которым он обменивается информацией. В
противном случае может получиться, что входной порт начнет пересылать данные еще
до того как, процессор их затребует, и процесс пересылки данных наложится на
какой-то другой процесс в ЦП. Как уже отмечалось, эта координация работы двух
устройств носит название "рукопожатия", или квитирования.
Теперь подробнее остановимся на режимах работы портов ввода-вывода. Существуют
три вида взаимодействия процессора с портами ввода-вывода: программное
управление, режим прерываний и прямой доступ к памяти (ПДП).
Программно-управляемый ввод-вывод инициируется процессором, который выполняет
программу, управляющую работой внешнего устройства. Режим прерываний отличается
тем, что инициатором ввода-вывода является внешнее устройство. Устройство,
подключенное к выводу прерываний процессора, повышает уровень сигнала на этом
выводе (или в зависимости от типа процессора понижает его). В ответ процессор,
закончив выполнение текущей команды, сохраняет содержимое программного счетчика
в соответствующем стеке и переходит на выполнение программы, называемой
программой обработки прерываний, чтобы завершить передачу данных.
ПДП тоже инициируется устройством. Передача данных между памятью и устройством
ввода-вывода осуществляется без вмешательства процессора. Как правило, для
организации ПДП используются контроллеры ПДП, выполненные в виде интегральных
схем.
3.5 Униварсальный синхронно-асинхронный
приемопередатчик
Микропроцессор взаимодействует с перифирийными устройствами, принимающими и
передающими данные в последовательной форме. В процессе этого взаимодействия
процессор должен выполнять преобразование параллельного кода в последовательный,
а также последовательного в параллельный.
Чаще всего пересылка данных между процессором и периферийными устройствами
выполняются асинхронно. Другими словами, устройство может передавать данные в
любой момент времени. Если данные не передаются, устройство посылает просто биты
маркера, обычно высокий уровень сигнала, что дает возможность немедленно
обнаружить любой разрыв цепи передачи. Если устройство готово передавать данные,
передатчик посылает нулевой бит, обозначающий начало посылки. За этим нулевым
битом следуют данные, затем бит четности и , наконец, один или два стоп-бита.
Закончив передачу, отправитель продолжает посылать высокий уровень сигнала в
знак того, что данные отсутствуют.
Для удобства проектирования интерфейса процессора с устройствами
последовательного ввода-вывода (как синхронными, так и асинхронными) разработаны
микросхемы универсальных синхронно-асинхронных приемопередатчиков (УСАПП). В
состав УСАПП входят функционирующие независимо секции приемника-передатчика.
УСАПП заключен в корпус с 40 выводами и является дуплексным устройством (т. е.
может передавать и принимать одновременно). Он выполняет логическое
форматирование посылок. Для подключения УСАПП могут потребоваться дополнительные
схемы, однако нет необходимости в общем тактовом генераторе, синхронизирующем
Страницы: 1, 2
