Реферат: Обзор процессоров и шин ПВМ начиная с 386 машин

Московский институт радиотехникиэлектроники и автоматики

кафедра АСОИУ приИнтерЭВМ

_Р Е Ф Е Р А Т

_Тема: . Обзорпроцессоров и шин ПВМ

начиная с 386 машин.

— 2 -

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 обеспечениестоимостью 6,5 млрд. долл.,

написанное для МП предыдущих моделей от8086/88 до 80286 (клон

IBM PC). Говорят, что системы совместимы,если программы напи-

санные на одной системе, успешно выполняются на другой. Если

совместимость распространяется только водном направлении, от

старой системы к новой, то говорят о совместимости снизу

вверх. Совместимость снизу вверх наобьектном уровне поддержи-

вает капиталовложения конечного пользователя в программное

обеспечение, поскольку новая система просто заменяет более

медленную старую. Микропроцессор 80386совместим снизу вверх с

предыдущими поколениями МП фирмы Intel.Это означает что прог-

раммы написанные специально для МП80386 и использующие его

специфические особенности, обычно не работают на более старых

моделях. Однако, так как набор команд МП80386 и его модули

обработки являются расширениями наборакоманд предшествующих

моделей, программное обеспечение последних совместимо снизу

вверх с МП 80386.

Специфическими особенностями МП 80386являются многозадач-

ность, встроенное управление памятью, виртуальная память с

разделением на страницы, защита программ и большое адресное

пространство. Аппаратная совместимость с предыдущимимоделями

сохранена посредством динамическогоизменения разрядности ма-

гистрали. МП 80386 выполнен на основе технологии CHMOS III

фирмы Intel, которая вобрала с себя быстродействиетехнологии

HMOS (МДП высокой плотности) и малоепотребление мощности тех-

— 3 -

нологии CMOS (КМДП). МП 80386 предусматривает переключение

программ, выполняемых под управлениемразличных операционных

систем, такие как MS-DOS и UNIX. Этосвойство позволяет разра-

ботчикам программ включать стандартное прикладное программное

обеспечение для 16 -разрядных МПнепосредственно в 32 -разряд-

ную систему. Процессор определяет адресное пространство как

один или несколько сегментов памяти любогоразмера в диапазоне

от 1 байт до 4 Гбайт (4*2 530 0байт). Эти сегменты могут быть ин-

дивидуально защищены уровнями привилегий итаким образом изби-

рательно разделяться различнымизадачами. Механизм защиты ос-

нован на понятии иерархии привилегий илиранжированного ряда.

Это означает, что разным задачам или программам могут быть

присвоены определенные уровни, которыеиспользуются для дан-

ной задачи. Схема поддержки программ МП 80386 представлена на

рис 1.

Заметим, что на рисунке некоторые биты регистров являются

неопределенными или отмечены какзарезервированные фирмой In-

tel для использования в будущем.

Рисунок 1 расположен на следующейстранице.

— 4 -

рис.1

┌────────────────────────────┐

│ Защищенная среда МП 80386 │

└─────────────┬──────────────┘

┌──────────────────────┴────────────────────────┐

│ Процессор выбирает программы поочереди. │

│ Уровни привилегий гарантируют пользователям, │

│ что информация будет в безопасности. │

│ Набор команд МП 80386 включает все команды │

│ МП 8086 и 80286. │

└──────────────────────┬────────────────────────┘

│

┌─────────┬─────────┬──────────┼────────────┬───────────┬─────────┐

│Программы│Программы│Программы│ Ядро │Остальные │Код │

│ дляМП │ для МП │ для МП │операционной│программы │изгото- │

│ 8086 │ 80286 │ 80386 │ системы │операцион- │товителя │

│ │ │ │ │ные │комплекс-│

│ │ │ │ │ системы │ного обо-│

│ │ │ │ │ │рудования│

│ │ │ │ │ │ │

│ 3 │ 3 │ 3 │ 0 │ 1 │ 2 │

└─────────┴─────────┴──────────┴────────────┴───────────┴─────────┘

Сегменты памяти с различными уровнямипривилегий

— 5 -

2. Режимы процессора

Для более полного понятия системыкоманд МП 80386 необхо-

димо предварительно описать общую схему его работы и архитек-

туру.

В данном реферате не раскрываетсяболее подробно значения

некоторых специфических слов ипонятий, 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 предыду-

щих моделях МП.

МП 80386 имеет два режима работы:режим реальных адресов,

называемый реальным режимом, и защищенныйрежим.

2.1. Реальный режим

При подаче сигнала сброса или привключении питания уста-

навливается реальный режим, причем МП80386 работает как очень

быстрый МП 8086, но, пожеланию программиста, с 32-разрядным

расширением. В реальном режиме МП 80386имеет такую же базовую

архитектуру, что и МП 8086, но обеспечивает доступ к 32-раз-

рядным регистрам. Механизм адресации, размеры памяти и обра-

ботка прерываний МП 8086 полностью совпадают с аналогичными

функциями МП 80386 в реальном режиме.

Единственным способом выхода изреального режима является

явное переключение в защищенный режим. В защищенный режим МП

80386 входит при установке бита включениязащиты (РЕ) в нуле-

вом регистре управления (CR0) с помощьюкоманды пересылки (MOV

— 6 -

to CR0). Для совместимости с МП 80286 с целью установки бита

РЕ может быть также использована командазагрузки слова состо-

яния машины LMSW. Процессор повторновходит в реальный режим в

том случае, если программа командой пересылки сбрасывает бит

РЕ регистра CR0.

2.2. Защищенный режим

Полные возможности МП 80386раскрываются в защищенном режи-

ме. 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 приписываемымиим

значениями независимо отинтерпретирующего их оборудования).

Это позволяет выполнять на МП 80386 программное обеспечение

для МП 8086 — прикладную программу илицелую операционную сис-

тему. В то же время задачи длявиртуального МП 8086 изолирова-

ны и защищены как друг от друга, так и отглавной операционной

системы МП 80386. Далее перейдем непосредственно к рассмотре-

нию шины данных МП 80386.

3. Шины

Прежде всего дадим определение шины.Шина — это канал пере-

сылки данных, используемый совместноразличными блоками систе-

мы. Шина может представлять собой наборпроводящих линий, выт-

равленных в печатной плате, проводаприпаянные к выводам разь-

емов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский ка-

бель. Компоненты компьютерной системы физически расположены

на одной или нескольких печатных платах,причем их число и фу-

— 7 -

нкции зависят от конфигурации системы, ееизготовителя, а час-

то иот поколения микропроцессора.

Информация передается по шине в видегрупп битов. В состав

шины для каждого бита слова может бытьпредусмотрена отдельная

линия (параллельная шина), или все битыслова могут последова-

тельно во времени использовать одну линию (последовательная

шина). На рис 2. нарисовано типичное подключениеустройств к

шине данных. рис.2

┌───────────┐ ┌───────────┐

│Устройство│ │Устройство│

│ вывода │ │ ввода │

└───┬──┬────┘ └───┬──┬────┘

│ │ │ │

┌─────────┐┌──────────┐┌───┴──┴────┐ ┌───┴──┴────┐

│ ОЗУ │ │ ПЗУ │ │ Выходной│ │Входной │

│ │ │ │ │ буфер │ │ буфер │

└─┬┬┬┬┬┬┬┬┘└─┬┬┬┬┬┬┬┬─┘└─┬┬┬┬┬┬┬┬──┘ └┬┬┬┬┬┬┬┬───┘

││││││││ ││││││││ ││││││││ ││││││││ ┌─────┐

──┴┼┼┼┼┼┼┼────┴┼┼┼┼┼┼┼─────┴┼┼┼┼┼┼┼──────┴┼┼┼┼┼┼┼──┤D 40 0П │

───┴┼┼┼┼┼┼─────┴┼┼┼┼┼┼──────┴┼┼┼┼┼┼───────┴┼┼┼┼┼┼──┤ р │

────┴┼┼┼┼┼──────┴┼┼┼┼┼───────┴┼┼┼┼┼────────┴┼┼┼┼┼──┤ о │

─────┴┼┼┼┼───────┴┼┼┼┼────────┴┼┼┼┼─────────┴┼┼┼┼──┤ ц │

──────┴┼┼┼────────┴┼┼┼─────────┴┼┼┼──────────┴┼┼┼──┤ е │

───────┴┼┼─────────┴┼┼──────────┴┼┼───────────┴┼┼──┤ с │

────────┴┼──────────┴┼───────────┴┼────────────┴┼──┤ с │

─────────┴───────────┴────────────┴─────────────┴──┤D 47 0о │

│ р │

└─────┘

— 8 -

3.1 Шина с тремя состояниями

Шина с тремя состояниями напоминаеттелефонную линию общего

пользования, к которой подключено много абонентов. Три состо-

яние на шине — это состояния высокогоуровня, низкого уровня и

высокого импеданса. Состояние высокого импеданса позволяет

устройству или процессору отключиться от шины и не влиять на

уровни, устанавливаемые на шине другимиустройствами или про-

цессорами. Таким образом, только одно устройство является ве-

дущим на шине. Управляющая логика активизирует в каждыйконк-

ретный момент только одно устройство, которое становиться ве-

дущим. Когда устройство активизировано, оно помещает свои

данные на шину, все же остальные потенциальныеведущие перево-

дятся в пассивное состояние.

К шине может быть подключено много приемных устройств -

получателей. Обычно данные на шинепредназначаются только для

одного из них. Сочетание управляющих и адресных сигналов,оп-

ределяет для кого именно. Управляющаялогика возбуждает специ-

альные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю когда

ему следует принимать данные. Получатели и отправители могут

быть однонаправленными (т.е. осуществлять только либо переда-

чу, либо прием) и двунаправленными(осуществлять и то и дру-

гое). На рис. 3 показаны двунаправленныеотправители/получате-

ли, подключенные к шине.

Рисунок 3 расположен на следующейстранице.

— 9 -

рис.3

┌──────────────────┐

│ Микропроцессор │

└──────────────────┘

┌──────────────────┐

┌─────────────┤ Управляющая ├────────────┐

│ ┌───┤ логика ├──┐ │

│ │ └──────────────────┘ │ │

│ └───────┐ Разрешение┌─────┘ │

│ Активизация │ │ Активизация │

выхода 1 │ │ выхода 2

┌─────┴─────────────┐ │ ~ │ ┌───────────┴──────┐

│ Строб данных │ ┌┴┐ ║ ┌┴┐ │ Строб данных │

│ Выходные├──┤├─┬──╢ ┌─┤ ├──┤Выходные │

│Отправи- данные │ └─┘ │ ║ │ └─┘ │ данные Отправи-│

│тель/по- Входные │ │ ║ │ │Входные тель/по-│

│лучатель 1 данные ├─────┘ ╟──┴─────┤данные лучатель 2│

└───────────────────┘ ║ └──────────────────┘

║

~ Линия шины

Шинная (магистральная) организация получила широкое расп-

ространение, поскольку в этом случае всеустройства используют

единый протокол сопряжения модулей центральных процессоров и

устройств ввода-вывода с помощью трех шин.

— 10 -

3.2 Типы шин

Сопряжение с центральным процессоромосуществляется посредс-

твом трех шин: шины данных, шины адресов и шины управления.

Шина данных служит для пересылки данныхмежду 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. ВМП 8088 шина данных

имеет ширину 8 разрядов. В МП 8086, 80186, 80286 ширина шины

данных 16 разрядов; в МП 80386 — 32разряда.

Шина адресов используется ЦП для выбора требуемой ячейки

памяти или устройства ввода-вывода путем установки ан шине

конкретного адреса, соответствующего однойиз ячеек памяти или

одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему. Наконец

по шине управления передаются управляющиесигналы, предназна-

ченные памяти и устройствам ввода-вывода.Эти сигналы указыва-

ют направление передачи данных (в ЦП илииз ЦП), а также мо-

менты передачи.

Магистральная организацияпредпологает, как правило, нали-

чие управляющего модуля, который выступает в роли директора -

распорядителя при обмене данными. Основное назначение этого

модуля - организация передачи слова между двумя другими моду-

лями.

3.3 Операции намагистрали

Операция на системной магистралиначинается с того, что уп-

равляющий модуль устанавливает на шинекодовое слово модуля -

отправителя и активизирует линию стробаотправителя. Это поз-

воляет модулю, кодовое слово которого установлено на шине,

— 11 -

понять, что он является отправителем.Затем управляющий модуль

устанавливает на кодовое слово модуля — получателя и активизи-

рует линию строба получателя. Это позволяетмодулю, кодовое

слово которого установлено на шине, понять, что он является

получателем.

После этого управляющий модульвозбуждает линию строба дан-

ных, в результате чего содержимое регистраотправителя пересы-

лается в регистр получателя. Этот шаг может быть повторен лю-

бое число раз, если требуется передатьмного слов.

Данные пересылаются от отправителяполучателю в ответ на

импульс, возбуждаемый управляющим модулемна соответствующей

линии строба. При этом предполагается, чток моменту появления

импульса строба в модуле — отправителе данные подготовлены к

передаче, а модуль — получатель готов принять данные. Такая

передача данных носит название синхронной (синхронизирован-

ной).

Что произойдет, если модули участвующие в обмене (один или

оба), могут передавать или приниматьданные только при опреде-

ленных условиях ? Процессы на магистралях могут носить асинх-

ронный (несинхронизированный) характер. Передачу данных от

отправителя получателю можно координировать с помощью линий

состояния, сигналы на которыхотражают условия работы обоих

модулей. Как только модуль назначаетсяотправителем, он прини-

мает контроль над линией готовностиотправителя, сигнализируя

с ее помощью о своей готовности приниматьданные. Модуль, наз-

наченный получателем, контролирует линию готовности получате-

ля, сигнализируя с ее помощью о готовностипринимать данные.

При передаче данных должны соблюдатьсядва условия. Во-пер-

— 12 -

вых, передача осуществляется лишь в том случае, если получа-

тель и отправитель сигнализируют освоей готовности. Во-вто-

рых, каждое слово должно передаваться одинраз. Для обеспече-

ния этих условий предусматривается определеннаяпоследователь-

ность действий при передачи данных. Этапоследовательность но-

сит название протокола.

В соответствии с протоколом отправитель, подготовив новое

слово, информирует об этом получателя.Получатель, приняв оче-

редное слово, информирует об этомотправителя. Состояние линий

готовности в любой момент времениопределяет действия, которые

должны выполнять оба модуля.

Каждый шаг в передаче данных от однойчасти системы к дру-

гой называется циклом магистрали (или часто машиннымциклом).

Частота этих циклов определяется тактовымисигналами ЦП. Дли-

тельность цикла магистрали связана с частотой тактовых сигна-

лов. Типичными являются тактовые частоты5, 8, 10 и 16 МГц.

Наиболее современные схемы работают начастоте до 24 МГц.

3.4 Порты ввода-вывода

Адресное пространство ввода-выводаорганизовано в виде пор-

тов. Порт представляет собой группу линийввода-вывода, по ко-

торым происходит параллельная передачаинформации между ЦП и

устройством ввода-вывода, обычно по одномубиту на линию. Чис-

ло линий в порте чаще всего совпадает сразмером слова, харак-

терным для данного процессора. Входнойпорт чаще всего органи-

зуется в виде совокупности логическихвентилей, через которые

входные сигналы поступают на линиисистемной шины данных. Вы-

ходной порт реализуется в видесовокупности триггеров, в кото-

— 13 -

рых хранятся сигналы, снятые с шиныданных.

Если в передаче информации участвуетпроцессор, то направ-

ление потока входной и выходной информациипринято рассматри-

вать относительно самого процессора. Входной порт — это любой

источник данных (например, регистр),который избирательным об-

разом подключается к шине данныхпроцессора и посылает слово

данных в процессор. Наоборот, выходнойпорт представляет собой

приемник данных ( например, регистр), который избирательным

образом подключается к шине данныхпроцессора. Будучи выбран,

выходной порт принимает слово данных измикропроцессора.

Процессор должен иметь возможностькоординировать скорость

своей работы со скоростью работы внешнегоустройства, с кото-

рым он обменивается информацией. В противном случае может по-

лучиться, что входной порт начнетпересылать данные еще до то-

го как, процессор их затребует, и процесспересылки данных на-

ложится на какой-то другой процесс в ЦП. Как уже отм

еще рефераты

Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Оперативная память. Исследование рынка оперативной памяти

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Определение эффективности применения информационной технологии

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Организация автоматизированной обработки информации в коммерческих сетях

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Оргтехника

29 Августа 2013