Обзор x86 процессоров
ьшие свободы по использованию многозадачных ОС. В этом
режиме этот процессор работал не как один 8086, а как неограниченное их
количество в одно и тоже время. Этот режим позволял процессору разбивать
память на множество виртуальных машин, каждая из которых работала так, как
будто она была отдельным компьютером на 8086 чипе.
2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ i80286
Микропроцессор i80286 предусматривает 24-разрядную адресацию, 16-
разрядный интерфейс памяти, расширенный набор команд, функции ПДП и
прерываний, аппаратное умножение и деление чисел с плавающей запятой,
объединенное управление памятью, 4-уровневую защиту памяти, виртуальное
адресное пространство на 1 гигабайт (1 073 741 824 байта) для каждой задачи
и два режима
работы: режим реальной адресации, совместимый с микропроцессором i8086, и
режим защищенной виртуальной адресации.
2.1 Режим реальной адресации
В режиме реальной адресации физическая память микропроцессора
представляет собой непрерывный массив объемом до одного мегабайта.
Микропроцессор обращается к памяти, генерируя 20-разрядные физические
адреса. 20-разрядный адрес сегмента памяти состоит из двух частей: старшей
16-разрядной переменной части и младшей 4-разрядной части, которая всегда
равна нулю. Таким образом, адреса сегментов всегда начинаются с числа,
кратного 16. В режиме реальной адресации каждый сегмент памяти имеет
размер 64 Кбайта и может быть считан, записан или изменен. Если операнды
данных или команд попытаются выполнить циклический возврат к концу
сегмента, может произойти прерывание или возникнуть исключительная
ситуация; например, если младший байт слова смещен на FFFF, а старший байт
равен 0000. Если в режиме реальной адресации информация, содержащаяся в
сегменте, не использует все 64 КБайт, неиспользуемое пространство может
быть предоставлено другому сегменту в целях экономии физической памяти.
2.2 Режим защиты
Режим защиты предусматривает расширенное адресное пространство
физической и виртуальной памяти, механизмы защиты памяти, новые операции по
поддержке операционных систем и виртуальной памяти. Режим защиты
обеспечивает виртуальное адресное пространство на 1 гигабайт для каждой
задачи в физическом адресном пространстве на 16 Мегабайт. Виртуальное
пространство может быть больше физического, т.к. любое использование
адреса, который не распределен в физической памяти, вызывает возникновение
исключительной ситуации, требующей перезапуска.
Как и режим реальной адресации, режим защиты использует 32-разрядные
указатели, состоящие из 16-разрядного искателя и компонентов смещения.
Искатель, однако, определяет индекс в резидентной таблице памяти, а не
старшие 16 разрядов адреса реальной памяти. 24-разрядный базовый адрес
желаемого сегмента памяти получают из таблиц памяти. Для получения
физического адреса к базовому адресу сегмента добавляется 16-разрядное
смещение. Микропроцессор автоматически обращается к таблицам, когда в
регистр сегмента загружается искатель. Все команды, выполняющие загрузку
регистра, обращаются к таблицам памяти без дополнительной программной
поддержки. Таблицы памяти содержат 8-байтовые значения, называемые
описателями.
2.3 Сопроцессор i80287
Математический сопроцессор i80287 позволяет ему выполнять скоростные
арифметические и логарифмические операции, а также тригонометрические
функции с высокой точностью. Сопроцессор работает параллельно с
микропроцессором, это сокращает время вычислений, позволяя сопроцессору
выполнять математические операции, в то время как микропроцессор
занимается выполнением других функций. Сопроцессор работает с семью типами
числовых данных, которые делятся на следующие три класса:
- двоичные целые числа (3 типа);
- десятичные целые числа (1 тип);
- действительные числа (3 типа).
2.3.1 Условия программирования i80287
Сопроцессор предлагает расширенный набор регистров, команд и типов
данных для микропроцессора. Сопроцессор имеет восемь 80-разрядных
регистров, которые эквивалентны емкости сорока 16-разрядных регистров в
микропроцессоре. В регистрах можно хранить во время вычислений временные и
постоянные результаты, что сокращает расход памяти, повышает
быстродействие, а также улучшает возможности доступа к шине.
Пространство регистров можно использовать как стек или как
постоянный набор регистров. При использовании пространства в качестве стека
работа ведется только с двумя верхними стековыми элементами. В следующей
таблице показано представление больших и малых чисел в каждом типе данных.
ТИПЫ ДАННЫХ
| Тип данных |Число |Число верных значащих |
| |битов |цифр |
|Целое слово | 16 | 4|
|Короткое целое | 32 | 9|
|Длинное целое | 64 | |
| | |19 |
|Упакованное десятичное | 80 | |
|короткое | |18 |
|Действительное длинное | 32 | |
| | |6-7 |
|Действительное | 64 | |
|временное | |15-16 |
|Действительное | 80 | |
| | |19 |
3. Основные характеристики i80386
Микропроцессор 80386 дает разработчику систем большое
число новых и эффективных возможностей, включая производительность от 3 до
4 миллионов операций в секунду, полную 32-битную архитектуру, 4 гигабитное
(2 байт) физическое адресное пространство и внутреннее обеспечение работы
со страничной виртуальной памятью.
Несмотря на введение в него последних достижений микропроцессорной
техники, 80386 сохраняет совместимость по объектному коду с программным
обеспечением, в большом количестве
написанным для его предшественников, 8086 и 80286. Особый интерес
представляет такое свойство 80386, как виртуальная машина, которое
позволяет 80386 переключаться в выполнении программ, управляемых
различными операционными системами, например, UNIX и MS-DOS. Это свойство
позволяет производителям оригинальных систем непосредственно вводить
прикладное программное обеспечение для 16-битных машин в системе на базе 32-
битных микропроцессоров.
Объединяя в себе производительность супермини ЭВМ и низкую стоимость
и функциональную гибкость микропроцессора, 80386 может открыть новые
рынки для микропроцессорных систем.
Применения, недопустимые прежде из-за невысокого быстродействия
микропроцессоров или не экономности использования супермини ЭВМ, стали
теперь практически осуществимы благодаря 80386. Такие новейшие
применения, как машинное зрение, распознавание речи, интеллектуальные
работы и экспертные системы, бывшие до недавнего времени в основном на
стадии эксперемента, теперь могут быть предложены на рынке.
Для тго, чтобы удовлетворить требованиям будущих применений, мало
иметь 32-битные регистры, команды и шины. Эти основные свойства являются
лишь отправной точкой для 80386.
3.1 32-битная архитектура
32-битная архитектура 80386 обеспечивает программные ресурсы,
необходимые для поддержки "больших " систем, характеризуемых операциями с
большими числами, большими структурами данных, большими программами (или
большим числом программ) и т.п. Физическое адресное пространство 80386
состоит из 2 байт или 4 гбайт; его логическое адресное пространство состоит
из 2 байт или 64 терабайт (тбайт). Восемь 32-битных общих регистров 80386
могут быть взаимозаменяемо использованы как операнды команд и как
переменные различных способов адресации.
Типы данных включают в себя 8-, 16- или 32-битные целые и порядковые,
упакованные и неупакованные десятичные, указатели, строки бит, байтов,
слов и двойных слов. Микропроцессор 80386
имеет полную систему команд для операций над этими типами
данных, а также для управления выполнением программ. Способы
адресации 80386 обеспечивают эффективный доступ к элементам
стандартных структур данных: массивов, записей, массивов записей и
записей, содержащих массивы.
3.2 Высокопроизводительная технология
32-битная архитектура не гарантирует высокой производительности.
Реализация потенциала архитектуры требует новейшей микроэлектронной
технологии, точного разделения функций и внимания к внешним операциям
кристалла, в особенности к взаимодействию процессора с памятью. Включение
этих свойств обеспечивает 80386 самую высокую произвидительность по
сравнению с любым другим существующим микропроцессором.
Микропроцессор 80386 реализован с помощью технологии фирмы Intel CH
MOSIII - технологического процесса, объединяющего в себе возможности
высокого быстродействия технологии HMOS с малым потреблением технологии
кмоп. Использование геометрии 1,5 мкм и слоев металлизации дает 80386 более
275000 транзисторов на кристаллле.
Микропроцессор 80386 разделен внутри на 6 автономно и
параллельно работающих блоков с соответствующей синхронизацией. Все
внутренние шины, соединяющие эти блоки, имеют разрядность 32 бит.
Конвейерная организация функциональных блоков в 80386 допускает временное
наложение выполнения различных стадий команды и позволяет одновременно
выполнять несколько операций. Кроме конвейерной обработки всех команд, в
80386 выполнение ряда важных операций осуществляется специальными
аппаратными узлами. Блок умножения/деления 80386 может выпонять 32-битное
умножение за 9-41 такт синхронизации, в зависимости от числа значащих цифр;
| |  скачать работу |
Обзор x86 процессоров |
