Информатика и программное обеспечение ПЭВМ (стр. 29 из 48)

Процессор Intel 80286. Выпущен в 1984 г., имел 16-разрядную внутреннюю архитектуру, 16-разрядную внешнюю шину данных и 24-разрядную внешнюю шину адреса. Увеличение разрядности шины адреса увеличило адресное пространство до 16 Мбайт. Для него разработан математический сопроцессор i80287. На базе процессора 80286 построен компьютер PCAT.

Этот процессор может работать в двух режимах:

− в рабочем ("реальном") он ведет себя как процессор 8088 с расширенным набором команд и поэтому может иметь доступ только к первому мегабайту памяти;

− в "защищенном" режиме работы процессор имеет 24-раз-рядную адресную шину, что в 3 раза больше, чем у процессора 8088, следовательно, в "защищенном" режиме он может иметь доступ непосредственно к 16 Мбайт памяти.

Процессор Intel 80386DX. Замечательной особенностью этого процессора является его 32-разрядная архитектура: 32 линии передачи данных и 32 адресные линии. Таким образом, этот процессор может параллельно передавать 4 байт данных и адресовать оперативную память объемом до 4 Гбайт. Компьютеры, оснащенные такими процессорами, могут удовлетворить высоким требованиям, предъявляемым к управлению программами и большими массивами данных.

Другими преимуществами процессора 80386, по сравнению с процессором 80286, являются доступ к расширенному набору команд и использование системы мультипрограммирования. Одновременно может выполняться несколько прикладных программ. Еще одно преимущество работы процессора 80386 – это "виртуальный" режим, раскрывающий истинные достоинства этого процессора. В "виртуальном" режиме одновременно могут быть запущены несколько программ, которые выполняются как бы различными процессорами 8088, т. е. становится возможным многозадачный режим, реализуемый с помощью разработанной для процессоров 8088 операционной системы MS-DOS.

Процессор Intel 80486 DX. Этот 32-разрядный процессор работает с тактовой частотой до 50 МГц до появления процессора Pentium представлял собой самый совершенный процессор из семейства Intel 8086. В апреле 1989 г. он был представлен на широкое обозрение и уже полгода спустя в больших количествах стал доступен изготовителям компьютеров. По сравнению с предшественником (80386) процессор 80486 имеет большую скорость обработки основных команд, использует новый улучшенный интерфейс с оперативной памятью и встроенный сопроцессор. Повышение производительности процессора 80486 обусловлено рядом усовершенствований, в том числе встроенным сопроцессором и интегрированной кэш-памятью объемом 8 кбайт. Размещение сопроцессора на общем чипе в отличие от прежних моделей, основанных на использовании центрального процессора и дополнительного сопроцессора, имеет много преимуществ.

Процессор Pentium. Pentium 60 с тактовой частотой 66 МГц представляет собой суперскалярный 32-разрядный процессор, построенный по субмикронной технологии с комплементарной МОП-структурой (0,8 мкм) и состоящий из 3,1 млн транзисторов. Он поддерживает команды процессора 80486 и, подобно предшественнику, имеет внутренний блок для проведения операций с плавающей точкой, а также кэш-память на 16 кбайт, устройство управления па-мятью (MMU) и интеллектуальный буфер – предсказания ветвлений (branch target buffer).

Процессор Pentium имеет два 32-битовых адресных пространства (логическое и физическое) и 64-разрядную шину данных, что объясняет отчасти повышение производительности процессора. При этом центральный процессор имеет две конвейерные линии обработки команд, работающие параллельно и тем самым позволяющие процессору выполнять два набора команд за один такт. Благодаря разделению кэш-памяти (8 кбайт для команд и 8 кбайт для данных) исключаются наложения команд данных.

2.4 Запоминающие устройства

2.4.1 Организация оперативной памяти

2.4.1.1 Организация доступа памяти в Intel-совместимых процессорах

Местоположение любого байта внутри адресного пространства размером в 1 Мбайт микропроцессора 8086 определяется двумя величинами: адресами сегмента и смещения, формирующими сегментный адрес.

МП манипулирует логическими адресами, содержащими 16-разрядный сегментный (базовый) адрес и 16-разрядное внутрисегментное смещение. Механизм сегментации предполагает разбиение всего адресуемого пространства на области (сегменты) по 64 кбайт каждая.

Физический адрес (рис. 2.12) получается из адреса сегмента и

Рис. 2.12. Вычисление физического адреса в реальном режиме

процессора 8086

смещения следующим образом: над адресом сегмента выполняется операция арифметического сдвига влево на 4 бит (к двоичному представлению числа справа дописывается 4 нулевых бита), а затем к полученному числу прибавляется значение смещения.

Сегментация памяти в процессоре 8086 обладает следующими особенностями, которые можно считать ее недостатками с точки зрения разработчиков многозадачных систем:

1. Сегменты памяти имеют всего два атрибута: начальный адрес и максимальный размер 64 кбайт. Никаких аппаратных средств контроля правильности использования сегментов нет.

2. Размещение сегментов памяти произвольно: они могут частично или полностью перекрываться (поскольку начальный адрес сегмента совпадает с адресом параграфа, кратного 16) или не иметь общих областей.

2.4.1.2 Области памяти IBM-совместимых персональных

компьютеров

Свои первые компьютеры фирма IBM спроектировала на базе МП J8086/88. Процессор имел адресное пространство 1 Мбайт, что в сравнении с 64 кбайт у его предшественника МП 08080 было очень много. Адресное пространство было разделено на две области (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Логическая структура адресного пространства ПК класса XT

Назначение областей оперативной памяти:

1. Базовая память (ConventionalMemoryArea – CMA) располагается по адресам от 0000h до FFFFh (здесь и далее числа h на конце представлены в шестнадцатеричной системе счисления), т. е. имеет размер 640 кбайт. В ней может размещаться резидентная часть MS-DOS, а также резидентные и нерезидентные программы пользователя, которым размера CMA достаточно для работы. В ней могут размещаться как коды исполняемых программ, так и данные к ним.

2. Верхняя память (UpperMemoryArea – UMA) располагается по адресам с 10000h по FFFFFh (от 640 кбайт до первого мегабайта), ее размер составляет 384 кбайт, без специальных драйверов она не доступна. В базовой памяти выделены рабочие области для операционной системы, размещения драйверов и пользовательских программ.

Адресное пространство в 1 Мбайт – это совсем немного, а процессоры Intel 8086/88 могли работать только с 1-мегабайтным адресным пространством. Возникла необходимость организации дополнительного объема памяти вне этой области. За решение данной задачи взялись совместно фирмы Lotus, Intel, Microsoft. Результатом их деятельности стала спецификация доступа к дополнительной памяти LIMEMS (Lotus, Intel, MicrosoftExpandedMemorySpecification). Был разработан стандарт организации дополнительной памяти (ExpandedMemorySpecification – EMS). EMS версии 3.2 обеспечивала поддержку 8 Мбайт дополнительной памяти, aEMS версии 4.0 обеспечивала поддержку 32 Мбайт.

Был предложен механизм создания дополнительной памяти (EMA), находящейся вне адресного поля. Для ее построения в системный разъем вставляется плата, содержащая дополнительный объем памяти (рис. 2.14).

Следующий процессор i80286 имел 16-мегабайтное адресное пространство. Весь объем ОЗУ "выше" одного мегабайта получил название расширенной памяти (XMA) (рис. 2.15). Использование расширенной памяти получило название стандарта (XMS). К моменту появления процессора уже был накоплен довольно большой объем программного обеспечения. Для того чтобы новый МП мог его использовать, в пределах первого мегабайта ОЗУ он должен был работать так же, как и его предшественник. Исходя из этого процессор построен таким образом, что он может функционировать в двух режимах:

− реальный, когда он работает как обычный i8086/88;

− защищенный, позволяющий ему вести обмен с расширенной памятью.

Поддержка этих двух режимов сохранена во всех последующих моделях процессоров.

Позже обнаружилась возможность обращения к первым 64 кбайт расширенной памяти, не выходя из реального режима. Этот участок адресного пространства получил название "область старшей памяти" (HMA), или "старшие адреса" (рис. 2.15).

Рис. 2.14. Структура памяти ПК Рис. 2.15. Логическая структура

в соответствии с концепцией EMS адресного пространства ПК класса АТ по концепции XMS)

В результате структура памяти компьютера может быть организована из четырех областей, различающихся местоположением в адресном пространстве, и одной дополнительной области, находящейся вне адресного поля. Необходимую для работы комбинацию этих областей пользователь определяет и выстраивает сам.

Организация памяти компьютера из нескольких областей, имеющих различное назначение, создавала большие сложности в работе. Место, где размещаются все исполняемые программы (базовая память), эксплуатируется очень интенсивно, а по размеру оно невелико; остальной объем (расширенная память) может быть значительно больше, но используется мало и только для сохранения данных или программ. С этим приходилось мириться. Несмотря на очевидные неудобства и сложности в работе, подобная структура памяти сохранялась на IBM-совместимых машинах весь период времени, когда в качестве операционной системы (ОС) использовалась MS-DOS. Отказ от нее стал возможен только с появлением ОС нового типа Windows 95/98.

В настоящее время проблема распределения памяти потеряла остроту. Однако большинству пользователей в той или иной степени все равно придется с этим столкнуться.