введение (стр. 1 из 3)

Реферат

ВВЕДЕНИЕ

Успехи новой технологии привели к широкому распространению персональных компьютеров, позволяющих решать задачи, требующие весьма больших вычислений. Типичным и наиболее распространенным представителем таких мощных персоналок" является компьютер PC/AT производства фирмы IBM. Этот компьютер разработан на основе процессора 80286 фирмы INTEL, представляющего сейчас один из наиболее мощных шестнадцатиразрядных микропроцессоров, хотя за последнее время появились более производительные процессоры, и 80286 был снят с производства в ведущих странах. Но стоит остановиться на рассмотрении этого процессора и построенных на его основе системах, т.к. на их примере нагляднее всего получить представление о новом классе машин - серии AT.

В данной работе рассмотрены основные данные и сравнительные характеристики на примере самой ранней модели компьютера на отдельных логических ИМС и некоторых БИС, без применения микросхем сверхвысокой степени интеграции и специальных ПЛИС и ПЛМ, на основе которых создаются компьютеры сегодня. Рассматривается центральный процессор с самой низкой тактовой частотой для 80286 чипов - 6 Мгц.

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МИКРОКОМПЬЮТЕРОВ

С ШИННОЙ ОРГАНИЗАЦИЕЙ

Шины микрокомпьютера образует группа линий передачи сигналов с адресной информацией, данных, а также управляющих сигналов. Фактически ее можно разделить на три части: адресную шину, шину данных и шину управляющих сигналов.

Уровни этих сигналов в данный момент времени определяют состояние системы в этот момент.

Синхрогенератор генерирует тактовый сигнал CLK для синхронизации внутреннего функционирования процессора и других микросхем. Сигнал RESET производит сброс процессора в начальное состояние. Это состояние показано на рисунке упрощенно. Сигнал –READY также формируется с помощью синхрогенератора. Он предназначен

для удлинения циклов при работе с медленными периферийными устройствами.

На адресную шину, состоящую из 24 линий, микропроцессор выставляет адрес байта или слова, который будет пересылаться по шине данных в процессор или из него. Кроме того, шина адреса используется микропроцессором для указания адресов периферийных портов, с которыми производится обмен данными.

Шина данных состоит из 16 линий. по которым возможна передача как отдельных байтов. так и двухбайтовых слов. При пересылке байтов возможна передача и по старшим 8 линиям, и по младшим. Шина данных двунаправлена, так как передача байтов и слов может производится как в микропроцессор, так и из него.

Шина управления формируется сигналами, поступающими непосредственно от микропроцессора, сигналами от шинного контроллера, а также сигналами, идущими к микропроцессору от других микросхем и периферийных адаптеров.

Микропроцессор использует шинный контроллер для формирования управляющих сигналов, определяющих перенос данных по шине. Он выставляет три сигнала -SO, -SI, M/-IO, которые определяют тип цикла шины (подтверждение прерывания, чтение порта ввода/вывода, останов, чтение памяти, запись в память). На основании значений этих сигналов шинный контроллер формирует управляющие сигналы, контролирующие динамику данного типа шины.

Для того, чтобы понять динамику работы, разберем, каким образом осуществляется процессором чтение слов из оперативной памяти. Это происходит в течение 4 тактов CLK, или 2 состояний процессора (т.е. каждое состояние процессора длится 2 такта синхросигнала CLK). Во время первого состояния, обозначаемого, как Т_4s_0, процессор выставляет на адресную шину значение адреса, по которому будет читаться слово. Кроме того, он формирует на шине совместно с шинным контроллером соответствующие значения управляющих сигналов. Эти сигналы и адрес обрабатываются схемой управления памятью, в результате чего, начиная с середины второго состояния процессора Т_4c_0 (т.е. в начале четвертого такта CLK), на шине данных появляется значение содержимого соответствующего слова из оперативной памяти. И наконец, процессор считывает значение этого слова с шины данных. На этом перенос (копирование) значения слова из памяти в процессор заканчивается.

Таким образом, если частота кварцевого генератора, определяющая частоту CLK, равна 20 МГц, то максимальная пропускная способность шины данных равна (20/4) миллионов слов в секунду, или 10 В/сек. Реальная пропускная способность существенно ниже.

ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ШИН L,X,S и M

В КОМПЬЮТЕРЕ PC/AT

На самом деле, в реальном компьютере имеется не одна, а несколько шин (рис. 2). Основных шин всего три, а обозначаются они как L- шина, S- шина, X- шина. Нами ране рассматривалась L-шина. Можно ввести понятие удаленности шины от процессора, считая, что чем больше буферов отделяют шину, тем она более удалена от процессора.

Основной шиной, связывающей компьютер в единое целое, является S- шина. Именно она выведена на 8 специальных разъемов слотов. Эти слоты хорошо видны на системной плате компьютера. В них стоят платы периферийных адаптеров.

Линии адреса, идущие от микропроцессора, образуют так называемую L- шину. Для передачи этого адреса на S- шину имеются специальные буферные регистры- защелки. Эти регистры- защелки не только передают адрес с L- шины на S- шину, но так же разъединяют их в случае необходимости. Такая необходимость возникает, например, когда осуществляется прямой доступ к памяти. В этом случае на S- шину выставляют контроллер прямого доступа 8237А и так называемые страничные регистры. Они подключены к X- шине, которая так же через буферные регистры соединена с системной S-шиной. Таким образом, наличие трех шин позволяет выставлять адреса на системную шину различным микросхемам.

Все микросхемы на системной плате, кроме процессора и сопроцессора, подключены к X- шине, в которой имеется адресная часть (XА- шина), линия данных (XD- шина) и управляющие сигналы (XCTRL- шина). Поэтому они отделены от процессора двумя буферами: между L- и S- шинами и между S- и X- шинами.

Кроме этих трех шин в компьютере имеется M- шина, предназначенная для отделения системной S- шины от оперативной памяти.

РЕГИСТРЫ ПРОЦЕССОРА 80286

Набор регистров процессора 80286 представляет собой строгое расширение набора регистров 8086, который имел 14 регистров. В процессоре 80286 появились дополнительно еще 5 новых регистров, в результате чего их общее число увеличилось до 19.

Далее рассматриваются так называемые "видимые" регистры, содержимое которых можно либо прочитать, либо изменить программным способом. Отметим, что в процессоре имеются "невидимые регистры", хранящие различную информацию для работы процессора и ускоряющие его работу. Регистры представлены на рисунке ("невидимые" изображены одинарной линией).

Регистры можно объединить в группы по схожести выполняемых ими функций. В первую группу, называемую группой регистров общего назначения, входят регистры AX, BX, CX, DX. Они предназначены в основном для хранения данных шестнадцатибитных слов. Только регистры BX и DX могут дополнительно использоваться как адресные: регистр BX- как адрес смещения байта или слова в оперативной памяти, регистр DX- как адрес порта ввода/вывода. При обработке данных каждый из этих регистров имеет свои особенности. Например, регистр AX всегда используется как один из операндов в команде умножения, регистр CX используется как счетчик командой LOOP организации цикла, DX как расширение регистра AX в командах умножения и деления. Эти регистры можно рассматривать как состоящие из двух однобайтовых регистров каждый: AX состоит из AH и AL, BX- из BH и BL и т.д.

Следующую группу образуют регистры SP, BP, SI, DI. Эта группа называется группой адресных и индексных регистров. Из названия видно, что эти регистры могут использоваться в качестве адресных. Кроме того, их можно использовать в качестве операндов в инструкциях обработки данных.

Третья группа регистров CS, DS, SS, ES образует группу сегментных регистров. В процессоре 80286 доступ к данным и коду программы осуществляется через "окна" размером максимум 64К каждое. Есть окно с программой, его начало определяется регистром CS; есть окно с данными, начало которого определяется регистром DS. Начало окна со стеком определяется регистром SS, а дополнительного окна с данными- регистром ES.

В процессоре 80286 появилась возможность размещать таблицу векторов прерываний в произвольном месте оперативной памяти, а не обязательно в самом начале, как в процессоре 8086. Для этого имеется специальный регистр IDTR, по структуре аналогичный специальному сорокабитному регистру GDTR (определяющий положение и размер глобальной дескрипторной таблицы, для определения же локальной дескрипторной таблицы имеется шестнадцатибитный регистр LDTR). Он определяет начало и размер таблицы векторов прерываний. Имеются так же специальные команды его чтения и записи.

Регистр IP служит для хранения адреса смещения следующей исполняемой команды, а регистр F- для хранения флагов.

В процессоре 80286 появился новый регистр MSW, называемый словом состояния, или регистром состояния. Его значение прежде всего в том, что, загружая этот регистр состояния специальным значением (с битом PE=1), мы тем самым переключаем режим работы с обычного на защищенный.

И, наконец, последний девятнадцатый регистр TR служит для организации многозадачной работы процессора в защищенном режиме. В обычном режиме он просто недоступен. Этот регистр служит селектором сегмента состояния задачи. Существуют выполняемые только в защищенном режиме команды чтения этого регистра TR и записи в него.

Таким образом, а процессоре 80286 при сравнении его с 8086 появилось пять новых "видимых" регистров и шесть "невидимых", четыре из которых связаны с регистрами CS, DS, SS, ES. Все новые регистры служат для управления доступом к памяти и организации многозадачной работы процессора.