КОМПЬЮТЕРНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Введение в микропроцессор 80386

Комментировать

LIB.com.ua [электронная библиотека]: : Введение в микропроцессор 80386

Введение в микропроцессор 80386

Аннотация

Данный документ является введением в микропроцессор
80386 и предназначен для программистов, разработчиков аппара-
туры и системного программного обеспечения.

С о д е р ж а н и е

1. Основные характеристики ………………………….5
1.1. 32-битная архитектура ………………………6
1.2. Высокопроизводительная технология ……………7
1.3. Обеспечение работы с виртуальной памятью ……..9
1.4. Механизмы защиты ………………………….10
1.5. Расширенные возможности отладки …………….11
1.6. Совместимость с микропроцессорами 8086/80286 …12
1.7. Заключение ……………………………….12
2. Прикладная архитектура ………………………….13
2.1. Регистры …………………………………13
2.1.1. Общие регистры ………………………14
2.1.2. Флаги и счетчик команд ……………….14
2.1.3. Регистры математического сопроцессора ….16
2.2. Память и логическая адресация ………………17
2.2.1. Сегменты ……………………………17
2.2.2. Логические адреса ……………………18
2.2.3. Регистры сегментов и дескрипторов ……..19
2.2.4. Способы адресации ……………………22
2.3. Типы данных и команды ……………………..23
2.3.1. Главные типы данных ………………….23
2.3.2. Типы данных математического сопроцессора..27
2.3.3. Другие команды ………………………30
2.3.3.1. Команды операций со стеком ………30
2.3.3.2. Команды передачи управления ……..30
2.3.3.3. Дополнительные команды ………….31
3. Системная архитектура …………………………..32
3.1 Системные регистры …………………………….32
3.2. Обеспечение многозадачных операционных систем ..33
3.2.1. Сегмент состояния задачи ……………..34
3.2.2. Смена задачи ………………………..35
3.3. Адресация ………………………………..36
3.3.1. Принцип тарнсляции адрса ……………..37
3.3.2. Сегменты ……………………………39
3.3.3. Страницы ……………………………42
3.3.4. Виртуальная память …………………..45
3.4. Защита …………………………………..48
3.4.1. Привилегии ………………………….48
3.4.2. Привилегированные команды …………….50
3.4.3. Защита сегментов …………………….50
3.4.4. Защита страниц ………………………52
3.5. Системные вызовы ………………………….52
3.6. Прерывания и особые ситуации ……………….55
3.6.1. Таблица дескрипторов …………………56
3.6.2. Особые случаи и регистры отладки ………58
3.7. Ввод/вывод ……………………………….59
4. Архитектурная совместимость ……………………..60
4.1. Совместимость с 80286 ……………………..61
4.2. Режимы реального и виртуального 8086 ………..61
5. Аппаратурная реализация …………………………64
5.1. Внутренняя структура ………………………65
5.2. Внешний интерфейс …………………………67
5.2.1. Синхросигнал ………………………..68
5.2.2. Шины данных и адреса …………………68
5.2.3. Определение циклов шины ………………69
5.2.4. Управление циклом шины ……………….70
5.2.5. Динамическое управление разрядность шины .71
5.2.6. Статус процессора и управление ………..72
5.2.7. Управление сопроцессором ……………..73

1. Основные характеристики

Микропроцессор 80386 является высокопроизводительным
32-битным процессором, предназначенным для построения наибо-
лее совершенных вычислительных систем сегодняшнего и завтраш-
него дня. Станции САПР, графические системы с высокой разре-
шающей способностью, издательское дело, автоматизация контор
и производства — вот те области, где сегодня может быть при-
менен 80386. Применения завтрашнего дня скорее будут ограни-
чены воображением разработчиков систем, чем вычислительной
мощностью и возможностями 80386.
Микропроцессор 80386 дает разработчику систем большое
число новых и эффективных возможностей, включая производи-
тельность от 3 до 4 миллион операций в секунду, полную
32-битную архитектуру, 4 гигабитное (2 байт) физическое ад-
ресное пространство и внутреннее обеспечение работы со стра-
ничной виртуальной памятью.
Несмотря на введение в него последних достижений микроп-
роцессорной техники, 80386 сохраняет совместимость по об’ект-
ному коду с программным обеспечением, в большом количестве
написанным для его предшественников, 8086 и 80286. Особый ин-
терес представляет такое свойство 80386, как виртуальная ма-
шина, которое позволяет 80386 переключаться в выполнении
программ, управляемых различными операционными системами,
например, UNIX и MS-DOS. Это свойство позволяет производите-
лям 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 низ-
кую стоимость и функциональную гибкость микропроцессора,
80386 может открыть новые рынки для микропроцессорных систем.
Применения, недопустимые прежде из-за невысокого быстродейст-
вия микропроцессоров или не экономности использования супер-
мини ЭВМ, стали теперь практически осуществимы благодаря
80386. Такие новейшие применения, как машинное зрение, рас-
познавание речи, интеллектуальные работы и экспертные систе-
мы, бывшие до недавнего времени в основном на стадии экспере-
мента, теперь могут быть предложены на рынке.
Для тго, чтобы удовлетворить требованиям будущих приме-
нений, мало иметь 32-битные регистры, команды и шины. Эти ос-
новные свойства являются лишь отправной точкой для 80386. В
нижеследующих разделах в общих чертах будет рассмотрена
32-битная архитектура 80386, обладающая такими новыми допол-
нительными свойствами, как:
— высокопроизводительная технология,
— обеспечение работы с виртуальной памятью,
— механизмы защиты,
— расширенное отладочное обеспечение,
— совместимость по об’ектному коду с 8086/80286.

1.1. 32-битная архитектура

32-битная архитектура 80386 обеспечивает программные ре-
сурсы, необходимые для поддержки «больших » систем, характе-
ризуемых 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 регис-
тров 80386 могут быть взаимозаменяемо использованы как опе-
ранды команд и как переменные различных способов адресации.
Типы данных включают в себя 8-, 16- или 32-битные целые и по-
рядковые, 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 за-
писей и записей, содержащих массивы.

1.2. Высокопроизводительная технология

32-битная архитектура не гарантирует высокой производи-
тельности. Реализация потенциала архитектуры требует новейшей
микроэлектронной технологии, точного разделения функций и
внимания к внешним операциям кристалла, в особенности к взаи-
модействию процессора с памятью. Включение этих свойств обес-
печивает 80386 самую высокую произвидительность по сравнению
с любым другим существующим микропроцессором.
Микропроцессор 80386 реализован с помощью технологии
фирмы ИНТЕЛ CH MOSIII — технологического процесса, объединяю-
щего в себе возможности высокого быстродействия технологии
HMOS с малым потреблением технологии кмоп. Использование гео-
метрии 1,5 мкм и слоев металлизации дает 80386 более 275000
транзисторов на кристаллле. Сейчас выпускаются оба варианта
80386, работающих на частоте I2 и I6 мгц без состояний ожида-
ния, причем вариант 80386 на 16 мгц обеспечивает скорость ра-
боты 3-4 миллиона операций в секунду.
Микропроцессор 80386 разделен внутри на 6 автономно и
параллельно работающих блоков с соответствующей синхронизаци-
ей. Все внутренние шины, соединяющие эти блоки, имеют разряд-
ность 32 бит. Конвейерная организация функциональных блоков в
80386 допускает временное наложение выполнения различных ста-
дий команды и позволяет одновременно выполнять несколько опе-
раций. Кроме конвейерной обработки всех команд, в 80386 вы-
полнение ряда важных операций осуществляется специальными ап-
паратными узлами. Блок умножения/деления 80386 может выпонять
32-битное умножение за 9-41 такт синхронизации, в зависимости
от числа значащих цифр; он может разделить 32-битные операнды
за 38 тактов (в случае чисел без знаков) или за 43 такта (в
случае чисел со знаками). Регистр группового сдвига 80386 мо-
жет за один такт сдвигать от 1 до 64 бит.
Во многих 32-битных применениях, в таких как, например,
перепрограммируемые ЭВМ коллективного пользования, требуется
преобразование логических адресов в физические и защита памя-
ти с помощью блока управления памятью, БУП. В других примене-
ниях, например, в системах управления в реальном времени, это
не требуется. Для большинства микропроцессорных систем с
32-битной архитектурой такое разделение функций реализуется
путем использования дополнительного корпуса блока управления
памятью. В отличие от них буп 80386 входит в состав процессо-
ра как один из двух функциональных блоков конвейерной струк-
туры. Операционная система, управляющая работой буп, позволя-
ет, например, системе реального времени обходить страничное
преобразование. Введение управления памятью внутрь кристалла
дает повышенную производительность в системах, использующих
буп и не приводит к ее снижению в тех систмах, которые БУП не
используют. Такие характеристики стали возможны благодаря
снижению задержек распространения, использованию внутреннего
полупериодного тактирования и параллельной работы.
Еще одно свойство, необходимое в одних применениях и не
требующееся в других, это обработка больших чисел, в особен-
ности в арифметических операциях с плавающей запятой с оди-
нарной и двойной точностью. Операнды с плавающей запятой име-
ют большую длину, а необходимый набор команд для операций над
ними является довольно сложным; для реализации стандартного
набора операций с плавающей запятой в соответствии со стан-
дартом IEEE754 требуется несколько тысяч транзисторов. В этих
целях в 80386 имеется аппаратное обеспечение совместной рабо-

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *