Intel 80286
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Intel 80286 (также известный как i286) — 16-битный x86-совместимый процессор второго поколения фирмы Intel выпущенный 1 февраля 1982 года. Данный процессор представляет собой усовершенствованный вариант процессора Intel 8086 и был в 3—6 раз быстрее него. Процессор применялся, в основном, в IBM PC совместимых ПК.
Содержание |
[править] Описание
Процессоры i286 разрабатывались параллельно процессорам Intel 80186/80188, однако в нём отсутствовали некоторые модули, имевшиеся в процессоре Intel 80186. Процессор i286, выпускался в точно таком же корпусе как и i80186 — LCC, а также в корпусах типа PGA с 68 выводами. В новом процессоре было увеличено количество регистров, добавлены новые инструкции, добавлен новый режим работы процессора — защищённый режим. Процессор имел 6 байтовую очередь (как и Intel 8086). Шины адреса и данных теперь не мультиплексируются (то есть, адреса и данные передаются по разным ножкам). Шина адреса увеличена до 24 бит, таким образом объем ОЗУ может составлять 16 Мбайт. Процессор не умел выполнять операции над числами с плавающей запятой, для выполнения таких операций был необходим математический сопроцессор, например Intel 80287.
[править] Регистры
К 14 регистрам процессора Intel 8086 были добавлены 11 новых регистров, необходимых для реализации защищённого режима и других функций: регистр слово состояния машины, 16 бит (MSW); регистр задачи, 16 бит (TR); регистры дескрипторной таблицы, один 64-битный и два 40-битных (GDTR, IDTR, LDTR) и 6 регистров расширения сегментных регистров, 48 бит.
[править] Инструкции
Процессор имел тот же набор инструкций, что и процессор Intel 80186, к которому добавили 16 новых команд (LGDT, LIDT, LLDT, LMSW, LTR, SGDT, SIDT, SLDT, SMSW, STR, ARPL, CLTS, LAR, LSL, VERR, VERW) необходимых для работы со средствами управления памятью. Команда PUSH теперь могла сохранять в стеке константы. Инструкции в i286 выполняются в среднем за 4,5 такта.
[править] Режимы работы процессора i286
В процессоре i286 было реализовано два режима работы — защищённый режим и реальный режим. В реальном режиме работы процессор был полностью совместим с процессорами x86 выпускавшимися до этого, то есть процессор мог выполнять программы предназначенные для Intel 8086/8088/8018x без повторного ассемблирования или с переассемблированием с минимальными модификациями. В формировании адреса участвовали только 20 линий шины данных, поэтому максимальный объём адресуемой памяти, в этом режиме, остался прежним — 1 Мбайт. В защищённом режиме процессор мог адресовать до 1 Гбайт виртуальной памяти (при этом объем реальной памяти составлял не более 16 Мбайт), за счёт изменения механизма адресации памяти. Переключение из реального режима в защищенный происходит программно и относительно просто, однако для обратного перехода необходим аппаратный сброс процессора, который в IBM PC-совместимых машинах осуществлялся обычно с помощью контроллера клавиатуры. Для отслеживания текущего режима работы процессора используется регистр слово состояния машины (MSW). Программы реального режима без модификаций в защищенном режиме исполняться не могут, так же как и программы BIOS машины.
Суть защищённого режима заключается в следующем. Программист и разрабатываемые им программы используют логическое адресное пространство (виртуальное адресное пространство), размер которого может составлять 1024 Мбайт (для i286). Логический адрес преобразуется в физический адрес автоматически с помощью схемы управления памятью(MMU). Благодаря защищённому режиму, в памяти можно хранить только ту часть программы, которая необходима в данный момент, а остальная часть могла храниться во внешней памяти (например, на жёстком диске). В случае обращения к той части программы, которой нет в памяти в данный момент, операционная система может приостановить программу, загрузить требуемую секцию кода из внешней памяти и возобновить выполнение программы. Следовательно, становятся допустимыми программы, размер которых больше объема имеющейся памяти. Другими словами, пользователю кажется, что он работает с большей памятью, чем на самом деле. Однако реализация системы виртуальной памяти была еще далека от совершенства. Для использования защищённого режима необходима многозадачная операционная система, например Microsoft Windows 3.0, IBM OS/2 или UNIX.
Физический адрес формируется следующим образом. В сегментных регистрах хранится селектор, содержащий индекс дескриптора в таблице дескрипторов (13 бит), 1 бит, определяющий к какой таблице дескрипторов будет производиться обращение (к локальной или к глобальной) и 2 бита запрашиваемого уровня привилегий. Далее происходит обращение к соответствующей таблице дескрипторов и соответствующему дескриптору, который содержал начальный, 24-битный, адрес сегмента, размер сегмента и права доступа. После чего вычислялся необходимый физический адрес, путём сложения адреса сегмента со смещением, хранящемся в 16-разрядном указательном регистре.
Однако защищённый режим в процессоре Intel 80286 обладал и некоторыми недостатками, такими как, несовместимость с программами, написанными для реального режима MS-DOS, для перехода из защищенного режима в реальный режим требовался аппаратный сброс процессора.
[править] Уровни защиты
Для защиты от выполнения привилегированных команд, которые могут кардинально изменить состояние всей системы, для защиты доступа к данным и для защиты сегментов кода в процессоре i286 была введена защита по привилегиям. Было выделено 4 уровня привилегий, так называемые кольца (Ring) защиты — от самого привилегированного 0 уровня (Ring 0), предназначенного для ядра системы, до наименее привилегированного 3 уровня (Ring 3), предназначенного для прикладных программ.
[править] Компьютеры на базе процессора Intel 80286
В 1984 году фирма IBM представила свой ПК, основанный на процессоре i286 с частотой 6 МГц — IBM PC AT, который вызвал большой интерес к архитектуре x86 вообще и к ПК IBM PC в частности. В 1987 году IBM выпускает новые модели ПК — IBM PS/2-50 и IBM PS/2-60. К моменту выпуска ПК IBM PS/2, IBM уже не была монополистом рынка персональных компьютеров, многие фирмы выпускали аналогичные модели, зачастую обладавших более низкой ценой.
[править] Конкурентные решения
Так как Intel продавала лицензии на производство микропроцессоров 286, многие фирмы выпускали фактически клоны данного микропроцессора — AMD, Siemens и HARRIS. Однако были выпущены и процессоры, разработанные независимо от Intel, таковые выпускали Zilog, Motorola и другие.
[править] Технические характеристики
- Дата анонса: 1 февраля 1982 года
- Тактовая частота (МГц): 6, 8, 10, 12,5, 16, 20
- Разрядность регистров: 16 бит
- Разрядность шины данных: 16 бит
- Разрядность шины адреса: 24 бит
- Объём адресуемой памяти: 16 Мбайт
- Объём виртуальной памяти: 1 Гбайт
- Количество транзисторов: 134 000
- Техпроцесс (нм): 1500 (1,5 мкм)
- Напряжение питания: +5 В
- Разъём: ?
- Корпус: 68-контактный керамический LCC (R80286), пластиковый LCC (N80286), керамический PGA (CG80286 или A80286)
[править] Ссылки
- Описание и фотографии процессоров семейства i286 (англ.)
- Краткое описание микропроцессора Intel 80286 (рус.)
- Краткое описание микропроцессора Intel 80286 с фотографиями (англ.)
