Компютърна система IBM/ XT I80286

Компютърна система IBM /XT I80286

1.      Основни функционални блокове на ДП с процесор І80286:

v Микропроцесор - І80286

v  Копроцесор І80287- за ускоряване на изчислителните операции

v   RAM-памет с произволен достъп, оперативна памет с обем максимално 16 МВ

vBIOS-ROM-памет само за четене. Съдържа базовата входно-изходна система, програмите за основните системни операции.

v  Контролер на шината 82288- за декодиране на сигналите на процесора и генериране на сигналите на шината.

v  Тактов генератор: 82284-генерира системния такт, логика за хардуерно начално установяване и генерира сигнала Ready.

v  Контролер на прекъсванията: 8259- управление на логиката за прекъсвания. Има 2 контролера за прекъсванията на дънната платка и така се поддържат 16 канала.

v  DMA контролери: контролери за директен достъп до паметта (ДДП)-използва се за предаване на данни например от твърдия диск към паметта, без директното участие на микропроцесора. Има 2 контролера за  ДДП на дънната платка и така се поддържат 8 канала.

v  Таймер: 8254- системен часовник , брояч. Генериране на цикли за опресняване на паметта.Работи с честоти до 10 MHz.

v  Интерфейс за клавиатурата: 8042-за преобразуване на кода за контролера 8048, намиращ се вклавиатурата. Клавиатурата може да се програмира.

v  Процесор в клавиатурата: 8048- за четене на клавиатурната матрица и преобразуване на данните в сериен формат.

v  Часовник за реално време: Motorola 146818- часовник за реално време с резервно батерийно захранване. Паметта RAM, включена към системата, се използва и за съхраняване на данни за конфигурирането на системата.

2.      Разширителна шина – 16 битова шина ISA

     Стандартът ISA е разработен за първите персонални компютри IBM PC/XT. Тогава стандартната шина е 8 – битова. Когато IBM пуска на пазара PC/AT системите с микропроцесор 80286 и шестнадесет-разрядна системна шина, ISA стандартът се модифицира. За да могат всички устройства, използвани в предишните системи да работят и на новите системи е създаден слот, който е разделен на две: 8 – разрядна секция за старите карти и допълнителни 8 разряда, които допълват старата шина до  16 – разрядна.

  Стандартът ISA не е предвидил възможности за системно конфигуриране или изключване на разширителните карти. Ако самите карти обаче включват в себе си необходимите средства за автоматично включване и изключване, те могат да се използват като карти от типа plug-and-play.

     Ограниченията, налагани от стандарта на системната шина ISA са:

    -имат 16 – разрядна шина за данни и по този начин ограничават предаването на данни само до два байта едновременно;

      -максималната тактова честота при обмяната на данни е 8.33 MHz;

    -отсъства съвместно използване на линиите за прекъсване (IRQ) и каналите за пряк достъп до паметта (DMA) за карти, намиращи се в различни слотове от типа ISA;

    -отсъства възможност за програмно управление на разпределението на използваните  области от оперативната памет, адресите на портовете, линиите за прекъсване (IRQ) и каналите за пряк достъп до паметта (DMA);

      -отсъства възможност за програмно изключване на карти от типа ISA при възникване на конфликтна ситуация.

     -е 8 битова шинна архитектура и се използва в оригиналните IBM PC компютри. Прехвърлянето на данни по тази шина изисква между два и осем такта. Теоретичната максимална скорост на прехвърляне на данни по ISА шината е около 8 МВ/сек. Пропусквателната способност на 8-битовата шина е два пъти по-ниска(4.17 МВ/сек.).  8-битовият разширителен слот разполага с 62 контакта. Слотът предоставя 8 линии за данни и 20 адресни линии, които му позволяват да адресира до 1 МВ памет.

3.      Входно- изходни портове: 

     Адресите, формирани от CPU и изпращани по адресните шини, обикновено маркират (посочват) определена клетка в ОП. Посредством управляващ адресен сигнал , този адрес може да се пренасочи към друго адресно пространство (извън ОП). Това адресно пространство се нарича ‘вход/изход’ (I/O). Основното предназначение на това пространство е предаването на информация между централния процесор и останалите елементи на компютърните системи, включително и външни устройства. Това адресно пространство се нарича пространство на входно-изходните портове, а самите клетки (адреси) – портове за вход/изход. Пространството на I/O портовете е много по-малко. За адресирането им са достатъчни само 16 – те младши разряда на адресната шини, което значи, че максималният размер на това пространство може да бъде 64 КВ. За адрес на порта е достатъчно едно 16–разрядно число. Най-същественото отличие на I/O портовете от основната памет е че данните, изпратени към даден порт, не се съхраняват в него, а се пренасят към някое устройство, свързано с този порт.

4.      Обща характеристика на I80286:

v  Тактова честота 16 MHz;

v Физически адресируема памет – 16MB;

v  1GB логически адресируемо пространство;

v  Сегментиране на паметта – 64KB размер на сегмента;

v  16 битова архитектура;

v  Два режима на работа;

v  Интерфейс за копроцесори;

v  8 х 16 разредни регистъра с общо предназначение;

v  16 разрядна шина за данни;

v  24 броя адресни шини;

v  16 битови вътрешни регистри;

v   Работа с виртуална памет;

v   9 вида данни;

v  11 начина на адресиране;

v  Обработка на числа с плаваща запетая съвместно с копроцесор;

v   Конвейр на инструкциите;

v  поместен в 68 изводен PLCC корпус на интегралната схема.

5.      Описание за архитектурата на 80286

     I80286 има в блоковата си схема следните осн.блокове:

a.       Адресно устройство,което включва:

    -блок база на сегмента;

    -блок ограничител на сегмента;

    -блок формировател на отместването.

b.      Изпълнително устройство,което съдържа:

          -блок АЛУ(аритметично-логическо устройство);

          -блок регистри;

          -блок за управление.

c.       Управляващо устройство на шините,което включва:

     -блок адресни буфери;

           -блок за управление на шините;

           -блок буфери за данни;

           -опашка от инструкции.

d.      Дешифриращо устройство на инструкциите,което включва:

     -дешифратор на инструкциите;

     -опашка.

    Всички блокове са свързани помежду си посредством еднопосочни и двупосочнишини и работят синхронно като обменят данни,адреси и управляващи сигнали.

6.      Режими на работа на I80286:

   • Реален режим – след начално установяване МП влиза в реален режим на работа. Основно предназначение на този режим е да подготви МП за работа в режим на защита. В реален режим програмния модел I80286 се редуцира до този на I8086. Максималния размер на сегмента е 64 КВ. Адресирането в реален режим става чрез сегмент и отместване в него. Прекъсванията и изключващите събития в реален режим имат номера от 0 до 7.

  • Режим със защита (РСЗ) -  при определяне на адресите се включва вградено в процесора устройство за управление на паметта (УУП). Чрез него логическите адреси се преобразуват във физически; използва се и сегментиране т.е. адреса се получава от 2 съставки – начало на сегментиране и отместване , което позволява осигуряване на ефективна защита. Описанията на сегментите се подреждат в таблици. Всяка , от които се задава в съответния регистър РЛТО, РГТО и РТОП. Защитата в I80286 трябва да изолира една от друга различните задачи в многозадачен режим, както и потребителските програми и данните от системите. За изолиране на системните програми с различна важност от потребителските програми се изпращат 4 нива на привилегированост от 0 до 3, като 0 е най-високото ниво. Задачите се изолират една от друга чрез собствени сегменти за програми и данни за всяка задача. Защитата се осигурява от устройството за управление на паметта , което при преобразуване на адресите извършва редица проверки за коректността на искания достъп.

7.      Kонвейерната обработка на инструкциите.

     При  конвейерната обработка на инструкциите всяка инструкция се изпълнява в 6 етапа: извличане на инструкцията, декодиране, определяне адреси на операндите, извличане на операндите, изпълнение, запис на резултата. Всеки от тези етапи се изпълнява от самостоятелно устройство. Затова едновременно в конвейера в един момент се намират няколко инструкции в различен етап на завършеност. Например І-ва инструкция влиза в устройството за извличане на инструкцията и след като приключи това устройство се освобождава и може да поеме ІІ-ра инструкция. А І-ва инструкция отива в устройството декодиране. Като се освободи устройството за извличане на инструкцията от ІІ-ра инструкция то е готово да поеме ІІІ-та инструкция и т.н. Това увеличава многократно бързодействието и производителността на МПС.

    Регистъра на флаговете FLAGS съдържа кодовете на условията. Битовете в този регистър имат за микропроцесора самостоятелни значения .

     Някои от тях са :

·         Флаг за знак на резултата SF

·         Флаг за нулев резултат ZF

·         Флаг за полупренос AF

·         Флаг за четност PF

·         Флаг за пренос CF

·         Флаг за „изпълнение на инструкция по инструкция”TF

·         Флаг за „разрешаване на прекъсванията”IF

·         Флаг за „посока”DF

·         Флаг за „препълване”OF

8.      Предназначение на копроцесора 

  Копроцесора е функционално устройство, което разширява по определен начин възможностите на централния процесор. Аритметичният процесор 80287 е копроцесор на централния процесор 80286,който добавя аритметични инструкции и регистри за операции с плаваща запетая. Тези допълнителни аритметични възможности са разширение на микропроцесора 80286, който увеличават значително изчислителната мощност при изпълнение на операции,свързани с изчисления с плаваща запетая или с повишена (двойна) точност.

 CPU i80286