Microprocesorul 80286

Este produs de firma INTEL si este destinat aplicatiilor de mare complexitate, unor statii de lucru puternice, ca si conducerii evoluate a sistemelor functionand in timp real.

Microprocesorul ofera facilitati neintalnite la predecesorii sai (8086, 80186), printre care se remarca:

gestiunea memoriei virtuale bazata pe hardware si microprogramare;

implementarea mediilor protejate de executie a taskurilor;

gestiunea taskurilor in sistemele cu microprogramare.

1. Arhitectura unitatii centrale de prelucrare

(vezi fig.1)

a.     Organizarea interna

Unitatea centrala de prelucrare (UCP) consta din patru blocuri principale:

Unitatea de magistrala (UM);

Unitatea instructiunii (UI);

Unitatea de executie (UE);

Unitatea adresei (UA).

Una din caracteristicile majore ale UCP consta in utilizarea unui tampon stiva intre unitatea instructiunii si cea de executie. Acest fapt duce la cresterea vitezei de executie a unei secvente de instructiuni stocate in locatii de memorie succesive, deoarece permite suprapunerea extragerii, decodificarii si executiei instructiunilor.

Tamponul de pre-extragere intre UM si UI poate contine pana la 6 octeti din adresele de memorie imediat urmatoare celei ce contine instructiunea curenta.

UI:

decodifica instructiunea si plaseaza rezultatul in tamponul instructiunilor decodificate, care poate contine trei astfel de instructiuni;

UE:

prelucreaza operanzii in concordanta cu instructiunea decodificata extrasa din tamponul instructiunilor decodificate;

calculeaza adresele virtuale ale operanzilor;

UA:

converteste adresele virtuale in adrese fizice fiind asociata unei unitati de gestiune a memoriei implementata pe aceeasi placheta de siliciu cu UCP;

permite cresterea vitezei de operare prin evitarea intarzierilor de transmisie intre circuitele integrate.

b.     Semnale ale UCP

Capsula microprocesorului 80286 are 63 pini, dintre care 6 sunt pentru alimentare, iar 57 sunt destinati astfel:

c.      Organizarea memoriei

Memoria principala a sistemului cu microprocesor 80286 consta din unitati adresabile de 8 biti (octeti).

80286 are doua moduri de lucru:

Modul real In modul real 80286 este compatibil, din punct de vedere al codului obiect, cu microprocesoarele 8086 si 8088. Memoria fizica este o arie continua de 1.048.576 bytes (1Mo) adresati prin pinii A0-A19.Pinii A23-A20 sint ignorati.

Modul protejat 80286 executa, in modul protejat, intregul set de instructiuni al mp. 8086. Modul protejat ofera, de asemenea mecanisme de gestiune a memoriei, mecanisme de protectie si setul de instructiuni asociate. 80826 intra in modul protejat din modul real prin setarea bitului PE din registrul MSW si incarcarea acestuia cu instructiunea LMSW.

In modul protejatal mp.80286 dispune de 1 Go de spatiu virtual de adresare proiectat intr-un spatiu de 16Mo de adrese fizice definite prin liniile A23-A0 si BHE.

Microprocesorul asigura mediul de lucru pentru multiprogramare. Astfel, mai multi programatori pot folosi acelasi spatiu virtual pentru diferite programe pe baza mecanismelor de conversie a adreselor virtuale in adrese fizice care ofera diverse spatii de memorie pentru fiecare program din sistem.

Adresarea memoriei este bazata pe conceptul de segmentare, intregul spatiu de adresare fiind compus din segmente a caror lungime variaza intre 1ko si 64 ko. Numarul maxim permis de segmente este 16 pentru modul real de functionare si 16k (2¹⁴) in cazul functionarii in modul protejat.

Principalele tipuri de date

Structurile de date de baza sunt octetul si cuvantul (16 biti). Ele pot fi citite sau inscrise intr-un singur ciclu magistrala. Tipurile de date direct manipulate de 80286 sunt:

Intregi cu semn, de 8 sau 16 biti; numerele negative sunt reprezentate in complement fata de 2(c'2); cand se utilizeaza coprocesorul matematic, lor li se adauga intregi cu semn pe 32 sau 64 de biti

Exemplu: valoarea unui intreg reprezentat pe N biti in c'2 este

N-2

V_c'2= a b_i x 2^I- b _N-1 x 2 ^N-1

i=0

Domeniul in care poate lua valori este: -(2 ^N-1 ) - 2 ^N-1 -1

In cazul unei reprezentari binare pe 8 biti se poate sintetiza:

Intregi fara semn de 8 sau 16 biti; toti bitii participa la reprezentarea merimii numarului, valoarea sa fiind:

N-1

V_fs= a b_i x 2ⁱ,

i=0

unde

b_i - este valoarea bitului din pozitia i.

Exemplu: 10110101 are valoarea V= 1x2⁷+0x2⁶+1x2⁵+1x2⁴+.+1

Indicator (pointer): numere pe 32 de biti indicand o adresa; ele sunt compuse din doua entitati pe 16 biti: un selector care defineste numarul segmentului si un offset indicand deplasamantul in cadrul segmentului;

Siruri: secvente de octeti cu lungimea de la 1 octet la 64Ko;

Octeti ASCII: octeti continand codul ASCII al unui caracter;

Numere in format BCD

BCD neimpachetat: octeti reprezentand o singura cifra zecimala;

BCD impachetat: octeti in care se memoreaza doua cifre zecimale, fiecare in cate un spatiu de 4 biti.

Exemplu: Reprezentarea numarului 3481 in

Numere in virgula mobila: in conjunctie cu 80287; in absenta coprocesorului este necesar un emulator software al acestuia pentru a manipula acest tip de date.

3. Modelul de programare

Modelul de programare dispune de un set de 14 registre in care se includ:

Registre de uz general;

Registre de comanda;

Registre pentru calculul adresei.

Registrele de uz general

Sunt utilizate 8 registre a cite 16 biti  pentru a manipula operanzii in operatiile aritmetice si logice,. 4 dintre acestea (AX,BX,CX,DX) pot fi referite si in perechi separate de cite 8 biti.

Registrele baza pastreaza adresa de baza a structurilor de date.

Registrele index stocheaza offset-ul in cadrul structurii de date.

Registrul indicator de stiva contine offset-ul varfului stivei in cadrul segmentului de stiva.

Registrele pentru calculul adresei

Sunt reprezentate de registrele segment.

Pastreaza selectorii pentru patru segmente distincte care definesc spatiul curent adresabil al programului; pentru realizarea accesului la un cuvant sau octet din cadrul segmentului este necesara incarcarea prealabila a unui din registrele segment cu selectorul segmentului;

Fiecare registru segment permite calcularea adresei pentru un anumit tip de segment;

Selectorul de segment are formate si roluri diferite in functie de modul de adresare in care se afla, real sau virtual.

In modul real: calculul adresei fizice este:

Selectorul reprezinta cei mai semnificativi 16 biti din cei 20 ai adresei de baza a segmentului; cei mai putin semnificativi 4 biti ai adresei de baza sunt 0, determinand ca adresa de inceput a oricarui segment sa fie multiplu de 16.

In modul virtual, selectorul are o structura mai complexa, indicand un segment de 16ko in spatiul adreselor virtuale.

Registre de comanda

Trei registre de cite 16 bit sint folosite de catre 80286.

IP (Instruction Pointer

contine offset‑ul urmatoarei celule de memorie al carei continut trebuie extras in vederea rularii programului curent;

orice adresa la 80286 este compusa din selector:offset, deci nu exista un contor propriu-zis al programului. In locul sau se foloseste perechea CS:IP care defineste un registru pe 32 de biti.

Indicatorul de conditii

inregistreaza caracteristicile specifice rezultatelor obtinute in urma operatiilor aritmetice si logice sau controleaza operarea lui 80286;

are urmatoarea structura:

Unde:

Registrul MSW

pastreaza informatii despre configurarea si starea procesorului 80286;

printre alte scopuri acest registru permite activarea modului protejat, de aceea, este accesibl programatorului;

desi are 16 biti, doar ultimii 4 sunt implementati. Primii trei biti sunt setati prin program la initializarea modului protejat, iar al patrulea este bit de stare setat automat de UCP in anumite momente.

MSW prezentat are componente cu urmatoarea semnificatie:

PE(Protected Mode Enable) pune 80286 in modul protejat si poate fi  sters doar prin RESET.

MP(Monitor Processor Extension) permite instructiunii WAIT sa genereze  o exceptie care semnifica lipsa procesorului extensie(exceptia 7).

EM(Emulate Processor Extension) genereaza exceptia 7 pe instructiunea  ESC pentru a permite emularea procesorului extensie.

TS(Task Switched) indica faptul ca urmatoarea instructiune ce  utilizeaza procesorul extensie va cauza exceptia 7, permitand software‑ului sa testeze daca contextul procesorului extensie apartine task‑ului curent.

Instructiunile LMSW si SMSW pot sa incarce si sa memoreze MSW in modul real.