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 осно-
ве 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 оста-
новиться 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 моделе компьютера- на от-
дельных логических ИМС и некоторых БИС, без применения микросхем
сверхвысокой степени интеграции и специальных ПЛИС и ПЛМ, на ос-
нове которых создаются компьютеры сегодня. Рассматривается цент-
ральный процессор с самой низкой тактовой частотой для 80286 чи-
пов- 6 Мгц.
.
- 2 -
3г===================================¬
3¦ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МИКРОКОМПЬЮТЕРОВ ¦
3¦ С ШИННОЙ ОРГАНИЗАЦИЕЙ ¦
3L===================================-
Шины микрокомпьютера образует группа линий передачи сигна-
лов с адресной информацией, данных, а также управляющих сигна-
лов. 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.
На рис. 1 изображены синхрогенератор 82284, микропроцессор
80286 и шинный контроллер 82288. Кроме того, показаны три шины:
адреса, данных и управляющих сигналов.
Синхрогенератор генерирует тактовый сигнал CLK для синхро-
низации внутреннего функционирования процессора и других микрос-
хем. Сигнал RESET производит сброс процессора в начальное состо-
яние. Это состояние показано на рисунке упрощенно. Сигнал -READY
также формируется с помощью синхрогенератора. Он предназначен
для удлинения циклов при работе с медленными периферийными уст-
ройствами.
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 ис-
пользуется микропроцессором для указания адресов периферийных
портов, с которыми производится обмен данными.
Шина данных состоит из 16 линий. по которым возможна пере-
дача как отдельных байтов. так и двухбайтовых слов. При пересыл-
ке байтов возможна передача и по старшим 8 линиям, и по младшим.
Шина данных двунаправленна, так как передача байтов и слов может
производится как в микропроцессор, так и из него.
Шина управления формируется сигналами, поступающими непос-
редственно от микропроцессора, сигналами от шинного контроллера,
а также сигналами, идущими к микропроцессору от других микросхем
и периферийных адаптеров.
Микропроцессор использует шинный контроллер для формирова-
ния 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/вы-
вода, 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 об-
разом осуществляется процессором чтение слов из оперативной па-
мяти. 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 сооответствующие значения
управляющих сигналов. Эти сигналы и адрес обрабатываются схемой
управления памятью, в результате чего, начиная с середины второ-
го 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 зна-
чение этого слова с шины данных. На этом перенос (копирование)
значения слова из памяти в процессор заканчивается.
- 3 -
Таким образом, если частота кварцевого генератора, опреде-
ляющая 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.
3г===================================¬
3¦ ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ШИН L,X,S и M ¦
3¦ В КОМПЬЮТЕРЕ PC/AT ¦
3L===================================-
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, счи-
тая, что чем больше буферов отделяют шину, тем она более удалена
от процессора.
Основной шиной, связывающей компьютер в единое целое, явля-
ется 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 назы-
ваемую 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 разъединя-
ют их в случае необходимости. Такая необходимость возникает,
например, когда осуществляется прямой доступ к памяти. В ютом
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 ад-
реса на системную шину различным микросхемам.
Все микросхемы на системной плате, кроме процессора и соп-
роцессора, 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 буфера-
ми: между L- и S- шинами и между S- и X- шинами.
Кроме этих трех шин в компьютере имеется M- шина, предназ-
наченная для отделения системной S- шины от оперативной памяти.
3г===========================¬
3¦ РЕГИСТРЫ ПРОЦЕССОРА 80286 ¦
3L===========================-
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 прорам-
мным способом. Отметим, что в процессоре имеются "невидимые ре-
гистры", хранящие различную информацию для работы процессора и
ускоряющие его работу. Регистры представлены на рисунке ("неви-
димые" изображены одинарной линией).
.
- 4 -
г====T====¬
AX ¦ AH ¦ AH ¦
¦====+====¦
BX ¦ BH ¦ BL ¦
¦====+====¦
CX ¦ CH ¦ CL ¦
¦====+====¦
DX ¦ DH ¦ DL ¦
L====¦====-
г=========¬
¦ SP ¦
¦=========¦
¦ BP ¦
¦=========¦
¦ SI ¦
¦=========¦
----------------T-------------T---------------¬ ¦ DI ¦
¦Права доступа к¦Базовый адрес¦Размер сегмента¦ L=========-
¦ сегменту CS ¦ сегмента CS ¦ CS ¦ г=========¬
+---------------+-------------+---------------+ ¦ CS ¦
¦Права доступа к¦Базовый адрес¦Размер сегмента¦ ¦=========¦
¦ сегменту DS ¦ сегмента DS ¦ DS ¦ ¦ DS ¦
+---------------+-------------+---------------+ ¦=========¦
¦Права доступа к¦Базовый адрес¦Размер сегмента¦ ¦ SS ¦
¦ сегменту SS ¦ сегмента SS¦ SS ¦ ¦=========¦
+---------------+-------------+---------------+ ¦ ES ¦
¦Права доступа к¦Базовый адрес¦Размер сегмента¦ L=========-
¦ сегменту ES ¦ сегмента ES ¦ ES ¦ г=========¬
L---------------+-------------+---------------- ¦ IP ¦
L=========-
г=========¬
¦ F ¦
L=========-
г=========¬
¦ MSW ¦
L=========-
г=====================================T=========¬
¦ Базовый адрес таблицы ¦ GDTR ¦
L=====================================¦=========-
г=====================================T=========¬
¦ Базовый адрес таблицы ¦ IDTR ¦
L=====================================¦=========-
--------T-------------------------T-------------¬ г=========¬
¦ права ¦базовый адрес сегмента с ¦ размер сегм.¦ ¦ LDTR ¦
¦ ¦локальной дескрипторной ¦ с локальной ¦ L=========-
¦доступа¦ таблицей ¦ таблицей ¦
L-------+-------------------------+--------------
--------T-------------------------T-------------¬ г=========¬
¦ права ¦ базовый адрес сегмента ¦размер сегм. ¦ ¦ TR ¦
¦ ¦ состояния текущей ¦с состоянием ¦ L=========-
¦доступа¦ задачи ¦ задачи ¦
L-------+-------------------------+--------------
.
- 5 -
Регистры можно объединить в группы по схожести выполняемых
ими функций. В первую группу, называемую группой регистров обще-
го 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 адрес-
ные: регистр BX- как адрес смещения байта или слова в оператив-
ной памяти, регистр DX- как адрес порта ввода/вывода. При обра-
ботке 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 состо-
ящие 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 сег-
ментных регистров. В процессоре 80286 доступ к данным и коду
программы осуществляется через "окна" размером максимум 64К каж-
дое. 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 дополни-
тельного 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 спе-
циальному сорокабитному регистру GDTR (определяющий положение и
размер глобальной дескрипторной таблицы, для определения же ло-
кальной дескрипторной таблицы имеется шестнадцатибитный регистр
LDTR). Он определяет начало и размер таблицы векторов прерыва-
ний. 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 защищеннный.
И наконец, последний девятнадцатый регистр TR служит для
организации многозадачной работы процессора в защищенном режиме.
В обычном режиме он просто недоступен. Этот регистр служит се-
лектором сегмента состояния задачи. Существуют выполняемые толь-
ко в защищеннном режиме команды чтения этого регистра TR и запи-
си 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.
.
- 6 -
3г========¬
3¦ Память ¦
3L========-
Системная плата предусматривает подключение двух банков па-
мяти, каждый из которых содержит 128K 18-разрядных слов; при
этом общий объем памяти составляет 512 кбайт с контролем по чет-
ности.
3г================¬
3¦ Микропроцессор ¦
3L================-
Микропроцессор INTEL 80286 предусматривает 24-разрядную ад-
ресацию, 16-разрядный интерфейс памяти , расширенный набор ко-
манд, функции ПДП и прерываний , аппаратное умножение и деление
чисел с плавающей запятой , об'единенное управление памятью ,
4-уровневую защиту памяти , виртуальное адресное пространство на
1 гигабайт (1 073 741 824 байта) для каждой задачи и два режима
работы : режим реальной адресации, совместимый с микропроцессо-
ром 8086, и режим защищенной виртуальной адресации.
2---------------------------¬
2¦ Режим реальной адресации ¦
2L---------------------------
В режиме реальной адресации физическая память микропроцес-
сора представляет собой непрерывный массив объемом до одного ме-
гобайта. Микропроцессор обращается к памяти , генерируя 20-раз-
рядные физические адреса.
20-разрядный адрес сегмента памяти состоит из двух частей:
старшей 16-разрядной переменной части и младшей 4-разрядной час-
ти, которая всегда равна нулю. таким образом , адреса сегментов
всегда начинаются с числа, кратного 16.
В режиме реальной адресации каждый сегмент памяти имеет
размер 64 Кбайта и может быть считан, записан или изменен. если
операнды данных или команд попытаются выполнить циклический
возврат к концу сегмента , может произойти прерывание или воз-
никнуть исключительная ситуация ; например , если младший байт
слова смещен на FFFF, а старший байт равен 0000. если в режиме
реальной адресации информация, содержащаяся в сегменте, не ис-
пользует все 64 кбайт, неиспользуемое пространство может быть
предоставлено другому сегменту в целях экономии физической памя-
ти.
2---------------¬
2¦ Режим защиты ¦
2L---------------
Режим защиты предусматривает расширенное адресное прост-
ранство физической и виртуальной памяти , механизмы защиты памя-
ти , новые операции по поддержке операционных систем и виртуаль-
ной памяти.
Режим защиты обеспечивает виртуальное адресное пространство
на 1 гигабайт для каждой задачи в физическом адресном пространс-
тве на 16 Мегабайт. виртуальное пространство может быть больше
физического , т.к. любое использование адреса , который не расп-
ределен в физической памяти , вызывает возникновение исключи-
- 7 -
тельной ситуации, требующей парезапуска.
Как и режим реальной адресации, режим защиты использует
32-разрядные указатели, состоящие из 16-разрядного искателя и
компонентов смещения. искатель, однако , определяет индекс в ре-
зидентной таблице памяти, а не старшие 16 разрядов адреса реаль-
ной памяти. 24-разрядный базовый адрес желаемого сегмента памяти
получают из таблиц памяти. для получения физического адреса к
базовому адресу сегмента добавляется 16-разрядное смещение. мик-
ропроцессор автоматически обращается к таблицам , когда в ре-
гистр сегмента загружается искатель. все команды, выполняющие
загрузку регистра, обращаются к таблицам памяти без дополнитель-
ной программной поддержки. таблицы памяти содержат 8-байтовые
значения , называемые описателями.
3г============================¬
3¦ Производительность системы ¦
3L============================-
Микропроцессор 80286 работает с частотой 6 Мгц, в результа-
те чего период синхроимпульсов составляет 167 Нс.
Цикл шины требует 3 периода синхроимпульсов ( включая один
цикл ожидания); таким образом достигается 500-наносекундный
16-разрядный цикл работы микропроцессора. операции передачи дан-
ных по 8-разрядной шине на 8-разрядные устройства занимают 6 пе-
риодов синхроимпульсов (включая 4 цикла ожидания), в результате
чего достигается 1000-наносекундный цикл работы микропроцессора.
операции передачи данных по 16-разрядной шине на 8-разрядные
устройства занимают 12 периодов синхроимпульсов ( включая 10
циклов ожидания ввода-вывода) , в результате чего достигается
2000-наносекундный цикл работы микропроцессора.
.
- 8 -
3г======================¬
3¦ Системные прерывания ¦
3L======================-
Микропроцессор немаскируемых прерываний (НМП) 80286 и две
микросхемы контроллера прерываний 8259A обеспечивают 16 уровней
системных прерываний. ниже эти уровни приводятся в порядке
уменьшения приоритета.
Замечание: как все прерывания, так и любое из них в отдель-
ности, могут маскироваться (включая НМП микропроцес-
сора).
г=================T========================================¬
¦ Уровень ¦ Функция ¦
¦=================+========================================¦
¦ Микропроцессор ¦ Контроль четности или каналов вво- ¦
¦ НМП ¦ да-вывода ¦
L=================¦========================================-
г==========================================================¬
¦ Контроллеры прерываний ¦
¦===T=========T============================================¦
¦ N ¦ Уровень ¦ Функция ¦
¦===+=========+============================================¦
¦ ¦IRQ 0 ¦ выход 0 таймера ¦
¦ 1 ¦IRQ 1 ¦ клавиатура (выходной буфер полон) ¦
¦ ¦IRQ 2 ¦ прерывание от CTRL 2 ¦
¦---+---------+--------------------------------------------¦
¦ ¦IRQ 8 ¦ часы реального времени ¦
¦ ¦IRQ 9 ¦ переадресовка программы к INT 0AH (IRQ 2) ¦
¦ ¦IRQ 10 ¦ резерв ¦
¦ ¦IRQ 11 ¦ резерв ¦
¦ 2 ¦IRQ 12 ¦ резерв ¦
¦ ¦IRQ 13 ¦ сопроцессор ¦
¦ ¦IRQ 14 ¦ контроллер жесткого диска ¦
¦ ¦IRQ 15 ¦ резерв ¦
¦---+---------+--------------------------------------------¦
¦ ¦IRQ 3 ¦ последовательный порт 2 ¦
¦ ¦IRQ 4 ¦ последовательный порт 1 ¦
¦ 1 ¦IRQ 5 ¦ параллельный порт 2 ¦
¦ ¦IRQ 6 ¦ контроллер накопителя на ГМД ¦
¦ ¦IRQ 7 ¦ параллельный порт 1 ¦
L===¦=========¦============================================-
.
- 9 -
3г=======================================¬
3¦ Описание сигналов канала ввода-вывода ¦
3L=======================================-
Ниже приводится описание сигналов канала ввода-вывода сис-
темной платы. все сигнальные линии ТТЛ- совместимы. адаптеры
ввода-вывода должны рассчитываться максимально на две маломощных
нагрузки ТТЛШ на одну линию.
2----------------------------------¬
2¦ Сигналы SA0 - SA19 (ввод-вывод) ¦
2L----------------------------------
Адресные разряды 0 - 19 используются для адресации к памяти
и устройствам ввода - вывода внутри системы. эти 20 адресных ли-
ний, вместе с линиями LA17 - LA23 , обеспечивают доступ к 16 Мб
памяти. SA0 - SA19 выводятся в системную шину, когда 'BALE' име-
ет высокий уровень , и защелкивается по заднему фронту 'BALE'.
эти сигналы генерируются микропроцессором или контроллером пдп.
ими могут также управлять другие микропроцессоры или контроллеры
ПДП, находящиеся на канале ввода-вывода.
2-----------------------------------¬
2¦ Сигналы LA17 - LA23 (ввод-вывод) ¦
2L-----------------------------------
Эти сигналы (незащелкнутые) используются для адресации к
памяти и устройствам ввода-вывода внутри системы, они обеспечи-
вают доступ к 16 Мб памяти. Эти сигналы истинны, когда 'BALE'
имеет высокий уровень. LA17 - LA23 не защелкиваются во время
циклов микропроцессора и поэтому не сохраняют истинность в тече-
ние всего цикла. Целью этих адресных линий является генерация
сигналов выбора памяти для циклов памяти с одним состоянием ожи-
дания. эти сигналы выбора должны защелкиваться адаптерами ввода
- вывода по заднему фронту 'BALE'. Этими сигналами могут также
управлять другие микропроцессоры или контроллеры ПДП , находящи-
еся на канале ввода-вывода.
2---------¬
2¦ CLK(O) ¦
2L---------
Это сигнал синхронизации системы с частотой 6 Мгц, он расс-
читан на цикл микропроцессора длительностью 167 Нс. Рабочий цикл
составляет 50% этого сигнала. Сигнал должен использоваться толь-
ко для целей синхронизации. он не предназначен для тех случаев,
когда требуется постоянная частота.
2---------------¬
2¦ RESET DRV(O) ¦
2L---------------
'RESET DRIVE' используется для очистки или инициализации
логических схем системы при включении питания или при падении
напряжения на линии. этот сигнал активен при высоком уровне.
.
- 10 -
2-------------------------¬
2¦ SD0 - SD15 (ввод-вывод)¦
2L-------------------------
Эти сигналы обеспечивают установку разрядов 0 - 15 для мик-
ропроцессора, памяти и устройств ввода-вывода. D0 является млад-
шим разрядом , а D15 - старшим. Все 8-разрядные устройства на
канале ввода-вывода должны использовать для связи с микропроцес-
сором разряды D0 - D7. 16-разрядные устройства используют разря-
ды D0 - D15. для поддержки 8-разрядных устройств данные с линий
D8 - D15 будут выводиться на линии D0 - D7 во время циклов
8-разрядных передач на эти устройства; при передаче данных из
16-разрядного микропроцессора на 8-разрядное устройство эти дан-
ные преобразуются в 8-разрядные.
2---------------------------¬
2¦ BALE(O) (с буферизацией) ¦
2L---------------------------
Сигнал 'BUS ADDRESS LATCH ENABLE' генерируется контроллером
шины 82288 и используется на системной плате для защелкивания
истинных адресов и сигналов выбора памяти, поступающих из мик-
ропроцессора. Канал ввода - вывода рассматривает его как индика-
тор истинного адреса микропроцессора или пдп (когда используется
'AEN'). Адреса микропроцессора SA0 - SA19 защелкиваются по зад-
нему фронту 'BALE'. Во время циклов ПДП на 'BALE' устанавливает-
ся высокий уровень.
2-----------------¬
2¦ -I/O CH CK (I) ¦
2L-----------------
Сигнал '-I/O CHANNEL CHECK' обеспечивает системную плату
информацией об ошибках четности в памяти или устройствах на ка-
нале ввода - вывода. Когда сигнал активен, он индицирует неуст-
ранимую системную ошибку.
2-----------------¬
2¦ I/O CH RDY (I) ¦
2L-----------------
Сигнал 'I/O CHANNEL READY' устанавливается памятью или уст-
ройством ввода-вывода на низкий уровень ( нет готовности), чтобы
удлинить циклы ввода-вывода или памяти. Любое устройство с низ-
ким быстродействием, использующее эту линию, должно установить
на ней низкий уровень, как только обнаружит свой истинный адрес
и команду чтения или записи. Машинные циклы продлеваются на це-
лое число периодов синхронизации (167 Нс). Этот сигнал должен
сохранять низкий уровень не менее 2,5 Мкс.
2--------------------------------------------¬
2¦ IRQ3 - IRQ7, IRQ9 - IRQ12 и IRQ14 - IRQ15 ¦
2L--------------------------------------------
Сигналы 'INTERRUPT REQUEST' 3 - 7, 9 - 12, 14 и 15 исполь-
зуются для сообщения микропроцессору о том , что устройство вво-
да-вывода требует обслуживания. Запросы на прерывание имеют при-
оритетную структуру: IRQ9 - IRQ12 , 14 и 15 имеют высший приори-
тет ( IRQ9 - наивысший), а IRQ3 - IRQ7 имеют низший приоритет (
IRQ7 - наинизший). Запрос на прерывание генерируется , когда
уровень на линии IRQ изменяется с низкого на высокий. Высокий
уровень на линии должен сохраняться до тех пор , пока микропро-
цессор не подтвердит запрос на прерывание ( подпрограмма обслу-
- 11 -
живания прерываний ). IRQ13 используется на системной плате , но
не доступен на канале ввода-вывода. IRQ8 используется для часов
реального времени.
2------------¬
2¦ -IOR(I/O) ¦
2L------------
Сигнал '-I/O READ' обеспечивает передачу данных с устройс-
тва ввода - вывода в шину данных. Сигнал может управляться сис-
темным микропроцессором или контроллером ПДП или же микропроцес-
сором или контроллером ПДП , находящимися на канале ввода-выво-
да. Этот сигнал активен при низком уровне.
2------------¬
2¦ -IOW(I/O) ¦
2L------------
Сигнал '-I/O WRITE' обеспечивает чтение данных из шины дан-
ных в устройство ввода-вывода. Сигнал может управляться любым
микропроцессором или контроллером пдп в системе. активен при
низком уровне.
2-----------------------¬
2¦ -SMEMR(O) -MEMR(I/O) ¦
2L-----------------------
Эти сигналы обеспечивают передачу данных с устройств памяти
в шину данных. '-SMEMR' активен только тогда, когда адрес выбора
памяти находится в нижнем 1 Мб пространства памяти. '-MEMR' ак-
тивен во всех циклах чтения памяти. '-MEMR' может управляться
любым микропроцессором или контроллером ПДП в системе. '-SMEMR'
образуется из '-MEMR' и адреса выбора нижнего 1 Мб памяти. Если
микропроцессор на канале ввода - вывода захочет управлять сигна-
лом '-MEMR', то в течение одного периода синхронизации перед ак-
тивизацией '-MEMR' все адресные линии на шине должны быть истин-
ными. оба сигнала активны при низком уровне.
2--------------------------------¬
2¦ DRQ0 - DRQ3 и DRQ5 - DRQ7 (I) ¦
2L--------------------------------
Запросы на ПДП 0 - 3 и 5 - 7 являются асинхронными запроса-
ми канала, используемыми периферийными устройствами и микропро-
цессорами канала ввода-вывода для получения ПДП ( или управления
системой). Запросы имеют приоритетную структуру : DRQ0 имеет
высший приоритет, а DRQ7 - низший. Запрос генерируется путем ус-
тановки активного уровня на линии DRQ. Линия DRQ должна сохра-
нять высокий уровень до тех пор , пока не станет активной линия
подтверждения запроса на пдп (DACK). По запросам DRQ0 - DRQ3 вы-
полняется 8-разрядная передача, а по DRQ5 - DRQ7 16-разрядная.
DRQ4 используется на системной плате и не доступен для канала
ввода- вывода.
2---------------------------------------------¬
2¦ -DACK0 - -DACK3 и -DACK5 - -DACK7 (O) ¦
2L---------------------------------------------
Сигналы подтверждения ПДП 0 - 3 и 5 - 7 используются для
подтверждения запросов на ПДП (DRQ0 - DRQ7), они активны при
низком уровне.
.
- 12 -
2----------¬
2¦ AEN (O) ¦
2L----------
Сигнал 'ADDRESS ENABLE' используется для блокирования мик-
ропроцессора и других устройств от канала ввода-вывода , чтобы
разрешить режим ПДП. Когда эта линия активна , управление адрес-
ной шиной, линиями команды чтения шины данных (для памяти и вво-
да-вывода) и линиями команды записи (для памяти и ввода-вы-
вода) принадлежит контроллеру ПДП.
2-----------------¬
2¦ -REFRESH (I/O) ¦
2L-----------------
Этот сигнал используется для индикации цикла регенерации и
может управляться микропроцессором на канале ввода-вывода.
2----------¬
2¦ T/C (O) ¦
2L----------
Сигнал 'TERMINAL COUNT' обеспечивает импульс , когда дости-
гается заданное число циклов в любом канале ПДП.
2-------------¬
2¦ SBHN (I/O) ¦
2L-------------
Сигнал 'BUS HIGH ENABLE' (системный) индицирует передачу
данных в верхнем байте шины данных, SD8 - SD15. 16-разрядные
устройства используют 'SBHE', чтобы привязать буферы шины данных
к SD8- SD15.
2--------------¬
2¦ -MASTER (I) ¦
2L--------------
Этот сигнал используется с линией DRQ для получения управ-
ления системой. Процессор или контроллер ПДП на канале ввода-вы-
вода могут подать сигнал DRQ в канал ПДП в каскадном режиме и
получить в ответ сигнал -DACK. Получив -DACK, микропроцессор
ввода-вывода может установить на линии '-MASTER' низкий уровень,
что позволит ей получить управление системными линиями адресов,
данных и управления (состояние, называемое трехстабильным). Пос-
ле установки низкого уровня на '-MASTER' процессор ввода-вывода
должен подождать один системный период синхронизации, прежде чем
получит управление линиями адресов и данных, и два периода синх-
ронизации, прежде чем подать команду READ или WRITE. Если сигнал
сохраняет низкий уровень более 15 Мкс, содержимое системной па-
мяти может быть потеряно из-за отсутствия регенерации.
2----------------¬
2¦ -MEM CS16 (I) ¦
2L----------------
Сигнал '-MEM 16 CHIP SELECT' сообщает системной плате, яв-
ляется ли данная передача 16-разрядной, с одним состоянием ожи-
дания и циклом памяти. Этот сигнал должен формироваться из адре-
са выбора устройства LA17 - LA23, а управляться открытым кол-
лектором или трехстабильным формирователем, обеспечивающим ток
утечки 20 MA.
.
- 13 -
2----------------¬
2¦ -I/O CS16 (I) ¦
2L----------------
Сигнал '-I/O 16 CHIP SELECT' сообщает системной плате, яв-
ляется ли данная передача 16-разрядной , с одним состоянием ожи-
дания и циклом памяти. Этот сигнал должен формироваться из адре-
са выбора устройства , а управляться открытым коллектором или
3-стабильным формирователем, обеспечивающим ток утечки 20 MA.
сигнал активен при низком уровне.
2----------¬
2¦ OSC (O) ¦
2L----------
Сигнал 'OSCILLATOR' (OSC) является скоростным синхронизиру-
ющим сигналом с периодом 70 Нс (14,31818 Мгц). Этот сигнал не
синхронен с сигналом синхронизации системы. Рабочий цикл сигнала
составляет 50 %.
2----------¬
2¦ 0WS (I) ¦
2L----------
Сигнал 'ZERO WAIT STATE' сообщает микропроцессору, что он
может выполнить данный цикл шины без дополнительных циклов ожи-
дания. Чтобы исполнить цикл памяти для 16-разрядного устройства
без циклов ожидания, сигнал '0WS' формируется из адреса выбора
устройства , стробируемого командой чтения или записи. Чтобы ис-
полнить цикл памяти для 8-разрядного устройства минимум с двумя
состояниями ожидания , сигнал '0WS' должен активизироваться че-
рез один системный период синхронизации после того, как команда
чтения или записи станет активной путем стробирования адресом
выбора устройства. Команды чтения и записи активизируются по
заднему фронту системного синхроимпульса. '0WS' активен при низ-
ком уровне и должен управляться открытым коллектором или 3-ста-
бильным формирователем с током утечки 20 ма.
3г=============¬
3¦ Сопроцессор ¦
3L=============-
2-----------¬
2¦ Описание ¦
2L-----------
Математический сопроцессор персонального компьютера IBM PC
AT позволяет ему выполнять скоростные арифметические и логариф-
мические операции , а также тригонометрические функции с высокой
точностью.
Сопроцессор работает параллельно с микропроцессором, это
сокращает время вычислений , позволяя сопроцессору выполнять ма-
тематические операции , в то время как микропроцессор занимается
выполнением других функций.
Сопроцессор работает с семью типами числовых данных, кото-
рые делятся на следующие три класса:
- двоичные целые числа (3 типа);
- десятичные целые числа (1 тип);
- действительные числа (3 типа).
.
- 14 -
2---------------------------¬
2¦ Условия программирования ¦
2L---------------------------
Сопроцессор предлагает расширенный набор регистров , команд
и типов данных для микропроцессора.
Сопроцессор имеет восемь 80-разрядных регистров, которые
эквивалентны емкости сорока 16-разрядных регистров в микропро-
цессоре. В регистрах можно хранить во время вычислений временные
и постоянные результаты , что сокращает расход памяти , повышает
быстродействие , а также улучшает возможности доступа к шине.
Пространство регистров можно использовать как стек или как пос-
тоянный набор регистров . При использовании пространства в ка-
честве стека работа ведется только с двумя верхними стековыми
элементами. В следующей таблице показано представление больших и
малых чисел в каждом типе данных.
.
- 15 -
2------------------------¬
2¦ Т И П Ы Д А Н Н Ы Х ¦
2L------------------------
г=============T=======T==========T=============================¬
¦ Тип данных ¦ число ¦ верных ¦ приблизительный диапазон ¦
¦ ¦ битов ¦ значащих ¦ (десятичн.) ¦
¦ ¦ ¦ цифр ¦ ¦
¦=============+=======+==========+=============================¦
¦ Целое слово ¦ 16 ¦ 4 ¦ -32768 7, 0 X 7, 0 +32768 ¦
¦-------------+-------+----------+-----------------------------¦
¦ Короткое ¦ 32 ¦ 9 ¦ -2 х 10 59 0 7, 0 X 7 , 0 2 х 10 59 0 ¦
¦ целое ¦ ¦ ¦ ¦
¦-------------+-------+----------+-----------------------------¦
¦ Длинное ¦ 64 ¦ 19 ¦ -9 х 10 518 0 7, 0 X 7, 0+9 х 10 518 0 ¦
¦ целое ¦ ¦ ¦ ¦
¦-------------+-------+----------+-----------------------------¦
¦ Упакованное ¦ ¦ ¦ ¦
¦ десятичное ¦ 80 ¦ 18 ¦ -99...99 7 , 0 X 7, 0+99...99 ¦
¦ короткое ¦ ¦ ¦ (18 разрядов) ¦
¦-------------+-------+----------+-----------------------------¦
¦ Действит. ¦ 32 ¦ 6-7 ¦ 8.43х10 5-37 0 7, 0X 7, 03.37 х 10 538 0 ¦
¦ длинное ¦ ¦ ¦ ¦
¦-------------+-------+----------+-----------------------------¦
¦ Действит. ¦ 64 ¦ 15-16 ¦ 4.19 х 10 5-307 7, 0X 7, 01.67 х 10 5308 0¦
¦ временное ¦ ¦ ¦ ¦
¦-------------+-------+----------+-----------------------------¦
¦ Действит. ¦ 80 ¦ 19 ¦3.4 х 10 5-4932 0 7, 0X 7, 01.2 х 10 54932 0¦
L=============¦=======¦==========¦=============================-
.
- 16 -
2----------------------------------¬
2¦ Условия аппаратного обеспечения ¦
2L----------------------------------
Математический сопроцессор использует тот же генератор
синхроимпульсов , что и микропроцессор. Он работает с частотой,
равной одной трети частоты системных синхроимпульсов микропро-
цессора. Сопроцессор подсоединен так , что он функционирует как
устройство ввода-вывода через порт ввода-вывода с адресами 00F8,
00FA и 00FC. Микропроцессор посылает коды операций и операнды в
эти порты ввода-вывода, через них он также принимает и записыва-
ет в память результаты вычислений. Сигнал занятости сопроцессора
сообщает микропроцессору о том , что он исполняет операции. По
команде "WAIT" микропроцессор ожидает, пока сопроцессор закончит
исполнение.
Сопроцессор выявляет шесть различных исключительных ситуа-
ций, которые могут возникнуть во время исполнения команды. Если
маска соответствующего исключения в сопроцессоре не установлена,
сопроцессор устанавливает сигнал ошибки, по которому генерирует-
ся прерывание 13, и сигнал 'BUSY' фиксируется в установленном
состоянии. Сигнал 'BUSY' может быть очищен командой записи
8-разрядного ввода-вывода по адресу F0, при условии что D0-D7
равны нулю.
Код самоконтроля при включении питания в системном ПЗУ раз-
решает прерывание 13 и устанавливает вектор этого прерывания ,
указывающий на рабочую программу ПЗУ. Эта программа очищает за-
щелку сигнала 'BUSY' и передает затем управление по адресу ,
указанному вектором немаскированного прерывания. Это позволяет
использовать код, записанный для любого персонального компьютера
IBM, в IBM PC AT. Драйвер немаскируемых прерываний должен прочи-
тать состояние сопроцессора, чтобы определить, было ли НМП выз-
вано сопроцессором. Если нет, то управление передается исходному
драйверу НМП.
Сопроцессор предусматривает два режима работы, подобные
двум режимам микропроцессора. после сброса при включении питания
или при операции записи ввода - вывода в порт с адресом 00F1
сопроцессор находится в режиме реальной адресации. Этот режим
совместим с сопроцессором 8087 , который используется с другими
персональными компьютерами IBM. Сопроцессор может быть переведен
в режим защиты с помощью команды SETPM ESC. В режим реальной ад-
ресации он может возвратиться, если будет выполнена операция за-
писи ввода-вывода в порт с адресом 00F1, при условии что D0-D7
равны 0.
3г=====================================¬
3¦ Базовая система ввода-вывода (BIOS) ¦
3L=====================================-
Базовая система ввода-вывода (BIOS) находится в ПЗУ на сис-
темной плате. Она обеспечивает управление уровнями для основных
устройств ввода-вывода в системе. На дополнительных адаптерах
могут размещаться дополнительные модули ПЗУ , которые обеспечи-
вают управление уровнями устройства на этом дополнительном адап-
тере. Рабочие программы BIOS позволяют программисту, работающему
на языке ассемблера, выполнять операции ввода-вывода в блоковом
(диски или дискеты) или в символьном формате без учета адреса и
параметров устройства. BIOS предусматривает такие системные ус-
луги , как определение времени суток и размера памяти.
- 17 -
Целью BIOS является обеспечение операционной связи с систе-
мой и освобождение программиста от заботы об аппаратных характе-
ристиках устройств. Интерфейс BIOS отделяет пользователя от ап-
паратуры, позволяя добавлять к системе новые устройства, сохра-
няя при этом связь с устройством на уровне BIOS. В этом случае
аппаратные изменения и расширения становятся "прозрачными" для
пользователя.
2---------------------¬
2¦ Использование BIOS ¦
2L---------------------
Доступ к BIOS обеспечивается через программные прерывания
микросхемы 80286 в режиме реального времени. Каждая точка входа
в BIOS доступна через собственное прерывание. например, для оп-
ределения объема базового ОЗУ, доступного в системе, содержащей
80286, в режиме реального времени , прерывание INT 12H вызывает
рабочую программу BIOSа для определения размера памяти и возвра-
щает полученное значение системе.
2----------------------¬
2¦ Передача параметров ¦
2L----------------------
Все параметры, передающиеся в рабочие программы BIOS и об-
ратно, проходят через регистры микросхемы 80286. Вводная часть
каждой функции BIOS содержит регистры, используемые при вызове и
возврате, например , для определения размера памяти параметры не
передаются. Размер памяти в килобайтах возвращается в регистр
AX.
Если функция BIOS содержит в себе несколько возможных операций,
то регистр AH используется на входе, чтобы показать желаемую опе-
рацию, например, для установки времени суток требуется следующая
программа:
MOV AH,1 установить время суток
MOV CX,HIGH COUNT установить текущее время
MOV DX,LOW COUNT
INT 1AH установить время
для чтения времени суток:
MOV AH,0 считать время суток
INT 1AH считать таймер
Программы BIOS запоминают все регистры, кроме AX и флагов.
Другие регистры изменяются по возврату только в том случае, если
они возвращают значение вызывающей программе. Конкретное назна-
чение регистра можно определить по вводной части каждой функции
BIOS.