Intel 80286 - Intel 80286


z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Intel 80286
KL Intel i286.jpg
8MHz Intel 80286 Mikroprocesor
produkoval Od roku 1982 do počátku 1990
Společný výrobce (y)
Max. Procesor Taktovací frekvence 6 MHz (4 MHz po krátkou dobu) do 25 MHz
instrukční sada x86-16 (s MMU )
Modelka 80286 Series
šířka dat 16
šířka adresa 24
Předchůdce 8086 , 8088 (zatímco 80186 byl současný)
Nástupce Intel 80386
Co-procesor Intel 80287
Balík (y)

Intel 80286 (prodávaný též jako iAPX 286 a často nazývány Intel 286 ) je 16bitový mikroprocesor , který byl zaveden dne 1. února 1982. Bylo to poprvé, 8086 na základě CPU s odděleným, ne multiplexovaný adresy a datové sběrnice a také první se správou paměti a rozsáhlých schopností ochrany. 80286 používané asi 134.000 tranzistory v původním NMOS ( HMOS ) vtělení a stejně jako současné 80186 , mohlo by to správně provést většinu software napsaný pro starší Intel 8086 a 8088 procesorů.

80286 se použije pro IBM PC / AT , který byl zaveden v roce 1984, a pak se široce používá ve většině PC / AT kompatibilní počítače až do počátku 1990.

Historie a představení

AMD 80286 (verze 16 MHz)

Intel 80286 První čipy byly specifikovány pro maximální clockrate 4, 6 nebo 8  MHz a novější verze na 12,5 MHz. AMD a Harris později produkoval 16 MHz, 20 MHz a 25 MHz části, v uvedeném pořadí. Intersil a Fujitsu rovněž navržen zcela statické CMOS verze původního Intel úbytek zátěže NMOS implementaci do značné míry zaměřen na zařízení s bateriovým napájením.

V průměru 80286 údajně měří mají rychlost asi 0,21 instrukcí za hodiny na „typické“ programy, i když by to mohlo být výrazně rychlejší na optimalizovaném kódu a v úzkých smyček, protože mnoho instrukcí by mohlo spustit ve 2 hodinových cyklů každý. , Modely 10 MHz a 12 MHz 6 MHz údajně měřeny pro provoz v 0,9 MIPS, 1,5 MIPS a 2,66 MIPS resp.

Pozdější E- úroveň odrazovým ze 80286 byl prostý několika významných errata , která způsobila problémy pro programátory a operačního systému spisovatelů starší B-krokem a C-krok CPU (obyčejný v AT a AT klony).

Architektura

Zjednodušená 80286 mikroarchitektury
Intel 80286 die výstřel

80286 byla navržena pro víceuživatelské systémy s multitaskingu aplikací, včetně komunikace (jako je automatizované PBX ) a v reálném čase řízení procesů . To mělo 134,000 tranzistorů a skládal se ze čtyř samostatných celků: adresa jednotky, sběrnice jednotky, instrukční jednotka a výpočetní jednotce, organizovaných do volně spojený (tlumivá) potrubí , stejně jako v 8086. The výrazně zvýšeným výkonem nad 8086 bylo především způsobeno non-multiplexní adresa a datové sběrnice , více adres výpočet hardware (co je nejdůležitější, vyhrazené zmije) a rychlejší (více hardware-based) multiplikátor. To bylo produkováno v balení 68-pin, včetně PLCC ( plast olovnaté nosiče čipu ), LCC ( bezolovnaté nosiče čipu ) a PGA ( pin grid array ) balíčků.

Zvýšení výkonu 80286 po 8086 (nebo 8088) by mohly být více než 100% na hodinovém cyklu v mnoha programech (tj zdvojnásobil výkon při stejné rychlosti hodiny). To byl velký nárůst, plně srovnatelné s zlepšení rychlosti kolem deset let později, když i486 (1989), nebo původní Pentium byly zavedeny (1993). Toto bylo částečně kvůli nemultiplexním adresy a datové sběrnice, ale především k tomu, že adresa výpočty (jako báze + index ) byly levnější. Byly provedeny specializovanou jednotkou 80286, zatímco starší 8086 musel udělat efektivní adresy výpočet pomocí jeho obecné ALU , konzumovat několik taktů navíc v mnoha případech. Také 80286 byl účinnější v prefetch instrukcí, ukládání do vyrovnávací paměti, provádění skoků a v komplexu microcoded číselné operace jako MUL / DIV , než jeho předchůdce.

80286 v ceně, kromě všechny pokyny 8086, všechny nové pokyny 80186: ENTER, nechte, vázaný, INS, OUTS, Pusha, POPA, PUSH bezprostřední, IMUL bezprostřední a okamžité posuny a otáčí. 80286 také přidány nové instrukce pro chráněný režim: ARPL, CLTS, LAR, LGDT, lidt, LLDT, LMSW, LSL, LTR, SGDT, SIDT, SLDT, SMSW, STR, VERR a VERW. Některé z instrukcí pro chráněný režim může (nebo musí) být použity v reálném režimu nastavení a přejít na chráněném režimu, a několik (například SMSW a LMSW) jsou užitečné pro reálný režim sám.

Intel 80286 má 24-bitovou adresovou sběrnici a byl schopen adresovat až 16  MB z RAM , ve srovnání s 1 MB adresnosti jeho předchůdce. Nicméně, paměť náklady a počáteční vzácnost software používat paměť nad 1 MB znamenalo, že 80286 počítače byly vzácně dodáván s více než jeden megabajt RAM. Dále došlo ke snížení výkonu podílí na přístupu k rozšířené paměti z reálného režimu (ve kterém DOS, dominantní operační systém PC až do poloviny 1990, RAN), jak je uvedeno níže.

Funkce

Siemens 80286 (verze 10 MHz)
IBM (verze 8 MHz) 80286

chráněný režim

286 byl první rodina CPU x86 podpořit chráněný režim virtuální adresy , běžně nazývaná „ chráněné mode “. Kromě toho, že byl první komerčně dostupný mikroprocesor s on-chip MMU schopnosti (systémy používající souběžnou Motorola 68010 a NS320xx mohl být vybaven volitelným regulátorem MMU). To by umožnilo IBM compatibles mít pokročilé multitasking operační systémy poprvé a soutěžit v Unix -dominated serverů / pracovních stanic na trhu.

Některé další pokyny byly zavedeny v chráněném režimu 80286, které jsou užitečné pro multitasking operačních systémů.

Dalším důležitým rysem 80286 je prevence neoprávněného přístupu. Toho je dosaženo:

  • Vytvářející různé segmenty pro data, kód, a zásobník, a zamezení jejich překrývání.
  • Přiřazení úrovní privilegií ke každému segmentu. Segment s nižší úrovní oprávnění nemůže získat přístup k segmentu s vyšší úrovní oprávnění.

V roce 80286 (av jeho koprocesoru Intel 80287 ), aritmetické operace lze provádět na následujících typů čísel:

Podle návrhu 286 nemohly vrátit z chráněného režimu do základního 8086 kompatibilního režimu reálného adresy ( „ reálný režim “) bez resetu hardwaru zahájena. V PC / AT zaveden v roce 1984, IBM přidán vnějšími obvody, stejně jako se specializuje kód v ROM BIOS a 8042 periferní mikrokontroléru umožnit software způsobit reset, což umožňuje v reálném režimu reentry při zachování aktivní paměti a vrátí řízení do Program, který inicioval reset. (BIOS je nutně zapojen, protože získá kontrolu přímo, když se resetuje procesor.) I když to fungovalo správně, způsob uložila obrovské snížení výkonu.

V teorii, aplikace pro reálný režim by mohl být přímo proveden v 16-bitovém režimu chráněného pokud se bude řídit určitá pravidla (nově navržená s úvodem 80286); nicméně, jak mnoho programů DOS nebyl v souladu s těmito pravidly, chráněný režim nebyl široce používán až do vzhledu jeho nástupce je 32-bit Intel 80386 , který byl navržen tak, aby jít tam a zpět mezi režimy snadno a poskytnout emulace reálný režim v chráněném režimu. Když Intel navrhl 286, nebyl navržen tak, aby byl schopen multitasking aplikací v reálném režimu; reálný režim měl být jednoduchý způsob, jak pro bootstrap loader připravit systém a pak přejít na chráněném režimu; v podstatě, v chráněném režimu 80286 byl navržen tak, aby byl nový procesor s mnoha podobnostmi s jeho předchůdci, zatímco reálný režim na 80286 bylo nabídnuto menších systémů, které by mohly mít prospěch z mnohem pokročilejší verzi jádra 80186 CPU, s výhodami jako jsou vyšší rychlostí hodin, rychlejší provedení pokynu (měřeno v hodinových cyklů) a unmultiplexed autobusy, ale ne v paměti 24-bit (16 MB).

K podpoře chráněný režim, mají nové pokyny byly přidány: ARPL, VERR, VERW, LAR, LSL, SMSW, SGDT, SIDT, SLDT, STR, LMSW, LGDT, lidt, LLDT, LTR, CLTS. K dispozici jsou také nové výjimky (vnitřní přerušení): neplatný operační kód, koprocesor není k dispozici, dvojitá chyba, koprocesor segmentu přetečení, zásobník poruchu, poruchu segmentu přetečení / obecné ochrany, a jiní jen na chráněném režimu.

podpora OS

Chráněný režim 80286 nebyla využita až mnoho let po jeho vydání, částečně z důvodu vysokých nákladů na přidávání rozšířené paměti do PC, ale také proto, že je třeba pro software podpořit velkou uživatelskou základnu 8086 počítačů. Například v roce 1986 jediný program, který využil toho byla VDisk, je RAM disk ovladač dodávaný s PC DOS 3.0 a 3.1. DOS mohl využít další RAM k dispozici v chráněném režimu ( rozšířené paměti ) buď přes BIOS volání (INT 15h, AH = 87H), jako RAM disk , nebo jako emulace z expandované paměti . Potíž spočívá v neslučitelnosti starších reálný režim DOSem programů s chráněném režimu. Oni prostě nemohli nativně spouštět v tomto novém režimu bez zásadních úprav. V chráněném režimu, správa paměti a přerušení manipulace byla provedena jinak, než v reálném režimu. Kromě toho programy DOS typicky by přímý přístup k údajům a segmenty kódu, které nepatřily k nim, jako reálný režim jim umožnilo obejít se bez omezení; Naproti tomu návrh záměr chráněném režimu bylo zabránit programům v přístupu jakékoliv jiné než své vlastní segmenty, pokud zvláštní přístup byl výslovně povolen. I když to bylo možné zřídit chráněný režim prostředí, který umožnil všechny programy přístup ke všem segmentům (tím, že všechny popisovače segmentové do GDT a přiřadit jim všechny stejné úrovně oprávnění), to ohrožena téměř všechny výhody chráněném režimu s výjimkou rozšířená (24-bit) adresní prostor. Možnost, že vývojáři OS čelí byl buď začít od nuly a vytvořit OS, který by se spustit naprostou většinu starých programů, nebo přijít s verzí DOS který byl pomalý a ošklivý (tj ošklivý z vnitřní technický hledisko), ale bude nadále provozovat většinu starých programů. Chráněný režim také neposkytl významné dost výkonu výhodu oproti 8086 kompatibilní reálném režimu ospravedlnit podporovat své schopnosti; ve skutečnosti, s výjimkou přepínače úkolu při multitaskingu, ve skutečnosti poskytlo jen výkon nevýhodu tím, že zpomaluje mnoho pokyny přes litanie přidaných výsad kontrol. V chráněném režimu, registry byly ještě 16-bit, a programátor stále nuceni používat mapy paměti složenou z 64 kB segmentů, stejně jako v reálném režimu.

V lednu 1985, Digital Research zobrazilo na souběžné DOS 286 1.0 operační systém, vyvinutý ve spolupráci se společností Intel . Produkt by fungoval výhradně jako 80286 nativním režimu (tj chráněný režim) operačního systému, který umožňuje uživatelům plně využít chráněném režimu provádět multi-uživatel, multitasking operace při spuštění 8086 emulaci. Tato pracoval na B-1 prototyp krok čipu, ale Digital Research zjistil, problémy s emulací na úrovni produkce C-1 krok v květnu, která by neumožnila souběžné DOS 286 běžet 8086 software v chráněném režimu. Uvolnění souběžné DOS 286 bylo odloženo až Intel bude vyvíjet novou verzi čipu. V srpnu, po rozsáhlém testování na E-1 vzorků krok 80286, Digital Research uznal, že Intel opraveny všechny zdokumentované 286 errata, ale řekl, že tam byl ještě nezdokumentované problémy čip výkon s předprodejní verze souběžné DOS 286 běží na E- 1 krok. Intel oznámil, že přístup Digital Research přál, aby se v emulaci 8086 software v chráněném režimu se liší od původních specifikací. Nicméně v kroku E-2, jsou realizovány drobné změny v mikrokódu , která by umožnila Digital Research spustit režim emulace mnohem rychleji. Jmenoval IBM 4680 OS , IBM původně vybral DR souběžné DOS 286 jako základ svého IBM 4680 počítače pro produkty IBM System z rostlin a point-of-sale terminály v roce 1986. Digital Research FlexOS 286 verze 1.3, původ souběžné DOS 286, byl vyvinut v roce 1986, který byl zaveden v lednu 1987, a později adoptovaný IBM jejich IBM 4690 OS , ale stejná omezení to ovlivněno.

Problémy vedly k Bill Gates skvěle se odkazuje na 80286 jako „mozek mrtvý chip“, protože bylo jasné, že nový Microsoft Windows prostředí by nebyl schopen spustit více MS-DOS aplikace s 286. To byl pravděpodobně zodpovědný za rozkol mezi společností Microsoft a IBM, protože IBM tvrdil, že OS / 2 , původně společný podnik mezi IBM a Microsoft, by běžel na 286 (i v textovém režimu).

Jiné operační systémy, které používaly chráněný režim z 286 byl Microsoft Xenix (kolem roku 1984), Coherent , a Minix . Tito byli méně brání omezení chráněném režimu 80286, protože nemá za cíl spustit systém MS-DOS aplikace nebo jiné programy pro reálný režim. Ve své nástupce 80386 čip Intel zvyšuje chráněném režimu oslovit více paměti a také přidal samostatný virtuální 8086 režimu , režimu ve chráněném režimu s mnohem lepší kompatibilitu systému MS-DOS, za účelem uspokojení rozcházejících se potřebám trhu.

viz též

Reference

externí odkazy