Вопрос №5 Особенности формирования адреса в защищённом режиме.

Вопрос №1 Развитие микропроцессоров.

1971 процессор Intel 4004 – частота 108КГц, 2300 транзисторов, 10микронная технология, 4–х разрядная шина, адресация 640 байт памяти. Использование в схемах управления светофарами, межпланетная станция NASA. Размер с ноготь, стоимость 200$, выполнял 60000 операций в секунду.

1972 – i8006 – 8 – разрядный процессор, тактовая частота 200 КГц, 3,500 тысячи транзисторов, технология 10 микрон, ШД – 8 разрядная. 16 Кбайт памяти. Использовался в программных калькуляторах.

1974 – i8080, содержал 6000 транзисторов, 64 Кбайт памяти, интерпретатор Basic. Данный процессор очень много копировался и в конце 1975 несколько инженеров компании intel создали Zilos которая выпустила Z80 – улучшенная версия 8080, частота от 2,5 до 19 МГц, 8500 тыс. транзисторов, памяти 64 Кбайта.

1976 – i8085 – 6500 тыс. транзисторов, частота 5 МГц., 3 микронная технология, в этом же году компания Motorola разработала семейство процессоров 68000 – данные процессоры благодаря низкой цене (25$) использовались в первых ПК Apple 1,2.

1978 – i8086. x86 – 16 – разрядный, частота 4,77 МГц, 29000 транзисторов, 20 – разрядная шина адреса, адресация в памяти в 1Мб. Упрощенная версия i8080(1979) – внешняя ШД была 8 - разрядной, что позволило обеспечить совместимость с i8085 и снизить стоимость системных плат. С этого процессора начинается обратная совместимость.

1982 – i286 – 134000 транзисторов, 16 – разрядный, в 3 раза эффективней других 16 – разрядных процессоров, был основным при соэдании компьютеров PC AT. ША – 24 - разрядная.

1985 – i386 – 275000 транзисторов, выполнял 5 млн. операций в секунду.

1989 – i486 – 1,2 млн. транзисторов, первый встроенный сопроцессор.

1993 – Pentium – 3,1 млн. транзисторов, 9 млн. операций в секунду.

1995 Pentium Pro – первый процессор 6 поколения. 5,5 млн. транзисторов до 300000 млн. операций в секунду. Строился на кристалле.

1997 – Pentium 2 – 7,5 млн. транзисторов с него начинается DIB – КЭШ отдельно, динамическое исполнение команд.

1999 – Penyium 3.

2001 – Pentium 4 – 2 ГГц.

2002 - Pentium 4 – 3,08 ГГц.

2003 – intel titanium – 64 разрядный.

2005 – двух ядерные процессоры.

1999 – AMD – Athlon.

2000 – Duron – меньший объем КЭШ памяти.

2003 – Athlon 64 разрядный.

Вопрос №2 Режимы работы процессора:

1. Реальный – первоначально использовался в процессорах i8086 и i8088; 16 разрядные команды, 16 разрядные внутренние Рг, обращение к памяти в 1Мбайт, ША=20. Все программы могли выполнятся на процессоре i286, но намного быстрее т.е. была полная совместимость. Для ПО использовался однозадачный режим работы (одновременно – 1 задача), нет встроенной защиты от взаимного влияния программ, что приводит к искажению данных др. программ или к зависанию ПК. Использовалась сегментная память. Размер сегмента 64 К, контроля предела сегмента нет. Все процессоры Intel, AMD, Cyrix начинают работать при включении питания в реальном режиме. При загрузке 32-разр. ОС автоматически переключает процессор в 32-разр режим и управляет им в этом режиме.

2. Защищённый – 1-ый 32-разр. процессор i386. 32 разрядная система команд, 32разр ОС и приложения. Режим работы защищённый т.к. имеются спец. аппаратные средства для исключения взаимного влияния программ. Обращение к памяти объёмом 4 Гб, наличие страничной памяти, виртуальной памяти размером 64 Тбайта. Сегментация сложная, используются дискриптеры и механизм привилегий. Размер сегмента равен 1Мбайт, при использовании страничной памяти 4Гбайта.

3. Виртуальный режим – для обратной совместимости 32-разр системы Windows использовался виртуально-реальный режим. Это режим выполнения 16-разр среды реализованный внутри 32 разр. защищённого режима. При выполнении команд DOS внутри Windows создаётся виртуальный сеанс реального режима. Поскольку защищённый режим является многозадачным то можно выполнить несколько сеансов реального режима. Все приложения могут выполняться одновременно. При этом идёт обращение к памяти в 1Мб. Каждая виртуальная машина получает собственный набор реальных аппаратных подпрограмм управления аппаратурой, при чём при этом эмулируются все регистры и возможности реального режима.

Вопрос №3 Особенности структуры процессора i486.

Шинный интерфейс.

Содержит необходимые элементы для согласования внутренней и внешней шин. учитывает приоритет при обращении к шине и осуществляет предвыборку команд.

Устройство предвыборки

Предназначено для чтения данных из ОП последующих команд, что возможно только тогда, когда шинный интерфейс свободен. Имеет низкий приоритет и обеспечивает конверизацию команд.

Устройство дешифрования и УУ

Производят расшифровку команды и формирование необходимых управляющих сигналов для её выполнения.

Целочисленное устройство

Обеспечивает выполнение арифметических и логических операций над числами с фиксированной точкой. Содержит регистры процессора

Устройство с плавающей точкой

Сопроцессор для работы со сложными форматами данных.

Устройство сегментации

Обеспечивает формирование физического или линейного адресов если выполняется страничное преобразование.

Кэш память

Хранит последние данные, к которым обращался процессор. При необходимости данные записываются в ОП.

Основные особенности процессора:

Внешняя шина данных 32-х разрядная

1. защищённый режим работы

2. За 1 такт выполняется 1 команда

Вопрос №4 Особенности структуры процессора Процессор Pentium

Имеются 2 секции обработки данных U и W

U – может выполнять все операции над любыми числами

W – может выполнять только операции с плавающей точкой

В отличии от других процессоров многие команды можно было выполнить по 2 за 1 такт. Такую технологию назвали суперскалярной. Чтобы добиться максимальной эффективности работы процессора необходимо было перекомпилирование программы так, чтобы можно было сделать максимальное кол-во сдвоенных команд, т.е. выполнить процедуру паринга.

Два встроенных КЭШа: для данных и программ.

Каждый КЭШ имел специальный ассоциативный буфер преобразований выполненный по страничной схеме, что повышало быстродействие. Наличие 2-х КЭШ – элементы Гарвардской архитектуры.

ШД внешн. 64разрядная

Буфер адреса ветвления – предназначен для уменьшения простоев в одной или обоих секциях, вызванных задержками выборки команд при условных и безусловных переходов.

Назначение буфера – предвидеть переходы и при наличии в ближайшем будущем их заранее считать команду, это позволяет работать с макс. быстродействием.

2-х процессорная логика и программируемый контроль прерываний позволяет организовать работу 2-х процессоров на 1 системной шине. Возможны 2 режима работы SMP-симметричный мультипроцессорный режим обработки (оба процессора работают параллельно, каждый выполняет свою задачу, что увеличивает производительность); FRC – функциональный избыточный контроль (оба процессора выполняют 1 и туже задачу, при этом 1 из них контролирует работу другого, что повышает надёжность)

Вопрос №5 Особенности формирования адреса в защищённом режиме.

Для организации защищённого режима работы используется дескриптер который является второй (невидимой т.е. недоступной программисту) частью сегментного Рг.

Дескриптер – специальным образом организованная 8 байтовая структура данных, которая определяет особенности работы с сегментом. Для каждого сегмента имеется свой дескриптер. Они размещаются в дескрипторных таблицах в ОП.

Дескриптор включает следующее:

1. Начальный адрес сегмента – занимает 7, 4, 3, 2 байты и определяет любой начальный адрес сегмента в линейном адресном пространстве 4Гб

2. Предел сегмента – это 20 битное поле, которое занимает 4 младших бита 6-го байта, 1 и 0-й байты

3. права доступа занимают оставшиеся 12 бит и содержат следующее:

бит 55 G – бит гранулярности

если G=0 то размер сегмента задаётся в байтах и равен 1Мб

если G=1 то размер сегмента измеряется в страницах (размер страницы = 4Кб ––> макс. размер сегмента 4 Гб)

бит 54 D – бит разряда данных

если D=1 то данные 32-разр

если D=0 то 16разр.

бит 53 X – бит резерва

бит 52 U – бит пользователя – используется системными программистами по их усмотрению

бит 47 P – бит присутствия

если P=1 то сегмент присутствует в физич. ОП

если P=0 то сегмент находится на диске

бит 46-45 DPL – уровень привилегий дискриптора – определяет один из 4-х уровней защиты

бит 44 S –системный бит используется для описания системных объектов

бит 43-41 поле дискриптора

001 – дискриптор сегмента данных

010, 011 – стек

100, 101 – код

110, 111 – подчин. сегмент

бит 40 A – бит доступа

A=1 есть обращение к данному сегменту

A=0 нет

ОС использует этот бит для того чтобы определить какой сегмент при необходимости можно отправить на диск в процессе свопинга.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: