Режимы процессора

Все 32-разрядные процессоры могут выполнять программы в нескольких режимах:

• реальном,

• защищенном:

• виртуальном реальном.

Реальный режим. Первоначально использовался процессор 8086, который мог выполнять 16-разрядные команды, применяя 16-разрядные внутренние регистры, и адресовать только 1 Мбайт (2 в 20 степени байт), используя 20 разрядов для адреса. Все программное обеспечение РС первоначально было предназначено для этого процессора, оно было разработано на основе 16-разрядной системы команд и модели памяти 1 Мбайт. Более поздние процессоры (80286) могли также выполнять те же 16 разрядные команды, но намного быстрее. Шестнадцатиразрядный режим, в котором выполнялись команды 8086 и 80286, был назван реальным режимом. Все программы, выполняющиеся в реальном режиме, должны использовать только 16-разрядные команды и 20-разрядные адреса.

Для программного обеспечения этого типа обычно используется однозадачный режим, т.е. одновременно может выполняться одна программа. Нет никакой защиты для предотвращения перезаписи ячеек памяти одной программы другой, т.е. при выполнении нескольких программ все данные могут быть испорчены.

Защищенный режим. Процессор 80286 являясь 16 разрядным, может все же работать в новом – защищенном режиме. Он имеет аппаратную поддержку многозадачных операционных систем. Адресная шина была увеличена до 24 разрядов, что привело к расширению адресного пространства до 16 Мбайт (2 в 24 степени). Новый метод адресации памяти позволил изолировать адресные пространства отдельных задач друг от друга.

В защищенном режиме программа может записывать данные только в те области памяти, которые ей выделила операционная система.

Следующие модели процессоров были 32 разрядными. Помимо расширения адресного пространства до 4 Гбайт, в них реализована страничная виртуальная память, которая возможна только в защищенном режиме. При этом часть оперативной памяти размещается на диске. Размер виртуальной памяти, предоставляемой программе, ограничивается размером свободного пространства на диске.

В защищенном режиме возможно:

• непосредственно адресовать память за пределами 1 Мбайта;

• появилась страничная память, позволяющая программе работать с памятью, размер которой много больше физического размера;

• можно решать несколько задач одновременно и создавать вычислительные системы.

Виртуальный реальный режим. Помимо страничной адресации в современных процессорах реализован режим виртуального процессора 8086 или просто виртуальный режим. Он используется в рамках защищенного режима. В этом режиме процессор может выполнять программы, составленные для процессора 8086, находясь в защищенном режиме и используя аппаратные средства защищенного режима: мультизадачность, изолирование адресных пространств отдельных задач, страничная виртуальная память.

Практическая работа. Устройство пк на процессорах Intel.

Упрощенная блок-схема , отражающая основные функциональные компоненты представлена на рис.1

Рис.1. Блок-схема ПК

Конструктивно ПК выполнены в виде системного блока, к которому через разъемы подключаются внешние устройства: клавиатура, мышь и т.д.

Системный блок включает в себя: системную плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для дополнительных устройств, платы расширения с контроллерами – адаптерами внешних устройств.

Системная плата является основой системного блока. Она обеспечивает внутренние связи, взаимодействует через прерывания с внешними устройствами и содержит компоненты, определяющие архитектуру ПК.

Набор микросхем на системной плате, обеспечивающий работу процессора по обмену данными с периферийными устройствами, называют чипсет.

Чипсет – совокупность микросхем, размещенных на системной плате, которые организуют потоки команд и данных в ЭВМ. Сюда входят: основная память, вторичная кэш-память и устройства, связанные с шинами ISA и PCI. Кроме того, чипсет контролирует потоки данных НЖМД и других устройств, соединенных с каналом IDE. Иногда в состав чипсета включают и сам микропроцессор. Чипсет и материнские платы мы уже рассматривали ранее.

Основной тенденцией современных ПК является отказ от ISA-устройств. Результат, ожидаемый от ПК – отсутствие ISA слотов, PS-2портов (к которым подсоединялись мышь и клавиатура) и накопителей 1,2 –1,44 Мбайт. Основным внешним интерфейсом становится FireWire.

К системной шине наряду с типовыми устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные микросхемы: математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний.

Математический сопроцессор используется для ускорения выполнения операций над числами с фиксированной и плавающей запятой, для вычисления тригонометрических функций. Он имеет свою систему команд и работает параллельно с основным микропроцессором, но под его управлением.

Контроллер прямого доступа к памяти DMA обеспечивает обмен данными между внешними устройствами и оперативной памятью без участия микропроцессора.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (дисплея, принтера, винчестера), освобождает МП от обработки ввода-вывода.

Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, т.е. временной приостановки выполнения одной программы для выполнения более важной программы. Контроллер принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал в МП, который останавливает выполнение текущей программы и переходит к обслуживанию прерывания. Контроллер прерываний является программируемым.

Большинство современных ПК комплектуется модулями типа DIMM – модулями с двухрядным расположением микросхем DDR RAM. Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем (16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт), числом микросхем, частотой 100 или 133 МГц и числом контактов (72, 168, 184). Основная память соединяется с процессором через адресную шину и шину данных. Шина данных имеет 64 бита, что позволяет передавать 8 байт одновременно.

Кэш – очень быстрое запоминающее устройство, которое используется при обмене данными между МП и оперативной памятью. Современные МП имеют встроенную кэш первого уровня, размером 8, 16, 32 байта , кроме того на системной плате установлен кэш второго уровня, емкостью 256, 512 байта, и выше.

К устройствам специальной памяти относятся постоянная памятьROM, перепрограммируемая постоянная память флэш, память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять. Важнейшая микросхема постоянной или флэш-памяти – модуль BIOS. Это базовая система ввода-вывода информации, совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройства после включения питания и загрузки операционной системы в оперативную память.

Разновидность постоянного ЗУ – CMOS RAM. Это память с невысоким быстродействием и минимальным потреблением от батарейки. Она используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера и режимах его работы. Содержимое CMOS изменяется специальной программой «сетап», находящейся в BIOS.

Видеопамять – разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Она организована так, что ее содержимое доступно сразу двум устройствам: процессору и дисплею.