Архитектурные особенности процессоров семейства Pentium

Процессоры семейства Pentium имеют ряд архитектурных и структурных особенностей по сравнению с предыдущими моделями микропроцессоров фирмы Intel. Наиболее характерными из них являются:

• гарвардская архитектура с разделением потоков команд и данных при помощи введения отдельных внутренних блоков кэш-памяти для хранения команд и данных, а также шин для их передачи;

• суперскалярная архитектура, обеспечивающая одновременное выполнение нескольких команд в параллельно работающих исполнительных устройствах;

• динамическое исполнение команд, реализующее изменение последовательности команд, использование расширенного регистрового файла (переименование регистров) и эффективное предсказание ветвлений;

• двойная независимая шина, содержащая отдельную шину для обращения к кэш-памяти 2-го уровня (выполняется с тактовой частотой процессора) и системную шину для обращения к памяти и внешним устройствам (выполняется с тактовой частотой системной платы).

Основные характеристики процессоров семейства Pentium следующие:

• 32-разрядная внутренняя структура;

• использование системной шины с 36 разрядами адреса и 64 разрядами данных;

• раздельная внутренняя кэш-память первого уровня для команд и данных емкостью по 16 Кбайт;

• поддержка общей кэш-памяти команд и данных второго уровня емкостью до 2 Мбайт;

• конвейерное исполнение команд;

• предсказание направления программного ветвления с высокой точностью;

• ускоренное выполнение операций с плавающей точкой;

• приоритетный контроль при обращении к памяти;

• поддержка реализации мультипроцессорных систем;

• наличие внутренних средств, обеспечивающих самотестирование, отладку и мониторинг производительности.

Инициализация пэвм на базе i86-х

Архитектура вычислительной машины, прежде всего, определяет методы взаимодействия между составляющими ее элементами и построена на концепции ядра и расширяющих его возможности модулей. Ядро - это системные ресурсы, без которых ПК работать не может. Модули расширения представляют собой законченные подсистемы, взаимодействующие с ядром по заданному протоколу.

Системное ядро ПК включает в себя:

• ЦП;

• 2-3-канальных таймера;

• 2 контроллера прерываний с 8 уровнями каждый;

• 2-4-канальных контроллера ПДП;

• порты ввода/вывода;

• CMOS-память;

• часы реального времени;

• контроллер клавиатуры;

• минимум 64 Кб нижней памяти.

К модулям расширения относятся:

• контроллеры накопителей;

• накопители;

• видеоадаптеры;

• сетевые карты.

В соответствии с архитектурой ПК построен и механизм пробуждения. После включения питания выполняются следующие действия:

• самодиагностика, идентификация, проверка процессора и сопроцессора;

• проверка и инициализация системного ядра;

• включение механизма "Plug&Play";

• проверка и инициализация видеоадаптера;

• проверка CMOS-памяти и часов реального времени;

• определение объема и проверка оперативной памяти;

• проверка клавиатуры и инициализация портов (LPT, COM);

• инициализация дисковых накопителей;

• проверка модулей расширения BIOS;

• включение механизма APR;

• вызов системного загрузчика;

• загрузка ОС.

Все перечисленные выше действия выполняет центральный процессор ПК под управлением BIOS (Basic Input Output System), записанного в микросхемах ПЗУ. BIOS представляет собой подпрограммы, предназначенные для изоляции операционной системы (ОС) и прикладных программ от конкретной аппаратной реализации того или иного узла персонального компьютера. Поэтому все обращения ОС или прикладных программ переадресуются подпрограммам BIOS. Исключения составляют программы, напрямую работающие с аппаратурой.

Встроенное программное обеспечение, кроме BIOS, содержит программы: POST (Power On Self Test - тест при включении питания), BIOS SETUP (программа установки параметров ПК и взаимодействия с CMOS-памятью, где эти данные хранятся). На этапе пробуждения ПК основное значение приобретает программа POST, обеспечивающая поиск, инициализацию и проверку компьютера.

Последовательность и содержание подпрограмм POST и BIOS определяются общими принципами функционирования ПК и его компонентов и поэтому во многом схожи, независимо от фирмы-разработчика BIOS, от типа и модели ПК. Для более подробного ознакомления с работой компьютера можно использовать листинг BIOS любой фирмы.

В последнее время BIOS часто хранится во flash-памяти, что позволяет пользователю обновлять (дополнять) версию BIOS без привлечения специальной аппаратуры.