Лекция 3. Машинная организация процессора 80286

Введение.

Один из способов изучения компьютера заключается в рассмотрении его функциональных компонентов. Описание этих компонентов и их взаимодействия иногда называется архитектурой компьютера. В понятие архитектуры входят число регистров и их функции, объем подключаемой памяти, способы ее адресации и средства ввода-вывода.

Микросхема 80286 содержит значительную часть компонентов компьютера, например схемы, которые управляют всеми его функциями, а также все регистры и флажки. В ней нет памяти и устройств ввода-вывода, но их легко подключить к микросхеме и образовать законченный компьютер. Совокупность всех элементов, содержащихся на кристалле микросхемы, иногда называют процессором.

Процессор 80286 имеет два режима работы: режим реального адреса (или, короче, реальный режим) и защищенный режим виртуального адреса (виртуальный режим). В первом режиме процессор ведет себя как более быстродействующий микропроцессор 8086, и многие программисты будут использовать его именно в этом режиме. Виртуальный режим предназначен для системных программистов и пользователей, разрабатывающих сверхбольшие программы. В этой лекции мы сосредоточимся на реальном режиме, а виртуальный режим подробно рассмотрим в следующих лекциях.

Процессор 80286 имеет четыре набора регистров: регистры общего назначения для хранения промежуточных результатов; указательные и индексные регистры для локализации информации в определенных областях памяти; сегментные регистры, которые служат для задания этих областей памяти; в последний набор входит указатель команды. Кроме того, в процессоре находится девять флажков, фиксирующих текущее состояние и управляющих его работой. Процессор может обращаться более чем к 1 млн. байт памяти (и намного больше в виртуальном режиме) и более чем к 65 000 входных и выходных портов

Типичные команды компьютера локализуют операнды (т.е. обрабатываемые данные), выполняют операцию над значениями операндов и помещают результат в указанное место. В зависимости от команды операнды и результат могут находиться в памяти или регистрах. Средства их локализации называются режимами адресации операндов; они будут рассмотрены позже.

2.2.Структура памяти.

Память системы, работающей в реальном режиме, образуют 2²⁰ (примерно 1 млн.) 8-битных величин, называемых байтами. Каждому байту назначен уникальный адрес (беззнаковое число) из диапазона от 0 до 2²⁰ -- 1 (от 00000 до FFFFF в шестнадцатеричной системе счисления), что показано на рис. 2.1. В виртуальном режиме размер памяти расширяется до 2²⁴ (16 млн.) байт.

Любые два смежных (или соседних) байта в памяти образуют слово. У каждого из двух байт в слове есть свой адрес и меньший из них принимается за адрес слова. Примеры слов показаны на рис. 2.2.

Слово состоит из 16 бит. Байт с большим адресом содержит старшие биты слова, а байт с меньшим адресом - младшие. Сначала такая ситуация кажется вполне естественной: конечно же, старший байт должен иметь больший адрес. Но когда память рассматривается как последовательность байт, простирающаяся от наименьшего адреса к наибольшему, оказывается, что процессор хранит слова "наоборот", что показано на рис. 2.3.