Тема 3.2 Организация и принципы работы процессора

Физическая память, к которой микропроцессор имеет доступ по шине адреса, называется оперативной памятью ( или оперативно запоминающим устройством – ОЗУ). Каждому байту соответствует свой уникальный адрес ( его номер), называемый физическим. Диапазон значений физических адресов зависит от разрядности шины адреса микропроцессора. Для i486 и Pentium 32 разряда он находится в пределах от 0 до 2³²-1 (4 Гбайт).

Механизм управления памятью полностью аппаратный. Это означает, что программа не может сама сформировать физический адрес памяти на адресной шине, это выполняет микропроцессор. В конечном итоге это позволяет обеспечить:

- компактность хранения адреса в машинной команде;

- гибкость механизма адресации;

- защиту адресных пространств задач в многозадачной системе;

- поддержку виртуальной памяти.

Микропроцессор аппаратно поддерживает несколько моделей использования оперативной памяти:

- сегментированную модель. В этой модели память для программы делится на непрерывные области памяти (сегменты), а сама программа может обращаться только к данным, которые находятся в этих сегментах;

- страничную модель. Её можно рассматривать как надстройку над сегментированной моделью. В случае использования этой модели оперативная память рассматривается как совокупность блоков фиксированного размера 4Кбайт. Основное применение этой модели связано с организацией виртуальной памяти, что позволяет операционной системе использовать для работы программ пространство памяти больше, чем объём физической памяти. Для микропроцессоров i486 и Pentium размер возможной виртуальной памяти может достигать 4 Тбайт ( терабайт).

Особенности использования и реализации этих моделей зависит от режимов работы микропроцессора:

- Режим реальных адресов или просто реальный режим. Это режим, в котором работал i8086. Наличие его в i486 и Pentium обусловлено тем, что фирма Intel старается обеспечить в новых моделях микропроцессоров функционирование программ, разработанных для ранних моделей микропроцессоров.

- Защищенный режим. Это режим позволяет максимально реализовать все архитектурные идеи, заложенные в модели микропроцессоров Intel, начиная с i80286. Программы, разработанные для i8086 (реального режима), не могут функционировать в защищенном режиме. Одна из причин этого связана именно с особенностями формирования физического адреса в защищенном режиме.

- Режим виртуального i8086. Переход в этот режим возможен, если микропроцессор уже находиться в защищенном режиме. Отличительной особенностью этого режима является возможность одновременной работы нескольких программ, разработанных для i8086. Несмотря на то, что микропроцессор находился в защищенном режиме, в режиме виртуального i8086 возможна работа программ реального режима. Это объясняется тем, что процесс формирования физического адреса памяти для этих программ производится по правилам реального режима.

Тема 3.3 Процессор