Intel80286结构特点2.1.2.ppt

2.1.2 Intel 80286结构特点 *8086/8088是我们认识计算机硬件的基础; *采用与8086/8088对比的方式来介绍80286。,80286是一种增强型标准16位微处理器。与8086/8088相比，结构上的改进与性能上的提高主要体现在以下几个方面： 内部有执行单元（EU）、总线单元（BU）、指令单元（IU）和地址单元（AU）4个独立的部分并行操作，可实现4级流水线作业，使数据吞吐率大大提高。 地址总线与数据总线完全分开使用。 存储空间有两种工作方式：实地址方式和保护虚拟地址方式（简称：保护方式）。 实地址方式有1MB的空间； 保护方式有16MB的空间。 在保护方式下：,4个段寄存器装入的不再是段基址，而是指向段描述符表中某个段描述符的索引值，称为段选择符。,总之，80286主要是增强了多用户、多任务系统所必须的任务转换功能、虚拟存储器管理功能和多种保护功能，不仅运算速度大为提高，而且支持多用户、多任务操作。,1. 四级流水线 （8086 只有两级） 8086有两个独立的工作单元，形成两级流水线，完成提取指令和分析执行指令。,286有四个独立工作单元，形成四级流水线。,把8086的BIU分为 把8086的EU分为,地址单元AU 总线单元BU 指令单元IU 执行单元EU,完成地址运算 提取指令 分析指令 执行指令,6字节指令缓冲器 可存放3条已完成,分析的指令,不再分析，直接执行。,2. 地址总线和数据总线完全分开 （8086分时复用） 有24条地址线，有16M的寻址能力（2242422016M）,3. 存储器空间的两种工作方式 （8086仅一种）,重点！ 实验、中断以实模式为基础,1）实地址方式（8086方式，实模式）,*只使用24条地址线中20条：A0-A19，寻址1M。 *上电复位进入实地址方式,*存储器的物理地址仍然由段基址和段内偏移量合成,段基址在段寄存器中,所有功能与8086一样（除分时复用外），但工作频率比8086高，在加上4级流水线，所以速度比8086快。,在实地址方式下，286就是高速的8086！,80x86系列兼容性的体现,为了保持对8086的兼容性，在286中仍然保留了8086的工作状态，在该方式下，采用类似于8086的体系结构、寻址机构、存储器管理、中断处理。,286毕竟是新一代CPU，其更强的功能体现在另一种工作方式下：保护虚拟地址方式,2）保护虚拟地址方式 首先简要说明“保护”和“虚拟”的含义 保护 目的：实现任务和操作系统、任务和任务间的隔离及保护 4级层次的保护结构：操作系统，0级；(最高) 系统服务程序，1级； 应用服务程序，2级； 应用程序，3级。 （1）对存储器的保护，它要求通过描述符来进行存储器访问 （2）给每一个任务分配不同的虚拟空间，使任务之间完全隔离，实现任务之间的保护。 （3）任务内的保护机制，保护操作系统存储段及其专用处理寄存器不被应用程序所破坏。,虚拟： 从80286开始引入了虚拟存储器管理概念 目的：扩大用户可用内存储器空间,通过硬、软件技术把二者有机地、灵活地组合起来，形成一个供用户使用的、容量相当大而速度也相当快、价格也相当低的主内存。,CPU,物理（实际）内存 （高速、小容量）,外部存储器 低速、大容量 如：硬盘、光盘,存储管理机制,Cache,当前必须运行的部分,程序的大部分。,暂时不用 的部分,虚拟内存（从用户或任务角度所看到的存储容量）,段寄存器 直接提供,1）在物理上是不存在的。80286使用24条地址线，内存实际空间只有16M， 但可以对每个任务提供最大为1GB的虚拟存储空间。 2）支持多用户。“内”、“外”切换过程用户看不见。 3）存储器的逻辑地址的表示：,在实地址下，内存的逻辑地址,在保护虚拟地址方式下，内存的逻辑地址,段基址：偏移地址,段选择符：偏移地址,段寄存器直接提供,段寄存器,段选择符(段描述符的索引值),提供,根据,在,描述符表,找到,段描述符,从中取出,段基址,虚拟地址最终得转换成实际地址（物理地址），才能操作实际的存储器。物理地址仍由段基址和偏移地址合成。,怎么从段寄存器开始，找到段基址，进而得到物理地址？,曲折漫长！从介绍若干个术语开始： （本课程要求了解很多术语，这是我们的共同语言，交流的基础）,（1）描述符：用于实现从虚拟存储器空间到实际存储器空间的转换。每一个描述符由8个字节 组成，内容包括：段基址，段长界限，段类型以及特权级别。介绍486时，再看描述符的 组成情况 （2）描述符表：所有描述符的集合 全局地址空间：系统中全部任务共享的存储空间 局部地址空间：系统中各个任务独占的存储空间 全局描述符表GDT （Globe Description Table）：用于管理全局地址空间 局部描述符表LDT （Local Description Table）：用于管理局部地址空间 在286中，GDT只有一个，LDT可以有多个。每一个描述符表最多只能存放8K-1 （213-1 =8191 ）个描述符，每一个描述符占8个字节。,如何在可以存放8191个描述符的表中，找到所需的那一个描述符？,借助于段选择符某个段描述符的索引值，它存放在段寄存器中！,（3）段选择符 8086CPU，段寄存器直接存放段基址； 80286CPU，段寄存器存放的是段选择符，在段选择符的引导下，最终能够在GDT表或LDT表中，找到相应的段描述符，在描述符中找到段基址。,13位描述符索引值 TI RPL,用于在被选中的描述符表中查找所需的描述符，即：确定目标描述符的位置。可检索8191个描述符,0：GDT 1：LDT,00：0级 01：1级 10：2级 11：3级,16位段选择符格式,15 3 2 1 0,TI：Table Indicator 表指示符 RPL：Request for Priority Level 请求特权级 怎么确定目标描述符在描述符表中的位置？,描述符表基地址0 8,描述符表基地址1 8,描述符表基地址n 8,:,8个字节,8个字节,8个字节,在明确了这些术语后，我们来看如何从段寄存器开始，一步一步地取得段基址，最终形成物理地址。,注意：,描述符索引值 TI RPL,： : ： ：,： 段基址 ：,段寄存器的内容（段选择符）,15 3 2 1 0,GDT 或LDT,表基地址,+,索引值 8,目标描述符位置,8字节描述符,24位段基址,24位物理地址=段基址+偏移量,16位偏移量,13位描述符索引值 优先级：0 该描述符在GDT表中,在每一个描述符表中，有若干内容，这里我们只关心“段基址”，所以在表中只给出了段基址这一项内容。,实例,例：设某段选择符为：0000000000010000,设：全局描述符表GDT的表基地址为：100000H,目标描述符位置=描述符表基地址+索引值 8 = 100000H +02H 8 = 100000H+10H=100010H,即：所查找的描述符在GDT表中，从100010H开始的8个单元中。从该描述符中取出24位基地址。 设：所取的24位段基址为：500000H；如果设段内偏移量为1