Intel 80286 - Intel 80286

Intel 80286
KL Intel i286.jpg
Процессор Intel A80286-8 с серым керамическим теплораспределителем
Общая информация
Запущен1982
Снято с производства1991[1]
Общий производитель (и)
Спектакль
Максимум. ЦПУ тактовая частотаОт 5 МГц до 25 МГц
ФСБ скоростиОт 5 МГц до 25 МГц
Ширина данных16 бит
Ширина адреса24 бит
Архитектура и классификация
Мин. размер элемента1,5 мкм[2]
Набор инструкцийx86-16 (с MMU )
Физические характеристики
Транзисторы
  • 134,000
СопроцессорIntel 80287
Пакет (ы)
  • 68-контактный PLCC
    68-контактный LCC
    100-контактный PQFP (Только инженерный образец)
    68-контактный PGA
Розетки)
История
Предшественник8086, 8088 (пока 80186 был современным)
ПреемникIntel 80386

В Intel 80286[3] (также продается как iAPX 286[4] и часто называют Intel 286) это 16 бит микропроцессор который был представлен 1 февраля 1982 года. Это был первый процессор на базе 8086 с отдельным, немультиплексированный адрес и шины данных а также первый с управление памятью и широкие возможности защиты. 80286 использовал приблизительно 134 000 транзисторов в своем первоначальном исполнении. nMOS (HMOS ) воплощение и, как и современный 80186,[5] он мог правильно выполнять большую часть программного обеспечения, написанного для более раннего Intel 8086 и 8088 процессоры.[6]

Модель 80286 использовалась для IBM PC / AT, представленный в 1984 году, а затем широко использовавшийся в большинстве компьютеров, совместимых с PC / AT, до начала 1990-х годов.

История и производительность

AMD 80286 (версия 16 МГц)

Первые чипы Intel 80286 были указаны для максимальной тактовой частоты 5, 6 или 8.МГц и более поздние версии для 12,5 МГц. AMD и Харрис позже изготовили детали на 16, 20 и 25 МГц соответственно. Интерсил и Fujitsu также разработан полностью статический CMOS версии оригинального обедненная нагрузка nMOS реализация, в основном ориентированная на устройства с батарейным питанием.

По имеющимся данным, в среднем 80286 показал скорость около 0,21 инструкции в час на "типовых" программах,[7] хотя это могло быть значительно быстрее в оптимизированном коде и в узких циклах, поскольку многие инструкции могли выполняться в 2 тактовых цикла каждый. По сообщениям, модели с 6 МГц, 10 МГц и 12 МГц работали со скоростью 0,9 MIPS, 1,5 MIPS и 2,66 MIPS соответственно.[8]

Позднее E-ступенчатый уровень из 80286 были свободны от нескольких значительных опечатка это вызывало проблемы для программистов и разработчиков операционных систем в более ранних процессорах B-step и C-step (распространенных в клонах AT и AT).[9]

Архитектура

Упрощенная микроархитектура 80286
Intel 80286 штамп

Intel не ожидала, что персональные компьютеры будут использовать 286.[10] ЦП был разработан для многопользовательский системы с многозадачность приложения, включая средства связи (например, автоматизированные АТС ) и в реальном времени контроль над процессом. Было 134 000 транзисторы и состоял из четырех независимых блоков: блока адреса, блока шины, блока команд и блока исполнения, организованных в слабо связанный (в буфере) трубопровод, так же, как и в 8086. Значительно увеличенная производительность по сравнению с 8086 была в первую очередь связана с немультиплексированный адрес и шины данных, больше аппаратного обеспечения для вычисления адресов (что наиболее важно, выделенный сумматор) и более быстрый (более аппаратный) умножитель.[11] Выпускался в 68-выводном корпусе, включая PLCC (пластиковый держатель чипа с выводами ), LCC (бессвинцовый держатель чипа ) и PGA (матрица сетки выводов ) пакеты.[12]

Увеличение производительности 80286 по сравнению с 8086 (или 8088) может быть более 100% на такт во многих программах (т.е. удвоение производительности при той же тактовой частоте). Это был большой рост, полностью сопоставимый с увеличением скорости примерно десять лет спустя, когда i486 (1989) или оригинал Pentium (1993). Частично это было из-за немультиплексированных шин адреса и данных, но в основном из-за того, что вычисление адресов (например, база + индекс ) были дешевле. Они выполнялись специальным блоком в 80286, в то время как более старый 8086 должен был эффективно вычислять адреса, используя свои общие ALU, во многих случаях потребляя несколько дополнительных тактов. Кроме того, 80286 был более эффективен в предварительной выборке инструкций, буферизации, выполнении переходов и в сложных микрокодированный числовые операции, такие как MUL /DIV чем его предшественник.[11]

80286 включал, в дополнение ко всем инструкциям 8086, все новые инструкции 80186: ENTER, LEAVE, BOUND, INS, OUTS, PUSHA, POPA, PUSH немедленный, IMUL немедленный и немедленный сдвиги и вращение. В 80286 также добавлены новые команды для защищенного режима: ARPL, CLTS, LAR, LGDT, LIDT, LLDT, LMSW, LSL, LTR, SGDT, SIDT, SLDT, SMSW, STR, VERR и VERW. Некоторые инструкции для защищенного режима могут (или должны) использоваться в реальном режиме для настройки и переключения в защищенный режим, а некоторые (такие как SMSW и LMSW) полезны для самого реального режима.

Intel 80286 имел 24-битную адресную шину и мог адресовать до 16МБ из баран, по сравнению с адресуемостью 1 МБ у его предшественника. Однако стоимость памяти и первоначальная редкость программного обеспечения, использующего память более 1 МБ, означали, что 80286 компьютеров редко поставлялись с оперативной памятью более одного мегабайта.[11] Кроме того, имелось снижение производительности при доступе к расширенной памяти из реального режима (в котором работала DOS, доминирующая операционная система ПК до середины 1990-х годов), как указано ниже.

Функции

Siemens 80286 (версия 10 МГц)
IBM 80286 (версия 8 МГц)

Защищенный режим

286 был первым процессором семейства x86, который поддерживал защищенный режим виртуального адреса, обычно называемый "защищенный режим ». Кроме того, это был первый коммерчески доступный микропроцессор со встроенным MMU возможности (системы, использующие современные Motorola 68010 и NS320xx может быть оснащен дополнительным контроллером MMU). Это позволило бы IBM-совместимым устройствам впервые иметь продвинутые многозадачные ОС и конкурировать в Unix -доминированный сервер /рабочая станция рынок.

В защищенном режиме 80286 было введено несколько дополнительных инструкций, которые полезны для многозадачных операционных систем.

Еще одна важная особенность 80286 - предотвращение несанкционированного доступа. Это достигается за счет:

  • Формирование разных сегментов для данных, кода и стека и предотвращение их перекрытия.
  • Назначение уровней привилегий каждому сегменту. Сегменты с более низкими уровнями привилегий не могут получить доступ к сегментам с более высокими уровнями привилегий.

В 80286 (и в его сопроцессоре Intel 80287 ), арифметические операции могут выполняться над следующими различными типами чисел:

По замыслу, 286 не мог вернуться из защищенного режима в базовый 8086-совместимый. режим реального адреса ("реальный режим ") без аппаратного сброса. В PC / AT, представленном в 1984 году, IBM добавила внешние схемы, а также специализированный код в ROM BIOS и 8042 периферийный микроконтроллер, чтобы позволить программному обеспечению вызвать сброс, позволяя повторный вход в реальном режиме, сохраняя при этом активную память и возвращая управление программе, которая инициировала сброс. (BIOS обязательно задействован, потому что он получает управление непосредственно при перезагрузке процессора.) Хотя он работал правильно, этот метод привел к огромному снижению производительности.

Теоретически приложения реального режима могут быть выполняется напрямую в 16-битном защищенном режиме если соблюдались определенные правила (недавно предложенные с введением 80286); однако, поскольку многие программы DOS не соответствовали этим правилам, защищенный режим широко не использовался до появления его преемника, 32-битный Intel 80386, который был разработан, чтобы легко переключаться между режимами и обеспечивать имитацию реального режима в защищенном режиме. Когда Intel разработала 286, он не был предназначен для многозадачности приложений реального режима; реальный режим был задуман как простой способ для загрузчика начальной загрузки подготовить систему и затем переключиться в защищенный режим; По сути, в защищенном режиме 80286 был разработан как новый процессор со многими сходными чертами со своими предшественниками, в то время как реальный режим на 80286 был предложен для небольших систем, которые могли бы получить выгоду от более продвинутой версии ядра ЦП 80186 с преимуществами такие как более высокие тактовые частоты, более быстрое выполнение команд (измеряется в тактовых циклах) и немультиплексированные шины, но не 24-битное (16 МБ) пространство памяти.

Для поддержки защищенного режима были добавлены новые инструкции: ARPL, VERR, VERW, LAR, LSL, SMSW, SGDT, SIDT, SLDT, STR, LMSW, LGDT, LIDT, LLDT, LTR, CLTS. Также есть новые исключения (внутренние прерывания): недопустимый код операции, сопроцессор недоступен, двойная ошибка, переполнение сегмента сопроцессора, ошибка стека, переполнение сегмента / общая ошибка защиты и другие, только для защищенного режима.

Поддержка ОС

Защищенный режим 80286 использовался только через много лет после его выпуска, отчасти из-за высокой стоимости добавления расширенной памяти к ПК, но также из-за необходимости программного обеспечения для поддержки большой пользовательской базы 8086 ПК. Например, в 1986 году единственной программой, которая использовала его, была VDISK, RAM-диск драйвер включен ПК DOS 3.0 и 3.1. А ДОС может использовать дополнительную оперативную память, доступную в защищенном режиме (расширенная память ) либо через BIOS вызов (INT 15h, AH = 87h), как RAM-диск, или как подражание из расширенная память.[11] Сложность заключалась в несовместимости старых в реальном режиме Программы DOS с защищенным режимом. Они просто не могли изначально работать в этом новом режиме без значительных изменений. В защищенном режиме управление памятью и обработка прерываний выполнялись иначе, чем в реальном режиме. Вдобавок программы DOS обычно имеют прямой доступ к данным и сегментам кода, которые им не принадлежат, поскольку реальный режим позволяет им делать это без ограничений; Напротив, замысел конструкции защищенного режима состоял в том, чтобы предотвратить доступ программ к любым сегментам, кроме их собственного, если специальный доступ не был явно разрешен. Хотя можно было настроить среду защищенного режима, которая позволяла всем программам получать доступ ко всем сегментам (помещая все дескрипторы сегментов в GDT и назначая им одинаковый уровень привилегий), это подрывало почти все преимущества защищенного режима, кроме расширенное (24-битное) адресное пространство. Перед разработчиками ОС встал выбор: либо начать с нуля и создать ОС, которая не запускала бы подавляющее большинство старых программ, либо предложить версию DOS, которая была бы медленной и некрасивой (т. Е. Уродливой из-за внутренней технической viewpoint), но все равно будет запускать большинство старых программ. Защищенный режим также не давал достаточно значительного преимущества в производительности по сравнению с 8086-совместимым реальным режимом, чтобы оправдать поддержку его возможностей; на самом деле, за исключением переключения задач при многозадачности, это фактически привело только к снижению производительности, поскольку замедлило выполнение многих инструкций из-за множества дополнительных проверок привилегий. В защищенном режиме регистры по-прежнему были 16-битными, и программист был вынужден использовать карту памяти, состоящую из сегментов по 64 КБ, как и в реальном режиме.[13]

В январе 1985 г. Цифровые исследования предварительный просмотр Параллельный DOS 286 1.0, разработанная в сотрудничестве с Intel. Продукт будет работать строго как операционная система 80286 с собственным режимом (то есть защищенным режимом), позволяя пользователям в полной мере использовать защищенный режим для выполнения многопользовательских многозадачных операций при запуске эмуляции 8086.[14][15][16] Это сработало на этапе прототипа чипа B-1, но Digital Research в мае обнаружила проблемы с эмуляцией на этапе производственного уровня C-1, которые не позволяли Concurrent DOS 286 запускать программное обеспечение 8086 в защищенном режиме. Выпуск Concurrent DOS 286 был отложен до тех пор, пока Intel не разработает новую версию чипа.[14] В августе, после обширного тестирования образцов 80286 шага E-1, Digital Research признала, что Intel исправила все задокументированные 286 ошибок, но сообщила, что все еще остаются недокументированные проблемы с производительностью чипа с предварительной версией Concurrent DOS 286, работающей на E- 1 шаг. Intel заявила, что подход Digital Research к эмуляции программного обеспечения 8086 в защищенном режиме отличается от исходных спецификаций. Тем не менее, на этапе E-2 они внесли небольшие изменения в микрокод это позволило бы Digital Research намного быстрее запускать режим эмуляции.[9] Названный ОС IBM 4680, IBM изначально выбрал DR Concurrent DOS 286 в качестве основы своей IBM 4680 компьютер для продуктов IBM Plant System и торговая точка терминалы в 1986 году.[17] Цифровые исследования FlexOS 286 версия 1.3, производная от Concurrent DOS 286, была разработана в 1986 году, представлена ​​в январе 1987 года и позже принята IBM для своих ОС IBM 4690, но на него повлияли те же ограничения.

Проблемы привели к Билл Гейтс назвав 80286 "чипом с мертвым мозгом",[18][когда? ] так как было ясно, что новый Майкрософт Виндоус среда не сможет запускать несколько MS-DOS приложений с 286. Возможно, это было причиной разделения между Microsoft и IBM, поскольку IBM настаивала на том, чтобы OS / 2, первоначально совместное предприятие IBM и Microsoft, будет работать на 286 (и в текстовом режиме).

Другие операционные системы, которые использовали защищенный режим 286, были Microsoft. Xenix (около 1984 г.),[19] Последовательный,[20] и Minix.[21] Им в меньшей степени препятствовали ограничения защищенного режима 80286, поскольку они не были нацелены на запуск приложений MS-DOS или других программ реального режима. В его преемнике 80386 чип, Intel улучшила защищенный режим для адресации большего количества памяти, а также добавила отдельный виртуальный режим 8086, режим в защищенном режиме с гораздо лучшей совместимостью с MS-DOS, чтобы удовлетворить различные потребности рынка.[22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "История ЦП - Музей ЦП - Жизненный цикл ЦП". www.cpushack.com.
  2. ^ "Процесс литографии 1,5 мкм - WikiChip". en.wikichip.org.
  3. ^ «Зал славы микропроцессоров». Intel. Архивировано из оригинал 6 июля 2007 г.. Получено 11 августа, 2007.
  4. ^ Справочник программиста iAPX 286 (PDF). Intel. 1983. стр. 1-1.
  5. ^ Более простой родственник в линейке 8086 со встроенными периферийными устройствами, предназначенный для встроенные системы.
  6. ^ «Музей Intel - Зал славы микропроцессоров». Intel.com. 14 мая 2009 года. Архивировано с оригинал 12 марта 2009 г.. Получено 20 июня, 2009.
  7. ^ «Программирование и информация Intel Architecure [sic]». Intel80386.com. 13 января 2004 г.. Получено 28 апреля, 2009.
  8. ^ "Микропроцессорный блок 80286, 1982". Content.cdlib.org. Получено 28 апреля, 2009.
  9. ^ а б Фостер, Эдвард (26 августа 1985 г.). «Intel представляет новый чип 80286 - будущее DRI Concurrent DOS 286 все еще неясно после исправления процессора». InfoWorld. InfoWorld Media Group. 7 (34): 21. ISSN  0199-6649.
  10. ^ Гросс, Нил; Кой, Питер (6 марта 1995 г.). «Технологический парадокс». Bloomberg. Получено 19 марта, 2020.
  11. ^ а б c d Бахадуре, Нилеш Б. (2010). «15 других 16-битных микропроцессоров 80186 и 80286». Микропроцессоры: 8086/8088, 80186/80286, 80386/80486 и семейство Pentium. PHI Learning Pvt. Ltd. стр. 503–537. ISBN  8120339428.
  12. ^ «Семейство микропроцессоров Intel 80286». CPU-мир. Получено 19 мая, 2012.
  13. ^ Петцольд, Чарльз (1986). «Препятствия на пути к взрослой операционной системе». Журнал ПК. 5 (11): 170–74.
  14. ^ а б Фостер, Эдвард (13 мая 1985 г.). «Super DOS ожидает нового 80286 - Concurrent DOS 286 - отложена до тех пор, пока Intel не обновит чип - предлагает мощность Xenix и совместимость с IBM PC». InfoWorld. InfoWorld Media Group. 7 (19): 17–18. ISSN  0199-6649.
  15. ^ Приложение FlexOS для компьютеров на базе Intel iAPX 286 (PDF). 1.3 (1-е изд.). Digital Research, Inc. Ноябрь 1986. Получено 14 августа, 2018.
  16. ^ «Параллельный DOS 68K 1.2 - Комплект разработчика для Motorola VME / 10 - Диск 2». 6 августа 1986 г. [1986-04-08]. Получено 13 сентября, 2018. (NB. Этот пакет также включает некоторые файлы заголовков из Параллельный DOS 286, включая STRUCT.H, прямо упоминающий ЗАГРУЗИТЬ для "эмуляции 8086".)
  17. ^ Мелисса Кальво и Джим Форбс (10 февраля 1986 г.). InfoWorld (ред.). IBM будет использовать операционную систему DRI. п. 12. Получено 6 сентября, 2011.
  18. ^ Дьюар, Роберт Б. К .; Смосна, Мэтью (1990). Микропроцессоры: взгляд программиста. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN  0-07-016638-2.
  19. ^ http://www.tenox.net/docs/microsoft_xenix_30_286_press_release.pdf В архиве 7 января 2014 г. Wayback Machine.
  20. ^ http://textfiles.com/internet/FAQ/coherent.faq.
  21. ^ http://minix.net/minix/minix.html В архиве 7 января 2014 г. Wayback Machine.
  22. ^ Чарльз Петцольд, 32-битное чудо Intel: микропроцессор 80386, Журнал ПК, 25 ноября 1986 г., с. 150–152.
  23. ^ «Советские микропроцессоры, микроконтроллеры, микросхемы FPU и их западные аналоги». CPU-мир. Получено 24 марта, 2016.

внешняя ссылка