- •Введение
- •1.1. Основные направления эволюции микрокомпьютеров
- •1.2. Основные сведения о компьютерах
- •1.3. Представление чисел
- •Заключение
- •Лекция 2 машинная организация процессора 80286
- •2.1. Введение
- •2.2. Структура памяти
- •2.3. Сегментация памяти
- •2.4. Структура ввода-вывода
- •2.5. Регистры
- •2.6. Операнды и режимы адресации операндов
- •2.7. Замечания о режимах адресации
- •Глава 3 базовая система команд процессора 80286
- •3.1. Нотация языка ассемблера
- •3.2. Команды передач данных
- •3.3. Арифметические команды
- •Лекция 6. Цепочечные команды
- •Лекция 7. Команды безусловной передачи управления
- •Лекция 8. Команды условной передачи управления
- •Лекция 9. Прерывания
- •Int n
- •Лекция 10. Флажковые команды
- •3.10. Команды синхронизации
- •3.11. Поддержка языков высокого уровня
- •3.12. Замечания о префиксах
- •3.13. Воздействие на флажки
- •Заключение
ЛЕКЦИЯ 1 ЭВОЛЮЦИЯ МИКРОКОМПЬЮТЕРОВ
Введение
Микросхема 80286 — один из представителей все расширяющегося семейства микропроцессоров. Во время подготовки настоящей книги ведется интенсивная работа над новейшим процессором 80386 . Чтобы лучше разобраться в современном поколении микропроцессоров, нужно оглянуться назад и посмотреть, с чего все началось и как шло их развитие. В этой главе и дается такая историческая ретроспектива, а также определяются основные понятия компьютеров и внутреннее представление чисел.
Остальные главы книги построены следующим образом. В гл. 2 и 3 представлена базовая архитектура процессора 80286. Так как она аналогична архитектуре микропроцессора 8086, читатели, знающие микропроцессор 8086, могут пропустить этот материал. Глава 4 посвящена архитектуре численного процессора 80287. В основном она похожа на архитектуру микропроцессора 8087, и знакомые с ней читатели могут пропустить гл. 4. Наибольшие различия между микропроцессорами 8086 и 80286 касаются той поддержки, какую процессор 80286 оказывает операционной системе. Об этом речь идет в гл. 5. Наконец, в гл. 6 затронуты аппаратные аспекты разработки законченного компьютера с процессорами 80286 и 80287.
1.1. Основные направления эволюции микрокомпьютеров
Процесс эволюции микроэлектроники, который привел к созданию современных микрокомпьютеров, можно разделить на два периода: уменьшения размеров и расширения возможностей. В течение первого периода (40 - 70-е гг.) по мере совершенствования технологии компонентов компьютеры становились все меньше и меньше. Кульминацией этого периода стало появление компьютера (хотя и примитивного по стандартам 1970 г.), размеры которого были не больше почтовой марки. В период расширения возможностей (с 1970 г. по настоящее время) крошечные компьютеры превратились в столь же мощные образования как и их крупные предшественники.
Уменьшение размеров. В 50-х гг. все электронные устройства, от радиоприемников и телевизоров до компьютеров, были построены на громоздких электронных лампах. Компьютеры этого периода иногда называют ЭВМ первого поколения, а примерами их служат модели 650 и 704 фирмы IBM. Эти компьютеры устанавливались в больших помещениях и состояли из нескольких стоек с электронным оборудованием. К концу 50-х гг. электронные лампы начали заменять транзисторами и другими твердотельными приборами. Компьютеры, выполненные по новой технологии, стали называть ЭВМ второго поколения (примерами их служат системы машины 7090 фирмы IBM и В5500 фирмы Burroughs).
В 60-х гг. дискретные электронные элементы (транзисторы, резисторы и др.) были объединены в более сложные электронные компоненты, названные интегральными схемами. Интегральная схема изготавливается на кремниевой пластинке, размеры которой меньше размеров почтовой марки. Пластинка монтируется в корпусе со многими выводами ("сороконожка"), который можно встроить в систему. Такая интегральная схема называется чипом (кристаллом). Компьютеры, построенные на интегральных схемах, относятся к ЭВМ третьего поколения (системы IBM 360, GE 635 и Burroughs 6700). Технология интегральных схем продолжала совершенствоваться, и в начале 70-х гг. многие компоненты ЭВМ удалось разместить в одной микросхеме (микропроцессоры 4004 и 8008 фирмы Intel). Появился термин компьютер на кристалле.
Компьютеры на кристалле называются микрокомпьютерами и микропроцессорами. Хотя этим терминам иногда придается одинаковый смысл, между ними имеется различие. Микропроцессор - это одна микросхема, содержащая схемы управления и арифметические устройства компьютера, но в ней нет памяти и устройств ввода-вывода. Микрокомпьютер - это законченная система, содержащая микропроцессор, микросхемы памяти и устройства ввода-вывода. Иногда вся система реализуется на одном кристалле (микросхема 8048 фирмы Intel), и тогда получается однокристальный микрокомпьютер.
Расширение возможностей. Эра микропроцессоров началась в 1971 г. с появлением микросхем 4004 и 8008 фирмы Intel. Они относятся к микропроцессорам первого поколения. Обе эти микросхемы разрабатывались для специализированных применений: 4004 - для калькулятора, а 8008 -для терминала. Оба микропроцессора считались в то время занимательной новинкой и всерьез не воспринимались. Но к 1974 г., когда микропроцессор 8008 был модифицирован в микропроцессор второго поколения 8080, на них обратила внимание компьютерная промышленность. Микросхема 8080 была первым микропроцессором, специально разработанным для множества применений; она быстро стала "стандартным" микропроцессором.
Теперь микропроцессор стал выполнять вычислительные задачи старых и громоздких компьютеров и оказался по стоимости доступным даже для любителей. Многие фирмы выпускали микропроцессор 8080 по лицензиям, а некоторые из них предложили улучшенный его вариант (микропроцессор Z80 фирмы Zilog). В 1976 г. появился модернизированный вариант микропроцессора 8080 - микросхема 8085 фирмы Intel. Однако до 1978 г. базовая структура микропроцессора 8080 оставалась неизменной.
В 1978 г. фирма Intel выпустила микропроцессор 8086. Это был первый микропроцессор, который работал с данными длиной 16 бит (микропроцессор 8080 работает с 8-битными данными). Вскоре еще две фирмы объявили о своих 16-битных микропроцессорах: фирма Motorola выпустила микропроцессор М68000, а фирма Zilog - микропроцессор Z8000. Все эти микропроцессоры образовали третье поколение микропроцессоров.
В 1979 г. был выпущен 8-битный вариант 8086 - микропроцессор 8088. Через два года фирма IBM вышла на рынок персональных компьютеров и использовала его в своем первом изделии - персональном компьютере IBM PC. Благодаря такой мощной поддержке микропроцессоры 8086 и 8088 стали наиболее популярными.
Семейство микропроцессоров 8086 продолжало развиваться. В 1983 г. фирма Intel разработала усовершенствованные модификации - процессоры 80186 и 80188. В этом же году был объявлен процессор 80286, который стал крупным шагом вперед по сравнению с микропроцессором 8086. Через год этот процессор был встроен в персональный компьютер фирмы IBM следующего поколения - IBM PC/AT.
Сделаем замечание по названиям процессоров. Фирма Intel называет процессоры - iАРХ186, iАРХ188 и iАРХ286. Однако вне ее их называют -80186, 80188 и 80286; этого же будем придерживаться и мы, хотя имеют хождение и сокращенные названия процессоров - 186,188 и 286.
Параллельно с расширением сферы применения микропроцессоров развивались и специализированные микропроцессоры. Под сопроцессором понимается подчиненный процессор, выполняющий специализированные функции для процессора широкого назначения. Первым популярным сопроцессором оказался 8087, который выполняет вычисления с плавающей точкой для микропроцессоров 8086 и 8088. С появлением процессоров 80186 и 80188 он стал применяться и с ними. Но поскольку в процессор 80286 встроен другой интерфейс с сопроцессором, для него потребовалось модифицировать сопроцессор 8087. Таким усовершенствованным сопроцессором стала микросхема 80287 (другие названия ее 287 и iАРХ287).