Тема 7. Архітектурні особливості мікропроцесорів Intel 80x86.

1. Реальний і захищений режими роботи процесора.

2. Нові системні регістри мікропроцесорів і80x86.

3. Підтримка сегментного способу організації віртуальної пам'яті.

4. Підтримка сторінкового способу організації віртуальної пам'яті.

5. Режим віртуальних машин для виконання додатків реального режиму.

6. Захист адресного простору задач.

7. Механізм шлюзів для передачі керування на сегменти коду з іншими рівнями привілеїв.

1. Реальний і захищений режими роботи процесора.

Широко відомо, що першим мікропроцесором, на базі якого була створена IBM РС, був Intel 8088. Цей мікропроцесор відрізнявся від першого 16-розрядного мікропроцесора фірми Intel — 8086 — насамперед тим, що в нього була 8-бітова шина даних, а не 16-бітова (як у 8086). Обидва ці мікропроцесори призначалися для створення обчислювальних пристроїв, які б працювали в однозадачному режимі, тобто спеціальних апаратних засобів для підтримки надійних і ефективних мультипрограмних ОС у них не було. Однак на той час, коли розробники усвідомили необхідність включення в мікропроцесор спеціальної апаратної підтримки для мультипрограмних обчислень, вже було створено дуже багато програмних продуктів. Тому для сумісності з першими комп'ютерами в наступних версіях мікропроцесорів була реалізована можливість використовувати їх у двох режимах — реальному (real mode — так назвали режим роботи перших 16-бітових мікропроцесорів) і захищеному (protect mode – означає, що рівнобіжні обчислення можуть бути захищені апаратно-програмними механізмами).

Докладно розглядати архітектуру перших 16-бітових мікропроцесорів i8086/i8088 ми не будемо, оскільки цей матеріал повинен вивчатися в попередніх дисциплінах навчального плану. Однак нагадаємо, що в цих мікропроцесорах (а виходить, і в інших мікропроцесорах сімейства і80х86 при їх роботі у реальному режимі) звертання до пам'яті з можливим адресним простором у 1 Мбайт здійснюється за допомогою механізму сегментної адресації (мал. 3.1). Цей механізм був використаний для збільшення кількості розрядів, що беруть участь у вказівці адреси комірки пам'яті, з якою у даний момент здійснюється робота, з 16 до 20 і тим самим збільшення обсягу пам'яті.

Конкретизуємо задачу й обмежимося розглядом визначення адреси команди. Для адресації операндів використовується аналогічний механізм, тільки беруть участь у цьому випадку інші сегментні регістри. Нагадаємо, що для визначення фізичної адреси команди вміст сегментного регістра СS (code segment) перемножується на 16 за рахунок додавання зправа (до молодших бітів) чотирьох нулів, після чого до отриманого значення додається вміст покажчика команд (регістр ІР, instruction pointer). Виходить двадцатибітівое значення, що і дозволяє вказати будь-який байт із 2²⁰. Насправді, оскільки відбувається саме додавання і кожен з доданків може мати значення в інтервалі від нуля до 216-1 = 65535 – 64К, ми можемо вказати адресу початку сегмента, рівний FFFFFFFF00Н, і до нього додати зсув FFFFFFFFН. У цьому випадку ми одержимо переповнення розрядної сітки, але для сучасних 32-бітових процесорів (і для вже забутого i80286) мається можливість вказати перші 64Кбайт вище першого мегабайта.