Микропроцессоры второго поколения

МП i80286 второго поколения был разработан к 1 февраля 1982 г. Оставшись 16-разрядным прибором, по производительности новый ЦП в 3 - 6 раз превзошел своего предшественника при тактовой частоте первой модификации 8 МГц. Благодаря использованию многовыводного корпуса разработчики смогли применить схему с раздельными шинами адресов и данных.

24 разряда адреса позволили обращаться к физической памяти объемом до 16 МБайт. Встроенная система управления памятью и средства ее защиты открывали широкие возможности использования МП в многозадачных средах. Кроме того, аппаратура i80286 обеспечивала работу с виртуальной памятью объемом до 1 Гбайт. Для поддержки устройства управления памятью система команд пополнилась еще 16 инструкциями.

МП имел два режима работы - реальный и защищенный. В первом случае он воспринимался как быстрый МП i8086 с несколько расширенной системой команд и прекрасно подходил тем потребителям, для которых, помимо скоростных характеристик, жизненно важным было сохранение существующего задела ПО.

Работа в защищенном режиме позволяла использовать преимущества МП в полном объеме, и, прежде всего, большой объем основной памяти, дающий возможность работать ему в многозадачном варианте. Ведь основная проблема многозадачности была в том, что предыдущие модели МП исполняемые программы могли быть записаны по любому адресу памяти, даже в занятые ячейки памяти ранее исполнявшимися программами. Операционная система и другие приложения при этом были не защищены: в любой момент исполняемая программа могла затереть эти места в памяти и система не смогла бы в дальнейшем вести достоверные расчеты.

Со стороны разработчиков программных продуктов были попытки создать операционную систему, которая сама бы контролировала все действия программ. Но для этого пришлось отказаться от компиляции приложений в готовые машинные коды - они стали интерпретируемыми, а производительность упала раз в двадцать. Стало ясно, что без аппаратной акселерации контроля, т. е. без защищенного режима процессора не обойтись.

Суть работы защищенного режима состоит в следующем. Все свои команды процессор выполнял точно так же как и в реальном режиме, но программистам пришлось использовать понятие «логического адреса». Логический адрес состоял из 32 бит: селектора (16 бит) и смещения (16 бит). При этом в сегментных регистрах теперь хранился не сегмент, а селектор. Селектор - это индекс в таблице дескрипторов.

Запись в таблице дескрипторов содержала всю необходимую информацию о некотором блоке памяти: его базовый адрес, размер всего блока, его тип (код или данные) и сведения о приоритете программы - владельца. Таким образом, каждый дескриптор полностью описывал один сегмент программы. Размер этого дескриптора был одинаков как для 286-х, так и для 386-х машин - 64 бита или 8 байт, но у 286-го старшие 16 бит не использовались. Существовала одна глобальная и несколько локальных таблиц. Глобальная присутствовала всегда и хранила информацию о сегментах операционной системы. Локальные таблицы были для всех остальных программ. Управление памятью в защищенном режиме всегда было связано с конкретной операционной системой и ее версией. В операционной системе (ОС) OS/2 2.0 каждой программе были доступны глобальная и локальная (своя) таблицы дескрипторов. Всем приложениям в ОС Windows 3.0 давалась одна общая локальная таблица.

Всеми преимуществами МП решила воспользоваться IBM, применив процессор в новой модели ПК типа AT.

К сожалению, защищенный режим 286-го обладал и недостатками: несмотря на возможность адресовать 16 Мб памяти, максимальный размер сегмента остался по-прежнему равным 64 Кб, затрудняя программистам работу с большими массивами данных.

Режим работы с виртуальной памятью имел недостаток. Он заключался в том, что отсутствовал «прозрачный» для приложений способ перемещения данных операционной системой из памяти на жесткий диск - для реализации этого программам приходилось прибегать к разным ухищрениям вроде «запирания» и «отпирания» указателей на блок памяти.

В защищенном режиме отсутствовала совместимость с программами, написанными для реального режима MS-DOS. Переход из реального режима в защищенный был односторонним, для обратного перехода требовалась перезагрузка системы.

Указанные недостатки и высокая потребность в высокопроизводительных МП стимулировали усилия специалистов Intel по разработке прибора следующего поколения. Увеличение тактовой частоты 286-го процессора сверх достигнутого предела в 16 МГц давалось уже слишком дорого, а кроме того, никак не устраняло узкого места системы, которым оставалась оперативная память. Помимо прочего, 286-й решил далеко не все проблемы, характерные для многозадачных сред.

У инженеров Intel было два пути кардинального повышения производительности процессора: 32-разрядная архитектура прибора и совершенствование тракта процессор - память. При этом эффективное функционирование МП под управлением многозадачных ОС требовало усовершенствования устройства управления памятью.