ARQUITECTURA DEL MICROPROCESADOR 80286.
1.-INTRODUCCION
Este Este micr microp opro roce cesa sado dorr apar aparec eció ió en febr febrer ero o de 1982. 1982. Los Los avan avance cess de integración que permitieron agregar una gran cantidad de componentes periféricos en el interior del 8018680188! se utili"aron en el 80286 para #ace #acerr un micr microp oprroces ocesad ador or que que sopo soport rte e nuev nuevas as capa capaci cida dade des! s! como como la multitarea $e%ecución simult&nea de varios programas'! lo que requiere que los los prog progra rama mass no (c#o (c#oqu quen en(( entr entre e s)! s)! alte altera rand ndo o uno uno los los dato datoss o las las instrucciones de otros programas. El 80286 tiene dos modos de operación* modo real + modo protegido. En el modo real! se comporta igual que un 8086! mientras que! en modo protegido! las cosas cambian completamente! como se e,plica a partir del pró,imo p&rrafo. Esto necesitó un nivel de integración muc#o ma+or. ma+or. El 80286 contiene 1-.000 transistores dentro de su estructura $-60/ m&s que el 8086'. E,ternamente est& encapsulado en formato L $ Plastic Leaded Chip Carrier ' con pines en forma de J para monta%e supercial! o en formato 34 $in 3rid 4rra+'! en ambos casos con 68 pines.
El microprocesador 80286 #a a5adido un nuevo nivel de satisfacción a la arquite arquitectura ctura b&sica del 8086! inclu+endo inclu+endo una gestión gestión de memoria con la e,tensión natural de las l as capacidades de direccionamiento direccionamiento del procesador procesador.. El 80286 tiene elaboradas facilidades incorporadas de protección de datos. tra trass cara caract cter er)s )sti tica cass incl inclu+ u+en en toda todass las las cara caract cter er)s )stic ticas as del del %ueg %uego o de instrucciones del 80186! as) como la e,tensión del espacio direccionable a 16 7! utili"ando 2 bits para direccionar $22 16.:::.216'. El 80286 revisa cada acceso a instrucciones o datos para comprobar si puede #aber una violación de los derec#os de acceso. Este microprocesador microprocesador est& est& dise dise5a 5ado do para para usar usar un sist sistem ema a oper operat ativ ivo o con con vari varios os nive nivele less de privilegio. En este tipo de sistemas operativos #a+ un n;cleo que! como su nombre indica! es la parte m&s interna del sistema operativo. El n;cleo tiene el m&,imo privilegio + los programas de aplicaciones el m)nimo. E,isten cuatro niveles de privilegio. La protección de datos en este tipo de sistemas se lleva a cabo teniendo segmentos de código igo $que inclu+e las las instrucciones'! datos $que inclu+e la pila aparte de las variables de los programas' + del sistema $que indican los derec#os de acceso de los otros segmentos'. ara un usuario normal! los registros de segmentación $: bits invi invisi sibl bles es para para el usua usuari rio. o. c#o c#o de esto estoss bits bits sirv sirven en para para mant manten ener er los derec derec#os #os de acceso acceso $sólo $sólo lectur lectura! a! sólo sólo escrit escritura ura + otros' otros'!! otros otros bits bits mantienen la dirección real $2 bits' del principio del segmento + otros mant mantie iene nen n la long longit itud ud perm permit itid ida a del del segm segmen ento to $16 $16 bits bits!! para para tene tenerr la longitud m&,ima de 6 ?'. or ello! el usuario nunca sabe en qué posición real de memoria est& e%ecutando o dónde se ubican los datos + siempre se mantiene dentro de ciertas fronteras. omo protección adicional! nunca se permite que el usuario escriba en el segmento de código $en modo real se pued puede e escr escrib ibir ir sobr sobre e dic#o dic#o segm segmen ento to'. '. Ello Ello prev previe iene ne que que el usua usuari rio o modi modiqu que e su prog progra rama ma para para reali eali"a "arr acto actoss ileg ilegal ales es + pote potenc ncia ialm lmen ente te peligrosos. @a+ también provisiones para prever que el usuario introdu"ca en el sistema un (caballo de Aro+a( que pueda proporcionarle un estado de alto privilegio. El 80286 tiene cuatro nuevos registros. Ares de ellos apuntan a las tablas de descriptores actualmente en uso. Estas tablas contienen información sobre los ob%etos protegidos en el sistema. ualquier cambio de privilegio o de segmento debe reali"arse a través de dic#as tablas. 4dicionalmente #a+ varios indicadores nuevos. E,iste E,isten n varia variass instru instrucci ccione oness nueva nuevas! s! adem& adem&ss de las intro introduc ducida idass con el 80186. Aodas estas instrucciones se reeren a la gestión de memoria + protección del sistema #aciendo cosas tales como cargar + almacenar el
contenido de los indicadores especiales + los punteros a las tablas de descriptores. 2.-CARACTERÍSTICAS GENERALES
El Bntel 80286 $llamado ocialmente i4C 286! también conocido como i286 o 286' es un microprocesador de 16 bits de la familia ,86. Due lan"ado al mercado por Bntel el 1 de febrero de 1982. Las versiones iniciales del i286 funcionaban a 6 7@" + a 8 7@"! pero acabó alcan"ando una velocidad de #asta 20 7@". El i286 fue el microprocesador m&s empleado en los B7 + compatibles entre mediados + nales de los a5os 80. El i286 funciona el doble de r&pido que su predecesor! el Bntel 8086! + puede direccionar #asta 16 7b+tes de memoria 47! en contraposición a 1 7b+te del i8086. En m&quinas =
El i286 fue dise5ado para e%ecutar aplicaciones multitarea! inclu+endo comunicaciones! control de procesos en tiempo real + sistemas multiusuario. 4 pesar de su gran popularidad! #o+ en d)a quedan pocos ordenadores con el i286 funcionando.
3.-FUNCIONES Y DIAGRAMA DE PINES La siguiente gura presenta la asignación de terminales del microprocesador 80286. La descripción de sus pines m&s importantes se #ar& en con%unto con el microprocesador i80-86=C.
ines del 80286
4.-ARQUITECTURA INTERNA 4GHBAEAH4 BIAEI4 80286! e,trae sus instrucciones de la memoria! pero la #ace de una manera nueva. Los primeros microprocesadores obten)an una instrucción! este proceso continuaba a partir de una asignación en forma circular al momento que el microprocesador e%ecutaba el softFare.
El 80286 todav)a saca instrucciones de la memoria! pero cuando e%ecuta una orden! el microprocesador +a #a e,tra)do la sig. J #a iniciado su procesamiento. La memoria primero busca o lee la instrucción! luego el microprocesador decodica la instrucción + la e%ecuta. El microprocesador 80286 #ace uso de la ma+or parte del tiempo desocupado del bus. 7ientras se busca una instrucción! decodica una segunda + efect;a una tercera. $a esta forma se le llama e%ecución en cascada'. La información se alimenta dentro del microprocesador a través de los buses del sistema! donde el microprocesador la codica + la traslada a la unidad de e%ecución para su cumplimiento. la estructura interna del 80286. contiene cuatro fases. estas unidades internas son la unidad del bus $H'! la unidad de instrucción $BH'! la unidad de e%ecución$EH' + la unidad de dirección$4H'. la unidad del bus $H'. ontrola los buses del sistema + distribu+e información entre el microprocesador + la memoria de E<. Aambién pasa información entre ella + la unidad de dirección! como entre la unidad de e%ecución + la unidad de instrucción. 44AEB
etiquetadasM 42-N40. La posición 4 es la cone,ión del bus de dirección menos signicados.
El Bntel 80286 es un microprocesador de 16 bits! su relevancia radica en la implementación de este microprocesador en los primeros equipos de cómputo personal + compatible! se puede decir que la computadora personal nació con la implementación de estos microprocesadores como n;cleos del sistema. La siguiente gura muestra el diagrama de bloques interno del microprocesador 80286. Este microprocesador no incorpora periféricos internosM en lugar de ello! contiene una unidad de administración de memoria $77H'! referida como unidad de direccionamiento en el diagrama de bloques. Las terminales 42-O40! ! 4! ! + son terminales nuevas o adicionales que no aparecen en el microprocesador 8086. Las
se5ales
!
4!
!
+
son
utili"adas con la e,tensión del microprocesador! o coprocesador! del cual el 80-8: es un e%emplo. El bus de direcciones es de 2 bits para controlar los 16 7 de memoria f)sica. Las unidades b&sicas del microprocesador se conservan! aunque su comple%idad + rendimiento #an aumentado considerablemente. $comparados con los anteriores microprocesadores de 8 bits '
El con%unto de registros del i80286 se describe a continuación. abe anotar que casi todos los registros son iguales a los utili"ados por los microprocesadores 80868088 + 8018680188.
Los principales se5ali"adores son* bit n;mero
nombre
11
desbordamiento
10
se5ali"ador de dirección
9
#abilita interrupción
8
se5ali"ador de trampa
:
signo
6
cero
arrastre au,iliar
2
paridad
0
arrastre
5.-MODOS DE DIRECCIONAMIENTO La H $i80286 o i80-86' puede operar en dos modos. El primero es el modo de direcciones reales! en el cual puede acceder #asta 1 7b+te de memoria! igual que los microprocesadores 8086 + 80186. El segundo es el modo de direcciones virtuales protegidas! que también se denomina modo protegido. En el modo protegido! la H formatea 1 3b+te de direcciones virtuales por tarea! en un espacio de direcciones reales de 16 7b+tes. El modo protegido se denomina as) +a que proporciona protección de memoria para aislar a los datos + programas de las tareas individuales. Esto permite la multitarea + una f&cil cone,ión en red de los computadores. El modo protegido proporciona acceso a la gestión de memoria! paginación + capacidades de privilegio de H. La memoria virtual es un espacio de memoria ma+or $13 para el 80286' en un espacio de memoria f)sica muc#o m&s peque5o $16 7 para el 80286'! lo que permite que un sistema mu+ grande pueda ser e%ecutado en sistemas de memoria f)sica menor. Esto es reali"ado por medio de un intercambio de datos + programas entre el sistema de memoria de disco duro + la memoria
f)sica. El direccionamiento de un sistema de memoria de 13 es reali"ado por los descriptores en el microprocesador 80286. ada descriptor del 80286 describe un segmento de memoria de 6?. El i80286 acepta #asta 16? descriptores! lo que corresponde a 13 de memoria. Los descriptores describen al segmento de memoria en el modo protegido. El 80286 tiene descriptores que denen códigos! datos! segmentos de pila! interrupciones! procedimientos + tareas. Los accesos a descriptores son reali"ados cargando un registro de segmento con un selector en el modo protegido. El selector accede a un descriptor que describe un &rea de memoria.
6.-FORMATO DE INSTRUCCIONES DEL 80286 4parte de las instrucciones del 80868088 + las nuevas del 80186! el 80286 posee nuevas instrucciones. Qstas corresponden todas al modo protegido + son las siguientes* 4L dest! src $4d%ust equested rivilege Level of selector'* ompara los bits L de dest contra src.
L
7.-SEÑAL DE RELO En primer lugar! era m&s r&pido que sus antecesores! + no sólo en tiempo de e%ecución de instrucciones! sino también en el relo% del sistema. Los 286 comen"aron a verse a velocidades de relo% de 6! 8! 12! 16 + 207@". @a+ que #acer notar que los HWs a 16 + 207@" no los fabricaba Bntel* or aquel entonces comen"aba a despuntar la casa 47=! la cual #a dado al mundo versiones mu+ buenas de los HWs de Bntel. =ebemos recordar al lector que Bntel no #ab)a terminado de atar los cabos de las patentes! de manera que cualquiera pod)a basarse en sus dise5os para crear un H.
8.-!ANDERAS El registro andera es de -2Obit registro.
Los registros del microprocesador 80286 son los mismos que los del 8086. 4parece un registro de estado de m&quina 7
arr+ $'* es el acarreo o préstamo en el bit m&s signicativo correspondiente a la ;ltima operación de la 4LH. arit+ $'* corresponde al bit de paridad en la ;ltima operación de la 4LH. Es X0Y cuando el n;mero de unos en el resultado de una operación es imparM es X1Y cuando el n;mero de unos es par. 4u,iliar+ arr+ $4'* es elacarreo o préstamo ocurrido en el primer cuarteto $nibble' tras una operación de la 4LH. Rero $R'* cuando e X1Y indica que el resultado de una operación es cero! cuando es X0Y indica que el resultado de una operación es diferente de cero.
=irection $='* selecciona el modo de incremento o de decremento para los registros =B +
Bnput utput rivilege Level $BL'* selecciona el nivel de privilegio para los dispositivos de E<.
".-CARACTERISTICAS
".#.-PROTECCI$N El 80286 tiene cuatro niveles de protección que est&n optimi"ados para soportar las necesidades de los sistemas operativos multitarea para aislar + proteger los programas de un usuario de otros + del sistema operativo. Los niveles de privilegio controlan el uso de instrucciones privilegiadas! instrucciones de entradasalida! + el acceso a segmentos + descriptores de segmento. 4 diferencia de los sistemas tradicionales basados en microprocesadores donde esta protección sólo se logra a través de un #ardFare e,terno mu+ comple%o con el correspondiente softFare! el 80286
provee esta protección como parte de la unidad de mane%o de memoria $77H* 7emor+ 7anagement Hnit' incorporada. El sistema de privilegio %er&rquico de cuatro niveles es una e,tensión de los modos usuariosupervisor que se encuentran com;nmente en minicomputadoras. Los niveles de privilegio $L* rivilege Level' se numeran de 0 a -! siendo el 0 el nivel m&s privilegiado $m&s conable'.E%emplo de los niveles %er&rquicos* •
L 0* ?ernel $parte del sistema operativo'.
•
L 1*
•
L 2* E,tensiones del sistema operativo.
•
L -* 4plicaciones.
".2.-MODO PROTEGIDO Hna de las caracter)sticas interesantes de este procesador es que fue el primer procesador compatible $,86' con modo protegido! en el cual e,ist)an cuatro anillos de e%ecución + división de memoria mediante tablas de segmentos. Esta caracter)stica también signico un gran apo+o para la multitarea! + su implementación de protección entre tareas sosticada! permitió a los < soportar #asta niveles de privilegio. El modo protegido permite acceder a los datos + programas en la memoria e,tendida $C7<' m&s all& del primer 7+te de memoria. El direccionamiento en la memoria e,tendida requiere un cambio en el sistema de direccionamiento de segmento + despla"amiento.
La dirección del segmento +a no se obtiene directamente de los registros de segmento! como ocurre en el modo real. El registro de segmento contiene esta ve" un XselectorY que selecciona un XdescriptorY. Este ;ltimo describe la ubicación! longitud + derec#os de acceso al segmento de memoria. El selector est& ubicado en el registro de segmento + selecciona a una de las dos XAablasY disponibles + a uno de los 8192 descriptores de la Aabla seleccionada.
El registro de segmento contiene un campo de selector de 1- bits que permite elegir una de los 8192 descriptores en una de las tablas de descriptores. El bit AB selecciona una de las dos tablas* la tabla de descriptores locales $AB 1' + la tabla de descriptores globales $AB 0'. El L solicita el grado de privilegio de acceso a un segmento de memoria. El L m&s alto es el 00 + el m&s ba%o es el 11.
La ase es la dirección de memoria donde empie"a el segmento. ara el 80286 la dirección base es de 2 bits. El b+te de =erec#os de 4cceso corresponde al control de acceso al segmento + describe cómo funciona el segmento. Las tablas de descriptores globales + locales se encuentran en el sistema de memoria. ara poder ingresar a la dirección de estas tablas! el 80286 contiene registros invisibles para el programador. Estos registros controlan al microprocesador cuando funciona en modo protegido.
Estos registros forman una memoria cac#é del descriptor. En esta memoria cac#é se cargan la dirección ase! el L)mite + los =erec#os de 4cceso cada ve" que se cambia el contenido del registro de segmento correspondiente. Esto permite que el procesador accese de forma repetida a un segmento sin tener que consultar la tabla de descriptores. La memoria virtual en el 80286 e%ecuta un espacio de memoria de 13 en un espacio de memoria f)sica de 167. Esto se reali"a mediante un intercambio de datos + programas entre el sistema de memoria de disco + la memoria f)sica. El direccionamiento del sistema de memoria de 13 es reali"ado por los descriptores. ada descriptor describe un segmento de memoria de 6? + el procesador acepta #asta 16? descriptores. Esto permite que el sistema describa un m&,ima de 13 de memoria $6?,16?'. En la siguiente gura se ilustra el diagrama de patillas del procesador 80286.
DIAGRAMA DE PATILLAS DEL PROCESADOR 80286
El circuito integrado del 80286 cuenta con 68 patillas en un encapsulado 34 $arreglo de re%illa sin cone,ión'! pero también puede encontrarse en un L $portador de un microcircuito sin terminales'. =ispone de un relo% de 8! 10 o 12.> 7@". La frecuencia se puede elevar a 20 7@". El volta%e de alimentación es de [> S + una corriente de 600 m4 en la versión I7<.
En el con%unto de l)neas de control! las se5ales H del bus de datos durante la transferencia de datos de la memoria o de la unidad de E<. Las se5ales @E + 40 se usan para controlar la actividad del bus de datos. La patilla 4 $apacitor' conecta al apacitor de 0.0:]D una fuente de energ)a e,terior de [12S. tras patillas prestan sus funciones del diagrama de patillas del 8086. En un sistema b&sico de cone,ión del 80286! la se5al de relo% es dada por el generador de relo% 8228 + las se5ales de control son proporcionadas por el controlador de bus de sistema 82288. Este procesador agrega 22 instrucciones nuevas a las +a e,istentes en el 8086.
#0.-APLICACIONES El 1 de febrero de 1982! Bntel daba un nuevo vuelco a la industria con la aparición de los primeros 80286 $el famoso ordenadorY286Y' con una velocidad entre 6 + 2> 7#" + un dise5o muc#o m&s cercano a los actuales microprocesadores. El 286 tiene el #onor de ser el primer microprocesador usado para crear ordenadores clones en masa. J gracias al sistema de Xlicencias cru"adasY! aparece en el mercado el primer fabricante de clónicos XB7 compatibleY.
##.-MULTITAREA
El i286 fue diseñado para correr aplicaciones multitarea incluyendo comunicaciones (como PBX automatizadas), control de procesos en tiempo real y sistemas multiusuario. El procesamiento multitarea consistía en eecutar !arios procesos, de manera aparentemente simult"nea, con la ayuda del sistema operati!o para conmutar autom"ticamente de uno a otro, optimizando el uso del procesador. #a memoria !irtual permitía al ordenador usar m"s memoria de la $ue realmente tiene, almacenando parte de ella en disco% de esta forma, los pro&ramas creen tener a su disposici'n m"s memoria de la $ue realmente eiste cuando acceden a una parte de la memoria l'&ica $ue no eiste físicamente, se produce una ecepci'n y el sistema operati!o se encar&a de acceder al disco y etraerla. *uando el procesador esta+a en modo prote&ido, los pro&ramas de usuario tenían un acceso limitado al ue&o de instrucciones, y s'lo el proceso super!isor (normalmente el .-.) esta+a capacitado para realizar ciertas tareas. e este modo, se e!ita+a $ue los pro&ramas de usuario puedan campar a sus anc/as y entrar en conflicto unos con otros, en materia de recursos como memoria o perif0ricos. 1dem"s, aun$ue un error de softare pro!ocara $ue se cuel&ue un proceso, los otros se&uirían funcionando normalmente y, el sistema operati!o podría a+ortar ese proceso. Por des&racia, con el - no se tra+aa en modo prote&ido, y el comportamiento an'malo de un 3nico proceso pro!oca la caída de todo el sistema. #as características &enerales del 84286 son% un +us de datos de 56 +its, un +us de direcciones de 2 +its (567B), 2 instrucciones m"s $ue el 8486 y al&unos modos de direccionamiento adicionales.
12.-BIBLIOGRAFIA
/ttp%99+eyamira.&aleon.com9Procesador./tml /ttp%99.ieslos!i!eros.es9electronica9material9asi&9e!o:micro.pdf /ttp%99.intel.la9content9dam99pu+lic9lar9l9es9documents94:ani!ersario: del:procesador.pdf /ttp%99.icdaru.researc/.c/ula.ac.t/9254249lecturenotes9lecture5;.pdf /ttp%99.tecnotopia.com.m9mecatronica984286./tm
