Компютърна система ibm/at 80286.. Процесор Intel 80286 1 Основни характеристики

Процесорът Intel 80286 (обикновено се съкращава като 286) е представен за пръв път през 1981 година. Той представлява второто поколение процесори за РС. С тези чипове информацията вече се придвижва по 16, а не по 8 бита наведнъж, осигурявайки огромен скок в бързодействието на системите и ефективността на обработка на данните.

IBM избират този процесор като основа на компютърната система IBM AT, защото осигурява софтуерна съвместимост с 8088, който пък е използван в РС и ХТ системите. Това означава, че написаният преди това софтуер за 8088 може да работи и на новия 286.

Процесорът 286 е неколкократно по-бърз от 8088 и предлага значително увеличаване на производителността на РС-тата, използвани в бизнеса. Причините за увеличеното бързодействие са следните:

• 
  Процесорите 286 са много по-ефективни при изпълняването на инструкции. При 8086 и 8088 се изискват средно 12 такта за инструкция, докато при 286 се изискват само 4,5 такта;
  
• 
  Чипът 286 може да прехвърля 16 бита данни едновременно по външната си шина за данни, която е два пъти по-широка от тази на 8088;
  
• 
  Увеличена тактова честота на процесора. Първоначално е предвидена тактова честота 12,5 MHz, но съществуват и процесори 286 на други производители, например на фирмата Harris, които могат да използват тактови сигнали с честоти до 25 MHz (процесорите 8088/8086 са с тактова честота 4,77 MHz).
  
• 
  Адресите и данните при 80286 не се извеждат мултиплексирани, както при 8088/8086, а има отделни изводи за адреси (А0 - А23) и данни (DO - D15), което значително повишава бързодействието на обмена с другите компоненти в системата, например с паметта.
  
• 
  Шината за данни е 16-битова, както и при процесора 8086, но адресната шина е разширена до 24 бита, което позволява адресирането на 16 MByte. Виртуално може да се адресират до 1 GB памет.
  

Процесорът 286 има два режима на работа: реален режим и защитен режим.

Когато работи в реален режим, процесорът 286 действа като същински 8086 чип – с 16-битови инструкции и адресиране до 1 МВ памет. Той е напълно съвместим на ниво обектен код с 8086 и 8088, което означава че може да изпълнява програми, написани за тях, като не са необходими абсолютно никакви модификации. Всяка инструкция се изпълнява по същия начин като в 8086 и 8088.

80286 разполага и със защитен режим (Protected Mode), при който софтуерните програми, са защитени от презапис една върху друга в паметта. Такава защита спомага за създаване на много по-устойчива на сривове система, защото една програма с проблеми не може така лесно да повреди други програми или самата операционна система. Освен това дадена отказала програма може да бъде прекъсната, докато останалата част от системата продължава да работи незасегната. Следователно, ако една програма "увисне" или блокира, не се налага топъл или студен рестарт на системата.

В защитения режим се поддържа многозадачност и виртуално адресиране.

Виртуалното адресиране означава, че части от софтуера, които надхвърлят максимално адресируемата физическа памет 16 MB, автоматично се прехвърлят на твърдия диск, като по този начин 80286 може да адресира реално до 1 GB памет. При това процесорът не прави разлика между физическа и виртуална памет.

Под многозадачност се разбира паралелното изпълняване на повече програми, което на практика се постига с последователно превключване на изпълнението между отделните задачи (tasks). Ho тези възможности са неприложими под DOS и се използват едва при операционни системи като OS/2 или Windows. На практика възможностите на защитения режим при 286 са се използвали много малко, тъй като до появата на Windows 3.0 се продава много малко софтуер, използващ този режим.

Един значителен недостатък на процесора 286 е, че той не може да превключва от защитен режим в реален без топъл рестарт на системата. Преминаването от реален в защитен режим обаче не изисква рестартиране. Проблемът с преминаването от единия в другия режим е решен при 386 процесорите. При тях превключването на режимите може да се управлява софтуерно и не води до рестартиране на системата.

1.3 Копроцесор 80287

Вътрешно 80287 е същият математически чип като 8087, въпреки че изводите, които се използват за инсталирането му в дънната платка, са различни.

При повечето системи 80286 вътрешно дели системната честота на две, за да се получи тактовата честота на процесора. Копроцесорът 80287 вътрешно дели системната честота на три. Поради тази причина в повечето AT системи 80287 работи на една трета от системната.

2. Описание на компютърната система IBM/АТ с процесор 80286.

Компютърната система IBM -АТ (Advanced Technology – усъвършенствана технология) е представена през 1984 г.

• 
  В този компютър е монтиран процесорът 80286, който е истински 16-битов процесор, позволяващ 16-битов достъп до външни устройства.
  
• 
  Капацитетът на флопидисковите устройства и на твърдите дискове е значително увеличен.
  
• 
  Поставена е графична карта EGA с по-висока разделителна способност
  

• 
  Микропроцесор 80286. CPU на системата
  
• 
  Копроцесор 80287. Математически копроцесор за ускоряване на изчислителните операции.
  
• 
  RAM (Random Access Memory - памет с произволен достъп). Оперативна памет с обем максимално 16 MByte.
  
• 
  ROM-BIOS (Read Only Memory - памет само за четене). Съдържа базовата входно-изходна система (BIOS), програмите за основните системни операции
  
• 
  Контролер на шината: 82288. Декодиране на сигналите на процесора и генериране на сигналите на шината (ALE, /AEN,..)
  
• 
  Тактов генератор: 82284. Генериране на системния такт. Логика за хардуерно начално установяване, генериране на сигнала Ready (чрез схемата процесорът получава информация дали периферията e готова за обработка на данните).
  
• 
  Контролери за прекъсванията: 8259. Управление на логиката за прекъсвания. За разлика от РС компютърът АТ има два контролера за прекъсванията и така се поддържат 16 канала. Сигналите за прекъсвания се из­ползват от хардуерните устройства за да се поиска от процесора изпълнение на някаква операция - устройството да получи или да предаде някаква информация, или да укаже че е приключило с подобна задача. При получаване на такъв сигнал процесорът прекъсва изпълнението на текущата програма, след което извършва съответните операции. След това изпълнението на програмата продължава точно от мястото, където тя е била прекъсната.
  
• 
  DMA-контролери: 8237. (DMA - директен достъп до паметта). Предаване на данни между периферните устройства и основната памет, без директното участие на микропроцесора. За разлика от РС, АТ има два контролера за директен достъп и така се поддържат 8 канала.
  
• 
  Таймер: 8254. Системен часовник, брояч и генериране на цикли за опресняване на паметта. Работи с честоти до 10 MHz.
  
• 
  Интерфейс за клавиатура: 8042. Преобразуване на кода на контролера 8048, намиращ се в клавиатурата. Клавиатурата може да се програмира. Може да се „чете” положението на ключалката на клавиатурата (Key Lock) както и положението на джъмперите за задаване на тактовата честота и джъмперите на графичната карта.
  
• 
  Процесор в клавиатурата: 8048. Четене на клавиатурната матрица и преобразуване на данните в сериен формат.
  
• 
  Часовник за реално време (RTC – Real Time Clock): Motorоla 146818. Часовник за реално време с резервно батерийно захранване. Паметта RAM, включена към схемата, се използва и за съхраняване на данните за конфигурирането на системата.
  

• 
  Микропроцесор INTEL 80286 с тактова честота 4 или 6 MHz Използват се корпуси PGA или PLCC.
  
• 
  24-битова адресна шина
  
• 
  640 KByte динамична памет RAM
  
• 
  16-битов вход/изход
  
• 
  Цокъл за математически копроцесор 80287
  
• 
  Пет 16-битови разширителни слота (АТ-слот) и три 8-битови разширителни слота (РС-слот)
  
• 
  Часовник/календар, CMOS-RAM с резервно батерийно захранване за съхраняване на конфигурацията
  
• 
  Един сериен и един паралелен интерфейс
  
• 
  Едно 5,25” флопидисково устройство с капацитет 1,2 MByte
  
• 
  Едно 3,5” флопидисково устройство с капацитет 720 KByte или 1,44 MByte
  
• 
  Твърд диск с капацитет 20 или 30 MByte
  
• 
  Графична карта EGA
  
• 
  Захранващо устройство 157 W.
  

В IBM/АТ, както и в оригиналния РС процесорът, паметта и входно-изходните устройства са свързани към една и съща шина и всички процеси протичат синхронизирано при една и съща скорост. Проблемът при тази архитектура е, че компонентите са заключени един за друг, т.е. принудени са да работят с тактовата честота на най-бавния от тях.

На фиг.1 е представена блокова схема на компютъра АТ. Шината, към която се свързват компонентите, е 16-битова, но не само вътрешно, но и външно – за входно/изходните слотове. Тази шина получава наименованието ISA. Тя работи на честота 6 MHz, а в следващи системи достига до 8,33 MHz. Към шината са свързани 5 АТ слота за разширителни карти ISA-16 и 3 РС слота за разширителни карти ISA-8. Адресната шина е 24-битова. Така могат да се адресират директно до 16 MByte.

Адресите и данните не се извеждат мултиплексирани, а линиите са отделени. За разширените шини се използва нов контролер 82288, а за процесор 80286 се използва и нов тактов генератор, който изпълнява същите функции като тактовия генератор 8284 в РС 8086.

За да се разшири възможността за директен достъп до паметта се използват два DMA контролера от тези, които са използвани в РС, с общо 8 канала. Също се използват и два контролера на прекъсванията, свързани каскадно. Прекъсванията, генерирани от втория контролер, се подават през неизползваното IRQ2 на първия контролер, като така се осигуряват общо 15 използваеми прекъсвания.

В АТ е вграден стандартно часовник за реално време и не е необходимо поставянето на разширителна карта както при РС. Така се избягва ръчно сверяване на часовника при всяко зареждане на операционната система. Използва се схемата 146818 на фирмата Моторола. Тази схема включва и RAM памет, в която се съхранява конфигурацията на системата. За да може часовникът да функционира и при изключен компютър, той има резервно захранване с акумулатор.

В предишните компютри от поколението РС конфигурацията на системата се задава с мостчета (джъмпери) и микропревключватели. При АТ конфигурирането на системата е значително по-удобно. То се осъществява чрез програма Setup, в която чрез менюта се задават включените в системата устройства, размерът на паметта и видът на графичната карта..

Интерфейсът за клавиатурата се реализира при АТ с помощта на специален контролер-8042. По този начин е възможно и изпращане на данни към клавиатурата. Тя става програмируема и на отделни клавиши могат да се присвояват отделни функции.

фиг. 1 Блокова схема на дънна платка на IBM/АТ с процесор 80286

Видеокартите EGA поддържат разделителна способност 640х 350 пиксела с 16 цвята, които може да се избират от палитра с 64 цвята. Видеокартите CGA, използвани при PC компютрите поддържат максимална разделителна способност 640х 200 пиксела при 2 цвята или 320х 200 пиксела с 4 цвята, които може да се избират измежду 16 цвята.

Като външни запомнящи устройства се използват едно 5,25” флопидисково устройство с капацитет 1,2 MByte и/или едно 3,5” флопидисково устройство с капацитет 720 KByte или 1,44 MByte, а като запомнящо устройство с голям обем – твърд диск с капацитет 20 или 30 MByte

СИСТЕМНИ РЕСУРСИ НА ДЪННАТА ПЛАТКА

Системните ресурси са комуникационните канали, адреси и други сигнали, използвани от хардуерните устройства за комуникиране по шината. На най-ниско ниво тези есурси обикновено включват следното:

 адреси от паметта;

 IRQ линии;

 DMA канали;

 адреси на входно/изходни портове.

Ресурсите са подредени в реда, в който евентуално може да се очакват проблеми с тях. Конфликтите с паметта вероятно са най-неприятните и определено са най-трудните за пълно обяснение и преодоляване. Характеристики на процесор intel 80286 Максимална работна честота (6-12) MHz,16 MB максимална адресируема памет. Има 16 или 18 битова шина за данни и 24 битова адресна шина.Съвместим със 8088 но с 5 пъти по-голяма скорост. Режимите на процесора се отнасят за различни операционни среди и влияят на инструкциите и способностите на чипа.Режимът на процесора определя как процесотър вижда и управлява ситемната памет и задачите, които я използват.80286 има 2 режима на работа - реален и защитен. Всеки софтуер работещ е реален режим, трябва да използва 16-битови инструкции и да използва 20-битови (1MB) адресна архитектура.Такъв тип софтуер обикновено е еднозначен-в даден момент може да работи само една програма.В защитен режим 80286 се явява като нов процесор и в него има програма проектирана да се възползва от възможностите на чипа “да вярва“, че

има достъп до 1гб памет.Копроцесорът ускорява изпълнението на математически задачи.

Ram паметта е памет за четене и запис със свободен запис.Във нея се съхраняват

данните и информацията по време на текущата работа. В съвременните цифрови и микропроцесотни ситеми RAM паметта се изгражда от полупроводникови интегрални схеми и в зависимост от конкретната реализация те биват:

-статични(SRAM), в която за запомнящ елемент се използват тригер SRAM - Static Random Access Memory: статична памет с произволен достъп за запис и четене. Това е полупроводникова памет, изградена с основна клетка памет - тригер. Използва се в свръхбързодействащи буферни памети - “Cache-памети, като част от ОП на КС;-динамична(DRAM)- при тях данните се съхраняват във вид на заряд в кондензаторите свързани с MOS транзистори.

-DRAM - Dynamic Random Access Memory: динамична памет с произволен достъп за запис/четене. Това също е полупроводникова памет. Тази памет е изградено с основна клетка памет - кондензатор, реализиран технологично като p-n преход или полупроводников MOS слой. Използва се в свръхбързодействащата Cache-памет на ЦП, а също така като основна част от неговата ОП;

-FPM DRAM( с бърза странична организация)-при този вид памет обръщането към запомнящия елемент се извършва по ред и колона.За тази цел се извършва мултиплексиране на адресите.Това е процес, при който двойно се намаляват адресните входове, но са необходими 2 стабилизиращу сигнали. SIMM модулите се намират във физични форми:

-30 pin(8 битови + опция за контрол по точност)

-32 pin(32 битови+4 бита за контрол по точност)

Тези 2 форми са с различен капацитет и спецификация.

ROM памет:

ROM паметта служи за съхраняване на информация, която не се променя или се

променя много рядко.Информацията съхранявана в ROM паметта обикновено са

програми, таблица и const.Понякога този вид се нарича постоянно запомнящи

устройства (ПЗУ).Архитектирата на ПЗУ се реализира най-често във вид на

двумерна матрица от хоризонтални(за избор) и вертикални(за четене) шини.

Видове:

-PROM -Чип, в който можете да се запише еднократно дадена информация и

-EPROM - Erasable Programmable ROM разновидност на памет тип ROM: изтриваема програмируема памет само четене. Изтриването на записаната върху нея информация се извършва чрез осветяване на полупроводниковия кристал с ултравиолетова светлина, след което електрически се записва новата информация в специално устройство - програматор, включено към един от стандартните интерфейси на КС;

-EEPROM - Electrically Erasable Programmable ROM: електрически изтриваема и програмируема полупроводникова памет;PROM-програмируемо ПЗУ.Програмирането на този вид ROM се извършва от потребителя еднократно.Физическото програмиране се извършва чрез отстраняване на ел. Връзки или чрез създаването на такива-зависи от

конкретната конституция.

-Програма POST-самотестване при включване на захранването. POST тества: СРU, паметта,чипсет, видео адаптер, дискови контролери, дискови устройства,

клавиатура и други критични компоненти.

Външни запаметяващи истройства:

Външните запаметяващи устройства според принципа на четене и запис са 3 вида.

-магнитни-магнитен диск, твърд магнитен диск, дискови памети, магнитни ленти

-специално устройство за четене снабдено с подходяща магнитна глава се

управлява от специални устройства, контролер и драйверна система. 0 и 1 се записват чрез намагнитване на частици метал вградени в повърхността на сика, лента.

-оптични-реализират се с оптичен диск и побитов запис на информация по

концетрична пътечка

-магнитно-оптичен запис

ФДУ е устройство с пряк достъп т.е във всеки един момент можем да прочетем файл с данни намиращ се на диска.Устойство за системно инсталиране на и конфигуриране особено когато се отстранява проблем при изграждането на една нова система, при която цялата инсталация започва от нула.ФДУ често се използва за зареждане на необходиният софтуер за разделяне на харда на дялове и за форматиране, както и за стартиране на дисгноститични програми при възникване на проблем.

Стандарти:

-FDD (със двойна плътност)

-Super Disk с висок капацитет

-FDD + Flash Patch адаптер

-формати

5 ¼ инчови-висока плътност

3 ¼ инчови – изключително висока плътност

Матрични принтери

Матричният принтер е ударен. При този принтер ударният механизъм се състои

от подобни на иглички чукчета, които удрят лентата към хартията. Този принтер

е евтин и малко шумен. Основната му характеристика е броят на иглите в печатащата глава. Обикновено са 9- или 24- иглени. Те са разположени в успоредни, шахматно разположени редове. По-големият брой игли повишава качеството на печата. Главата се движи хоризонтално по листа, за да бъде отпечатан даден ред и всяка игла се активира, когато е необходимо да се формира даден символ, Ударът е изчислен много прецизно, за да попадне на определена позиция в матрицата. Иглите се задействат в движение, тъй като печатащата глава не спира, докато не достигне до края на реда. Някои матрични принтери печатат и в двете посоки, за да постигнат по-голяма скорост. Скоростта на печат се определя от броя символи, които печата принтерът за една секунда.

Матричните принтери се делят на 2 групи :

Серийни – в тях печатащата глава съдържа игли подредени във вертикала

(колонка) и съответно електромагнитен механизъм за изстрелването им. Броя на

иглите може да бъде: 9 игли в една колона, 18 игли в две колони или 24 игли в

две колони.

Линейни – за разлика от предния модел, ползват чукчета вместо игли, които са подредени в хоризонтален ред. По този начин оформят печатащ модул. Постоянен магнит държи пружината на чукчето в напрегнато състояние. При подаване на импулс от драйвера, през бобината протича електрически ток и създава електромагнитно поле противоположно на това от постоянния магнит. При това взаимодействие на двете полета пружината се освобождава и изстрелва чукчето напред към мастилената лента и хартията.

Матричните принципи имат от 1 до 3 платки:

-Захранващ блок

-платки за управление

-платки за интерфейс

Основни паметри:

-скорост за печат

-брой игли в печатащата глава

-вид на шрифта

-възможност за копиране

-максимален размер на буфера

-съвместимост на управляем код

-интерфейс-паралелен или последователен

-цветна лента-касетна, непрекъсната

-захранващо напрежение и консумирана мощност

Йнтерфейс:

-паралелен CENTRONICS

-последователен RS232C

-инструментални IEEE488-Gp-IB

-специализирани-за компютри несъвместими с IBM

Кабелна система при компютърните мрежи.Видове кабели:

-коаксиален кабел-използва се в Ethernet 10 Base 2 мрежи

-тънък коаксиален кабел

-кабел тип усукана двойка

-не екранирана усукана двойка UTP-изполва RJ-45 конектор

Биват стандартни и огнеопорни-екранирана усукана двойкаа STP

-влакнесто-оптичен кабел

Всяка видео система се състой от два компонента:

-монитор

-видеоконтролер

Мониторът е устройство, на което се появява изображение, текст или графика, а

видеоконтролерът е платка, монтирана в един от слотовете за разширение на

компщтъра, която управлява монитора чрез електрически сигнали, подавани по

интерфейсен кабел.

CRT – монитор с електронно-лечева тръба Всяко изображение на екрана се формира от малки елементи наречени пиксели.Изображението може да бъде монохроматично (едноцветно) или цветно.При монохроматично изображение някои пиксели са светли точки,а други тъмни.Светлите точки могат да бъдат още жълти, зелени или сини.Понякога те могат да светят с различна интернзивност, като по този начин

се получават няколко полутона(8,18,256).Ако изображението е цветно всеки пиксел има различен цвят.Цветовете могат да бъдат на брой от 2 до 2 на 32-ра. Електронно-лъчева траба е стъклена колба, в единия край на който се намира катодът.Той съдържа една отоплителна нишка, която се загрява с електриески ток. Отделената от нишката топлина загрява повърхността на ктода окисен слой и по този начин предизвиква тяхното отделяне.Електроните се формират в лъч и се насочват с висока скорост към Екрана на електронно-лъчевата траба.Задната страна на екрана е покрита с тънък слой полупрозрачно вещество наречено луминиформ. Когато една точка от този слой бива бомбандирана с електрони, тя светва за кратко време,Именно светването на точка от екрана бомбандирани с електрическия лъч, създава желаното изображение.

бъде кабелна или безжична:

-Кабели при изграждане на компютърните мрежи се използват следните видове кабели:

-Коаксиален кабел. Представлява меден проводник, обвит с гъвкав изолатор,

покрит с медна оплетка или медно фолио, играещо ролята на втора жица във веригата и екран за вътрешният проводник. Екранът е покрит с обвивка от пластмаса, гума или негорим материал.

-Кабел тип усукана двойка. Под външната опаковка са скрити усукани по двойки

изолирани медни проводници, като по този начин се намаляват паразитните шумове (т.е влиянието на сигнала от единният проводник върху сигнала, предаван по другия). Наличен е в два основни типа : неекраниран (UTP) и екраниран (STP).

-Влакнесто-оптичен кабел - вместо мед се използват тънки нишки стъкло или

пластмаса, по които сигналът се предава под формата на светлинни импулси.

Безжична преносна среда

Това е съвременна технология, предлагаща голям набор от предимства пред традиционната жична технология.Тези предимства се простират от увеличено

удобство за клиентите и намаляване на разходите за изграждане, до улесняване

на инсталацията на мрежата. Едно внедряване на безжична мрежа може да спести значително количество средства, тъй като няма нужда от допълнителни кабели, куплунзи или мрежови комутатори.Добавянето на нови потребители се свежда до инсталирането на безжична карта и включването на компютъра.Безжичните мрежи се използват, също така, за предоставяне на мрежов достъп на места, където няма традиционна мрежова инфраструктура. Пример за такава технология може да бъде видян при новите преносими компютри, повечето от които вече се доставят с интегриран 802.11b или g интерфейс. Безжичните LAN мрежи са базирани на различни методи на предаване:

-Радиовълни - освен радиопредавания, те могат да предават и сигнали, носещи

данни. Биват две категории: теснолентови радиовълни (предавателят изпраща

сигнал с определена чистота, а приемникът, настроен на същата честота, приема

сигнала) и радиовълни с разширен спектър (предавателят прескача от една

честота на друга, а приемникът трябва да знае честотите, реда за смяна и времената за смяна)

-Лазер - лазерните мрежи работят чрез използване на импулси лазерна светлина

, с които се представя сигналът. Лазерната технология има недостатъка, че изисква пряка видимост т.е. между предаващите и приемащите устройства не трябва да има никакви прегради.

-Инфрачервени лъчи - сигналът се пренася с помощта на лъчи в инфрачервения

спектър. За целта се използват много високи честоти, намиращи се в диапазона точно под видимият спектър на светлината. Тези мрежи изискват наличие на приемопредавател в двете комуникиращи устройства, който всъщност би изисквал и софтуер за синхронизация. Използват се предимно при мултимедийните приложения.

Недостатъци на мрежите са инфрачервени лъчи са:

-Ограничение на обхвата-принципно позволяват връзки на разстояние около

1500 м., но най често се срещат около 30 м.

-Уязвимост-околната светлина може да предизвика смущения.

Сателитна връзка – чрез този тип съобщителна среда се предават сигнали в

мрежи, които са на голямо разстояние. Сигналите се предават посредством