10.180286的体系结构 Intel公司在80年代初推出了新的微处理器 Intel 80286,这是一种具有存储器管理和保护机构的16位微处 理器。 80286芯片采用68引脚四列直插式封装，时钟频率有 8MHz和10MHz两种。 主要特点： 1.CPU内部有4个处理单元，可并行工作 2.支持存储器管理和保护功能，存储器管理功能可 实现在实地址和保护虚地址方式下访问存储器，保护功能 包括对存储器的合法操作，对任务实现特权级保护。 3.实现虚拟存储管理 i Lin University China CpTE型CIENCE AND T厘CHNDOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 10.1 80286的体系结构 • Intel公司在80年代初推出了新的微处理器——Intel 80286，这是一种具有存储器管理和保护机构的16位微处 理器。 • 80286芯片采用68引脚四列直插式封装，时钟频率有 8MHz和10MHz两种。 • 主要特点： 1．CPU内部有4个处理单元，可并行工作 2．支持存储器管理和保护功能，存储器管理功能可 实现在实地址和保护虚地址方式下访问存储器，保护功能 包括对存储器的合法操作，对任务实现特权级保护。 3．实现虚拟存储管理
80286的内部结构 上 80286在内部结构上比8086增加了指令执行部件（①U),同 时将8086中的总线接口部件分成总线部件(BU)、地址部件 (AU)。 这样，80286的CPU有四个独立的处理元件：EU、AU、BU、 IU,这四个部件并行地操作。 地址单元AU 总线单元BU 地址加法器 地址驱动器 A23-0,BHE,M/IO 偏移 段基址 预取器 协处理器接口 量加 段大小 总线控制 总线信号 法器 段限检查 总线缓冲器 D15-0 6字节预取队列 寄存器 ALU 指令译码器 控制器 3条已被译码的指令队列 执行单元EU 指令单元U Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 80286的内部结构 • 80286在内部结构上比8086增加了指令执行部件(IU)，同 时将8086中的总线接口部件分成总线部件(BU)、地址部件 (AU)。 • 这样，80286的CPU有四个独立的处理元件：EU、AU、BU、 IU，这四个部件并行地操作。 地址单元 AU 总线单元 BU 地址加法器 地址驱动器 A23-0, BHE, M/IO 段基址 预取器 协处理器接口 段大小 总线控制 总线信号 偏移 量加 法器 段限检查 总线缓冲器 D15-0 6 字节预取队列 寄存器 ALU 指令译码器 控制器 3 条已被译码的指令队列 执行单元 EU 指令单元 IU
80286寄存器组 80286具有15个16位的寄存器组，可以分成三组：通用寄存器、 段寄存器、状态和控制寄存器。其中通用寄存器和段寄存器与 8086完全，一样，而状态和控制寄存器中有3个专用寄存器，用来 记录或控制80286的某些状态，包括状态标志寄存器(F)、指令 指示器IP)、机器状态字寄存器(MSW)。 （1)指令指示器1P。这个16位的寄存器用来指出下一条要执行 的指令偏移地址。 (2)状态标志寄存器F。F寄存器用来记录算术或逻辑运算类指 令操作结果的性质，在进行1/O操作时，1/O所在的特权级，也由 F寄存器来记录。 1/0特权标志10PL(第12、13位)：用来指定I/0操作时处于0~3 4 特权级中的哪一级。 嵌套任务标志NT(第14位)：用来表示当前执行的任务是否嵌套 在另一个任务内。当NT=1时，表示当前任务被嵌套于另一个任 务中，执行完该任务后，要返回到原来的任务中去。 (3)机器状态字寄存器MSW。MSW用来表示当前处理器所处 的状态，目前只使用了它的低4位，其中一位用来使CPU进入虚 地址保护方式，其他三位则起控制协处理器接口作用，其中，PE 为保护方式允许位，用来启动微处理器工作方式，当PE=0,为 卖地址方式，PE=1,为虚地址方式。 Ji Lin University China CPI/E2 CENCE AND/里C是OG
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 80286寄存器组 • 80286具有15个16位的寄存器组，可以分成三组：通用寄存器、 段寄存器、状态和控制寄存器。其中通用寄存器和段寄存器与 8086完全一样，而状态和控制寄存器中有3个专用寄存器，用来 记录或控制80286的某些状态，包括状态标志寄存器(F)、指令 指示器(IP)、机器状态字寄存器(MSW)。 • （1）指令指示器IP。这个16位的寄存器用来指出下一条要执行 的指令偏移地址。 • （2）状态标志寄存器F。F寄存器用来记录算术或逻辑运算类指 令操作结果的性质，在进行I/O操作时，I/O所在的特权级，也由 F寄存器来记录。 • I/O特权标志IOPL(第12、13位)：用来指定I/O操作时处于0～3 特权级中的哪一级。 • 嵌套任务标志NT(第14位)：用来表示当前执行的任务是否嵌套 在另一个任务内。当NT=1时，表示当前任务被嵌套于另一个任 务中，执行完该任务后，要返回到原来的任务中去。 • （3）机器状态字寄存器MSW。MSW用来表示当前处理器所处 的状态，目前只使用了它的低4位，其中一位用来使CPU进入虚 地址保护方式，其他三位则起控制协处理器接口作用，其中，PE 为保护方式允许位，用来启动微处理器工作方式，当PE=0，为 实地址方式，PE=1，为虚地址方式
机器状态寄存器MSW功能表 位 名称 功能 0 PE 保护方式允许，把80286置于保护方式，并且除RESET外，不能被消除。 MP 监督协处理器：允许WAIT指令引起“协处理器不存在异常。” 2 EM 仿真协处理器：当$C指令允许仿真一个协处理器时，将引起“协处理器不存在异常”。 任务转换：表示下一条若使用协处理器指令时，将会引起异常，允许用软件测试当 3 TS 前协处理器处理的上、下文是否属于当前任务。 ● 当执行RESET后，MSW被自动置成FFF0H,即将80286 置成实地址方式。用LMSW和SMSW指令可在实地址方 式装入和存储机器状态字存储器的内容。 Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 机器状态寄存器MSW功能表 • 当执行RESET后，MSW被自动置成FFF0H，即将80286 置成实地址方式。用LMSW和SMSW指令可在实地址方 式装入和存储机器状态字存储器的内容。 表3.1.1 机器状态寄存器功能表 位 名称 功能 0 PE 保护方式允许，把80286置于保护方式，并且除RESET外，不能被消除。 1 MP 监督协处理器：允许WAIT指令引起“协处理器不存在异常。” 2 EM 仿真协处理器：当ESC指令允许仿真一个协处理器时，将引起“协处理器不存在异常”。 3 TS 任务转换：表示下一条若使用协处理器指令时，将会引起异常，允许用软件测试当 前协处理器处理的上、下文是否属于当前任务
80286的实地址与虚地址正保护万 式 ● 1.80826的实地址方式 80826的实地址方式与8086工作方式 基本相同。为了和8086兼容，80826的24根地址线中只有低20 位A1g~A有用，因此，在实地址方式可寻址空间为1MB。在实 地址方式中，80826保留了两个固定的存储区域。在存储器高端 OFFFFOH~OFFFFFH保留的是系统初始化区。在存储器低端 000000H~0003FFH,存放的是中断矢量表。 ● 2.80826虚地址保护方式，80826在实地址方式下操作只相当 于一个快速的8086，而在虚地址保护方式下操作才能充分发挥 80286的作用。 在虚地址保护方式中，80826用实地址方式的功能和存储器管理、 对虚拟存储器的支持以及对地址空间的保护合为一体，从而使 80826能可靠地支持多用户系统。在虚地址保护方式中，80826 的24根地址线A23,~A全被用上，因此，可直接寻址的地址空间 范围为16MB。,80826通过集成在片内的保护机构，能给每个任 务提供最大可达1000MB的虚拟存储空间。 虚拟地址保护方式的物理存储器也是由两部分组成的，即段基地 址和段内偏移量。段基地址是24位的，将段基地址和相应特征集 醇簣起成张表一描述符表存放在存储器的果二区 在虚地址保护方式下各段寄存器的内容，不再是段基地址 而是 个参数，用这个参数从描述符表中取出相应的描述符，就 找到了 段基地址，与16位偏移量相加形成了所要寻址单元的物理 地址。 Ji Lin University China
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 80286的实地址与虚地址保护方 式 • 1. 80826 80826的实地址方式与8086工作方式 基本相同。为了和8086兼容，80826的24根地址线中只有低20 位A19～A0有用，因此，在实地址方式可寻址空间为1MB。在实 地址方式中，80826保留了两个固定的存储区域。在存储器高端 0FFFF0H～0FFFFFH保留的是系统初始化区。在存储器低端 000000H～0003FFH，存放的是中断矢量表。 • 2. 80826 80826在实地址方式下操作只相当 于一个快速的8086，而在虚地址保护方式下操作才能充分发挥 80286的作用。 • 在虚地址保护方式中，80826用实地址方式的功能和存储器管理、 对虚拟存储器的支持以及对地址空间的保护合为一体，从而使 80826能可靠地支持多用户系统。在虚地址保护方式中，80826 的24根地址线A23～A0全被用上，因此，可直接寻址的地址空间 范围为16MB。80826通过集成在片内的保护机构，能给每个任 务提供最大可达1000MB的虚拟存储空间。 • 虚拟地址保护方式的物理存储器也是由两部分组成的，即段基地 址和段内偏移量。段基地址是24位的，将段基地址和相应特征集 合在一起形成一张表——描述符表，存放在存储器的某一区域。 于是，在虚地址保护方式下各段寄存器的内容，不再是段基地址 而是一个参数，用这个参数从描述符表中取出相应的描述符，就 找到了段基地址，与16位偏移量相加形成了所要寻址单元的物理 地址