Microprocesorulnoiembrie 13, 2011Microprocesorul, uneori numit i
procesor, este unitatea central de prelucre a informaiei (U.C.P.
sau n englez: CPU) a unui calculator sau a unui sistem electronic
structurat funcional (care coordoneaz sistemul) i care, fizic, se
prezint sub forma unui circuit electronic integrat IC cunoscut i
sub numele de cip electronic. Reprezint forma structural cea mai
compex pe care o pot avea circuitele integrate. El controleaz
activitile ntregului sistem n care este integrat i poate prelucra
datele furnizate de utilizator. Este elementul principal al unui
sistem de calcul; cipul semiconductor, care este plasat pe placa de
baz numit motherboard (en), este de obicei foarte complex, putnd
ajunge s conin de milioane de foarte mici transistoare
(microtranzistoare).Microprocesorul asigur procesarea
instruciunilor i datelor, att a celora din sistemul de operare al
sistemului, ct i a celora din aplicaia utilizatorului, i anume le
interpreteaz, prelucreaz i controleaz, execut sau supervizeaz
transferurile de informaii i controleaz activitatea general a
celorlaltor componente care alctuiesc un sistem de calcul.Tipuri de
microprocesoare / Exemple Intel 80286Pe capsula ce este prevzut cu
68 de pini de contact (piciorue, contacte) se afl integrate 134.000
de tranzistoare. Nu exist probleme cu disiparea cldurii, deoarece
emisia caloric este mic. Dispune de magistrale cu 24 de linii de
adres i 16 linii de date, fiind un procesor pe 16 bii, att intern
ct i extern, regitrii de memorare fiind dimensionai la 16 bii.
Intel 80386Este un procesor pe 32 de bii construit cu 275.000 de
tranzistoare, i este realizat n tehnologie CMOS de 1,2 microni.
Capsula are 132 de pini, implantarea se face, prin lipire, direct n
placa de baz fr intermediul unui soclu, i nu necesit cooler
(ventilator de rcire). Intel 80486 Intel Pentium AMD ATHLON Intel
Pentium Pro Intel P7 Intel Core Solo i Intel Core Duo, cel din urm
cu 2 nuclee Intel Core 2 Solo i Intel Core 2 Duo, cel din urm cu 2
nuclee n tehnologie de 48 nm Intel Core i3 Intel Core i5 i Intel
Core i7, cu 4 nuclee n tehnologie de 45 nm Intel Atom, n special
pentru netbooks
Memorie flash
Memoria (de tip) flash este o memorie electronic, de calculator
(sau alt aparat), nevolatil (n care datele persist i fr alimentare
cu energie electric), i care la nevoie poate fi tears i reprogramat
(rencrcat cu date). Flash mai desemneaz i tehnologia folosit la
fabricarea memoriilor de acest tip. Memoriile flash sunt memorii cu
acces aleator.
CaracteristiciMemoria flash (uneori numit i Flash RAM) este un
tip de memorie nevolatil cu alimentare constant ale crei blocuri de
memorie pot fi terse i programate. Este o variant a memoriei EEPROM
(electrically erasable programmable read-only memory), care, spre
deosebire de memoria flash, este tears i programat la nivel de bit,
ceea ce o face mai lent.
Numele de memorie flash vine de la faptul ca cipul este
organizat in aa fel nct o operaie de tergere se face printr o
singur aciune sau flash. tergerea este cauzat de fenomenul tunelare
Fowler-Nordheim prin care electronii strpung un material dielectric
fin cu scopul de a nltura sarcina din poarta flotant asociat
fiecrei celule de memorie.
Memoria Flash este folosit des pentru a stoca cod de control
asemanator BIOS- ului calculatoarelor personale. Cnd informaia din
BIOS trebuie modificat memoria poate fi scris la nivel de bloc ceea
ce o face mai uor de modificat. In schimb , flash ul nu este
folositor ca RAM (random acces memory) deoarece RAM ul este adresat
la nivel de byte . Intel ofer o tehnologie flash care retine 2 biti
intr o celul de memorie ceea ce dubleaz capacitatea fara a avea
vreo influient asupra pretului.
ClasificareExist dou tipuri de memorie flash: NOR (Not Or) i
NAND (Not And). Denumirile se refer la tipul de poart logic folosit
pentru celulele de stocare. NOR nseamn adevrat numai dac ambele
intrri sunt false iar NAND nseamn fals numai dac ambele intrri sunt
adevrate.NOR flash a fost introdusa de Intel in anul 1988 in timp
ce NAND de Toshiba in 1989.Cele doua cipuri lucreaz in mod diferit.
NAND are capacitate de stocare mult mai mari decat NAND. Tehnologia
NAND i-a gasit utilitatea in dispozitive care au nevoie de putere
mare de stocare a datelor i in plus stergerea si programarea sa se
faca frecvent. MP3 player le , camere digitale si stick uri USB
folosesc NAND. NOR , in schimb , este mai rapid dar i mai scump Un
scop important al producatorilor de NAND este reducerea costului pe
bit si marirea capacitaii unui cip astfel incat sa poata concura cu
dispozitive de stocare magnetice ca hard discuri. Noile tehnologii
NAND au dus la un cip mai mic , au micorat voltajul i au marit
ciclul de scriere citire.
Memoria flash tip NOR are o speran de via de 10.000 la 100.000
de cicluri de scriere-tergere. Dei are viteze mici de scriere i de
tergere, permite un acces aleatoriu pentru citire i scriere, fcnd-o
adecvat pentru stocarea datelor care nu necesit o actualizare
frecvent. O meniune important care trebuie fcut relativ la
circuitele NOR este c la acestea, la livrare, se garanteaz c toate
locaiile de memorie sunt bune i au acelai numr garantat de cicluri
de tergere-programare. Mai mult, n faza de fabricaie se realizeaz
un numr destul de mare de locaii de rezerv, care vor fi utilizate
pentru repararea eventualelor locaii cu defecte si producerea
astfel a unui circuit perfect.
Memoria flash tip NAND are viteze de scriere i de tergere mai
mari, o mai mare densitate de memorie, un cost mai mic pe bit i o
speran de via mult mai lung, suportnd de aproximativ 10 ori mai
multe cicluri de scriere-tergere dect memoria flash tip NOR.
Dezavantajul const n interfaa de intrare-ieire care permite numai
un acces secvenial la date. La un circuit NAND Flash, productorul
NU garanteaz c toate locaiile de memorie sunt bune i au acelai numr
garantat de cicluri de tergere-programare. Deasemenea se realizeaz
un numr foarte mic de locaii de rezerv, care pot fi utilizate
pentru repararea eventualelor locaii cu defecte, rezultnd o
economie n plus. La un astfel de circuit trebuie s existe un
mecanism de detecie a erorilor si de gestionare al locaiilor
defecte, circuitul putnd fi livrat, din considerente economice, cu
locaii defecte! Mai mult este perfect posibil ca unele celule s-i
epuizeze resursa de tergere-programare mai devreme dect altele, pe
parcursul utilizrii circuitului. Funcionarea unui NAND Flash este
similar altor dispozitive de intrareieire, cum ar fi i hard-disk-ul
pe care acesta dorete s-l nlocuiasc. Datorit acestei interfee
indirecte un sistem de calcul nu poate executa codul memorat ntr-un
NAND Flash dect prin intermediul unui controler de memorie sau al
unei maini secveniale dedicate.
Din punct de vedere practic, al proiectantului de sistem i
utilizatorului, cea mai mare diferen ntre cele dou categorii de
circuite este interfaa utilizator. Un circuit NOR Flash este foarte
asemntor din punct de vedere al interfeei cu un circuit EPROM (sau
SRAM), avnd linii (magistrale) de adrese i date dedicate. El poate
fi mapat cu uurin, natural, n spaiul de memorie al unui sistem de
calcul. Astfel, sistemul de calcul poate citi n mod natural cod
memorat ntr-un NOR Flash i l poate executa.
Memoria NOR suport acces random pe un byte ceea ce permite
sistemului sa ia datele si sa le execute direct de pe cip in acelai
fel cum un PC al luat date dim memoria principal. NOR flash are o
interfat SRAM ce contine suficieni pini de adresa pentru a mapa
intregul cip dnd astfel acces ctre fiecare byte.
Suport softwareSpre deosebire de alte circuite de memorie,
pentru utilizatorul tehnologiei FLASH exist i o component software,
a crei prezen este obligatorie, mai ales n cazul circuitelor NAND
FLASH. Exist dou nivele diferite pentru suportul software: un nivel
de baz pentru operaiile de citire tergere scriere i un nivel
superior, pentru emularea unui hard-disk i gestionarea algoritmilor
specifici tehnologiei FLASH (mrirea duratei de via, uniformizare
uzur, optimizare performane, etc). Pentru a citi informaie i
eventual a executa cod dintr-o memorie NOR Flash nu este practic
nevoie de nici un suport software. Pentru a executa ns cod dintr-o
memorie NAND este neprat nevoie de un driver (pe lng hardware-ul
suplimentar)! Aceast categorie de drivere poart denumirea de
drivere asociate tehnologiei de memorie MTD (Memory Technology
Driver/Device). Att circuitele NOR ct i cele NAND au nevoie de un
driver MTD pentru operaiile de tergere i scriere. Dac un driver MTD
este tot ce e nevoie pentru a terge/scrie un circuit NOR, la un
circuit NAND trebuie s mai existe un suport suplimentar pentru
detecia erorilor de bit i gestionarea blocurilor defecte (bad block
mangement). Un exemplu de software de nivel superior, axat pe
tehnologia NAND Flash, este cel al firmei MSystems, numit TrueFFS
(True Flash File System) care realizeaz att emularea
hard-disk-urilor, gestionarea blocurilor defecte ct i uniformizarea
uzurii (wear leveling), uurnd n mod esenial integrarea n sistem a
acestor circuite. O versiune TrueFFS exist i pentru tehnologia NOR
Flash. TrueFFS este disponibil, ca surse i/sau executabile, pentru
toate sistemele de operare majore cum ar fi: VxWorks, Windows CE,
Linux, QNX/Neutrino, Windows XP/XPE, Windows NT/ NTE, DOS i multe
altele.
LimitriDei ele la prima vedere par a nmagazina informaia
permanent, cu timpul informaiile se pot pierde dac utilizatorul
memoriei nu le folosete mult timp. Pentru memoriile flash, durata
de timp dup care informaia se poate pierde este de ordinul zecilor
de ani. O limitare mai important o constituie faptul c memoria
flash are un numr limitat de cicluri citire-scriere, din cauza
acumulrii de electroni la poarta tranzistoarelor MOS, ceea ce, dup
citiri i scrieri repetate, reduce tensiunea de prag logic ntr att
nct devine imposibil de detectat dac respectivul bit este un 1 sau
un 0. Fenomenul poate aprea dup un numr de ordinul zecilor de mii
pn la ordinul milioanelor de operaii de citire/scriere.
Domenii de utilizareMemoriile flash se utilizeaz n primul rnd
pentru memoriilepropriu-zise ale diverselor echipamente electronice
cum ar fi: USB flash drive, thumb drive, handy drive, memory stick,
flash stick, jump drive, Cap N Go care nc nu dispun de un termen
romnesc consacrat.
Ca exemple de aplicaii ale flashurilor:
Un memory stick se folosete la schimbul de date ntre computere i
alte produse digitale.PDA-uri (personal digital
assistants)Computere personale de tip laptop, notebook, netbook
etc.O mare rspndire au cunoscut-o flashurile i la consolele de
jocuri electronice, unde, pentru reinerea datelor jocului, ele au
nlocuit deja EEPROM-urile i SRAM-urile (care trebuie alimentate cu
baterii).Alte exemple unde se folosesc flashurile sunt player
audio, camer digital de fotografiat i telefoanele mobile, n special
cele de tip smartphone.
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
MICROPROCESOARE
Mihai Scoraru
Microprocesorul poate s rmn o "cutie neagr" pentru muli
utilizatori ai calculatorului... tiind c printre cititorii fideli
ai GInfo sunt muli curioi, propunem o aventur pe parcursul a dou
numere n universul palpitant al microprocesoarelorStructura intern
a microprocesoarelor
Microprocesorul este o unitate central de prelucrare (Central
Processing Unit - CPU) ncorporat ntr-o capsul de circuit integrat,
el fiind coordonatorul tuturor operaiilor efectuate de ctre
calculator. Are rolul de a citi instruciunile dintr-o zon de
memorie, de a decodifica i executa comenzile corespunztoare.
Pentru ca microprocesorul s poat citi codul instruciunii care
urmeaz a fi decodificat i executat, el trebuie s genereze o adres
care va fi pstrat n memorie pn cnd din celula selectat pe baza
acestei adrese va putea fi citit data cerut. Pentru a putea fi
memorat starea liniilor de adres n timpul operaiei de citire,
microprocesorul are nevoie de o memorie intermediar numit registru
tampon de adrese (Address Buffer - AB). Informaia codificat care a
fost citit, trebuie i ea depus ntr-un registru intermediar, numit
registru tampon de date (Data Buffer - DB).
Traseele de cupru cu ajutorul crora se va genera informaia binar
care reprezint o adres se numesc magistral de adrese (Address BUS -
ABUS), iar cele care vor genera informaii corespunztoare datelor
citite sau scrise n memorie poart denumirea de magistral de date
(Data BUS - DBUS).
Pentru a putea efectua diferite calcule aritmetice i logice,
microprocesorul are nevoie de o unitate aritmetic i logic
(Arithmetic and Logic Unit - ALU).
Pentru a putea fi executat o anumit instruciune procesorul
conine i o unitate de comand (Command Unit - CU). Aceast component
programeaz execuia secvenial n timp a tuturor manevrelor necesare
pentru a putea executa instruciunea; ea genereaz semnalele de
comand pentru ntregul sistem, dirijeaz fluxul de date, coreleaz
viteza de lucru a unitii centrale cu timpul de acces al memoriei
etc. Activitatea sa este "pilotat" de un semnal de ceas a crui
frecven (deocamdat) este de ordinul Mhz-ilor.
Semnalele prin care microprocesorul d comenzi de execuie spre
memorie sau spre alte componente ale sistemului poart denumirea de
semnale de comand. Semnalele prin care microprocesorul primete
informaii despre diferite componente ale sistemului se numesc
semnale de stare. Traseele de cupru pe care circul aceste semnale
formeaz magistrala de comenzi (Command BUS - CBUS).
n cazul n care o instruciune folosete date care au rezultat n
urma execuiei instruciunii precedente atunci aceste date ar trebui
citite din nou din memorie. Pentru a evita acest acces suplimentar
la memorie, microprocesorul este prevzut cu regitri, n care pot fi
pstrate temporar date sau adrese de memorie. Microprocesorul mai
are nevoie de un registru special n care s poat fi generat i pstrat
nealterat adresa de memorie a urmtoarei instruciuni care trebuie
executat. Acest registru se numete instruciune program (Instruction
Program - IP) sau contor de program (Program Counter - PC). Mai
exist nc un registru special n care sunt pstrate informaii
referitoare la natura rezultatului unei operaii aritmetice. Biii
care compun acest registru se numesc indicatori de stare, iar
registrul poart denumirea de registrul indicatorilor de stare i
control. Vor exista bii corespunztori diferitelor stri ale
rezultatului cum ar fi: numr par sau impar, negativ sau pozitiv,
nul sau nenul etc.
Pe lng magistralele externe care sunt folosite pentru
"comunicarea" dintre procesor i celelalte componente ale
sistemului, microprocesorul este prevzut i cu o magistral intern de
date, necesar pentru efectuarea unor transferuri interne de
date.
La magistralele de date i de comenzi pot fi cuplate circuite de
intrare/ieire (Input/Output - I/O) care realizeaz legtura cu
exteriorul.
Limea unei magistrale reprezint numrul de trasee de cupru care o
compun. Numrul de locaii de memorie care pot fi adresate direct de
procesor depinde de limea magistralei de adrese, de exemplu o
magistral de adrese care conine 20 de trasee permite adresarea a
220 celule de memorie.
Pentru a se executa o instruciune, au loc urmtoarele evenimente:
microprocesorul depune pe magistrala de date valoarea din registrul
IP i depune pe magistrala de comenzi comanda citete din memorie;
memoria intern preia de pe magistrala de date valoarea N care a
fost stocat n registrul IP, caut adresa N, preia valoarea I coninut
n aceast locaie, depune pe magistrala de date valoarea I i pe
magistrala de comenzi comanda am terminat citirea; dup ce
recepioneaz aceast comand, microprocesorul citete de pe magistrala
de date valoarea I i execut instruciunea codificat prin aceast
valoare; valoarea din registrul IP este incrementat cu o unitate
(devine N+1).
Valoarea registrului IP poate fi modificat de una din
instruciunile unui program, disprnd astfel monotonia cauzat de
incrementarea cu o unitate. O astfel de instruciune ar putea fi
scade valoarea k din valoarea registrului IP. Efectul acestei
instruciuni este ntoarcerea cu k instruciuni nainte i repetarea lor
n alt context (valorile datelor vor fi altele).
Toate activitile calculatorului sunt coordonate de ctre
pulsurile unui oscilator numit ceas intern. Dup cum am vzut,
execuia unei instruciuni const din execuia mai multor etape
pariale. Fiecare astfel de etap parial este efectuat n intervalul
dintre dou pulsuri de ceas, astfel c intervalul de timp necesar
execuiei unei instruciuni poate fi msurat cu ajutorul numrului de
pulsuri de ceas.
Structura unui microprocesor Intel
n continuare ne vom ocupa n principal de microprocesoarele 8086
i 8088, acestea fiind denumite de crile de specialitate
microprocesoare convenionale. Ori de cte ori vom face referire la
un alt microprocesor i vom indica numele.
Microprocesoarele 8086 i 8088 au o structur pe 16 bii,
deosebirea esenial dintre ele constnd n faptul c 8088 este
proiectat cu o magistral de date extern de 8 bii, n timp ce 8086
dispune de una de 16 bii. Aceasta nseamn c pot fi transferai pe
magistrala de date extern 8, respectiv 16 bii deodat. Din motive
comerciale, Intel a pstrat compatibilitatea cu microprocesoarele
aprute anterior, ceea ce nseamn c orice program care funcioneaz cu
un anumit microprocesor va funciona i cu orice alt microprocesor
aprut ulterior.
Microprocesorul Intel are dou componente majore: unitatea de
interfa cu magistrala (Bus Interface Unit - BIU) i unitatea de
execuie (Executive Unit - EU).
Unitatea de interfa cu magistrala transmite procesorului
instruciuni i operanzi i rezultatele unor prelucrri spre memoria
intern sau dispozitivele de intrare/ieire. Principalele componente
ale sale sunt regitrii de segment, registrul pointer de
instruciuni, dispozitivul de adresare i coada fluxului de
instruciuni.
Unitatea de execuie are rolul de a executa instruciunile care i
sunt transmise de ctre BIU. Principalele sale componente sunt
regitrii generali, registrul de manevr pentru memorarea
operanzilor, unitatea aritmetico-logic (ALU) i registrul
indicatorilor de stare i control.
Magistralele cu ajutorul crora se realizeaz comunicarea dintre
microprocesor i celelalte componente ale sistemului de calcul sunt:
magistrala de date (pe 16 bii), magistrala de adres (pe 20 de bii)
i magistrala de comenzi.
Sistemul de ntreruperi
Microprocesorul mai dispune de dou linii pentru semnalele de
ntrerupere emise de dispozitivele externe: linia INTR (Interrupt
Request) i linia NMI (Non-Maskable Interrupt). Pe linia INTR sosesc
ntreruperi n urma crora unitatea central, n funcie de valoarea
indicatorului de validare a ntreruperilor (IF), execut diferite
operaii. Dac IF este ters (are valoarea 0) nseamn c ntreruperile
semnalate pe linia INTR sunt mascate sau dezactivate, ca urmare
unitatea central le ignor i trece la instruciunea urmtoare. Dac IF
este poziionat (are valoarea 1) nseamn c ntreruperile de pe linia
INTR sunt activate i unitatea central oprete execuia normal a
instruciunilor i pred controlul rutinei de tratare a ntreruperilor.
NMI este o linie prin care sosesc ntreruperi care anun evenimente
critice. Aceste ntreruperi nu pot fi dezactivate i unitatea central
le va lua n considerare de fiecare dat cnd acestea sosesc.
Sistemul de ntreruperi este simplu i uor de manevrat. Pot fi
utilizate cel mult 256 de tipuri de ntrerupere, fiecrui tip
fiindu-i atribuit un cod specific. ntreruperile pot fi clasificate
n ntreruperi externe i ntreruperi interne. Cele externe sunt numite
i ntreruperi hardware, iar cele interne mai poart denumirea de
ntreruperi software. Diferena esenial dintre cele dou tipuri de
ntreruperi este c cele externe sunt cauzate de dispozitivele
externe, iar cele interne sunt generate prin program, folosindu-se
anumite instruciuni.
Tabela vectorilor de ntrerupere
Tabela vectorilor de ntrerupere permite asocierea dintre tipul
ntreruperii (reprezentat de un numr ntre 0 i 255) i rutina de
tratare a ntreruperii. Fiecare intrare a tabelei ocup 4 bytes, ea
coninnd adresa rutinei de tratare a ntreruperii. Tabela ocup prima
zon a memoriei interne i poate avea pn la 256 de intrri.
La apariia unei ntreruperi este suspendat execuia instruciunilor
programului curent i sunt salvate pe stiv registrul cu indicatorii
de stare i control i adresa instruciunii urmtoare; apoi este
activat rutina de tratare a ntreruperii.
Unitatea aritmetic i logic
Pentru efectuarea operaiilor aritmetice procesorul are nevoie de
circuite specializate n acest sens. n aritmetica binar operaiile
aritmetice pot fi descrise cu ajutorul unor funcii logice, de aceea
este normal ca circuitele respective s fie utilizate i pentru
operaiile logice propriu-zise. Aceste circuite utilizate de
procesor pentru efectuarea operaiilor aritmetice i logice poart
denumirea de unitate aritmetic i logic. ALU face parte din unitatea
de execuie a microprocesorului, ea avnd i rolul de a gestiona
indicatorii de stare i control ai microprocesorului i de a manevra
regitrii generali i operanzii instruciunilor. Regitrii i cile de
date interne sunt de 16 bii, deoarece se dorete mrirea
transferurilor interne.
Coada de instruciuni
Unitatea de execuie nu are nici o legtur cu magistrala
sistemului, cea care efectueaz toate operaiile necesare cu
magistrala fiind unitatea de interfa cu magistrala. n timpul n care
unitatea de execuie se ocup cu execuia instruciunilor, unitatea de
interfa cu magistrala ncarc instruciunile ntr-o memorie special de
tip RAM (Random Acces Memory) numit coada fluxului de instruciuni.
Aceast memorie are o dimensiune de 4 bytes n cazul
microprocesoarelor 8088 i 6 bytes n cazul 8086. Unitatea de execuie
preia cte o instruciune din coada fluxului de instruciuni; apoi o
execut.
n majoritatea cazurilor coada fluxului de instruciuni conine cel
puin un byte al fluxului de instruciuni i unitatea de execuie nu
mai trebuie s atepte ncrcarea instruciunii care urmeaz a fi
executat. La un moment dat n coada fluxului de instruciuni sunt
memorate instruciunile care se afl n locaiile de memorie imediat
urmtoare locaiei de memorie n care se afl instruciunea care se
execut la acel moment. Dac este executat o instruciune care
transfer controlul unei locaii de memorie, coada fluxului de
instruciuni este tears, se ncarc instruciunea de la noua adres i
unitatea de interfa cu magistrala ncepe rencrcarea cozii fluxului
de instruciuni cu instruciunile urmtoare.
Dispozitivul de adresare
Microprocesorul trebuie s poat adresa att instruciunile ct i
datele de care instruciunile au nevoie atunci cnd sunt executate.
Adresa locaiei de memorie din care se va ncrca o instruciune este
suma dintre o adres de segment i un deplasament. Pentru adresarea
datelor, microprocesorul ofer cteva modaliti de adresare.
Segmentarea memoriei
Microprocesoarele 8086 i 8088 pot adresa 1 MB de memorie care
sunt grupai n mai multe segmente. Un segment de memorie este o
unitate logic de memorie care poate avea cel mult 64 KB. Fiecare
segment de memorie este alctuit din mai multe locaii de memorie
consecutive i poate fi considerat ca o unitate care poate fi
adresat independent. Fiecare segment este caracterizat printr-o
adres de baz care reprezint adresa locaiei de nceput a segmentului
i este exprimat n numr de blocuri de 16 bytes, numite paragrafe. Ca
urmare, toate segmentele ncep de la o adres care este un multiplu
de 16. Dou segmente se numesc adiacente dac adresa de nceput a
unuia dintre ele este cu 1 mai mare dect adresa de sfrit a
celuilalt. Dou segmente sunt parial suprapuse dac adresa de nceput
a unuia se afl ntre adresa de nceput i cea de sfrit a celuilalt.
Dou segmente sunt suprapuse complet dac adresele lor de nceput
coincid. n toate celelalte cazuri segmentele se numesc
disjuncte.
n funcie de necesiti o anumit aplicaie (program) utilizeaz
segmentele n mod diferit. Segmentele care pot fi adresate n mod
curent ofer 64 KB pentru cod, 64 KB pentru stiv i 64 KB pentru
date. Pentru a utiliza un spaiu de lucru mai mare, trebuie
gestionate segmentele de memorie n funcie de necesiti.
Adrese fizice i adrese logice
Adresa fizic este o valoare reprezentat pe 20 de bii care
identific n mod unic fiecare locaie de memorie aflat n spaiul de
adresare. Ca urmare aceast adres poate fi un numr cuprins ntre 0 i
220-1.
Pentru a nu depinde de locul n care este pstrat codul n memorie,
programele folosesc adresele logice n locul celor fizice. Adresa
logic este dat de o valoare de baz de segment i o valoare de
deplasament. Valoarea de baz a segmentului indic adresa primului
byte al segmentului care conine locaia i este exprimat n paragrafe.
Deplasamentul reprezint numrul de octei dintre locaia respectiv i
nceputul segmentului. Att adresa de baz ct i deplasamentul sunt
reprezentate pe 16 bii.
Este posibil ca mai multe adrese logice s localizeze o aceeai
locaie de memorie atunci cnd aceasta face parte din segmente
diferite. De exemplu adresele logice F000:FFF0 i FFFF:0000 indic
aceeai locaie de memorie i anume cea care are adresa fizic FFFF0.
Generarea adresei fizice cu ajutorul adresei logice se realizeaz
nmulind cu 16 valoarea bazei segmentului (shiftare spre stnga cu 4
poziii) i adugnd deplasamentul.
Mecanisme de adresare
Calculele de adres sunt efectuate de unitatea de interfa cu
magistrala, cu ajutorul unei uniti de calcul, specifice, numit ADR
i a unor regitri speciali fiecare avnd o capacitate de 16 bii.
Primele generaii de calculatoare aveau o memorie de 1 MB.
Primele 10 blocuri de memorie (640 KB) formeaz memoria RAM,
urmtoarele 5 fiind folosite pentru memoria ecran i reinerea
coninutului memoriei ROM n timpul funcionrii sistemului. Pentru a
putea codifica n mod unic fiecare din cele 220 de locaii de memorie
diferite, o adres trebuie s fie reprezentat pe 20 de bii.
Magistrala de adrese are capacitatea necesar pentru a transmite cei
20 de bii deodat, ns nu se poate spune acelai lucru despre
magistrala de date care are o capacitate de 16 bii. Prin convenie
adresa de nceput a fiecrui segment este un multiplu de 16, iar un
segment poate avea cel mult 64 KB. Datorit acestui fapt cei mai
nesemnificativi 4 bytes ai adresei de nceput a segmentului vor fi 0
(n baza 2 un multiplu de 16 are ultimele 4 cifre ntotdeauna 0). Din
acest motiv aceti 4 bii nu mai trebuie memorai i ca urmare regitrii
de segment vor conine numai restul celor 16 bii. Pentru a specifica
deplasamentul (offset) sunt folosii tot 16 bii.
O adres virtual este compus din dou numere reprezentate fiecare
pe 16 bii, unul reprezentnd coninutul registrului de segment, iar
al doilea deplasamentul n cadrul segmentului. Adresa fizic este
calculat de ctre BIU nmulind cu 16 primul numr i adunnd la rezultat
cel de-al doilea numr.
Mecanismul descris este tipic pentru procesorul 8086 i poart
denumirea de mod real (Real Adress Mode). La microprocesoarele
80286 apare nc un mod de adresare, denumit mod protejat (Protected
Virtual Address Mode), iar o dat cu apariia procesorului 80386 sunt
introduse modul paginat i modul virtual 8086. Aceste noi modaliti
de adresare au fost introduse pentru a permite adresarea de ctre un
calculator IBM-PC a mai mult de 1 MB de memorie.
Implementarea stivei
Stiva este o zon de memorie folosit pentru a stoca datele
temporare. Deosebirea esenial dintre stive i alte segmente de
memorie este faptul c datele de pe stiv sunt stocate ncepnd de la
adresele mai mari de memorie i continund spre adrese mai mici. La
nceput stiva este un segment de memorie neiniializat care are o
dimensiune fix. n timp ce sunt adugate informaii n stiv dimensiunea
stivei "crete" de la adresele mari spre adresele mai mici, iar cnd
sunt eliminate informaii, stiva se "micoreaz" n sens invers.
Numrul de stive este limitat numai de spaiul de memorie
disponibil n sistem, iar dimensiunea unei stive nu poate depi 64
KB. Dac se extinde stiva peste aceast dimensiune, informaiile
adugate vor nlocui informaiile de la nceputul stivei. La un moment
dat nu poate fi adresat direct dect o stiv, ea purtnd denumirea de
stiv curent.
Regitri
Regitrii microprocesoarelor 8086 i 8088 sunt n numr de 14, au
fiecare cte 16 bii i pot fi mprii n urmtoarele categorii: regitrii
generali, regitrii de segment, registrul pointerului de instruciuni
i registrul indicatorului de stare i control.
Regitrii generali sunt n numr de 8 i pot fi clasificai n regitri
de date (AX, BX, CX i DX), regitri de pointer (SP i BP) i regitri
de index (SI i DI). O caracteristic important a regitrilor de date
este aceea c "jumtile" lor pot fi accesate separat, deci ei pot fi
folosii fie ca regitri de 16 bii, fie ca doi regitri de cte 8 bii
fiecare. Cele dou jumti ale registrului AX pot fi referite ca
regitri AL, respectiv AH. n acelai mod putem folosi regitrii BL,
BH, CL, CH, DL i DH. Regitrii de pointer i de index pot fi folosii
numai ca regitri de 16 bii.Regitrii de segment, 4 la numr, sunt
denumii CS, SS, DS i ES. Registrul CS indic segmentul de cod curent
(adresa de baz a segmentului de memorie care conine codul
programului). Registrul SS indic segmentul de stiv curent,
operaiile cu stiva fiind efectuate n locaiile de memorie
corespunztoare acestui segment. Registrul DS indic segmentul de
date curent, segment ce conine, de obicei, datele i variabilele
programului. n sfrit, registrul ES, indic extrasegmentul curent,
folosit de obicei tot pentru date. Aceti regitri pot fi modificai
direct prin program.Registrul pointerului de instruciuni (IP) este
un registru actualizat de BIU i conine deplasamentul locaiei de
memorie n care se afl instruciunea urmtoare fa de nceputul
segmentului de cod curent. Acest registru nu poate fi modificat
direct prin program.Registrul indicatorilor de stare i control este
un registru ai crui bii au fiecare cte o semnificaie aparte. Ei
indic starea rezultatului operaiei pe care o execut programul la un
moment dat sau controleaz unele operaii ale microprocesorului.
Registrul conine 6 bii de stare i 3 bii de control, restul biilor
fiind rezervai, ei neavnd o semnificaie precizat.Microprocesorul
80386 utilizeaz aceiai regitri ca i predecesorii si din familia
8086, dar toi regitrii (cu excepia celor de segment) pot fi extinse
pn la 32 de bii. Denumirea regitrilor extini ncepe cu litera E i ei
se numesc EAX, EBX, ECX, EDX, ESP, EBP, ESI, EDI i EIP). Au fost
adugate i doi regitri de segment suplimentari FS i GS.
Indicatori
Cei 16 bii ai registrului indicatorilor de stare i control poart
denumirea de indicatori (denumire sugerat i de numele registrului)
sau flaguri. Cuvntul englezesc flag este tradus n limba romn prin
steag. Denumirea sugereaz faptul c un anumit stegule va fi ridicat
n cazul n care o condiie este ndeplinit. Mai multe instruciuni
permit modificarea execuiei unui program n funcie de cei ase
indicatori de stare.
Indicatorul de transport (Carry - CF) indic faptul c cel mai
semnificativ bit al rezultatului operaiei care s-a efectuat a fost
"transportat" n exterior. De obicei este utilizat atunci cnd se
efectueaz operaii matematice cu numere a cror reprezentare este pe
mai mult de un octet. Indicatorul mai poate fi modificat i n cazul
operaiilor de deplasare i rotire.Indicatorul de paritate (Parity -
PF) este poziionat dac rezultatul conine n reprezentare un numr par
de bii cu valoarea 1. De obicei este folosit pentru verificarea
transmisiilor de date.Indicatorul de transport auxiliar (Auxiliary
Carry - AF) este poziionat dac a avut loc un transport de la un
nivel inferior la un nivel superior al semioctetului rezultatului.
Este folosit n operaiile cu numere reale.Indicatorul de zero (Zero
- ZF) este poziionat dac rezultatul operaiei este 0.Indicatorul de
semn (Sign - SF) este poziionat dac cel mai semnificativ bit al
rezultatului este 1.Indicatorul de depire (Overflow - OF) este
poziionat dac are loc o depire aritmetic, adic dimensiunea
rezultatului depete capacitatea locaiei de destinaie.Aceti bii
indicatori de stare sunt poziionai de ctre unitatea de execuie.
Indicatorii de control permit controlarea unor operaii ale
microprocesorului i ei pot fi modificai prin program.
Indicatorul de depanare (Trap/Trace - TF) dac este poziionat,
indic faptul c programul va fi executat pas cu pas. Unitatea
central va genera o ntrerupere dup fiecare instruciune, existnd
posibilitatea urmririi execuiei fiecrei instruciuni.Indicatorul de
ntrerupere (Interrupt - IF) indic unitii centrale, n cazul n care
este poziionat, c trebuie s "reacioneze" la ntreruperile externe
mascabile. Dac acest indicator nu este poziionat aceste ntreruperi
vor fi ignorate. Nu are efect asupra ntreruperilor externe
nemascabile sau asupra ntreruperilor interne.Indicatorul de direcie
(Direction - DF) n cazul n care este poziionat, indic faptul c
irurile vor fi prelucrate de la adresele mari spre adresele mici
(de la dreapta la stnga). n caz contrar irurile vor fi prelucrate
de la stnga la dreapta.ncepnd cu microprocesorul 80286 au fost
adugate nc dou indicatoare pentru a acorda mai multe faciliti
programatorului.Indicatorul protecie intrare/ieire (Input/Output
Privilege level flag - IOP) indic nivelul de protecie pentru
intrare i ieire. Trebuie remarcat c pentru acest flag sunt folosii
2 bii.Indicatorul imbricare (Nested flag - N) controleaz nlnuirea
proceselor ntrerupte n modul protejat.ncepnd cu microprocesorul
80386 registrul indicatorilor de stare i control este i el extins
la 32 de bii, fiind adugai nc doi indicatori.Indicatorul reluare
(Restart flag - R) determin, dac este poziionat, dezactivarea
temporar a excepiilor de depanare.Indicatorul mod virtual (Virtual
8086 mode flag - V) indic, n cazul poziionrii sale, modul de
execuie virtual 8086. n caz contrar modul de execuie va fi modul
protejat.O dat cu apariia microprocesorului 80486 au aprut nc 7
indicatori de stare i control: indicatorul AC permite generarea
unui semnal de eroare n cazul n care apar date incorect aliniate;
indicatorul PG arat dac paginarea este activ sau nu; indicatorul CE
este folosit pentru conectarea memoriei cache; indicatorul WT este
folosit pentru validarea i invalidarea scrierii n memoria cache;
indicatorul WE controleaz dac la coprocesor apare o excepie datorat
vectorului de ntrerupere 2h sau 16h (numerele terminate n h indic
faptul c ele sunt scrise n sistem hexazecimal - baza 16; numrul 16h
poate fi scris ca 22 dac se folosete sistemul zecimal); indicatorul
TS este setat n cazul n care este lansat un task; indicatorul EM
arat dac instruciunile ESC sunt preluate sau transmise mai departe
la coprocesor.
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
