Когда появился 286 компьютер

Обновлено: 05.07.2024

Оглавление документа

Описание

Регистры

К 14 регистрам процессора Intel 8086 были добавлены 11 новых регистров, необходимых для реализации защищённого режима и других функций: регистр слово состояния машины, 16 бит (MSW); регистр задачи, 16 бит (TR); регистры дескрипторной таблицы, один 64-битный и два 40-битных (GDTR, IDTR, LDTR) и 6 регистров расширения сегментных регистров, 48 бит.

Инструкции

Процессор имел тот же набор инструкций, что и процессор Intel 80186, к которому добавили 16 новых команд (LGDT, LIDT, LLDT, LMSW, LTR, SGDT, SIDT, SLDT, SMSW, STR, ARPL, CLTS, LAR, LSL, VERR, VERW) необходимых для работы со средствами управления памятью. Команда PUSH теперь могла сохранять в стеке константы. Инструкции в i286 выполняются в среднем за 4,5 такта.

Режимы работы процессора i286

Суть защищённого режима заключается в следующем. Программист и разрабатываемые им программы используют логическое адресное пространство (виртуальное адресное пространство), размер которого может составлять 1024 Мбайт (для i286). Логический адрес преобразуется в физический адрес автоматически с помощью схемы управления памятью(MMU). Благодаря защищённому режиму, в памяти можно хранить только ту часть программы, которая необходима в данный момент, а остальная часть могла храниться во внешней памяти (например, на жёстком диске). В случае обращения к той части программы, которой нет в памяти в данный момент, операционная система может приостановить программу, загрузить требуемую секцию кода из внешней памяти и возобновить выполнение программы. Следовательно, становятся допустимыми программы, размер которых больше объема имеющейся памяти. Другими словами, пользователю кажется, что он работает с большей памятью, чем на самом деле. Однако реализация системы виртуальной памяти была еще далека от совершенства. Для использования защищённого режима необходима многозадачная операционная система, например Microsoft Windows 3.0, IBM OS/2 или UNIX.

Физический адрес формируется следующим образом. В сегментных регистрах хранится селектор, содержащий индекс дескриптора в таблице дескрипторов (13 бит), 1 бит, определяющий к какой таблице дескрипторов будет производиться обращение (к локальной или к глобальной) и 2 бита запрашиваемого уровня привилегий. Далее происходит обращение к соответствующей таблице дескрипторов и соответствующему дескриптору, который содержал начальный, 24-битный, адрес сегмента, размер сегмента и права доступа. После чего вычислялся необходимый физический адрес, путём сложения адреса сегмента со смещением, хранящемся в 16-разрядном указательном регистре.

Однако защищённый режим в процессоре Intel 80286 обладал и некоторыми недостатками, такими как, несовместимость с программами, написанными для реального режима MS-DOS, для перехода из защищенного режима в реальный режим требовался аппаратный сброс процессора.

Уровни защиты

Компьютеры на базе процессора Intel 80286

Конкурентные решения

Всем привет! Началась эта история полтора года назад, когда я наткнулся на объявление о продаже «динозавра» на одной известной интернет-барахолке. При встрече с продавцом я узнал что его забрали с работы в качестве зарплаты в 90х. Примерно в 2000 году компьютер был заброшен на антресоль и забыт.

Не раздумывая я купил его и принёс домой.В комплект с системником я получил EGA-монитор,
DIN5-клавиатуру и COM-мышь. Лёгкий осмотр показал что это брендированный компьютер компании «MINICOMP», собранный в Мумбаи.

К сожалению, точную дату изготовления мне найти не удалось. По косвенным данным это могут быть года от 1989 до 1992.

После чистки я смог его полностью осмотреть. Итак, конфигурация была такой:

CPU — Intel 80286 12Mhz + Math coprocessor Intel 80287
RAM — 640 base + 384 extended

Video — Paradise 38315B

HDD — Seagate ST-251 -0

FDD — TEAC FD-55GFR 5.25"

Также были установлены контроллер MFM жёстких дисков (он же контроллер FDD) и контроллер COM/LPT-портов, собственного производства MINICOMP.

Собрано это всё было на Motherboard 286-NEAT. Она имеет 8 ISA слотов, из которых три 8 bit и пять 16 bit.

В первоначальном состоянии он включался, но батарейка BIOS`а была разряжена и сам BIOS сброшен. Приходилось вбивать параметры HDD вручную, что удобным назвать нельзя. Неожиданно, но HDD оказался живым (хоть на нём и было много сбойных блоков). Дабы копировать программы, 5.25" флоппи был заменён 3.5".

Можете посмотреть видео запуска этой сборки, для простоты назовём её V1. Только смотрте аккуратнее, CRT монитор сильно мелькает на камеру.

Но на этом модернизация не остановилась!

Корпус я помыл, на этот раз с полной разборкой/сборкой и смазал вентилятор в блоке питания, правда это не сильно помогло.

Купил переходник с 5.25" отсека на 3.5" для FDD и установил в нижний отсек.

Но это скорее косметические улучшения, дальше я стал апгрейдить «железо»

Установил мультикарту на чипе UMC um82c863f в слот ISA-16 Bit. Судя по маркировке это 1993 год, но производителя я не нашёл.

На замену медленному и сбойному MFM-диску пришёл IDE-диск «CONNER CFA170A» на 170 MB, на котором теперь крутится DOS 6.22.

С помощью переходника я установил его в верхний отсек 5.25".

Решил проблему с вышедшей из строя батарейкой биоса, заменив её на подходящий аккумулятор. (зелёный квадратик на задней стенке).

Также я поставил звуковую и сетевую платы, что совершенно не важно, ибо потом они были вынуты из-за отсутствия подходящего драйвера.

Задняя стенка на тот момент выглядела так.

Эту сборку можно назвать V2.

И вот, буквально в течении 20 дней, были сделаны такие значимые улучшения

На смену EGA пришёл SVGA-адаптер с 256k видеопамяти. (Realtek RTG3105EH)

А маленький CONNER заменён HDD SAMSUNG WNR-31601A, который пришлось форматировать в 504MB. Больше этого объёма мой 286-BIOS не понимает.

В качестве звуковой карты была выбрана Sound Blaster pro-совместимая ESS AudioDrive на чипе ES1868F.

Установлена сетевая плата 3Com etherlink III 1994 года. Драйвера под дос для неё шли в пакете с MS Lanman 3.0.

Сеть есть и пинги идут, но пока использовать её вместе с SMBD-сервером не вышло. (сервер пингуется, но смонтировать себя как каталог не даёт). Раз у меня теперь есть SVGA-карточка, то и монитор пришлось сменить.

Сделан этот TYSTAR в 1993 году и имеет модель TY-1415 PH, у него немного искривлено изображение, но я постараюсь вскоре это починить.

Были скопированы некоторые игры, их-то и можно посмотреть и послушать в этом видео.(извините за некоторые посторонние шумы, это было слышно из открытого окна).

Эту версию я называю V3, она сильно отличается от V2 и уж точно не похожа на V1.

Дальше я просто добавил аутентичности

На монитор был установлен «защитный экран», как важная часть образа компьютера 90х.

Хотел было поставить WIN/286, но он требует более старой версии DOS. Так что остановился на Windows 3.1, который умеет работать в защищённом режиме 286. Плюс подредактировал Config.sys и AUTOEXEC.BAT для удобной работы.

Также сменил клавиатуру на более подходящую по времени и дизайну.

Колонки, которые вы могли видеть на фото, работают напрямую от звуковой карты, никакой внешний усилитель там не участвует. Таким образом эту компоновку можно назвать V3.5 и последней на данный момент.

На видео я снимаю LCD-монитор, т.к. CRT сильно мерцает и постоянно сбивает автофокус видеокамеры.

Intel 80286 (также продается как iAPX 286 и часто называется Intel 286 ) представляет собой 16-битовый микропроцессор , который был введен 1 февраля 1982 г. Это был первый 8086 на основе процессора с отдельными, не- мультиплексируются адреса и данных шины и также первый с управлением памятью и широкими возможностями защиты. 80286 использовал приблизительно 134 000 транзисторов в своем первоначальном воплощении nMOS ( HMOS ) и, как и современный 80186 , мог правильно выполнять большую часть программного обеспечения, написанного для более ранних процессоров Intel 8086 и 8088 .

80286 использовался в IBM PC / AT , представленном в 1984 году, а затем широко использовался в большинстве PC / AT-совместимых компьютеров до начала 1990-х годов.

СОДЕРЖАНИЕ

История и производительность

Первые чипы Intel 80286 были рассчитаны на максимальную тактовую частоту 5, 6 или 8 МГц, а в более поздних версиях - 12,5 МГц. Позднее AMD и Harris производили детали с частотой 16 МГц, 20 МГц и 25 МГц соответственно. Intersil и Fujitsu также разработали полностью статические версии CMOS оригинальной реализации nMOS Intel с истощающей нагрузкой , в основном предназначенные для устройств с батарейным питанием.

Более поздний уровень E- степпинга 80286 был свободен от нескольких существенных ошибок, которые вызывали проблемы для программистов и разработчиков операционных систем в более ранних CPU B-step и C-step (распространенных в клонах AT и AT). Эта шаговая часть E-2 могла быть доступна в конце 1986 года.

Архитектура

Intel не ожидала, что персональные компьютеры будут использовать 286. ЦП был разработан для многопользовательских систем с многозадачными приложениями, включая средства связи (например, автоматизированные АТС ) и управление процессами в реальном времени . Он имел 134 000 транзисторов и состоял из четырех независимых блоков: блока адреса, блока шины, блока команд и блока исполнения, организованных в слабо связанный (буферизованный) конвейер , как и в 8086. Он был произведен в корпусе с 68 выводами. , включая корпуса PLCC ( пластиковая несущая пластина для микросхем ), LCC ( бессодержательная микросхема ) и PGA ( матричный массив выводов ).

Прирост производительности 80286 по сравнению с 8086 (или 8088) может составлять более 100% за такт во многих программах (т. Е. Удвоение производительности при той же тактовой частоте). Это был большой рост, полностью сопоставимый с увеличением скорости семь лет спустя, когда были представлены i486 (1989) или оригинальный Pentium (1993). Частично это было из-за отсутствия мультиплексирования адресов и шин данных, но в основном из-за того, что вычисление адресов (например, базовый + индекс ) было менее затратным. Они выполнялись специальным блоком в 80286, в то время как более старый 8086 должен был выполнять эффективное вычисление адресов с использованием своего общего ALU , во многих случаях потребляя несколько дополнительных тактовых циклов. Кроме того, 80286 был более эффективен в предварительной выборке инструкций, буферизации, выполнении переходов и сложных числовых операциях с микрокодированием, таких как MUL / DIV, чем его предшественник.

80286 включал, в дополнение ко всем инструкциям 8086, все новые инструкции 80186: ENTER, LEAVE, BOUND, INS, OUTS, PUSHA, POPA, PUSH немедленный, IMUL немедленный и немедленный сдвиги и вращение. В 80286 также добавлены новые инструкции для защищенного режима: ARPL, CLTS, LAR, LGDT, LIDT, LLDT, LMSW, LSL, LTR, SGDT, SIDT, SLDT, SMSW, STR, VERR и VERW. Некоторые инструкции для защищенного режима могут (или должны) использоваться в реальном режиме для настройки и переключения в защищенный режим, а некоторые (такие как SMSW и LMSW) полезны для самого реального режима.

Intel 80286 имел 24-разрядную шину адреса и был способен адресовать до 16 Мбайт в оперативной памяти , по сравнению с 1 МБ адресуемой своего предшественника. Однако стоимость памяти и первоначальная редкость программного обеспечения, использующего память более 1 МБ, означали, что 80286 компьютеров редко поставлялись с оперативной памятью более одного мегабайта. Кроме того, имелось снижение производительности при доступе к расширенной памяти из реального режима (в котором работала DOS, доминирующая операционная система ПК до середины 1990-х годов), как указано ниже.

Функции

Защищенный режим

286 был первым из семейства процессоров x86, который поддерживал защищенный режим виртуального адреса , обычно называемый « защищенным режимом ». Кроме того, это был первый коммерчески доступный микропроцессор с возможностью встроенного MMU (системы, использующие современные Motorola 68010 и NS320xx, могли быть оснащены дополнительным контроллером MMU). Это позволило бы IBM-совместимым устройствам впервые иметь передовые многозадачные ОС и конкурировать на рынке серверов / рабочих станций, где доминирует Unix .

В защищенном режиме 80286 было введено несколько дополнительных инструкций, которые полезны для многозадачных операционных систем.

Еще одна важная особенность 80286 - предотвращение несанкционированного доступа. Это достигается за счет:

Формирование разных сегментов для данных, кода и стека и предотвращение их перекрытия.
Назначение уровней привилегий каждому сегменту. Сегменты с более низкими уровнями привилегий не могут получить доступ к сегментам с более высокими уровнями привилегий.

В 80286 (и в его сопроцессоре Intel 80287 ) арифметические операции могут выполняться над следующими различными типами чисел:

беззнаковое упакованное десятичное число ,
беззнаковый двоичный,
беззнаковая распакованная десятичная дробь,
подписанный двоичный файл,
числа с плавающей запятой (только с 80287 ).

По своей конструкции 286 не может вернуться из защищенного режима в базовый 8086-совместимый режим реального адреса (« реальный режим ») без аппаратного сброса. В PC / AT, представленном в 1984 году, IBM добавила внешнюю схему, а также специализированный код в ROM BIOS и периферийный микроконтроллер 8042, чтобы программное обеспечение могло вызвать сброс, позволяя повторный вход в реальном режиме, сохраняя при этом активную память и возвращая управление контроллеру. программа, инициировавшая сброс. (BIOS обязательно задействован, потому что он получает управление напрямую при перезагрузке ЦП.) Хотя он работал правильно, этот метод привел к огромному снижению производительности.

Теоретически приложения реального режима могут быть напрямую выполнены в 16-битном защищенном режиме, если следовать определенным правилам (недавно предложенным с введением 80286); однако, поскольку многие программы DOS не соответствовали этим правилам, защищенный режим широко не использовался до появления его преемника, 32-разрядного процессора Intel 80386 , который был разработан, чтобы легко переключаться между режимами и обеспечивать имитацию реальный режим в защищенном режиме. Когда Intel разработала 286, он не был предназначен для многозадачности приложений реального режима; реальный режим был задуман как простой способ для загрузчика начальной загрузки подготовить систему и затем переключиться в защищенный режим; По сути, в защищенном режиме 80286 был разработан как новый процессор, имеющий много общего со своими предшественниками, в то время как реальный режим на 80286 был предложен для систем меньшего размера, которые могли бы извлечь выгоду из более продвинутой версии ядра ЦП 80186 с преимуществами такие как более высокие тактовые частоты, более быстрое выполнение инструкций (измеряется в тактовых циклах) и немультиплексированные шины, но не 24-битное (16 МБ) пространство памяти.

Для поддержки защищенного режима были добавлены новые инструкции: ARPL, VERR, VERW, LAR, LSL, SMSW, SGDT, SIDT, SLDT, STR, LMSW, LGDT, LIDT, LLDT, LTR, CLTS. Есть также новые исключения (внутренние прерывания): недопустимый код операции, сопроцессор недоступен, двойная ошибка, переполнение сегмента сопроцессора, ошибка стека, переполнение сегмента / общая ошибка защиты и другие только для защищенного режима.

Поддержка ОС

Защищенный режим 80286 обычно не использовался в приложениях для ПК в течение многих лет после его выпуска, отчасти из-за высокой стоимости добавления расширенной памяти к ПК, но также из-за необходимости программного обеспечения для поддержки большой базы пользователей 8086 шт. Например, в 1986 году единственной программой, которая использовала его, была VDISK, драйвер RAM-диска, входящий в состав PC DOS 3.0 и 3.1. DOS , может использовать дополнительную оперативную память доступной в защищенном режиме ( расширенная память ) либо через BIOS вызов (INT 15h, AH = 87h), в качестве RAM диска , или в качестве эмуляции из расширенной памяти . Трудность заключалась в несовместимости старых программ DOS реального режима с защищенным режимом. Они просто не могли изначально работать в этом новом режиме без значительных изменений. В защищенном режиме управление памятью и обработка прерываний выполнялись иначе, чем в реальном режиме. Вдобавок программы DOS обычно имеют прямой доступ к данным и сегментам кода, которые им не принадлежат, поскольку реальный режим позволяет им работать без ограничений; Напротив, замысел конструкции защищенного режима состоял в том, чтобы предотвратить доступ программ к любым сегментам, кроме их собственных, если специальный доступ не был явно разрешен. Хотя можно было настроить среду защищенного режима, которая позволяла всем программам получать доступ ко всем сегментам (помещая все дескрипторы сегментов в GDT и назначая им один и тот же уровень привилегий), это подрывало почти все преимущества защищенного режима, кроме расширенное (24-битное) адресное пространство. Перед разработчиками ОС стоял выбор: либо начать с нуля и создать ОС, которая не будет запускать подавляющее большинство старых программ, либо придумать версию DOS, которая будет медленной и некрасивой (т. Е. Некрасивой из-за внутренней технической viewpoint), но все равно будет запускать большинство старых программ. Защищенный режим также не давал достаточно значительного преимущества в производительности по сравнению с 8086-совместимым реальным режимом, чтобы оправдать поддержку его возможностей; на самом деле, за исключением переключения задач при многозадачности, это фактически приводило только к снижению производительности, поскольку замедляло выполнение многих инструкций из-за множества дополнительных проверок привилегий. В защищенном режиме регистры по-прежнему были 16-разрядными, и программист был вынужден использовать карту памяти, состоящую из сегментов размером 64 КБ, как и в реальном режиме.

В январе 1985 года Digital Research представила операционную систему Concurrent DOS 286 1.0, разработанную в сотрудничестве с Intel . Продукт будет работать строго как операционная система 80286 с собственным режимом (т. Е. Защищенным режимом), позволяя пользователям в полной мере использовать защищенный режим для выполнения многопользовательских многозадачных операций при запуске эмуляции 8086. Это сработало на этапе прототипа чипа B-1, но Digital Research в мае обнаружила проблемы с эмуляцией на этапе C-1 производственного уровня, которые не позволяли Concurrent DOS 286 запускать программное обеспечение 8086 в защищенном режиме. Выпуск Concurrent DOS 286 был отложен до тех пор, пока Intel не разработает новую версию чипа. В августе, после обширного тестирования образцов 80286 шага E-1, Digital Research признала, что Intel исправила все задокументированные 286 ошибок, но сообщила, что еще остались недокументированные проблемы с производительностью чипа с предварительной версией Concurrent DOS 286, работающей на E- 1 шаг. Intel заявила, что подход Digital Research к эмуляции программного обеспечения 8086 в защищенном режиме отличается от исходных спецификаций. Тем не менее, на этапе E-2 они внесли незначительные изменения в микрокод , которые позволили Digital Research намного быстрее запускать режим эмуляции. Названный IBM 4680 OS , IBM изначально выбрал DR Параллельная DOS 286 в качестве основы их IBM 4680 компьютера для продуктов IBM System Plant и пункт-продажи терминалов в 1986. Digital Research , FlexOS 286 версии 1.3, дифференцирование Параллельная DOS 286, было была разработана в 1986 году, представлена в январе 1987 года и позже принята IBM для своей ОС IBM 4690 , но на нее повлияли те же ограничения.

Эти проблемы привели к тому, что Билл Гейтс называл 80286 «мертвым чипом», поскольку было ясно, что новая среда Microsoft Windows не сможет запускать несколько приложений MS-DOS с 286. Возможно, он был ответственен за раскол между Microsoft и IBM, поскольку IBM настаивала на том, чтобы OS / 2 , первоначально совместное предприятие IBM и Microsoft, работала на 286 (и в текстовом режиме).

Другими операционными системами, которые использовали защищенный режим 286, были Microsoft Xenix (около 1984 г.), Coherent и Minix . Им в меньшей степени препятствовали ограничения защищенного режима 80286, поскольку они не нацелены на запуск приложений MS-DOS или других программ реального режима. В своем преемнике 80386 Intel улучшила защищенный режим для адресации большего объема памяти, а также добавила отдельный виртуальный режим 8086 , режим в защищенном режиме с гораздо лучшей совместимостью с MS-DOS, чтобы удовлетворить различные потребности рынка.

Компоненты поддержки

Это список компонентов интерфейса шины, который подключается к микропроцессору Intel 80286.

Содержание

Описание

Регистры

К 14 регистрам процессора Intel 8086 были добавлены 11 новых регистров, необходимых для реализации защищённого режима и других функций: регистр слова состояния машины, 16 бит (MSW); регистр задачи, 16 бит (TR); регистры дескрипторной таблицы, один 64-битный и два 40-битных (GDTR, IDTR, LDTR) и 6 регистров расширения сегментных регистров, 48 бит.

Инструкции

Организация памяти

Шина адреса разрядностью 24 бита позволяет адресовать 16 Мбайт физической памяти, но в реальном режиме доступен только 1 Мбайт, начинающийся с младших адресов. С программной точки зрения память так же, как и в 8086, организуется в виде сегментов, но управление сегментацией имеет существенные различия для реального и защищённого режимов.

В защищенном режиме работают все режимы адресации, допустимые для 8086 и реального режима 80286. Отличия касаются определения сегментов:

сегментные регистры CS, DS, SS и ES хранят не сами базовые адреса сегментов, а селекторы, по которым из таблицы, хранящейся в ОЗУ, извлекаются дескрипторы сегментов

базовый адрес сегмента имеет разрядность 24 бита, что и обеспечивает адресацию 16 Мбайт физической памяти.

Режимы работы процессора i286

Упрощённая схема адресации в защищенном режиме процессора Intel 80286

Кольца защиты

Компьютеры на базе процессора Intel 80286

Читайте также: