Sisteme cu Microprocesoare

ARGUMENT

De la apariţie pînă în momentul actual, evoluţia calculatoarelor personale a cunoscut momente de cotitură, veritabile mutaţii.

Primul este legat de introducerea, în anul 1976, a calculatorului APPLE II, moment care marchează adevărata naştere a domeniului, al doilea este legat de implicarea, în anul 1981 a firmei IBM prin lansarea faimosului IBM PC, iar al treilea este apariţia în arhitectura calculatoarelor personale, a microprocesorului INTEL 80386. Acest microprocesor marchează a treia eră, majoră, în calculul personal, punînd la dispoziţie o putere de calcul deosebită, viteză spo¬rită, precum şi posibilităţi de programare care deschid perspective noi software-ului de bază şi de aplicaţie. 386 este cel mai inovativ microprocesor dezvoltat pînă acum şi fără îndoială,, va fi pentru mult timp cel mai vîndut microprocesor. Fiind un microprocesor pe 32 de biţi puternic şi flexibil, aplicaţiile sale vor fi mult mai extinse, programele existente putînd fi rulate mai rapid şi mai eficient. Programatorii vor fi mult mai liberi de constrîngeri hardware, dezvoltând programe MS DOS precum şi noi programe care beneficiază de lucrul pe 32 de biţi în cadrul noilor sisteme de operare, mult mai eficiente. Cum cunoscutul principiu al "ontogenezei care repetă filogeneza" se respectă şi în domeniul calculatoarelor personale, tehnologia existentă a permis im¬plantarea conceptelor de prelucrare paralelă, interleaving, page mode, cache, maşină virtuală, proprii pînă acum sistemelor medii şi mini în cadrul calculatoarelor personale. 386 conţine el însuşi în arhitectură, o mulţime din conceptele enunţate şi permite de asemenea, implan¬tarea la nivelul resurselor unui calculator personal, a acestor concepte "noi". Toate acestea sugerează faptul că 386 va impune un nou standard pentru calculatoarele personale. In anii care urmează, cele mai multe inovaţii vor fi legate de exploatarea posibilităţilor pe care le oferă acest microprocesor. Cu toate că, în prezent calculatoarele personale realizate pe baza microprocesorului INTEL 80386 nu oferă, în mare, decît ceva mai multă viteză, performanţe deosebite sînt aşteptate pe măsura dezvoltării software-ului ce exploatează caracterristicile noi ale acestui microprocesor. Această lucrare nu îşi propune să prezinte în detaliu structura lui 386. Ea vrea să ofere o imagine adecvată a pieţei de calculatoare personale actuală, ajutîndu-1 pe managerul de astăzi să ia o decizie corectă într-o politică de achiziţie de PC pe termen lung. Chiar şi vînzătorului de calculatoare personale lucrarea îi poate fi utilă, prin indicarea posibilităţilor pe care le oferă piaţa de PC-uri. Tehnologia 386 este prezentată clar, fără să se intre în detalii, care să facă lucrarea greu de abordat de un cititor fără o pregătire de strictă specialitate. Sîntem conştienţi că piaţa româneas¬că de calculatoare, ca orice piaţă scăpată de mecanismele greoaie ale centralizării, are o tendinţă exagerată spre neologisme, în special în faza de început. Lucrarea subliniază faptul că orientarea achiziţiilor trebuie să se facă raţional, criteriul preţ / performanţă trebuind să caracterizeze politica de cumpărare în raport cu fiecare aplicaţie. Există domenii în care o soluţie ieftină (PC XT/AT) poate da deplină satisfacţie. De remarcat însă că o strategie pe termen lung indică PC 386 ca o soluţie recomandabilă, mai ales sub aspectul dezvoltărilor ulterioare, potenţiale. Este ştiut că performanţele calculatoarelor personale depind de arhitectura şi soluţiile adoptate de fiecare constructor. Lucrarea face o analiză a principalelor arhitecturi adoptate, a managementului de memorie, a modului de organizare a magistralelor de date, a diverselor soluţii de conectare a memoriilor externe şi a perifericelor în cadrul unor sisteme 386 puternice cum ar fi IBM PS2/80, COMPAQ DeskPro 386/25, SUN 386i...

80386 oferă o soluţie hardware eficientă pentru multiprogramare şi un mod 8086 virtual prin care calculatorul funcţionează ca şi cum ar rula sisteme MS-DOS "single tasking' multiple. Pentru a folosi acest avantaj, este nevoie de software proiectat pentru a-l utiliza. MS-DOS, în forma nemodificată, nu poate să asigure aceste funcţii. Din această cauză 80386 a generat un interes renăscut pentru sistemele de operare micro, domeniu dominat de MS-DOS în ultimii ani. Lucrarea anali¬zează noile implicaţii în software, versiunile 386 ale OS/2, programe de control 386, sisteme de operare alternative, extensii DOS şi UNIX. Se face o prezentare a evoluţiei microprocesoarelor INTEL, prezentîndu-se caracteristicile fiecărei familii. Pentru o orientare clară, un studiu comparativ al microprocesoarelor pe 32 de biţi evidenţiază locul ocupat de 386. Tendinţele de evoluţie în domeniu sînt prezentate de asemenea, în sfîrşit, tehnicianului i se oferă o imagine a arhitecturii interne a lui 386, registre, tipuri de date, mod de operare precum şi set de instrucţiuni.

MICROPROCESORUL

Microprocesorul poate să rămână o "cutie neagră" pentru mulţi utilizatori ai calculatorului... Ştiind că printre cititorii fideli ai GInfo sunt mulţi curioşi, propunem o aventură pe parcursul a două numere în universul palpitant al microprocesoarelor

Microprocesoarele diferă între ele prin numărul de instrucţiuni pe care le pot executa, viteza de execuţie şi cantitatea de memorie pe care o pot folosi. Ele sunt caracterizate de tip, frecvenţă de lucru şi lungimea cuvântului.

Tipul microprocesorului defineşte apartenenţa microprocesorului la o familie de microprocesoare care au caracteristici comune. Aceste caracteristici determină performanţele calculatorului: viteza de lucru,setul de instrucţiuni care sunt înţelese şi executate de procesor etc. Fiecare tip de microprocesor este caracterizat printr-o arhitectură internă.

Pe calculatoarele IBM-PC, cât şi pe cele compatibile IBM se întâlnesc microprocesoarele din familiile INTEL 80x86, unde x=0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, Cu cât x este mai mare, cu atât microprocesorul este mai performant (de exemplu, 80686) va putea înţelege şi executa instrucţiunile unui program scris pentru un microprocesor mai puţin performant (de exemplu, 80486).

Procesoarele folosite de calculatoarele IBM-PC sau compatibile IBM-PC sunt produse de firme ca Intel, AMD, Cyrix, etc. Familia din care acestea fac parte se stabileşte prin compararea performanţelor cu familiile de procesoare Intel: 286, 386, 486, Pentium, PentiumII, PentiumIII, PentiumIV.

În cadrul aceleiaşi familii, microprocesoarele sunt compatibile între ele.

Microprocesoarele nu sunt altceva decât unităţi centrale de calculator (CPU – Central Processing Unit) încorporate într-o singură capsulă de circuit integrat.

Ele vor citi instrucţiunile unui program dintr-un bloc de memorie, le vor decodifica şi vor executa comenzile formulate în însuşi codul instrucţiunii. Pentru a citi din blocul de memorie externă codul instrucţiunii ce urmează a fi executată, microprocesorul va trebui să genereze o adresă pe care o va pune la dispoziţie memoriei, până când din celula selectată pe baza acestei adrese va apare data cerută. Pentru a putea „menţine” starea liniilor de adresă pe durata întregii operaţii de citire, microprocesorul va trebui să posede un element memorator intermediar, pe care-l vom numi registrul tampon de adrese AB (Adress Buffer). Informaţia codificată, citită din memorie o vom depune temporar, de asemenea într-un registru intermediar numit registrul tampon de date DB (Data Buffer).

Liniile electrice pe care se va genera cuvântul binar de adresă le vom numi magistrala de adrese ABUS (Adess Bus), iar pe cele dedicate datelor citite/ scrise în memorie, magistrala de date DBUS (Data Bus). Z80 este un microprocesor pe 8 biţi, cu 16 linii de adresă.

In interiorul calculatoarelor toate informaţiile sunt reprezentate sub forma unor numere binare, sau sub forma unor grupe de biţi.

Sistemul cel mai potrivit s-a dovedit a fi cel hexazecimal, cel care admite şaisprezece cifre distincte (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F).

Structura internă a microprocesorului Z80, organizată pe blocuri funcţionale, este prezentată în figura alăturată. (UAL – Unitatea aritmetică şi logică;

RI – Registrul de instrucţiuni;

UCC – Unitatea de comandă şi control.)