UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE MECÁNICA ELÉCTRICAELECTRÓNICA 6

Grupo 1 

MICROPROCESADOR 80286

 Luis Edyn Pop Castro 200915690

Freddy Fernando Chang Chau 200819280Héctor David Concohá Cax 200819972

Guatemala, agosto de 2013

Microprocesador 80286

DEFINICIÓN:

Es un microprocesador de 16 bits de la familia x86. Fue lanzado al mercado por Intel el 1 de febrero de 1982. Cuenta con 134.000 transistores. Las versiones iniciales del i286 funcionaban a 6 y 8 MHz, pero acabó

alcanzando una velocidad de hasta 25 MHz. Fue el microprocesador elegido para equipar al IBM Personal

Computer/AT. A pesar de su gran popularidad, hoy en día quedan pocos ordenadores

con el i286 funcionando. El sucesor del i286 fue el Intel 80386, de 32 bits.

HISTORIA:

Tras las versiones iniciales a 6 MHz y 8 MHz, Intel lanzó un modelo a 12,5 MHz. AMD y Harris ampliaron esa velocidad a 20 MHz y 25 MHz, respectivamente. En promedio, el 80286 tenía una velocidad de unas 0,21 instrucciones por ciclo de reloj.

El modelo de 6 MHz operaba a 0,9 MIPS, el de 10 MHz a 1,5 MIPS, y el de 12 MHz a 1,8 MIPS.

MEJORAS RESPECTO AL ANTERIOR PROCESADOR:

El rendimiento del 80286 por ciclo de reloj es más del doble que el de sus predecesores, el Intel 8086 y el Intel 8088.

El cálculo de los modos de direccionamiento más complejos (como base + índice) utilizaba menos ciclos de reloj porque era realizado por un circuito especial en el 286;

Además, las operaciones matemáticas complejas (como MUL/DIV) tomaban menos ciclos que en el 8086.

Al tener un bus de direcciones de 24 bits, es capaz de direccionar hasta 16 MiB de memoria RAM, mientras que el 8086 solo puede direccionar 1 MiB.

El i286 fue diseñado para correr aplicaciones multitarea, incluyendo comunicaciones (como PBX automatizadas), control de procesos en tiempo real y sistemas multiusuario.

El último nivel E-stepping del 80286 fue un muy limpio CPU, libre de varios errores significativos que causaron problemas para los programadores y los escritores de sistemas operativos en los primeros CPU B-step y C-step (comunes en los AT y los clones AT).

CARACTERÍSTICAS:

Bus de datos de 16 bits. Direccionamiento ampliado de 24 bits. Optimización del tiempo de ejecución de instrucciones. Dos modos de trabajo: Modo Real y Modo Protegido(Fue el primer

procesador x86). Permitía la ampliación de memoria hasta valores imaginado de 16 Mb

de RAM. En el IBM PC/AT, IBM añadió circuitería externa como también código

especializado en el ROM BIOS.

DIAGRAMAS DE CONEXIÓN:

MICROARQUITECTURA DEL 80286:

El rendimiento del 80286 por ciclo de reloj es más del doble que el de sus predecesores, el Intel 8086 y el Intel 8088. De hecho, el aumento del rendimiento por ciclo de reloj puede ser el mayor entre las diferentes generaciones de procesadores x86. El cálculo de los modos de direccionamiento más complejos (como base + índice) utilizaba menos ciclos

de reloj porque era realizado por un circuito especial en el 286; el 8086 tenía que realizar el cálculo de la dirección efectiva en la ALU general, lo cual tomaba muchos ciclos.

El i286 fue diseñado para correr aplicaciones multitarea, incluyendo comunicaciones (como PBX automatizadas), control de procesos en tiempo real y sistemas multiusuario.

El último nivel E-stepping del 80286 fue un muy limpio CPU, libre de varios errores significativos que causaron problemas para los programadores y los escritores de sistemas operativos en los primeros CPU B-step y C-step (comunes en los AT y los clones AT).

ARQUITECTURA INTERNA 80286 DE INSTRUCCCIONES:

Extrae sus instrucciones de la memoria, pero la hace de una manera diferente los anteriores. Los primeros microprocesadores obtenían una instrucción, este proceso continuaba a partir de una asignación en forma circular al momento que el microprocesador ejecutaba el software.

El 80286 todavía saca instrucciones de la memoria pero cuando ejecuta una orden, el microprocesador ya ha extraído la sig. Y ha iniciado su procesamiento. La memoria primero busca o lee la instrucción, luego el microprocesador decodifica la instrucción y la ejecuta. El microprocesador 80286 hace uso de la mayor parte del tiempo desocupado del bus.

Mientras se busca una instrucción, decodifica una segunda y efectúa una tercera.(a esta forma se le llama ejecución en cascada). La información se alimenta dentro del microprocesador a través de los buses del sistema, donde el microprocesador la codifica y la traslada a la unidad de ejecución para su cumplimiento.

LA ESTRUCTURA INTERNA DEL 80286. CONTIENE CUATRO FASES:

Estas unidades internas son la unidad del bus (BU), la unidad de instrucción (IU), la unidad de ejecución (EU) y la unidad de dirección (AU).

La unidad del bus (BU). Controla los buses del sistema y distribuye información entre el microprocesador y la memoria de E/S. También pasa información entre ella y la unidad de dirección, como entre la unidad de ejecución y la unidad de instrucción.

La cola de pre búsqueda almacena y después pasa los códigos de operación de la (BU) Y la (LU). La cola de pre búsqueda en el microprocesador 80286almacena 6 bytes de código de operación.

La unidad de instrucción (LU). Recibe los códigos de operación desde la BU mediante la cola del buffer y los decodifica y ya codificados pasan a otra cola llamada cola de instrucción localizada entre la LU y la unidad de ejecución. También pasa información entre ella y la unidad de dirección, como entre la unidad de ejecución y la unidad de instrucción.

La unidad de ejecución (EU). Recibe la orden decodificada de la cola de instrucciones.

La unidad de dirección (AU). Genera todas las órdenes para la memoria y los accesos de E/S.

TARJETA MADRE PARA EL MICROPROCESADOR:

La AT, basado en el estándar IBM PC-AT, fue estándar absoluto durante años, desde los primeros microprocesadores Intel 80286 hasta los primeros Pentium II y equivalentes incluidos. Estas tarjetas madre, en sus primeras versiones son de diseño y características elementales; carecen de accesorios integrados limitándose únicamente a los circuitos, componentes y pastillas básicos para su funcionamiento, al igual que las XT. Durante este período casi todos los accesorios para computadora venían acompañados de una tarjeta controladora que había que instalar y configurar manualmente, ya que la tecnología de estas tarjetas madre no aportaba funciones para conectar y funcionar (Plug & Play), lo que hacía que la instalación, o al menos la configuración de estos dispositivos tuviera que ser realizada por personal calificado que supiera lidiar con los limitados recursos que ofrecía la placa base.

INSTRUCCIONES, REGISTROS DEL MICROPROCESADOR:

Compartiendo el mismo conjunto de instrucciones que 8086.

La diferencia entre estos, es el tipo de trabajo que este procesador puede realizar, puesto que permite trabajar en dos modos distintos y conseguir la multitarea. Puede trabajar en modo real exactamente igual al 8088 y 8086, direccionando como máximo 1 megabyte, y en modo protegido, reservando memoria par distintos programas de manera que puede ejecutar varios programas al mismo tiempo.

EJEMPLOS:

Establecer posición del cursor (02h)La función 2 de INT 10h localiza el cursor en una fila y columna específicas en la página de video de su elección.MOV AH,02HMOV BH,00 ; BH = página de videoMOV DH,20 ; DH, DL = valores de fila, columna.MOV DL,52INT 10H

Función 9 de INT 21hEscribe una cadena con terminación $ en la salida estándarMOV AH,09HLEA DX,TOTALint 21hMOV AX, To add Totalventas, ax

DIV CIEN ; SE REALIZA UNA DIVISION. EL COCIENTE ES LA CENTENA(AL) , EL RESIDUO LA DECENA(AH).MOV CENTENAS, ALMOV DECENAS, AHMOV DX, 0000HADD CENTENAS, 30H ; SE LE SUMA 30H A LA VARIABLE CENTENAS PARA CONVERTIRLO EN SU EQUIVALENTE EN CODIGO ASCII

MOV AH,02HMOV BH,00MOV DH,20MOV DL,61INT 10H

MOV AH,06HMOV DL, CENTENASINT 21H ; IMPRIME EL VALOR DE CENTENAS

MOV AL,DECENASMOV AH,00H ;DIV DIEZ ; SE REALIZA UNA DIVISION. EL COCIENTE ES LA DECENA, EL RESIDUO LA UNIDAD.

MOV DECENAS,ALMOV UNIDADES, AHMOV DX, 0000HADD DECENAS, 30HADD UNIDADES, 30H

MOV AH,02HMOV BH,00MOV DH,20MOV DL,62INT 10H

MOV AH,06HMOV DL, DECENASINT 21H

MOV AH,02HMOV BH,00MOV DH,20MOV DL,63INT 10H

mov ah,06hMOV dl, UNIDADESint 21h

mov ah, 08hint 21h

;=========== EURO ================================================

MOV AH,02HMOV BH,00MOV DH,21MOV DL,52INT 10H

MOV AH,09HLEA DX,TOTALEint 21h

mov AX, Todiv DIEZ

MOV DECENAS,ALMOV AH,00HDIV DIEZ ; SE REALIZA UNA DIVISION. EL COCIENTE ES LA DECENA, EL RESIDUO LA UNIDAD.

MOV DECENAS,ALMOV UNIDADES, AHMOV DX, 0000HADD DECENAS, 30HADD UNIDADES, 30H

MOV AH,02HMOV BH,00MOV DH,21MOV DL,62INT 10H

MOV AH,06HMOV DL, DECENASINT 21H

MOV AH,02HMOV BH,00MOV DH,21MOV DL,63INT 10H

mov ah,06hMOV dl, UNIDADESint 21h

mov ah, 08hint 21h

DIFERENCIAS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

El 80286 contiene 134.000 transistores dentro de su estructura (360% más que el 8086). Se diseñó como un microprocesador con una arquitectura de 16 bits, pero con capacidades que le hacían muy superior a su predecesor. Con la llegada del 80286 se rompe la barrera existente en el tamaño de la memoria principal pasando del megabyte de tamaño máximo que podía direccionar el 8088. Además del aumento de velocidad de proceso en un 50 % con respecto

al 8086, el 80286 supuso el origen de uno de los principales aspectos fundamentales de los actuales sistemas informáticos: la multitarea.

El 80286 tiene un modo de trabajo denominado protegido en el que, cuando se trabaja en multitarea, se evitan las interferencias entre los diferentes procesos de las distintas tareas, proporcionando aislamiento a las distintas áreas de memoria del sistema informático, que utiliza cada tarea como zona de trabajo, para evitar que las operaciones de una de las tareas que están ejecutándose conjuntamente en un mismo período de tiempo afecten a los datos de otra de las tareas en ejecución.

La diferencia entre el 80286 y los anteriores radica en el tipo de trabajo que este procesador puede realizar, puesto que permite trabajar en dos modos distintos y conseguir la multitarea. Puede trabajar el modo real exactamente igual al 8088 y 8086, direccionando como máximo 1 Megabyte, y en modo protegido, reservando memoria para distintos programas de manera que puede ejecutar varios programas al mismo tiempo. La velocidad de este procesador está comprendida entre 8 MHz y 16 MHz, pudiéndole añadir un coprocesador matemático 80287 de manera que la rapidez en el cálculo sea considerable.

Bus de datos de 16Bits. Direccionamiento ampliado de 24Bits. Optimización del tiempo de ejecución de instrucciones. Dos modos de trabajo: Real y Protegido.

Con 24Bits de bus de direcciones, el 286 permitía la ampliación de memoria hasta valores imaginados: 16MB de RAM.

A pesar de esto, era raro el 286 que tenía más de 4MB de RAM, pues el precio de la memoria en aquellos tiempos era muy costoso: Llegó a ser de hasta 10.000 Ptas el MB.

Antes hemos dicho que el 286 tenía dos modos de trabajo: Real y Protegido. El modo real de trabajo es el estándar del 8088/8086, con la limitación de 1MB de RAM. Este modo se implantó para tener la compatibilidad con los sistemas antiguos.

El modo Protegido se implantó para la integración del 286 en los sistemas multiusuario y multiprocesador de aquella época, que eran las primitivas versiones de OS/2 y UNIX. En este modo se pueden utilizar la máxima memoria de la que se disponga, mediante la carga de un driver en el CONFIG.SYS de la máquina, ya sea en MS-DOS ó DR-DOS.

Para conseguir la “multitarea” de los sistemas anteriormente reseñados, al 286 “no se le puede dejar solo” con la memoria. Es por ello por lo que el 286 incorpora una especie de “coprocesador” encargado de las colas de instrucciones y el manejo de la memoria, conceptos estos que provocan una

especie de “modo de supervisión” del trabajo realizado, concepto ya desarrollado por Motorola en su serie 68000.

Sin embargo, con el 286 comenzaron los errores de Intel, ya que había un error en el modo de trabajo virtual: En determinadas circunstancias, no se podía volver al modo real, quedando el ordenador colgado. Este fue uno de las motivos que impidió el avance del DOS. Por aquella época, se estaba preparando la versión 4.0 del MS-DOS. Esta versión incluía una serie de órdenes que permitían el trabajo en modo protegido en DOS, lo cual hubiera acabado en posteriores versiones en una especie de DOS multitarea. Lamentablemente, el fallo del 286 truncó esa esperanza, de manera que el MS-DOS 4.0 acabó con una serie de funciones y órdenes que no están documentadas en ningún sitio para que no se usen, que utilizaban las prestaciones avanzadas del 286.

Esto hubiera supuesto la muerte de la compatibilidad, ya que también se habría acabado con la barrera de los 640KB.

También apareció el coprocesador de turno, denominado 80287, con una serie de mejoras en el cálculo y en velocidad de ejecución.

1. El modo protegido permite al sistema operativo utilizar características como memoria virtual, paginación y multitarea.

2. Todas las CPUs de la serie 80286 y posteriores empiezan en modo real al encenderse el computador.

3. La arquitectura 286 introdujo el modo protegido, permitiendo, entre otras cosas, la protección de la memoria a nivel de hardware.

4. El modo protegido requirió instrucciones de software adicionales no necesarias previamente.

5. Puesto que una especificación de diseño primaria de los microprocesadores x86 es que sean completamente compatibles hacia atrás con el software escrito para todos los chips x86 antes de ellos, el chip 286 fue hecho para iniciarse en ' modo real’.

6. Los sistemas operativos DOS (MS-DOS, DR-DOS, etc.) trabajan en modo real.

APLICACIONES Y DESARROLLO EN LA INDUSTRIA:

Esta compatibilidad del software sigue siendo un sello de la familia de microprocesadores de Intel. Luego de 6 años de su introducción, había un estimado de 15 millones de PC basadas en el 286, instaladas alrededor del mundo.

El 286 tiene el honor de ser el primer microprocesador usado para crear ordenadores clónicos en masa y gracias al sistema de "licencias cruzadas" apareció el primer fabricante de clónicos "IBM compatible": Compaq, el cual

utilizando dicho microprocesador empezó a fabricar equipos de escritorio en 1985 y a utilizar los microprocesadores que Intel/IBM sacaban al mercado.

Hay que hacer notar que los CPU’s a 16 y 20MHz no los fabricaba Intel: Por aquel entonces comenzaba a despuntar la casa AMD, la cual ha dado al mundo versiones muy buenas de los CPU’s de Intel. Debemos recordar al lector que Intel no había terminado de atar los cabos de las patentes, de manera que cualquiera podía basarse en sus diseños para crear un CPU. 

También entró en escena otro fabricante: HARRIS. Si bien las CPU’s de Harris eran las más rápidas que jamás se habían visto, (¡20 MHz!), también es cierto que quiso incorporar ciertas mejoras al 286 que provocaron una serie de problemas de compatibilidad con el software, de manera que los CPU’s de Harris siempre tuvieron fama de ser problemáticos.