Nghiên cứu tìm hiểu về thế hệ VXL 80486 (SL, DX, DX2, DX4,...)

Một vài thông số về BXL i486 FPO number Part Number Specification number Trong đó : Part nuber: Phần số quan trọng nhất cung cấp thông tin về các bộ xử lý nh tốc độ, gói loại, và t

Trêng §¹i Häc C«ng NghiÖp Hµ Néi

Khoa c«ng nghÖ th«ng tin

******

T×m HiÓu ThÕ HÖ Vi Xö Lý Intel i80486

(SL, SX, DX, DX2, DX4, )

-Nhãm thùc hiÖn: N hãm 17

Líp : KTPM2 K6.

Thµnh viªn trong nhãm:

1.NguyÔn Thu Th¾ng 2.L¬ng TuÊn Thanh 3.NguyÔn Duy Thanh 4.NguyÔn M¹nh Th¾ng 5.Th¸i V¨n Thµnh

Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn TuÊn Tó.

Hµ Néi, ngµy 20 th¸ng 05 n¨m 2012

Mục Lục

1

Giới thiệu chung về Bộ xử lý 80486 (BXL i80486) ………3

2.Tập thanh ghi của i80486 ……… 5

3.Các chế độ vận hành của i80486 ……… 6

4.Các thế hệ của BXL i80486 ……… 6

5.Kết luận ……… ……… 17

6.Tài liệu đ ợc lấy từ mã nguồn … ……… 17

Đề Tài: Nghiên cứu tìm hiểu thế hệ vi xử lý 80486

Trả lời :

1 Giới thiệu chung về Bộ xử lý 80486 (BXL i80486 )

CPU-80486DX đợc phát hành năm 1989 Đó là bộ xử lý 32bit chứa 1.2 triệu transistor Khả năng quản lý bộ nhớ tối đa giống nh 80386 nhng tốc độ thi hành lệnh

đạt đợc 26.9 MIPS ( Xem milion instruction per second - triệu lệnh mỗi giây) tại xung nhịp 33 MHz Nó có các thanh ghi 32Bit, Bus địa chỉ và Bus dữ liệu có độ rộng 32Bit Các BXL này hỗ trợ rất mạnh cho các hệ điều hành đa nhiệm Do có Bus dữ liệu có độ rộng 32Bit nên có thể truy xuất 4Byte dữ liệu một lúc Bus địa chỉ rộng 32Bit nên có thể quản lý đợc đến 232= 4Gbyte bộ nhớ vật lý Mặc dù có không gian nhớ vật lý là 4Gbyte nhng không gian nhớ ảo có thể lên tới 64TB

1.1 Một vài thông số về BXL i486

FPO number

Part Number

Specification number

Trong đó :

Part nuber: Phần số quan trọng nhất cung cấp thông tin về các bộ xử lý nh tốc độ, gói loại, và tích hợp các tính năng

FPO number: gồm 8 ký tự Ký tự đầu tiên là một mã quốc gia, nơI đó đợc xử lý sản xuất Ký tự thứ hai là một chữ số cuối cùng trong năm nơi đã đợc xử lý và sản xuất

Ký tự thứ ba là số tuần khi CPU đó được sản xuất Các ký tự còn lại có rất nhiều mã

số nhận biết

Specification number: cho biết thông tin về hãng, năm sản xuât

1.2 BXL i486 có khả năng hoạt động trong hai chế độ thực (Real Mode) và bảo vệ (Protected Mode) Trong chế độ thực (chế độ này tơng thích đợc với DOS) dung luợng địa chỉ có thể xử lý là 1MB Trong chế độ bảo vệ, nó có thể địa chỉ hóa tới 4GB Ngoài ra 80486 còn có khả năng vận hành trong chế độ 8086 ảo (Virtual 8086 Mode), chế độ này cho phép hệ điều hành chia con 80486DX ra thành nhiều phần mà mỗi phần tơng đơng với một bộ vi xử lý 8086, chúng có riêng 1MB không gian nhớ và cho phép các 8086 này chạy chong trình riêng của nó

1.3 Mặc dù vậy i486 vẫn có những điểm giống với i386 và nó cũng có những cải tiến nhất định :

Về mặt phần mềm: Tập lệnh (Instruction Set) của 486 rất giống với 386 chỉ có thêm một số lệnh mở rộng

Về mặt phần cứng: Kiến trúc của 486 có một sự cải tiền rộng lớn Nó có một chíp hợp lệnh và bộ đệm dữ liệu, riêng các BXL DX có thêm FPU (Floating Point Unit - Bộ

đồng xử lý toán học) Các BXL i486 thực hiện cách tổ chức đờng ống (Pipeline) nhờ vậy mà tốc độ của 486 nhanh hơn nhiều lần so với 386 Nhiều lệnh nếu thực hiện ở

386 mất 3 chu kỳ đồng hồ thì ở 486 chỉ mất 1 chu kỳ đồng hồ Sử dụng Cache Internal nên loại trừ đợc độ trễ khi sử dụng Cache External 8KB (hoặc 16KB) Cache Internal

đợc dùng để lu dữ liệu và lệnh nên tăng đáng kể tốc độ xử lý Có thiết kế 4 chân DP0-DP3 (Data Parity) để kiểm tra tính chẵn lẻ của hệ thống, mỗi chân cho mỗi byte từ D0-D31

Nếu bộ xử lý 80386 là bộ xử lý CISC thuần túy với bộ đồng xử lý toán học 80387 nằm bên ngoài bộ xử lý 80386, thì bộ xử lý 80486 là một bộ xử lý hỗn tạp CISC và RISC với bộ đồng xử lý toán học và với 8K cache nằm bên trong bộ xử lý 80486

1.4 Trong bộ xử lý 80486, một số lệnh thờng dùng, ví dụ nh lệnh MOV, dùng mạch điện (kỹ thuật RISC) để thực hiện lệnh thay vì dùng vi chơng trình nh trong các CPU CISC thuần túy Nh thế thì các lệnh thờng dùng này đợc thi hành với tốc độ nhanh hơn Kỹ thuật ống dẫn cũng đợc đa vào trong bộ xử lý 80486

1.5 Với các kỹ thuật RISC đợc đa vào, bộ xử lý 80486 nhanh hơn bộ xử lý

80386 đến 3 lần (nếu tốc độ xung nhịp là nh nhau)

1.6 Bộ xử lý 80486 hoàn toàn tơng thích với bộ xử lý 80386 và nh thế nó có các chế độ vận hành giống nh 80386 (sẽ nói ở phần sau)

1.7 Bộ xử lý 80486 tỏ ra rất mạnh đối với các chơng trình cần tính toán nhiều và các chơng trình đồ họa, vì bộ đồng xử lý toán học nằm ngay trong bộ xử lý

80486 Hàng chờ lệnh của bộ xử lý 80486 là 32 byte

2 Tập thanh ghi của i80486

2.1 Các thanh ghi đa dụng và thanh ghi con trỏ đợc mở rộng thành thanh ghi 32 bit đợc gọi tên là: EAX, EBX, ESP, EDI Tuy nhiên ta vẫn có thể sử dụng các thanh ghi 16 bit (AX, BX, ) ) hoặc 8 bit (AH, AL, BH, BL ) giống nh các thanh ghi 16 bit hoặc 8 bit của bộ xử lý 8086

2.2 Chiều dài các thanh ghi đoạn vẫn giữ nguyên 16 bit nhng có thêm hai thanh ghi đoạn thêm là FS và GS Các thanh ghi FS và GS đợc dùng giống nh thanh ghi ES Nghĩa là CPU-80486 quản lý đợc bốn đoạn dữ liệu

2.3 Thanh ghi trạng thái SR (Status register) và thanh ghi đếm chơng trình PC (program counter) cũng đợc nâng lên 32 bit Ngoài các bit trạng thái đã thấy trong thanh ghi trạng thái của CPU-8086 (C, Z, S, …) thanh ghi trạng thái của CPU-80486 còn có thêm các bit trạng thái nh sau:

- IOP (Input/Output protection: bảo vệ vào/ra): Đây là hai bit trạng thái dùng trong chế độ bảo vệ để xác định mức u tiên mà một tiến trình phải có để có thể thâm nhập một vùng vào ra Chỉ hệ điều hành mới có quyền dùng các bit này

- N (Nested task: tiến trình lồng vào nhau): Trong chế độ bảo vệ, các

hệ điều hành dùng bit này để biết có nhiều tiến trình đang vận hành và ít nhất có một tiến trình đang bị gián đoạn

- R (Resume: tải trục): Bit này cho phép một tiến trình đợc tiếp tục vận hành lại sau khi bị gián đoạn

- V (Virtual 8086 mode: chế độ 8086 ảo): Bit này cho phép 80486

đang vận hành ở chế độ bảo vệ, chuyển sang chế độ 8086 ảo:

3 Các chế độ vận hành của i80486

CPU-80486 có thể vận hành theo một trong ba chế độ khác nhau: chế độ thực (real mode), chế độ bảo vệ (protected mode) và chế độ 8086 ảo (virtual 8086 mode) Chế

độ vận hành của CPU phải đợc thiết lập trớc bằng phần cứng

- Chế độ thực: chế độ thực của bộ xử lý 80486 hoàn toàn tơng thích với chế độ vận hành của bộ xử lý 8086 Trong chế độ này, không gian địa chỉ của

80486 bị giới hạn ở mức 220 = 1MB giống nh không gian địa chỉ của 8086 mặc dù bus địa chỉ của 80486 có 32 đờng dây

- Chế độ bảo vệ: (Còn gọi là chế độ đa nhiệm) chế độ bảo vệ đã đợc

đầu tiên đa vào bộ xử lý 80286 Chế độ này cho phép bộ xử lý 80486 dùng hết không gian địa chỉ của nó là 232 = 4096 MB và cho phép nó vận hành dới một hệ điều hành

đa nhiệm Trong hệ điều hành đa nhiệm, nhiều tiến trình có thể chạy đồng thời và đợc bảo vệ chống lại các thâm nhập trái phép vào vùng ô nhớ bị cấm

- Chế độ 8086 ảo: Chế độ này cho phép thiết lập một kiểu vận hành đa nhiệm trong đó các chơng trình dùng trong chế độ thực, có thể chạy song song với các tiến trình khác

- Nguồn bởi: http://vocw.ctu.edu.vn/content/m10851/latest/

4 Các thế hệ của BXL i80486

BXL i486DX có nhiều loại khác nhau: i486DX, i486DX2, i486DX4, i486DX OverDrive (Có hai loại 168 Pins và 169 Pins), RapidCAD Các BXL có đuôi DX có tốc độ bằng tốc độ Mainboard, DX2 có tốc độ gấp đôi tốc độ Mainboard, DX4 có tốc

độ gấp 3 lần tốc độ Mainboard Trên các Mainboard 486, bạn có thể chọn tần số Mainboard và hệ số nhân (Multiplier) sao cho đúng với tốc độ CPU, không nhất thiết phải là x2 hay x3 hay x4 theo tên gọi.Ví dụ i486DX4-100MHz có thể Set là 50x2 hay 33x3 hay 24x4

Cấu trúc của BXL i486DX2

4.1 Một cải tiến mới của i486 là gộp MCP ( Mathco- Processor: Bộ đồng xử

lý toán học ) vào ngay trong CPU Do các PC càng lỗi thời nên cần nâng cấp PC I486 hổ trợ các đợt nâng cấp CPU - ở đó, các CPU dùng 1 xung nhịp bên trong nhanh hơn có thể, đợc chèn vào hệ thống hiện có Công nghệ đó gọi là Over Dride

4.2 Năm 1991, Intel phát hành 80486SX và 486DX50 Cả hai đều cùng chung tính năng định địa chỉ 32bit, 1 đờng truyền data 32bit và 8Kb bộ nhớ cache ngay trên chip

- 486DX sử dụng công nghệ 1 m, 1,2 triệu transistor, bộ nhớ mở rộng 4GB; gồm các phiên bản 25 MHz, 35 MHz và 50 MHz (0,8

m) 486DX50 hoạt động ở tốc độ xung nhịp 50Mhz, ở đó nó vận hành ở mức 41.1 MIPS ( Mega Instructions Per Second - triệu lệnh mỗi giây)- Không nâng cấp lên overdrive đợc vì không có phiên bản 3V

- 486SX (năm 1991) dùng trong dòng máy tính cấp thấp, có thiết kế giống hệ

486DX nhng không tích hợp bộ đồng xử

lý toán học i486SX có 2 ver 25Mhz và 33Mhz Có mức thiết kế 3V và 5V ở mức 33Mhz Hoạt động ở tốc độ 26.9

MIPS

4.3 Các CPU OverDriver đầu tiên :

486DX2/50 và 486DX2/66 (DX2 chỉ rõ IC

đang dùng 1 xung nhịp bên trong nhân đôi tần

số của hệ thống)

- Các CPU OverDriver có các bộ đồng xử

lý toán học bên trong

- i486DX2/50 chạy ở tần số 25Mhz và CPU vận hành ở mức 40.5 MIPS

- I486DX2/66 chạy ở tần số 33Mhz và CPU vận hành ở mức 54.5 MIPS

4.4 Năm 1992, Inetl phát hành CPU 80486SL

(phiên bản nguồn điện thấp) Data bus là

32bit, Add bus 32bit, 8KB cache trên bo và

MCP tích hợp

4.5 1993 : bổ sung 3 đời CPU :

80486DX2/40 , 486SX/SL enhanced,

486DX/SL

- 486DX2/40 (20Mhz - 21.1MIPS)

- 486SX/SL (33Mhz - 26.9 MIPS)

- 486DX/SL (33Mhz - 26.9 MIPS)

4.6 1994 : Phát hành 486DX4 OverDrive Thiết bị overdrive 3.3V này là các

bộ nhân ba xung nhịp Do đó i486DX4/100 chạy ở tốc độ xung nhịp mainboard 33Mhz

Danh sách các BXL i486DX:

i486DX

-25 i486DX -33 i486DX -50 i486DX2 -50 Giới thiệu 10/04/89 07/05/90 24/06/91 03/03/92 Tốc độ 25Mhz(25x1) 33Mhz(33x1) 50Mhz(50x1) 50Mhz(25x2)

Số lợng Transistors 1.2 triệu 1.2 triệu 1.2 triệu 1.2 triệu

Công nghệ sản xuất CMOS1.0m CMOS1.0m CMOS0.8m CMOS0.8m

Kích thớc

Kích thớc thanh ghi 32 Bit 32 Bit 32 Bit 32 Bit

Bus dữ liệu 32 Bit 32 Bit 32 Bit 32 Bit

Bus địa chỉ 32 Bit 32 Bit 32 Bit 32 Bit

Khả năng định địa chỉ

Đóng gói Ceramic

PGA 168 Pins

Ceramic PGA 168 Pins

Ceramic PGA 168 Pins

Ceramic PGA 168 Pins

i486DX2 - 66 i486DX4 - 75 i486DX4 -100 Giới thiệu 10/08/92 07/03/94 07/03/94

Tốc độ 66Mhz (33x2) 75Mhz (25x3) 100Mhz(33x3)

Số lợng Transistors 1.2 triệu 1.6 triệu 1.6 triệu

Công nghệ sản xuất CMOS 0.8m CMOS 0.6m CMOS 0.6m

Kích thớc thanh ghi 32 Bit 32 Bit 32 Bit

Bus địa chỉ 32 Bit 32 Bit 32 Bit

Khả năng định địa chỉ

Đóng gói Ceramic

PGA 168 Pins CeramicPGA 168 Pins CeramicPGA 168 Pins

*CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor

**PGA: Pin Grid Array

4.7 Các BXL i486DX OverDrive: Các BXL

OverDrive là một dòng BXL 486 đợc sản xuất

với mục đích nâng cấp các máy tính cá nhân

mà không cần phải lo lắng bo mạch chủ

(Mainboard) không hỗ trợ các BXL tốc độ

cao hơn Có hai loại BXL OverDrive là ODP

(OverDrive Processor) có 169 Pins,

ODPR (OverDrive Processor Replacement) có 168 Pins Các BXL

OverDrive thờng đợc bán với tản nhiệt gắn sẵn

Số lợng

Transistors

Công nghệ

sản xuất

Dung lợng

Điện áp sử

Kích thớc

Bus dữ

Bus địa

Khả năng

định địa

chỉ bộ nhớ

PGA 169 Pins CeramicPGA 168 Pins CeramicPGA 169 Pins CeramicPGA 168 Pins CeramicPGA 169 Pins

Giới thiệu

Tốc độ

Số lợng

Transistor

s

Công nghệ

Kích thớc

Dung lợng

Điện áp sử

Kích thớc

thanh ghi

Bus dữ

Bus địa

định địa

chỉ bộ nhớ

Bộ nhớ ảo

Đóng gói

Ceramic

PGA 169 Pins CeramicPGA 168 Pins CeramicPGA 169 Pins CeramicPGA 168 Pins CeramicPGA 169 Pins CeramicPGA 168 Pins

- ODP: OverDrive Processor (Hệ thống xử lý tăng tốc)

- ODPR: OverDrive Processor Replacement (Hệ thống xử lý tăng tốc thay thế)

Intel RapidCAD: Đây là một dạng đóng gói đặc biệt của BXL i486DX, nó không có

bộ nhớ đệm bên trong và có chân cắm giống với các BXL i386

32 bit số

hiệu

A31 – A2 BE3#

BE2#

BE1#

BE0#

Cho phép byte

Bus

địa chỉ

32 bit

M/IO#

DC#

Data Bus

ADS#

RDY#

INTR RESET NIMI AHOLD EADS#

KENS FLUSH#

Điều khiển

cache

Vô hiệu

cache

Bus điều

khiển

Các tín hiệu

ngắt

PWT PCD FERR IGNNE#

A20M#

Bus địa chỉ

thứ 20

32 bit số

hiệu

W/R#

CCK#

PLOCK#

#$#

Định nghĩa chu kỳ BUS

HOLD HALD BOFF#

BREQ#

Trọng tải BUS

BRDY#

BLASH

Điều khiển chế

độ BUS

BS8#

BS16#

Điều khiển bề rộng BUS

DP3

DP1 DP2

D0-D31

Bus điều

khiển

Điều khiển

cache trong

nhớ

Báo lỗi số

học

Sơ đồ chân cắm của BXL i486 (169 Pins (17x17)):

Các nhóm chân tín hiệu của 80486 Một nhóm chân tín hiệu mới trong 486 là nhóm chẵn lẻ CP0 đến CP3 và PCHK# Các tín hiệu này cho phép 486 thực hiện phát và kiểm tra chẵn lẻ cho việc đọc/viết bộ nhớ Nhóm tín hiệu mới khác nàylà tín hiệu sẵn sàng truyền khối (burst mode) BRDY#, và tín hiệu kết thúc khối BLAST# Các tín hiệu nay dùng để điều khiển chế độ đọc viết một khối dữ liệu

- Trong chế độ làm việc bình thờng, một chu kì bus không có trạng thái đợi chiếm mất

2 chu kì đồng hồ giống nh trong 8036 Trong chế độ burst, thời gian cần thiết để truyền tải dữ liệu

giảm xuống còn 1 chu kì nhịp đồng hồ

Trong đó :

Usually 2.0x or 3.0x, though it can be 2.5x or 4.0x, depending on the chip

DP0 - DP3 Data Parity pins.

MP# Math-coprocessor Present When pulled low, the processor enters a powered-down tristate mode, allowing the math-coprocessor to take control.

UP# Upgrade Present ( hiÓn thÞ n©ng cÊp toµn diÖn) When pulled low, theprocessor enters a powered-down tristate mode, allowing an upgrade processor

to take control

WB/WT# Write-Back / Write-Through ( Ghi lại/ ghi suốt)

Kết luận: Giúp chúng ta có thể nhận biết đợc sự phát triển của bộ vi xử lý từ năm

1971 kể từ khi BXL 4004 4 bit ra đời cho đến nay, có cái nhìn tổng quát hơn về BXL

80486 và sự ra đời của Pentium sau này dựa trên nhiều BXL 80486

Tài liệu đợc lấy từ mã nguồn:

http://vi.wikipedia.org/wiki/CPU_Intel#BXL_32bit_vi_ki.E1.BA.BFn_tr.C3.B Ac_NetBurst_.28NetBurst_MICRO-ARCHITECTURE.29

http://www.cpu-world.com/info/id/Intel-80486-identification.html

http://vocw.ctu.edu.vn/content/m10851/latest/

http://baigiang.violet.vn/present/show/entry_id/269077

http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Intel_i486