286er

Intel CPU 80286 im PGA-Gehäuse für 8 Mhz.

Der Intel 80286 war ein Mikroprozessor der Firma Intel, der am 1. Februar 1982 als Nachfolger des 8086 auf den Markt kam. Der 286er – wie der 80286 häufig auch genannt wird (gesprochen Zweisechsundachtziger) – wurde zunächst in Büro-Mikrocomputeranlagen eingebaut, die unter Unix liefen. 1984 brachte dann die Firma IBM den Nachfolger des IBM PC XT, den IBM PC AT, heraus, auf 80286-Basis. Fast ausschließlich durch die AT-Computer und deren Nachbauten fand der 80286 Verbreitung. Die DDR versuchte kurz vor der Wende, unter der Typenbezeichnung U80601 diese CPU nachzubauen. Obwohl der Nachbau nicht hundertprozentig war, wurde sie im Robotron EC 1835 verbaut.

Protected Mode

Intel CPU 80286 im PLCC-Gehäuse für 10 Mhz

Siemens CPU 80286

Harris 80286-16 im PLCC-Sockel

IBM 80286 für 8 MHz im PGA-Gehäuse.

Bezüglich seines Befehlssatzes ist der 80286 abwärtskompatibel zum 8086, er führte aber einen zusätzlichen Betriebsmodus ein: den Protected Mode. Der zum 8086 abwärtskompatible Betriebsmodus erhielt die Bezeichnung Real Mode. Die Bezeichnung Real Mode wurde derart geläufig, dass sogar bis heute häufig über den 8086 und dessen Bruder 8088 vereinfachend gesagt wird, sie würden im Real Mode laufen, denn im Real Mode war der 80286 fast vollständig softwarekompatibel zum 8086 − einschließlich der Beschränkung auf 1 MB Adressraum.

Der Protected Mode dagegen erlaubt es, über den 24 Bit breiten Adressbus bis zu 16 MB zu adressieren. Die Beschränkung auf maximal 64 KB große Segmente blieb jedoch auch in diesem Betriebsmodus bestehen – alle Adressregister waren nach wie vor nur 16 Bit breit. Allerdings konnte ein Segment auf eine nahezu beliebige Adresse im 24-Bit-Adressraum gelegt werden. Nur so erschloss sich für Programmcode der gesamte Adressraum.

Der Protected Mode unterstützte Multitasking, Speicherschutz und weitere, im Real Mode nicht verfügbare Erweiterungen. Obwohl der Protected Mode schwieriger zu programmieren war als der Real Mode, bot er eine Vielzahl von Vorteilen und neuen Möglichkeiten. Die Entwickler von Intel glaubten, dass alte Programme, die sich an gewisse Regeln hielten, unverändert im neuen Modus laufen würden. In der Praxis zeigte sich jedoch, dass aufgrund vieler Probleme mit der PC-Architektur und dem Betriebssystem MS-DOS fast keine Real-Mode-Programme im Protected Mode lauffähig waren.

Die CPU konnte zwar relativ einfach in den Protected Mode geschaltet werden – der Weg zurück war jedoch nur über einen Trick, einen internen Prozessor-Reset, möglich. Es wurde viel spekuliert, warum Intel keine einfachere Möglichkeit bot, vom Protected Mode in den Real Mode zurückzukehren – die am häufigsten angeführten Gründe sind:

• Intel betrachtete den Protected Mode als derart überlegen, dass niemand in den Real Mode würde zurückschalten wollen.
• Ein entsprechender Befehl sei vorgesehen gewesen, er habe jedoch nicht richtig funktioniert und wurde vor Markteinführung kurzfristig stillgelegt.
• Ein Designfehler an der Mikroarchitektur des 80286 habe ein problemfreies Zurückschalten nicht ohne tiefgreifende Veränderungen an dieser ermöglicht.
• Die Implementierung des Befehls wurde schlicht und einfach vergessen.

Memory Extender

1987, mit Windows 2.1, realisierte die Firma Microsoft zum ersten Mal einen sogenannten Memory-Extender, der den Protected Mode des 80286 zu Hilfe nahm. Mit solchen Memory-Extendern kann aus DOS heraus Speicher oberhalb der 1-MB-Grenze und des High Memory, das sogenannte Extended Memory genutzt werden.

1988 wurde dieser Zugriff standardisiert. Der Standard hieß LIM, abgeleitet von den Anfangsbuchstaben der Unternehmen, die sich um die Standardisierung bemüht hatten: Lotus, Intel und Microsoft. Die Memory-Extender hießen XMS-Extender. Der bekannteste unter ihnen wurde der ab 1990 mit DOS 5.0 mitgelieferte Extender Himem.sys.

DOS-Extender und Windows

Ab 1990 kamen dann auch DOS-Extender zur verbesserten Nutzung des Protected Mode der 80286- und 80386-Prozessoren auf.

Bis Windows 3.0 wurde der Real-Mode des PC/XT (8086/88) unterstützt, bis Windows 3.1 der Standard-Mode (d.h. der 16-Bit Protected Mode) des AT (80286). Windows 3.11 bzw. Windows 95 liefen allerdings nur noch im Extended-Mode (d.h. 32-Bit Protected Mode), der einen 80386-Prozessor oder höher erfordert.

Architektur

Architektur des 80286.

• Max. adressierbarer Speicher: 16 MB
• Verarbeitungsbreite: 16 Bit
• Datenbus: 16 Bit
• Adressbus: 24 Bit

Technische Daten

• L1-Cache: nicht vorhanden
• L2-Cache: nicht vorhanden
• Bauform: PGA, PLCC oder LCC mit 68 Pins
• Betriebsspannung (VCore): 5V
• Erscheinungsdatum: 1982
• Fertigungstechnik: 1,5 µm
• Die-Größe: 47 mm² bei 134.000 Transistoren
• Taktraten:
  • 4 MHz (Diese Version war nur für kurze Zeit erhältlich. Der externe Takt beträgt 8 MHz.)
  • 6 MHz
  • 8 MHz
  • 10 MHz
  • 12 MHz
  • 16 MHz
  • 20 MHz (nur Harris CS80C286-20 und AMD N80L286-20(?))
  • 25 MHz (nur Harris CS80C286-25)

Siehe auch

• Liste von Mikroprozessoren
• Am286

Literatur

• C. Vieillefond: Programmierung des 80286. SYBEX Verlag, 1987, ISBN 3-88745-668-8. 

Weblinks

• Intel 80286 – Informationen und Fotos der verschiedenen Versionen bei cpu-collection.de (englisch)
• Aus Anlaß 20 Jahre PC-Programmierung: Wie kriege ich Hauptspeicher?

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