1 / 31

第二章 Intel 系列微处理器

第二章 Intel 系列微处理器. 第一节 Intel 系列微处理器概述. 第二节 80486 微处理器的体系结构. 第三节 Pentium 微处理器的体系结构 ( 自学 ). 第一节 Intel 系列微处理器概述. 一、 8086 ／ 8088 微处理器. 第一节 Intel 系列微处理器概述. 一、 8086 ／ 8088 微处理器. 在 8086 ／ 8088 的设计中，引入了两个重要的概念： 指令流水线 存储器分段. 8086/8088 内部结构示意图.

talen
Download Presentation

第二章 Intel 系列微处理器

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第二章 Intel系列微处理器 第一节 Intel系列微处理器概述 第二节 80486微处理器的体系结构 第三节 Pentium微处理器的体系结构(自学)

  2. 第一节 Intel系列微处理器概述 一、8086／8088 微处理器

  3. 第一节 Intel系列微处理器概述 一、8086／8088 微处理器 在8086／8088的设计中，引入了两个重要的概念： 指令流水线 存储器分段

  4. 8086/8088内部结构示意图

  5. 执行单元EU 由通用寄存器、运算数据寄存器、算术逻辑单元（ALU）及EU控制电路组成。它的主要作用是分析和执行指令。 总线接口单元BIU由段寄存器（CS、DS、SS、ES）、指令指针寄存器（IP）、内部暂存器、指令队列、地址加法器及总线控制电路组成。它的主要作用是负责执行所有的“外部总线”操作。 指令队列主要使8086/8088的EU和BIU并行工作，取指令操作、分析指令操作重叠进行，从而形成了两级指令流水线结构。

  6. 对存储器分段的理解 设有1000个座位,编号为0-999 (1)如果要找某个座位号的人,或把一个人安排到某个座位号去,可以直接给出这个座位号(0-999之一),称为物理地址 (2)如果这1000个座位不同区域坐不同年龄的人,如0-99为老年人,100-199坐中年人,200-299坐青年人…就可以将这些座位分组: 0-99 第0组的第0个到第99个 100-199 第1组的第0个到第99个 200-299 第2组的第0个到第99个 … 这样,任何一个号就可以由组号和组内的相对偏移号确定,如899为第8组第99个 实际号(物理地址)=组号*100+偏移号 组号:偏移号称为逻辑地址

  7. 对存储器分段的理解 (3)上面定义的组的长度(100)和组与组之间的间隔(100)相同,组间无重叠号,现在给出新的定义:组的长度仍为100,但组的间隔为10: 0-99 第0组的第0个到第99个 10-109 第1组的第0个到第99个 20-119 第2组的第0个到第99个 … 900-999 第90组的第0个到第99个 这样,组之间就可以重叠,一个号可以属于不同的组,如 11号可以是0组第11个,也可以是1组第1个 其实际号(物理地址)仍可由组号和组内的相对偏移号确定 实际号(物理地址)=组号*10+偏移号 组号:偏移号称为逻辑地址,对一个物理地址,其逻辑地址不是唯一的.

  8. 对存储器分段的理解 (3)现在用十六进制思维方式,把一个组长度定义为64K,即0:ffffH,组之间的间隔为16,即10h,则 实际号(物理地址)=组号*16+偏移号 或:实际号(物理地址)=组号*10h+偏移号 或:实际号(物理地址)=组号左移4位+偏移号 这就是存储器分段的概念,组号就称为段地址,偏移号称为偏移地址,段地址:偏移地址称为逻辑地址 编写程序时使用的是逻辑地址,此时,段地址和偏移地址分别用段寄存器和偏移地址寄存器给出. 相应地:每个座位就是一个存储单元,座位号就是存储单元的地址,座位上坐的人就是该存储单元存放的数据内容,存取(访问)一个存储单元必须要先给出定位该存储单元的地址,然后再读写数据.

  9. 存储器分段示意图

  10. 段寄存器为8086/8088采用存储器分段管理提供了主要的硬件支持。8086/8088可寻址的存储器空间为1MB。通过分段管理，把1MB的物理存储空间分成若干逻辑段，每段最大为64KB。段的起始单元地址叫段基址。段寄存器为8086/8088采用存储器分段管理提供了主要的硬件支持。8086/8088可寻址的存储器空间为1MB。通过分段管理，把1MB的物理存储空间分成若干逻辑段，每段最大为64KB。段的起始单元地址叫段基址。 存储器的分段方式不是唯一的，各段之间可以连续、分离、部分重叠和完全重叠。这主要取决于对各个段寄存器的预置内容。一个具体的存储单元的物理地址，可以属于一个逻辑段，也可以同属于几个逻辑段。 8086/8088的4个当前段分别称为：代码段、数据段、堆栈段、附加段

  11. 采用存储器分段管理后，存储器地址有物理地址和逻辑地址之分。CPU访问存储器时，地址总线AB上送出的是物理地址。采用存储器分段管理后，存储器地址有物理地址和逻辑地址之分。CPU访问存储器时，地址总线AB上送出的是物理地址。 编程时则采用逻辑地址，逻辑地址有段基址和段内偏移地址两部分组成，两者都是16位。

  12. 物理地址生成示意图 由16位逻辑地址变换为20位物理地址的关系如下： 物理地址=段基址*16+段内偏移 物理地址的生成是在BIU的地址加法器中完成的。

  13. 二、80286微处理器 80286是一种增强微处理器型标准16位微处理器。与8086/8088相比，结构上的改进与性能上的提高主要体现在以下几个方面： ① 内部有执行单元（EU）、总线单元（BU）、指令单元（IU）和地址单元（AU）4个独立的部分并行操作，可实现4级流水线作业，使数据吞吐率大大提高。 ② 地址总线与数据总线完全分开使用。

  14. 二、80286微处理器 ③ 存储空间有两种工作方式：实地址方式和保护虚拟地址方式（保护方式）。实地址方式有1MB的空间；保护方式有16MB的空间。 ④ 在保护方式下，4个段寄存器装入的不再是段基址，而是指向段描述符表中某个段描述符的索引值，称为段选择符。

  15. 三、80386/80486微处理器 80386/80486是针对多用户和多任务的应用而推出的32位微处理器，与80286相比，它在结构和性能上的主要特点如下： ① 内部寄存器数量明显增加，它具有全32位数据处理能力，还可以进行64位的数据运算。 ②片内存储管理部件可实现段页式存储管理，比80286可提供更大的虚拟存储空间和物理存储空间。

  16. 三、80386/80486微处理器 ③ 比80286新增了一种保护模式下的工作方式，即虚拟 8086方式。 ④ 80486增加到6级指令流水线。 ⑤ 提供了32位外部总线接口，最大数据传输速率显著提高。 ⑥ 运算速度大大加快。

  17. 各种模式下物理地址生成

  18. 各种模式下段长与容量 说明:80286保护模式,段描述符48位:24位段基址,16位段边 界,8位访问权限 80486保护模式,段描述符64位:32位段基址,20位段边 界,12位属性

  19. 80486的流水线工作示意图 第二节 80486微处理器的体系结构 一、80486的流水线

  20. 二、80486的内部寄存器 1）基本寄存器 ① 通用寄存器 有8个32位的EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP；它们的低16位可以单独访问被命名为： AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。其中AX、BX、CX、DX还可以分别分成两个8位寄存器：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。 ② 指令指针寄存器 （EIP） EIP用于保存下一条待预取指令相对于代码段基址的偏移量。它的低16位可以单独访问，称之为IP

  21. 1）基本寄存器 ③ 标志寄存器 （EFLAGS）： 32位标志寄存器 （EFLAGS）中包含三种标志：状态标志（S）、控制标志（C）和系统标志（X）。 状态标志（S）：反映指令执行过程及结果的状态。 控制标志（C）：它仅含一个标志DF，用于控制串操作指令 的地址改变方向。 系统标志（X）：它用于控制I/O、屏蔽中断、调试、任务转 换和控制保护方式与虚拟8086方式间的 转换。

  22. 1）基本寄存器 ④ 段寄存器： 80486有6个段寄存器（CS、SS、DS、ES、FS、GS），用于决定程序使用存储器区域块。其中CS指明当前的代码段；SS指明当前的堆栈段；DS、ES、FS和GS指明当前的4个数据段。 在保护方式下，80486段的长度可以在1M字节到4G字节之间变化；而在实地址方式下，段的长度最大为64KB。

  23. 基本寄存器示意图

  24. 2)系统级寄存器 系统级寄存器包括4个控制寄存器和4个系统地址寄存器。这些寄存器只能由在特权级0上运行的程序访问。 ① 控制寄存器 4个控制寄存器的作用是存放全局特性的机器状态，控制片内Cache、FPU和分段、分页单元的工作。各个控制寄存器都是32位。

  25. ② 系统地址寄存器 系统地址寄存器只在保护方式下使用，所以又叫保护方式寄存器。80486用4个寄存器把在保护方式下常用的数据基地址、界限和其他属性保存起来，以确保其快速性。 全局描述符表寄存器（GDTR48位）和局部描述符表寄存器（LDTR80位）分别用来存放GDT和LDT的32位线性基地址等内容。 中断描述符表寄存器（IDTR）用来存放中断描述符表的基址和界限。 任务寄存器TR用来存放任务状态段（TTS）的基址、界限和其它属性。

  26. ③ 调试和测试寄存器 80486提供了8个32位的可编程寄存器来支持调试功能。它还定义了5个测试寄存器，测试寄存器实际上并不是80486体系结构的标准部分，只是为了增强系统的可测性而引入的附加硬件。

  27. ④ 浮点寄存器 80486的FPU中包含有： 13个浮点寄存器，8个80位浮点数据寄存器用作固定寄存器组或硬件堆栈， 1个16位标记字寄存器用来标记每个数据寄存器的内容，1个16位控制寄存器用于提供FPU的若干处理选择项，1个16位状态寄存器用于反映FPU的总状态，2个48位的指令、数据指针寄存器的作用是为用户编写错误处理程序提供指令、数据指针。

  28. 三、80486的三种工作方式及相互转换 （1）实地址方式： 它的工作原理与8086基本相同，主要区别是80486能借助操作数长度前缀，处理32位数据，且增加了两个数据段寄存器FS和GS，提高了运行速度。 （2）保护虚地址方式： 它引入了虚拟存储器的概念。CPU可访问的物理存储空间为4GB，程序可用的虚拟地址空间为64TB。段的长度在启动页功能时是4GB，不启动页功能时是1MB。可支持多用户和单用户的多任务操作，并对各任务提供了多方面的保护机制。

  29. 三、80486的三种工作方式及相互转换 （3）虚拟8086方式： 它是一种既有保护功能又能执行8086代码的工作方式，可以说是保护方式的一种子方式。工作原理与保护虚拟地址方式下相同，但是程序指定的逻辑地址解释与8086相同，即可以和实地址方式下一样执行8086的应用程序。

  30. 80486的三种工作方式和相互转换示意图 三、80486的三种工作方式及相互转换

  31. 四、80486的外部引脚信号

More Related