微機(jī)原理及接口-02：16位和32位微處理器

1、微機(jī)原理與接口技術(shù)微機(jī)原理與接口技術(shù)之之16位和位和32位位微處理器微處理器微處理器微處理器性能指標(biāo)主要是性能指標(biāo)主要是 字長(zhǎng)字長(zhǎng)數(shù)據(jù)寬度數(shù)據(jù)寬度 主頻主頻CPU的時(shí)鐘頻率的時(shí)鐘頻率,和和CPU的運(yùn)算速度密切相關(guān)的運(yùn)算速度密切相關(guān).Pentium是最通用的是最通用的32位微處理器位微處理器 (對(duì)外數(shù)據(jù)總線采用對(duì)外數(shù)據(jù)總線采用64位位)16位和位和32位微處理器位微處理器16位微處理器位微處理器808632位微處理器位微處理器Pentium的先進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)技術(shù)Pentium的指令流水線技術(shù)的指令流水線技術(shù)Pentium的工作方式的工作方式Pentium的原理結(jié)構(gòu)的原理結(jié)構(gòu)Pentium的寄存器和

2、相關(guān)機(jī)制的寄存器和相關(guān)機(jī)制Pentium的主要信號(hào)的主要信號(hào)Pentium的總線狀態(tài)的總線狀態(tài)Pentium的總線周期的總線周期Pentium的中斷的中斷Pentium的保護(hù)技術(shù)的保護(hù)技術(shù)Pentium系列微處理器的技術(shù)發(fā)展系列微處理器的技術(shù)發(fā)展16位微處理器位微處理器80868086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu)8086的引腳信號(hào)和工作模式的引腳信號(hào)和工作模式8086的操作和時(shí)序的操作和時(shí)序8086的存儲(chǔ)器編址和的存儲(chǔ)器編址和I/O編址編址8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：16條條地址線：地址線：20條條(尋址空間尋址空間1MB)8088：準(zhǔn)：準(zhǔn)16位位 (內(nèi)部操作是內(nèi)部操作是16位位,但對(duì)

3、外的數(shù)據(jù)總線是但對(duì)外的數(shù)據(jù)總線是8位的位的)編程結(jié)構(gòu)編程結(jié)構(gòu)CPU的性能和使用方法:使用者和程序員角度總線接口部件（總線接口部件（BIU）功能功能 負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)端口傳送數(shù)據(jù) 具體講具體講 取指取指 執(zhí)行中訪存執(zhí)行中訪存 I/O組成組成 4個(gè)段地址寄存器：個(gè)段地址寄存器：CS、DS、ES、SS 16位的指令指針寄存器位的指令指針寄存器IP 20位的地址加法器位的地址加法器 6字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器BIU指令隊(duì)列指令隊(duì)列 提高系統(tǒng)效率提高系統(tǒng)效率地址加法器地址加法器 為什么使用為什么使用(地址線地址線20位位,16位寄存器提供位寄存器提供) 怎么

4、用怎么用(P11例題例題)執(zhí)行部件（執(zhí)行部件（EU）功能功能 負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行包括包括 4個(gè)通用寄存器個(gè)通用寄存器AX、BX、CX、DX 4個(gè)專(zhuān)用寄存器個(gè)專(zhuān)用寄存器BP、SP、SI、DI 標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器FR 算術(shù)邏輯部件算術(shù)邏輯部件ALUEU通用寄存器的長(zhǎng)度通用寄存器的長(zhǎng)度 word、byte、high、low通用寄存器的默認(rèn)用途通用寄存器的默認(rèn)用途 Accumulator、Base、Count、Data算術(shù)邏輯部件算術(shù)邏輯部件標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器 狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志 控制標(biāo)志控制標(biāo)志1514131211109876543210OFDFIFTFSFZFAFPFCF標(biāo)志標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)

5、志狀態(tài)標(biāo)志 SF、ZF、PF、CF、AF、OF控制標(biāo)志控制標(biāo)志 DF、IF、TF1514131211109876543210OFDFIFTFSFZFAFPFCF總線周期總線周期總線接口部件的活動(dòng)總線接口部件的活動(dòng)基本的總線周期包括基本的總線周期包括4個(gè)時(shí)鐘周期個(gè)時(shí)鐘周期T1(CPU發(fā)地址信息發(fā)地址信息)、T2(撤銷(xiāo)地址撤銷(xiāo)地址,為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備)、T3(數(shù)據(jù)出現(xiàn)在總線上數(shù)據(jù)出現(xiàn)在總線上)、T4(結(jié)束結(jié)束)TW(等待狀態(tài)等待狀態(tài))TI8086的引腳信號(hào)和工作模式的引腳信號(hào)和工作模式最小模式和最大模式的概念最小模式和最大模式的概念8086的引腳信號(hào)和功能的引腳信號(hào)和功能最小模式最小模式最大模式

6、最大模式最小模式和最大模式的概念最小模式和最大模式的概念最小模式最小模式 系統(tǒng)中只有系統(tǒng)中只有8086一個(gè)微處理器一個(gè)微處理器 所有的總線控制信號(hào)都直接由所有的總線控制信號(hào)都直接由8086產(chǎn)生產(chǎn)生 總線控制電路可以減到最少總線控制電路可以減到最少最大模式最大模式 用于較大規(guī)模的用于較大規(guī)模的8086系統(tǒng)中系統(tǒng)中 包含包含2個(gè)或多個(gè)微處理器個(gè)或多個(gè)微處理器 協(xié)處理器協(xié)處理器 8087、8089模式選擇模式選擇 硬件連接決定硬件連接決定8086的的引引腳腳信信號(hào)號(hào)引腳信號(hào)引腳信號(hào)8086/8088的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的 稱(chēng)為多路總線稱(chēng)為多路總線8086有有16根數(shù)據(jù)線根數(shù)

7、據(jù)線 傳送字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)用到傳送字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)用到BHE#信號(hào)信號(hào)RESET為復(fù)位信號(hào)為復(fù)位信號(hào)(復(fù)位線和系統(tǒng)中的所有部件連接復(fù)位線和系統(tǒng)中的所有部件連接) 復(fù)位時(shí)，狀態(tài)怎么樣復(fù)位時(shí)，狀態(tài)怎么樣(標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器,IP,段寄存器指令隊(duì)列清段寄存器指令隊(duì)列清,CS=0FFFFH從從FFFF0開(kāi)開(kāi)始執(zhí)行始執(zhí)行,系統(tǒng)初始化等引導(dǎo)裝配程序系統(tǒng)初始化等引導(dǎo)裝配程序.)READY信號(hào)信號(hào)RD#、WR#、M/IO#高高4位地址和狀態(tài)線復(fù)用位地址和狀態(tài)線復(fù)用引腳信號(hào)（續(xù)）引腳信號(hào)（續(xù)）GND、VCC 地和電源地和電源AD0AD15 地址地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳數(shù)據(jù)復(fù)用引腳 傳送地址（傳送地址（T1）、數(shù)據(jù)（）、數(shù)據(jù)（T

8、2 、T3、TW、T4 ） 常將常將AD0信號(hào)作為低信號(hào)作為低8位數(shù)據(jù)的選通信號(hào)位數(shù)據(jù)的選通信號(hào) 中斷響應(yīng)、總線保持響應(yīng)期間為浮空中斷響應(yīng)、總線保持響應(yīng)期間為浮空引腳信號(hào)（續(xù)）引腳信號(hào)（續(xù)）A19/S6A16/S3 在總線周期的在總線周期的T1狀態(tài)，輸出地址的高狀態(tài)，輸出地址的高4位；在位；在T2 、T3、TW、T4狀態(tài)，輸出狀態(tài)信息狀態(tài)，輸出狀態(tài)信息 狀態(tài)信息狀態(tài)信息 S6為為0表示表示8086當(dāng)前與總線相連當(dāng)前與總線相連 S5表明中斷允許標(biāo)志的當(dāng)前設(shè)置表明中斷允許標(biāo)志的當(dāng)前設(shè)置 S4和和S3合起來(lái)指出當(dāng)前正在使用哪個(gè)段寄存器合起來(lái)指出當(dāng)前正在使用哪個(gè)段寄存器 總線保持響應(yīng)期間為浮空總線保持

9、響應(yīng)期間為浮空S4S3含義含義00當(dāng)前正在使用當(dāng)前正在使用ES01當(dāng)前正在使用當(dāng)前正在使用SS10當(dāng)前正在使用當(dāng)前正在使用CS，或者未使用任何段寄存器，或者未使用任何段寄存器11當(dāng)前正在使用當(dāng)前正在使用DS引腳信號(hào)（續(xù)）引腳信號(hào)（續(xù)）BHE#/S7 高高8位數(shù)據(jù)總線允許位數(shù)據(jù)總線允許/狀態(tài)復(fù)用，輸出狀態(tài)復(fù)用，輸出 在總線周期的在總線周期的T1狀態(tài)，輸出狀態(tài)，輸出BHE#，表示高位地，表示高位地/數(shù)數(shù)據(jù)線據(jù)線AD15AD8上的高上的高8位數(shù)據(jù)有效（或無(wú)效）；在位數(shù)據(jù)有效（或無(wú)效）；在T2 、T3、TW、T4狀態(tài)，輸出狀態(tài)信號(hào)狀態(tài)，輸出狀態(tài)信號(hào)S7 總線保持響應(yīng)期間為浮空總線保持響應(yīng)期間為浮空BH

10、E#A0數(shù)據(jù)總線傳輸特性數(shù)據(jù)總線傳輸特性0016位位01高高8位，奇地址位，奇地址10低低8位，偶地址位，偶地址11引腳信號(hào)（續(xù)）引腳信號(hào)（續(xù)）00000000020000400006FFFF8FFFFAFFFFCFFFFE00001000030000500007FFFF9FFFFBFFFFDFFFFFD8D15D7D0數(shù)據(jù)總線引腳信號(hào)（續(xù)）引腳信號(hào)（續(xù)）NMI 不可屏蔽中斷，輸入不可屏蔽中斷，輸入 不受中斷允許標(biāo)志不受中斷允許標(biāo)志IF的影響，不能用軟件進(jìn)行屏蔽的影響，不能用軟件進(jìn)行屏蔽 每當(dāng)每當(dāng)NMI端進(jìn)入一個(gè)上升沿信號(hào)，端進(jìn)入一個(gè)上升沿信號(hào)，CPU就會(huì)在結(jié)束就會(huì)在結(jié)束當(dāng)前指令后，執(zhí)行對(duì)應(yīng)于

11、中斷類(lèi)型號(hào)為當(dāng)前指令后，執(zhí)行對(duì)應(yīng)于中斷類(lèi)型號(hào)為2的非屏蔽的非屏蔽中斷處理程序中斷處理程序INTR 可屏蔽中斷，輸入可屏蔽中斷，輸入 高電平有效高電平有效 CPU在執(zhí)行每條指令的最后一個(gè)時(shí)鐘周期會(huì)對(duì)在執(zhí)行每條指令的最后一個(gè)時(shí)鐘周期會(huì)對(duì)INTR信號(hào)進(jìn)行采樣信號(hào)進(jìn)行采樣 如果如果IF為為1，并且，并且INTR有效，則有效，則CPU會(huì)在結(jié)束當(dāng)前會(huì)在結(jié)束當(dāng)前指令后響應(yīng)中斷請(qǐng)求指令后響應(yīng)中斷請(qǐng)求引腳信號(hào)（續(xù)）引腳信號(hào)（續(xù)）RD# 指出將要執(zhí)行一個(gè)對(duì)內(nèi)存或指出將要執(zhí)行一個(gè)對(duì)內(nèi)存或I/O端口的讀操作端口的讀操作CLK 時(shí)鐘信號(hào)輸入，要求占空比為時(shí)鐘信號(hào)輸入，要求占空比為33(1/3為高為高,2/3低低)RES

12、ET 復(fù)位信號(hào)輸入復(fù)位信號(hào)輸入 至少要維持至少要維持4個(gè)時(shí)鐘周期的高電平才有效個(gè)時(shí)鐘周期的高電平才有效 信號(hào)到來(lái)后，信號(hào)到來(lái)后，CPU結(jié)束當(dāng)前操作結(jié)束當(dāng)前操作 FR、IP、DS、SS、ES及指令隊(duì)列清零及指令隊(duì)列清零 CS置為置為0FFFFH 復(fù)位信號(hào)撤銷(xiāo)后，復(fù)位信號(hào)撤銷(xiāo)后，CPU開(kāi)始執(zhí)行程序開(kāi)始執(zhí)行程序引腳信號(hào)（續(xù)）引腳信號(hào)（續(xù)）READY 準(zhǔn)備好信號(hào)輸入，高電平有效準(zhǔn)備好信號(hào)輸入，高電平有效 T3、TW起始對(duì)該信號(hào)采樣，確定是否插入起始對(duì)該信號(hào)采樣，確定是否插入TWTEST# 測(cè)試信號(hào)輸入測(cè)試信號(hào)輸入 與與WAIT指令配合指令配合(TEST有效時(shí)有效時(shí),等待結(jié)束等待結(jié)束)MN/MX# 最小

13、最小/最大模式選擇輸入最大模式選擇輸入最小模式下的引腳信號(hào)最小模式下的引腳信號(hào)INTA# 中斷響應(yīng)信號(hào)輸出中斷響應(yīng)信號(hào)輸出 位于連續(xù)總線周期中的兩個(gè)負(fù)脈沖位于連續(xù)總線周期中的兩個(gè)負(fù)脈沖(一是通知外設(shè)一是通知外設(shè)中斷允許中斷允許,二是往數(shù)據(jù)線放中斷類(lèi)型碼二是往數(shù)據(jù)線放中斷類(lèi)型碼)ALE(給地址鎖存器給地址鎖存器8282/8283) 地址鎖存允許信號(hào)輸出地址鎖存允許信號(hào)輸出(表示地址數(shù)據(jù)復(fù)用線上是表示地址數(shù)據(jù)復(fù)用線上是地址地址) 高電平有效，總線周期的高電平有效，總線周期的T1狀態(tài)輸出狀態(tài)輸出DEN# 數(shù)據(jù)允許信號(hào)輸出數(shù)據(jù)允許信號(hào)輸出DT/R# 數(shù)據(jù)收數(shù)據(jù)收/發(fā)信號(hào)輸出發(fā)信號(hào)輸出最小模式下的引腳信

14、號(hào)（續(xù)）最小模式下的引腳信號(hào)（續(xù)）M/IO# 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器/端口訪問(wèn)控制信號(hào)輸出端口訪問(wèn)控制信號(hào)輸出WR# 寫(xiě)信號(hào)輸出寫(xiě)信號(hào)輸出HOLD、HLDA 總線保持請(qǐng)求、響應(yīng)信號(hào)總線保持請(qǐng)求、響應(yīng)信號(hào) 另一總線主模塊請(qǐng)求另一總線主模塊請(qǐng)求 CPU在總線周期完成后響應(yīng)在總線周期完成后響應(yīng) 另一總線主模塊使用總線后釋放另一總線主模塊使用總線后釋放最小模式下的典型配置最小模式下的典型配置需要：需要：地址鎖存器地址鎖存器 8282/8283 74373 74273總線收發(fā)器總線收發(fā)器 8286/8287 74245時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)鐘發(fā)生器 8284A時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)鐘發(fā)生器8284A(提供恒定的時(shí)鐘信號(hào)提供恒定的時(shí)鐘

15、信號(hào)同時(shí)對(duì)同時(shí)對(duì)READY和和RESET進(jìn)行同步進(jìn)行同步)最大模式下的引腳信號(hào)最大模式下的引腳信號(hào)QS1、QS0 指令隊(duì)列狀態(tài)輸出指令隊(duì)列狀態(tài)輸出 指明前一個(gè)時(shí)鐘周期指令隊(duì)列的狀態(tài)，以便指明前一個(gè)時(shí)鐘周期指令隊(duì)列的狀態(tài)，以便于外部對(duì)于外部對(duì)8086內(nèi)部指令隊(duì)列的動(dòng)作跟蹤內(nèi)部指令隊(duì)列的動(dòng)作跟蹤QS1QS0含含 義義00無(wú)操作無(wú)操作01從指令隊(duì)列的第一個(gè)字節(jié)中取走代碼從指令隊(duì)列的第一個(gè)字節(jié)中取走代碼10隊(duì)列為空隊(duì)列為空11除第一個(gè)字節(jié)外，還取走了后續(xù)字節(jié)中的代碼除第一個(gè)字節(jié)外，還取走了后續(xù)字節(jié)中的代碼最大模式下的引腳信號(hào)（續(xù)）最大模式下的引腳信號(hào)（續(xù)）S2#、S1#、S0# 總線周期狀態(tài)信號(hào)輸出總

16、線周期狀態(tài)信號(hào)輸出 組合起來(lái)指出當(dāng)前總線周期中所進(jìn)行的數(shù)據(jù)組合起來(lái)指出當(dāng)前總線周期中所進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型傳輸類(lèi)型 總線控制器總線控制器8288對(duì)其譯碼，產(chǎn)生對(duì)存儲(chǔ)器對(duì)其譯碼，產(chǎn)生對(duì)存儲(chǔ)器和和IO接口的控制信號(hào)接口的控制信號(hào) 編碼見(jiàn)下表編碼見(jiàn)下表最大模式下的引腳信號(hào)（續(xù)）最大模式下的引腳信號(hào)（續(xù)）S2#S1#S0#操作過(guò)程操作過(guò)程000發(fā)中斷響應(yīng)信號(hào)發(fā)中斷響應(yīng)信號(hào)001讀讀IO端口端口010寫(xiě)寫(xiě)IO端口端口011暫停（暫停（halt）100取指令取指令101讀內(nèi)存讀內(nèi)存110寫(xiě)內(nèi)存寫(xiě)內(nèi)存111無(wú)源狀態(tài)（無(wú)源狀態(tài)（passive）最大模式下的引腳信號(hào)（續(xù)）最大模式下的引腳信號(hào)（續(xù)）LOCK# 總線

17、封鎖信號(hào)輸出總線封鎖信號(hào)輸出 有效時(shí)，系統(tǒng)中其他總線主模塊不能占有總有效時(shí)，系統(tǒng)中其他總線主模塊不能占有總線線 由指令前綴由指令前綴LOCK產(chǎn)生產(chǎn)生 相應(yīng)指令執(zhí)行結(jié)束，相應(yīng)指令執(zhí)行結(jié)束，LOCK信號(hào)撤銷(xiāo)信號(hào)撤銷(xiāo) 8086的兩個(gè)中斷響應(yīng)脈沖期間，的兩個(gè)中斷響應(yīng)脈沖期間，LOCK自動(dòng)自動(dòng)有效有效(防止中斷相應(yīng)過(guò)程被中斷防止中斷相應(yīng)過(guò)程被中斷)最大模式下的引腳信號(hào)（續(xù)）最大模式下的引腳信號(hào)（續(xù)）RQ#/GT1#、RQ#/GT0# 總線請(qǐng)求信號(hào)輸入；總線授權(quán)信號(hào)輸出總線請(qǐng)求信號(hào)輸入；總線授權(quán)信號(hào)輸出 可供可供CPU以外的兩個(gè)主模塊用來(lái)發(fā)出使用總以外的兩個(gè)主模塊用來(lái)發(fā)出使用總線的請(qǐng)求信號(hào)；和接收線的請(qǐng)求

18、信號(hào)；和接收CPU對(duì)總線請(qǐng)求的授對(duì)總線請(qǐng)求的授權(quán)信號(hào)權(quán)信號(hào) 同一條線上的兩個(gè)方向的信號(hào)同一條線上的兩個(gè)方向的信號(hào) RQ#/GT0#比比RQ#/GT1#的優(yōu)先級(jí)高的優(yōu)先級(jí)高最大模式下的典型配置最大模式下的典型配置需要用外加需要用外加電 路 來(lái) 對(duì)電 路 來(lái) 對(duì)CPU發(fā)出的發(fā)出的控制信號(hào)進(jìn)控制信號(hào)進(jìn)行變換和組行變換和組合，以得到合，以得到對(duì)存儲(chǔ)器和對(duì)存儲(chǔ)器和I O 端 口 的端 口 的讀寫(xiě)信號(hào)和讀寫(xiě)信號(hào)和對(duì)鎖存器、對(duì)鎖存器、總線收發(fā)器總線收發(fā)器的控制信號(hào)的控制信號(hào)8288總線控制器的連接總線控制器的連接8288的輸出信號(hào)的輸出信號(hào)ALEDEN和和DT/R#INTA#MRDC#、MWTC#、IORC

19、#、IOWC#AMWC#、AIOWC#8086的操作和時(shí)序的操作和時(shí)序主要操作包括主要操作包括 系 統(tǒng) 的 復(fù) 位 和 啟 動(dòng) 操 作 （系 統(tǒng) 的 復(fù) 位 和 啟 動(dòng) 操 作 （ r e s e t & initialization） 暫停操作（暫停操作（halt） 總線操作（總線操作（bus operation） 中斷操作（中斷操作（interrupt） 最小模式下的總線保持（最小模式下的總線保持（hold） 最大模式下的總線請(qǐng)求最大模式下的總線請(qǐng)求/授權(quán)（授權(quán)（request /grant）系統(tǒng)復(fù)位和啟動(dòng)操作系統(tǒng)復(fù)位和啟動(dòng)操作RESET引腳引腳 高電平有效高電平有效 要求要求 正

20、常工作時(shí)的復(fù)位正常工作時(shí)的復(fù)位 初次加電時(shí)初次加電時(shí)復(fù)位狀態(tài)復(fù)位狀態(tài) 寄存器初值寄存器初值離開(kāi)復(fù)位狀態(tài)離開(kāi)復(fù)位狀態(tài) 啟動(dòng)啟動(dòng) 10（？）個(gè)時(shí)鐘周期（？）個(gè)時(shí)鐘周期The low-going transition of RESET triggers an internal reset sequence for approximately 10 CLK cycles. After this interval the 8086 operates normally beginning with the instruction in absolute location FFFF0H.復(fù)位時(shí)序復(fù)位時(shí)序總線

21、操作總線操作含義含義 CPU為了要與存儲(chǔ)器及為了要與存儲(chǔ)器及I/O端口交換數(shù)據(jù)，端口交換數(shù)據(jù)，需要執(zhí)行一個(gè)總線周期需要執(zhí)行一個(gè)總線周期包括包括 總線讀操作總線讀操作 總線寫(xiě)操作總線寫(xiě)操作詳解最小模式下的總線操作詳解最小模式下的總線操作 最大模式呢最大模式呢最最小小方方式式下下的的總總線線讀讀操操作作最最小小方方式式下下的的總總線線寫(xiě)寫(xiě)操操作作總線空操作總線空操作空閑周期空閑周期TI執(zhí)行部件未必空閑執(zhí)行部件未必空閑總線接口部件對(duì)執(zhí)行部件的等待總線接口部件對(duì)執(zhí)行部件的等待中斷操作和中斷系統(tǒng)中斷操作和中斷系統(tǒng)中斷分類(lèi)中斷分類(lèi)中斷向量和中斷向量表中斷向量和中斷向量表硬件中斷硬件中斷硬件中斷的響應(yīng)和時(shí)序

22、硬件中斷的響應(yīng)和時(shí)序中斷處理子程序中斷處理子程序軟件中斷軟件中斷中斷分類(lèi)中斷分類(lèi)8086 可以處理可以處理256種中斷種中斷 每個(gè)中斷對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷類(lèi)型號(hào)每個(gè)中斷對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷類(lèi)型號(hào) 0255從產(chǎn)生中斷的方法分從產(chǎn)生中斷的方法分 硬件中斷硬件中斷 通過(guò)外部硬件產(chǎn)生（外部中斷）通過(guò)外部硬件產(chǎn)生（外部中斷） 不可屏蔽中斷（不可屏蔽中斷（NMI）和可屏蔽中斷）和可屏蔽中斷 軟件中斷軟件中斷 CPU根據(jù)某條指令或者軟件對(duì)標(biāo)志寄存器中某個(gè)標(biāo)志的設(shè)根據(jù)某條指令或者軟件對(duì)標(biāo)志寄存器中某個(gè)標(biāo)志的設(shè)置而產(chǎn)生置而產(chǎn)生 與硬件電路無(wú)關(guān)與硬件電路無(wú)關(guān)中斷分類(lèi)（圖示）中斷分類(lèi)（圖示）8086的中斷向量和中斷向量表的中斷向量

23、和中斷向量表為什么要用向量中斷？為什么要用向量中斷？位于內(nèi)存位于內(nèi)存0段段03FFH區(qū)域區(qū)域中斷處理子程序的入口地址中斷處理子程序的入口地址256個(gè)按順序存放個(gè)按順序存放一個(gè)中斷向量占一個(gè)中斷向量占4個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)格式格式 CS:IP8086的的中中斷斷向向量量表表硬件中斷硬件中斷NMI和和INTRNMI 不受不受IF標(biāo)志的影響標(biāo)志的影響 類(lèi)型號(hào)：類(lèi)型號(hào)：2 緊急、故障緊急、故障INTR 僅當(dāng)僅當(dāng)IF為為1時(shí)才會(huì)響應(yīng)時(shí)才會(huì)響應(yīng)硬件中斷的響應(yīng)和時(shí)序硬件中斷的響應(yīng)和時(shí)序響應(yīng)過(guò)程的幾個(gè)步驟響應(yīng)過(guò)程的幾個(gè)步驟 讀取中斷類(lèi)型碼讀取中斷類(lèi)型碼 將標(biāo)志寄存器的值推入堆棧將標(biāo)志寄存器的值推入堆棧 把標(biāo)志寄存器的

24、把標(biāo)志寄存器的IF和和TF清零清零為什么？為什么？ 將斷點(diǎn)保護(hù)到堆棧中將斷點(diǎn)保護(hù)到堆棧中 尋找中斷向量，轉(zhuǎn)入中斷處理程序?qū)ふ抑袛嘞蛄?，轉(zhuǎn)入中斷處理程序INTR與與NMI的不同的不同中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)幾點(diǎn)說(shuō)明幾點(diǎn)說(shuō)明 INTR、NMI TF 嵌套嵌套 中斷返回中斷返回 不能及時(shí)響不能及時(shí)響應(yīng)的場(chǎng)合應(yīng)的場(chǎng)合 串操作串操作8086的中斷響應(yīng)總線周期的中斷響應(yīng)總線周期響應(yīng)可屏蔽中斷的總線操作響應(yīng)可屏蔽中斷的總線操作中斷響應(yīng)總線周期中斷響應(yīng)總線周期(兩個(gè)周期兩個(gè)周期)1個(gè)總線寫(xiě)周期（個(gè)總線寫(xiě)周期（FR把標(biāo)志寄存器內(nèi)容把標(biāo)志寄存器內(nèi)容入棧）入棧）內(nèi)部操作（內(nèi)部操作（IF、TF清零）清零）1個(gè)總線寫(xiě)周期（個(gè)總

25、線寫(xiě)周期（CS入棧）入棧）1個(gè)總線寫(xiě)周期（個(gè)總線寫(xiě)周期（IP入棧）入棧）1個(gè)總線讀周期（讀中斷服務(wù)程序個(gè)總線讀周期（讀中斷服務(wù)程序IP）1個(gè)總線讀周期（讀中斷服務(wù)程序個(gè)總線讀周期（讀中斷服務(wù)程序CS）中斷處理子程序中斷處理子程序一般結(jié)構(gòu)模式一般結(jié)構(gòu)模式 進(jìn)一步保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng) 開(kāi)放中斷開(kāi)放中斷 中斷處理的具體內(nèi)容中斷處理的具體內(nèi)容 彈出堆棧指令彈出堆棧指令 中斷返回指令中斷返回指令位置位置 不是浮動(dòng)裝配，而是固定裝配不是浮動(dòng)裝配，而是固定裝配軟件中斷軟件中斷軟件中斷軟件中斷 直接調(diào)用中斷處理子程序的軟件手段直接調(diào)用中斷處理子程序的軟件手段 通過(guò)中斷指令使通過(guò)中斷指令使CPU執(zhí)行中

26、斷處理子程序的方法執(zhí)行中斷處理子程序的方法 指令本身提供中斷類(lèi)型碼指令本身提供中斷類(lèi)型碼特點(diǎn)特點(diǎn) 用一條指令進(jìn)入中斷處理子程序，并且，中斷類(lèi)型用一條指令進(jìn)入中斷處理子程序，并且，中斷類(lèi)型碼由指令提供碼由指令提供 不執(zhí)行中斷響應(yīng)總線周期，也不從數(shù)據(jù)總線讀取中不執(zhí)行中斷響應(yīng)總線周期，也不從數(shù)據(jù)總線讀取中斷類(lèi)型碼斷類(lèi)型碼 不受中斷允許標(biāo)志不受中斷允許標(biāo)志IF的影響的影響 執(zhí)行過(guò)程中可響應(yīng)外部硬件中斷執(zhí)行過(guò)程中可響應(yīng)外部硬件中斷 軟件中斷沒(méi)有隨機(jī)性軟件中斷沒(méi)有隨機(jī)性最小模式下的總線保持最小模式下的總線保持最大模式下的總線請(qǐng)求最大模式下的總線請(qǐng)求/授權(quán)授權(quán)過(guò)程：三個(gè)環(huán)節(jié)，極性，方向過(guò)程：三個(gè)環(huán)節(jié)，極性，

27、方向一個(gè)空閑周期（一個(gè)空閑周期（one dead clock）8086的存儲(chǔ)器編址和的存儲(chǔ)器編址和I/O編址編址為什么要編址為什么要編址8086的存儲(chǔ)器編址的存儲(chǔ)器編址8086的的I/O編址編址8086的存儲(chǔ)器編址的存儲(chǔ)器編址地址空間大小：地址空間大?。?MB 內(nèi)存分段內(nèi)存分段 復(fù)位復(fù)位FFFF:0000FFFF0H8086的存儲(chǔ)器編址的存儲(chǔ)器編址CS、DS、SS和其他寄存器組合指向存儲(chǔ)和其他寄存器組合指向存儲(chǔ)單元的示意圖單元的示意圖8086的存儲(chǔ)器編址的存儲(chǔ)器編址分段帶來(lái)的好處分段帶來(lái)的好處 可以使指令系統(tǒng)中大部分指令只涉及可以使指令系統(tǒng)中大部分指令只涉及16位地址，從位地址，從而減少指令長(zhǎng)

28、度，提高執(zhí)行程序的速度而減少指令長(zhǎng)度，提高執(zhí)行程序的速度 為程序的浮動(dòng)裝配創(chuàng)造了條件為程序的浮動(dòng)裝配創(chuàng)造了條件實(shí)際中實(shí)際中 同一物理地址可以有不同邏輯地址同一物理地址可以有不同邏輯地址 段可以重疊段可以重疊PC系統(tǒng)存儲(chǔ)器區(qū)域的固定作用系統(tǒng)存儲(chǔ)器區(qū)域的固定作用 00000H003FFH(中斷向量表中斷向量表) B0000HB0F9FH(4K單色顯示器的顯示緩沖區(qū)單色顯示器的顯示緩沖區(qū)) B8000HBBF3FH(16K彩色顯示器的顯示緩沖區(qū)彩色顯示器的顯示緩沖區(qū)) FFFF0HFFFFFH(存放無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令存放無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令)8086的的I/O編址編址I/O端口端口地址空間大小地址空間大小 6

29、4K個(gè)個(gè)8位位I/O端口端口 兩個(gè)地址相鄰的兩個(gè)地址相鄰的8位端口可以組合成一個(gè)位端口可以組合成一個(gè)16位端口位端口編址編址 與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址8051使用這種方式使用這種方式 獨(dú)立編址獨(dú)立編址8086使用這種方式使用這種方式Pentium32位微處理器的先進(jìn)技術(shù)位微處理器的先進(jìn)技術(shù)微處理器微處理器 從從8位到位到16位位主要是總線的加寬主要是總線的加寬 從從16位到位到32位位從體系結(jié)構(gòu)上有了概念性從體系結(jié)構(gòu)上有了概念性的改革和創(chuàng)新的改革和創(chuàng)新先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)CISC和和RISC相結(jié)合的技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)超標(biāo)量流水線技術(shù)超標(biāo)量流水線技術(shù)先進(jìn)的分支預(yù)測(cè)技術(shù)先進(jìn)的分支預(yù)測(cè)

30、技術(shù)先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部總線內(nèi)部總線32位位，外部數(shù)據(jù)總線，外部數(shù)據(jù)總線64位位互相獨(dú)立的片內(nèi)代碼互相獨(dú)立的片內(nèi)代碼Cache和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)Cache(速度速度高容量小的存儲(chǔ)器高容量小的存儲(chǔ)器)使用了兩條流水線并行執(zhí)行指令使用了兩條流水線并行執(zhí)行指令(U,V)內(nèi)部集成了增強(qiáng)型浮點(diǎn)處理部件內(nèi)部集成了增強(qiáng)型浮點(diǎn)處理部件FPU對(duì)對(duì)ADD、MUL、INC、DEC、PUSH、POP、JMP、CALL和和LOAD等常用指令采用硬件實(shí)現(xiàn)等常用指令采用硬件實(shí)現(xiàn)采用分段和分頁(yè)兩級(jí)存儲(chǔ)管理機(jī)制采用分段和分頁(yè)兩級(jí)存儲(chǔ)管理機(jī)制增強(qiáng)了信息傳輸準(zhǔn)確性的檢測(cè)能力和機(jī)器異常增強(qiáng)了信息傳輸準(zhǔn)確性的檢測(cè)能力和機(jī)器異常事

31、件的處理能力事件的處理能力為系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了很好的檢測(cè)和調(diào)試能力為系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了很好的檢測(cè)和調(diào)試能力CISC和和RISC相結(jié)合的技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)CISC（Complex Instruction Set Computer復(fù)雜指令集計(jì)算復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)機(jī)) 指令系統(tǒng)復(fù)雜指令系統(tǒng)復(fù)雜 訪問(wèn)內(nèi)存靈活訪問(wèn)內(nèi)存靈活 微程序控制微程序控制RISC（reduced instruction set computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)) 指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單 流水線執(zhí)行流水線執(zhí)行 多數(shù)運(yùn)算使用寄存器，訪問(wèn)內(nèi)存少多數(shù)運(yùn)算使用寄存器，訪問(wèn)內(nèi)存少Pentium 結(jié)合結(jié)合超標(biāo)量流水線技術(shù)超標(biāo)量流水

32、線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 一個(gè)處理器含一條指令流水線一個(gè)處理器含一條指令流水線超標(biāo)量超標(biāo)量 一個(gè)處理器中有多條指令流水線一個(gè)處理器中有多條指令流水線Pentium的一條指令流水線的一條指令流水線 5級(jí)：指令預(yù)取級(jí)級(jí)：指令預(yù)取級(jí)PF、首次譯碼級(jí)、首次譯碼級(jí)D1、D2、執(zhí)行級(jí)、執(zhí)行級(jí)EX、回寫(xiě)級(jí)、回寫(xiě)級(jí)WBPentium中中 U、V兩條流水線兩條流水線 每條流水線均含有獨(dú)立的每條流水線均含有獨(dú)立的ALU、一系列寄存器、地、一系列寄存器、地址生成電路、連接數(shù)據(jù)址生成電路、連接數(shù)據(jù)Cache的接口的接口先進(jìn)的分支預(yù)測(cè)技術(shù)先進(jìn)的分支預(yù)測(cè)技術(shù)使用使用BTB(branch target buffer)來(lái)執(zhí)

33、行來(lái)執(zhí)行預(yù)測(cè)功能預(yù)測(cè)功能例子例子movdx,100aa:movcx,200bb:moval,04movah,04hint10hdeccxjnzbbdecdxjnzaa規(guī)律規(guī)律 大多數(shù)分支指令轉(zhuǎn)向每個(gè)分支的機(jī)會(huì)不是均等的大多數(shù)分支指令轉(zhuǎn)向每個(gè)分支的機(jī)會(huì)不是均等的 大多數(shù)分支轉(zhuǎn)移指令排列在循環(huán)程序段中大多數(shù)分支轉(zhuǎn)移指令排列在循環(huán)程序段中先進(jìn)的分支預(yù)測(cè)技術(shù)先進(jìn)的分支預(yù)測(cè)技術(shù)結(jié)論結(jié)論 分支轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址是可以預(yù)測(cè)的，依據(jù)分支轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址是可以預(yù)測(cè)的，依據(jù)就是前一次的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址和歷史狀態(tài)就是前一次的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址和歷史狀態(tài)BTB 含有一個(gè)含有一個(gè)1KB的的Cache，其中可以容納，其中

34、可以容納256條轉(zhuǎn)移條轉(zhuǎn)移指令的目標(biāo)地址和歷史狀態(tài)指令的目標(biāo)地址和歷史狀態(tài) 歷史狀態(tài)：必定轉(zhuǎn)移、可能轉(zhuǎn)移、可能不轉(zhuǎn)移、必歷史狀態(tài)：必定轉(zhuǎn)移、可能轉(zhuǎn)移、可能不轉(zhuǎn)移、必定不轉(zhuǎn)移定不轉(zhuǎn)移進(jìn)一步進(jìn)一步高速分支預(yù)測(cè)高速分支預(yù)測(cè) 芯片內(nèi)部配置了兩個(gè)預(yù)取緩沖存儲(chǔ)器芯片內(nèi)部配置了兩個(gè)預(yù)取緩沖存儲(chǔ)器 一個(gè)按照一個(gè)按照BTB預(yù)測(cè)結(jié)果預(yù)取指令，并在預(yù)取指令時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果預(yù)取指令，并在預(yù)取指令時(shí)，在在BTB中建立一個(gè)登記項(xiàng)中建立一個(gè)登記項(xiàng) 另一個(gè)以預(yù)測(cè)排除的方向預(yù)取指令另一個(gè)以預(yù)測(cè)排除的方向預(yù)取指令Pentium的指令流水線技術(shù)的指令流水線技術(shù)指令流水線的組成指令流水線的組成指令流水線的原理指令流水線的原理指令流水線的

35、運(yùn)行指令流水線的運(yùn)行Pentium的超標(biāo)量流水線的運(yùn)行的超標(biāo)量流水線的運(yùn)行指令流水線的組成指令流水線的組成總線接口部件總線接口部件 控制數(shù)據(jù)總線和地址總線的信息傳輸控制數(shù)據(jù)總線和地址總線的信息傳輸 最主要的操作是讀取指令和存取數(shù)據(jù)最主要的操作是讀取指令和存取數(shù)據(jù)指令預(yù)取部件指令預(yù)取部件 在總線空閑時(shí)從存儲(chǔ)器讀取指令放入指令預(yù)在總線空閑時(shí)從存儲(chǔ)器讀取指令放入指令預(yù)取隊(duì)列取隊(duì)列指令譯碼部件指令譯碼部件 對(duì)指令譯碼，送入譯碼指令隊(duì)列對(duì)指令譯碼，送入譯碼指令隊(duì)列執(zhí)行部件（控制部件）執(zhí)行部件（控制部件） 控制兩條流水線的運(yùn)行控制兩條流水線的運(yùn)行指令流水線的原理指令流水線的原理非流水線方式非流水線方式 依

36、次執(zhí)行三個(gè)操作依次執(zhí)行三個(gè)操作 取指令、指令譯碼、執(zhí)行取指令、指令譯碼、執(zhí)行流水線流水線 Pentium的整數(shù)運(yùn)算流水線最初由的整數(shù)運(yùn)算流水線最初由5級(jí)組成級(jí)組成PF、D1、D2、EX、WB 級(jí)別越多，速度越快級(jí)別越多，速度越快 Pentium4的流水線達(dá)的流水線達(dá)20級(jí)級(jí) Pentium的浮點(diǎn)運(yùn)算部件也采用流水線機(jī)的浮點(diǎn)運(yùn)算部件也采用流水線機(jī)制運(yùn)行制運(yùn)行8級(jí)：級(jí)：PF、D1、D2、EX、X1、X2、WF、ER指令流水線的運(yùn)行指令流水線的運(yùn)行PFD1D2EXWB指令I(lǐng)1PFD1D2EXWB指令I(lǐng)2PFD1D2EXWB指令I(lǐng)3PFD1D2EX指令I(lǐng)4PFD1D2指令I(lǐng)5PFD1指令I(lǐng)6CP1CP

37、2CP3CP4CP5CP6Pentium超標(biāo)量流水線的運(yùn)行超標(biāo)量流水線的運(yùn)行超標(biāo)量超標(biāo)量 以并行方式在以并行方式在U、V兩條流水線上同時(shí)執(zhí)行兩條指令兩條流水線上同時(shí)執(zhí)行兩條指令 在在U流水線中可以執(zhí)行任何指令流水線中可以執(zhí)行任何指令 V流水線中只能執(zhí)行和流水線中只能執(zhí)行和U流水線當(dāng)前執(zhí)行的指令符合流水線當(dāng)前執(zhí)行的指令符合配對(duì)規(guī)則的指令配對(duì)規(guī)則的指令配對(duì)規(guī)則配對(duì)規(guī)則 兩條指令都是簡(jiǎn)單指令（包括兩條指令都是簡(jiǎn)單指令（包括RISC指令）指令） 互相沒(méi)有寄存器關(guān)聯(lián)性：兩條指令中的寄存器不是互相沒(méi)有寄存器關(guān)聯(lián)性：兩條指令中的寄存器不是“讀后寫(xiě)讀后寫(xiě)”或者或者“寫(xiě)后讀寫(xiě)后讀”的關(guān)系的關(guān)系 一條指令不能同時(shí)

38、既包含位移量又包含立即數(shù)一條指令不能同時(shí)既包含位移量又包含立即數(shù) 帶前綴的指令只能出現(xiàn)在帶前綴的指令只能出現(xiàn)在U流水中（少數(shù)例外，如流水中（少數(shù)例外，如JCC指令的指令的0FH等）等） 浮點(diǎn)運(yùn)算指令不能和任何指令配對(duì)（浮點(diǎn)運(yùn)算指令不能和任何指令配對(duì)（FCXH除外）除外）Pentium超標(biāo)量流水線的運(yùn)行超標(biāo)量流水線的運(yùn)行過(guò)程過(guò)程 D1步驟，指令譯碼器中的兩個(gè)并行的譯碼步驟，指令譯碼器中的兩個(gè)并行的譯碼部件對(duì)兩套指令譯碼，并用指令配對(duì)規(guī)則進(jìn)部件對(duì)兩套指令譯碼，并用指令配對(duì)規(guī)則進(jìn)行判斷行判斷 不會(huì)不會(huì)100配對(duì)成功：配對(duì)成功：V流水線不會(huì)全速運(yùn)流水線不會(huì)全速運(yùn)行行流水線受阻的情況流水線受阻的情況 U

39、：影響：影響V V：不會(huì)影響：不會(huì)影響UPentium的工作方式的工作方式三種三種 實(shí)地址方式實(shí)地址方式real address mode 保護(hù)虛擬地址方式保護(hù)虛擬地址方式protected virtual address mode 虛擬虛擬8086方式方式virtual 8086 mode 系統(tǒng)管理方式系統(tǒng)管理方式system manage mode實(shí)地址方式實(shí)地址方式復(fù)位后進(jìn)入復(fù)位后進(jìn)入目的目的 系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化類(lèi)似于類(lèi)似于8086的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)尋址機(jī)構(gòu)、存儲(chǔ)器管理、中斷處理機(jī)構(gòu)均和尋址機(jī)構(gòu)、存儲(chǔ)器管理、中斷處理機(jī)構(gòu)均和8086一樣一樣操作數(shù)默認(rèn)長(zhǎng)度為操作數(shù)默認(rèn)長(zhǎng)度為16位位存儲(chǔ)

40、器容量最大為存儲(chǔ)器容量最大為1MB，采用分段方式，每段大小，采用分段方式，每段大小固定為固定為64KB存儲(chǔ)器中保留兩個(gè)固定區(qū)域存儲(chǔ)器中保留兩個(gè)固定區(qū)域FFFF0HFFFFFH00000H003FFH保護(hù)方式保護(hù)方式對(duì)存儲(chǔ)器的保護(hù)對(duì)存儲(chǔ)器的保護(hù)本性方式本性方式特點(diǎn)特點(diǎn)存儲(chǔ)器用邏輯地址空間、線性地址空間和存儲(chǔ)器用邏輯地址空間、線性地址空間和物理地址空間三種方式來(lái)描述物理地址空間三種方式來(lái)描述映像機(jī)制使邏輯地址空間大大超過(guò)實(shí)際的映像機(jī)制使邏輯地址空間大大超過(guò)實(shí)際的內(nèi)存空間內(nèi)存空間(磁盤(pán)空間映射到內(nèi)存磁盤(pán)空間映射到內(nèi)存)既能進(jìn)行既能進(jìn)行16位運(yùn)算，也能進(jìn)行位運(yùn)算，也能進(jìn)行32位運(yùn)算位運(yùn)算虛擬虛擬808

41、6方式方式保護(hù)方式下，可通過(guò)軟件切換到此方式保護(hù)方式下，可通過(guò)軟件切換到此方式特點(diǎn)特點(diǎn)可以執(zhí)行可以執(zhí)行8086的應(yīng)用程序的應(yīng)用程序段寄存器的用法和實(shí)地址方式時(shí)一樣，即段寄存器的用法和實(shí)地址方式時(shí)一樣，即段寄存器內(nèi)容左移段寄存器內(nèi)容左移4位加上偏移量為線性地位加上偏移量為線性地址址存儲(chǔ)器尋址空間為存儲(chǔ)器尋址空間為1MB，在分段基礎(chǔ)上又分，在分段基礎(chǔ)上又分頁(yè)，每頁(yè)頁(yè)，每頁(yè)4KB虛擬虛擬8086方式方式與實(shí)地址方式的區(qū)別與實(shí)地址方式的區(qū)別多任務(wù)問(wèn)題多任務(wù)問(wèn)題尋址空間問(wèn)題尋址空間問(wèn)題內(nèi)存管理問(wèn)題內(nèi)存管理問(wèn)題可以是保護(hù)方式中多任務(wù)操作的某一個(gè)可以是保護(hù)方式中多任務(wù)操作的某一個(gè)任務(wù)，而實(shí)地址方式總是針對(duì)整

42、個(gè)系統(tǒng)任務(wù)，而實(shí)地址方式總是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)系統(tǒng)管理方式系統(tǒng)管理方式用來(lái)增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的管理用來(lái)增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的管理 對(duì)操作系統(tǒng)的管理對(duì)操作系統(tǒng)的管理 對(duì)正在運(yùn)行的程序的管理對(duì)正在運(yùn)行的程序的管理 對(duì)電源的管理對(duì)電源的管理 為為RAM子系統(tǒng)提供有效的安全性子系統(tǒng)提供有效的安全性 提供軟件關(guān)機(jī)功能提供軟件關(guān)機(jī)功能Pentium的原理結(jié)構(gòu)的原理結(jié)構(gòu)包括包括12個(gè)主要部件個(gè)主要部件核心部件是兩個(gè)流水線執(zhí)行部件和浮點(diǎn)核心部件是兩個(gè)流水線執(zhí)行部件和浮點(diǎn)處理部件處理部件總線接口部件總線接口部件U流水線和流水線和V流水線流水線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Cache代碼代碼Cache指令預(yù)取部件指令預(yù)取部件指令譯碼器指令譯碼器控制控制ROM

43、分支目標(biāo)緩沖器分支目標(biāo)緩沖器BTB控制部件控制部件浮點(diǎn)處理單元浮點(diǎn)處理單元FPU分段部件和分頁(yè)部件分段部件和分頁(yè)部件寄存器組寄存器組Pentium的主要部件的主要部件分段部件與分頁(yè)部件PFD1D2EXWBPentium的主要部件的主要部件總線接口部件總線接口部件 64位數(shù)據(jù)線、位數(shù)據(jù)線、32位地址線位地址線 功能功能 地址驅(qū)動(dòng)和傳輸：地址驅(qū)動(dòng)和傳輸：A31A3、BE7#BE0# 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)：D63D0 數(shù)據(jù)總線寬度控制數(shù)據(jù)總線寬度控制(8,16,32,64位通過(guò)控制信位通過(guò)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)總線寬度控制號(hào)實(shí)現(xiàn)總線寬度控制) 數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖 總線操作的控制功能總線操作的控制功能(數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)

44、傳輸,成組傳輸成組傳輸,中中斷斷,復(fù)位復(fù)位,DMA操作等操作等) 奇奇/偶校驗(yàn)告示功能偶校驗(yàn)告示功能 Cache操作控制操作控制(片內(nèi)和片外片內(nèi)和片外Cache一致性一致性)U流水線和流水線和V流水線流水線Pentium的主要部件（續(xù)）的主要部件（續(xù)）數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Cache和代碼和代碼Cache(高速緩存可讀寫(xiě)高速緩存可讀寫(xiě)RAM) Harvard結(jié)構(gòu)？結(jié)構(gòu)？(哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Cache：雙端口：雙端口RAM指令預(yù)取部件、指令譯碼器、控制指令預(yù)取部件、指令譯碼器、控制ROM和分支和分支目標(biāo)緩沖器目標(biāo)緩沖器 每次預(yù)取兩條指令每次預(yù)取兩條指令 復(fù)雜指令需要控制復(fù)雜指令需要控制ROM的轉(zhuǎn)換的

45、轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)換為微程序轉(zhuǎn)換為微程序)控制部件控制部件(控制流水線和控制流水線和FPU的正常運(yùn)行的正常運(yùn)行)Pentium的主要部件（續(xù)）的主要部件（續(xù)）浮點(diǎn)處理部件浮點(diǎn)處理部件 FPU按流水線機(jī)制執(zhí)行指令（按流水線機(jī)制執(zhí)行指令（8級(jí)）級(jí)） 是是U流水線的補(bǔ)充流水線的補(bǔ)充 浮點(diǎn)運(yùn)算指令的前浮點(diǎn)運(yùn)算指令的前4級(jí)在級(jí)在U流水線中執(zhí)行流水線中執(zhí)行 常用浮點(diǎn)指令采用專(zhuān)門(mén)的硬件電路實(shí)現(xiàn)常用浮點(diǎn)指令采用專(zhuān)門(mén)的硬件電路實(shí)現(xiàn) 支持支持32位、位、64位、位、80位精度位精度分段部件和分頁(yè)部件分段部件和分頁(yè)部件 片內(nèi)二級(jí)存儲(chǔ)管理片內(nèi)二級(jí)存儲(chǔ)管理Pentium的寄存器和相關(guān)機(jī)制的寄存器和相關(guān)機(jī)制基本寄存器組基本寄存器組

46、通用寄存器通用寄存器指令指針寄存器指令指針寄存器標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器段寄存器段寄存器系統(tǒng)寄存器組系統(tǒng)寄存器組地址寄存器地址寄存器控制寄存器控制寄存器調(diào)試寄存器調(diào)試寄存器測(cè)試寄存器測(cè)試寄存器浮點(diǎn)寄存器組浮點(diǎn)寄存器組數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器標(biāo)記字寄存器標(biāo)記字寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器控制字寄存器控制字寄存器指令指針寄存器指令指針寄存器數(shù)據(jù)指針寄存器數(shù)據(jù)指針寄存器寄存器寄存器基本寄存器組基本寄存器組8個(gè)個(gè)32位的通用寄存器位的通用寄存器EAXEBXECXEDXESIEDIEBPESP低低16位同位同8086基本寄存器組基本寄存器組指令指針寄存器指令指針寄存器 EIP：32位位 低低16位同位同8086標(biāo)

47、志寄存器標(biāo)志寄存器 EFLAGS標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器CF0進(jìn)位標(biāo)志奇偶標(biāo)志輔助進(jìn)位標(biāo)志零標(biāo)志符號(hào)標(biāo)志單步標(biāo)志IOPL11PF203AF405ZF6SF7TF8IF9DF10OF111213NT14015RF16VM17AC18VIF19VIP20ID210 0 0 0 0 0 0 0 0 02231中斷允許標(biāo)志方向標(biāo)志虛擬中斷掛起標(biāo)志虛擬中斷允許標(biāo)志對(duì)準(zhǔn)檢查標(biāo)志虛擬8086標(biāo)志恢復(fù)標(biāo)志任務(wù)嵌套標(biāo)志IO特權(quán)級(jí)標(biāo)志溢出標(biāo)志CPUID指令允許標(biāo)志段寄存器段寄存器段寄存器、段選擇子和描述符段寄存器、段選擇子和描述符 6個(gè)個(gè)16位的段寄存器位的段寄存器CS、DS、SS、ES、FS、GS保護(hù)方式下存儲(chǔ)單元

48、的地址保護(hù)方式下存儲(chǔ)單元的地址 也是由段基址和段內(nèi)偏移量構(gòu)成也是由段基址和段內(nèi)偏移量構(gòu)成 48位的邏輯地址位的邏輯地址16：32（實(shí)模式為（實(shí)模式為16：16） 段寄存器中不是存放段地址，而是段選擇子段寄存器中不是存放段地址，而是段選擇子存儲(chǔ)單元地址的形成存儲(chǔ)單元地址的形成描述符表描述符表三種三種全局描述符表全局描述符表GDT局部描述符表局部描述符表LDT中斷描述符表中斷描述符表IDT每個(gè)描述符對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)段每個(gè)描述符對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)段一個(gè)系統(tǒng)中一個(gè)系統(tǒng)中 GDT和和IDT都只能有一個(gè)，每個(gè)任務(wù)一個(gè)都只能有一個(gè)，每個(gè)任務(wù)一個(gè)LDT(多任務(wù)多任務(wù)) IDT和每個(gè)和每個(gè)LDT本身也各對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)段本身

49、也各對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)段 LDT的描述符在的描述符在GDT中中保護(hù)方式的尋址機(jī)制保護(hù)方式的尋址機(jī)制段選擇子格式段選擇子格式 描述符指示標(biāo)志描述符指示標(biāo)志TI0GDT1LDT 描述符索引描述符索引DI：13位位(8192個(gè)描述符個(gè)描述符,每個(gè)每個(gè)8個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)) 請(qǐng)求特權(quán)級(jí)請(qǐng)求特權(quán)級(jí)RPL：對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)段的特權(quán)級(jí)：對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)段的特權(quán)級(jí)(03級(jí)級(jí),0級(jí)最高級(jí)最高)段描述符表索引DITIRPL15 321 0保護(hù)方式的尋址機(jī)制保護(hù)方式的尋址機(jī)制描述符描述符 8個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié) 段基址段基址32位、界限（段長(zhǎng)度）位、界限（段長(zhǎng)度）20位、屬性位、屬性12位位段基址3124段界限和屬性段基址23063 5655 403

50、9 16段界限15015 00段界限19160GESDPLPAW/RED/C4 3 2 1 056734657012D/B保護(hù)方式的尋址機(jī)制保護(hù)方式的尋址機(jī)制由段選擇子獲得段描述符，由段描述符由段選擇子獲得段描述符，由段描述符獲得對(duì)應(yīng)段的段基址，還獲得段界限、獲得對(duì)應(yīng)段的段基址，還獲得段界限、段的讀寫(xiě)類(lèi)型等信息，于是進(jìn)入相應(yīng)的段的讀寫(xiě)類(lèi)型等信息，于是進(jìn)入相應(yīng)的代碼段、數(shù)據(jù)段或堆棧段代碼段、數(shù)據(jù)段或堆棧段系統(tǒng)地址寄存器系統(tǒng)地址寄存器全局描述符表寄存器全局描述符表寄存器GDTR中斷描述符表寄存器中斷描述符表寄存器IDTR任務(wù)狀態(tài)寄存器任務(wù)狀態(tài)寄存器TR局部描述符表寄存器局部描述符表寄存器LDTR由

51、操作系統(tǒng)設(shè)置由操作系統(tǒng)設(shè)置 在啟動(dòng)系統(tǒng)或啟動(dòng)任務(wù)時(shí)在啟動(dòng)系統(tǒng)或啟動(dòng)任務(wù)時(shí)系統(tǒng)地址寄存器系統(tǒng)地址寄存器GDTR：48位位IDTR：48位位TR 存放當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)段選擇子存放當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)段選擇子LDTR 存放選擇子存放選擇子 檢索檢索LDT在在GDT中的描述符中的描述符 找到找到LDT的基址的基址 由操作系統(tǒng)設(shè)置由操作系統(tǒng)設(shè)置 CS、DS等中的選擇子：由任務(wù)自行設(shè)置等中的選擇子：由任務(wù)自行設(shè)置控制寄存器控制寄存器1控制寄存器控制寄存器CR0 PE protection enable 保護(hù)方式允許保護(hù)方式允許 MP monitor coprocessor 協(xié)處理器監(jiān)控（在協(xié)處理器監(jiān)控（在286、

52、386中與中與80 x87器件同步，器件同步，486之后，若非運(yùn)行之后，若非運(yùn)行286/386程序，此位應(yīng)為程序，此位應(yīng)為0） EM emulate coprocessor 若置為若置為1，則執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算指令時(shí)，產(chǎn)生，則執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算指令時(shí)，產(chǎn)生“設(shè)備不可用設(shè)備不可用”異常異常 TS task switched 任務(wù)切換時(shí)置被為任務(wù)切換時(shí)置被為1（數(shù)學(xué)處理用）（數(shù)學(xué)處理用） NE numerics error 浮點(diǎn)異?？刂聘↑c(diǎn)異?？刂?若置為若置為1，則執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)入異常處理，否，則執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)入異常處理，否則通過(guò)外部中斷作處理（需電路配合）則通過(guò)外部中斷作處理（需電路配

53、合）控制寄存器控制寄存器CR0 WP write protect 若置為若置為1，則對(duì)頁(yè)寫(xiě)保護(hù)，則對(duì)頁(yè)寫(xiě)保護(hù) 若清零，則標(biāo)為只讀的頁(yè)也可被超級(jí)進(jìn)程改寫(xiě)若清零，則標(biāo)為只讀的頁(yè)也可被超級(jí)進(jìn)程改寫(xiě) AM alignment mask 對(duì)準(zhǔn)檢查屏蔽對(duì)準(zhǔn)檢查屏蔽 對(duì)準(zhǔn)檢查，當(dāng)對(duì)準(zhǔn)檢查，當(dāng)AM、AC都置位，都置位，CPL為為3時(shí)，才會(huì)執(zhí)行時(shí)，才會(huì)執(zhí)行 NW not write through 非通寫(xiě)非通寫(xiě) CD cache disable 片內(nèi)片內(nèi)Cache禁止禁止 PG paging enable 分頁(yè)允許分頁(yè)允許控制寄存器控制寄存器CR1CR2和和CR3 專(zhuān)用于存儲(chǔ)管理專(zhuān)用于存儲(chǔ)管理 CR2：頁(yè)面故障

54、地址寄存器：頁(yè)面故障地址寄存器 CR3：頁(yè)組目錄表地址：頁(yè)組目錄表地址 CR3中的中的PCD：page cache disable驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)PCD引腳引腳 CR3中的中的PWT：page write through驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)PWT引腳引腳控制寄存器控制寄存器CR4 VME Virtual-8086 Mode Extensions enables support for a virtual interrupt flag in virtual-8086 mode PVI Protected-Mode Virtual Inter- rupts enables support for a virtual

55、interrupt flag in protected mode TSD Time Stamp Disable DE Debugging Extensions enables I/O breakpoints PSE Page Size Extensions MCE Machine Check Enable enables the machine check exception調(diào)試寄存器調(diào)試寄存器調(diào)試寄存器調(diào)試寄存器DR0DR3 存放斷點(diǎn)的存放斷點(diǎn)的32位線性地址位線性地址DR4DR5 保留保留DR6調(diào)試狀態(tài)寄存器調(diào)試狀態(tài)寄存器 報(bào)告斷點(diǎn)處的狀況報(bào)告斷點(diǎn)處的狀況 B0B3：分別表示：分別表示4個(gè)

56、斷點(diǎn)的調(diào)試狀態(tài)個(gè)斷點(diǎn)的調(diào)試狀態(tài) BD：指令試圖讀寫(xiě)調(diào)試寄存器時(shí)為：指令試圖讀寫(xiě)調(diào)試寄存器時(shí)為1 BS：TF為為1進(jìn)行單步調(diào)試時(shí)為進(jìn)行單步調(diào)試時(shí)為1 BT：發(fā)生任務(wù)切換時(shí)為：發(fā)生任務(wù)切換時(shí)為1調(diào)試寄存器調(diào)試寄存器DR7斷點(diǎn)控制寄存器斷點(diǎn)控制寄存器 RW0RW3各各2位，對(duì)應(yīng)位，對(duì)應(yīng)DR0DR3中的中的4個(gè)線性地址個(gè)線性地址00指令執(zhí)行到斷點(diǎn)地址時(shí)中斷指令執(zhí)行到斷點(diǎn)地址時(shí)中斷01斷點(diǎn)地址處寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)中斷斷點(diǎn)地址處寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)中斷10DE為為0時(shí)未定義；時(shí)未定義；DE為為1時(shí)時(shí)I/O操作時(shí)中斷操作時(shí)中斷11斷點(diǎn)地址處讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)中斷斷點(diǎn)地址處讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)中斷 LEN0LEN3各各2位位指定數(shù)據(jù)斷點(diǎn)地址的字節(jié)數(shù)

57、：指定數(shù)據(jù)斷點(diǎn)地址的字節(jié)數(shù)：1、2、4調(diào)試寄存器調(diào)試寄存器DR7斷點(diǎn)控制寄存器斷點(diǎn)控制寄存器 GE和和LE用于斷點(diǎn)設(shè)置在數(shù)據(jù)傳輸指令處的狀況用于斷點(diǎn)設(shè)置在數(shù)據(jù)傳輸指令處的狀況 GD禁止應(yīng)用程序?qū)λ姓{(diào)試寄存器進(jìn)行訪問(wèn)禁止應(yīng)用程序?qū)λ姓{(diào)試寄存器進(jìn)行訪問(wèn) L0L3局部開(kāi)放控制局部開(kāi)放控制 G0G3全局開(kāi)放控制全局開(kāi)放控制測(cè)試寄存器測(cè)試寄存器Test Registers18個(gè)個(gè)每個(gè)測(cè)試寄存器對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的測(cè)試項(xiàng)每個(gè)測(cè)試寄存器對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的測(cè)試項(xiàng)浮點(diǎn)寄存器組浮點(diǎn)寄存器組8個(gè)數(shù)據(jù)寄存器個(gè)數(shù)據(jù)寄存器 每個(gè)每個(gè)80位位標(biāo)記字寄存器標(biāo)記字寄存器 16位位狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器 16位位控制寄存器控制寄存器 1

58、6位位指令指針和數(shù)據(jù)指針寄存器指令指針和數(shù)據(jù)指針寄存器浮點(diǎn)寄存器組浮點(diǎn)寄存器組數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器SIGNEXPONENTSIGNIFICAND7978 6463 01 0R7R6R5R4R3R2R1R0TAGFIELD浮點(diǎn)寄存器組浮點(diǎn)寄存器組標(biāo)記字寄存器標(biāo)記字寄存器(標(biāo)記標(biāo)記8個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài))00有效有效01010特殊（特殊（Inf、NaN等）等）11空空SIGNEXPONENTSIGNIFICAND7978 6463 01 0R7R6R5R4R3R2R1R0TAGFIELD浮點(diǎn)寄存器組浮點(diǎn)寄存器組FPU狀態(tài)寄存器（狀態(tài)寄存器（FSW）BC31514TOP13 12 1

59、1C2C1109C0ES87SFPE65UEOE43ZEDE21IE0無(wú)效操作操作數(shù)不規(guī)范除數(shù)為0向下溢出向上溢出精度異常浮點(diǎn)運(yùn)算器忙條件碼堆棧頂部指針條件碼錯(cuò)誤狀態(tài)堆棧異常浮點(diǎn)寄存器組浮點(diǎn)寄存器組FPU狀態(tài)寄存器（狀態(tài)寄存器（FSW） FSTSW AX后緊跟著后緊跟著SAHF指令，會(huì)把指令，會(huì)把FSW的的高高8位映射到位映射到EFLAGS的低的低8位中，此時(shí)可用位中，此時(shí)可用條件轉(zhuǎn)移指令，實(shí)現(xiàn)根據(jù)浮點(diǎn)運(yùn)算結(jié)果狀態(tài)條件轉(zhuǎn)移指令，實(shí)現(xiàn)根據(jù)浮點(diǎn)運(yùn)算結(jié)果狀態(tài)的轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移浮點(diǎn)運(yùn)算單元標(biāo)志浮點(diǎn)運(yùn)算單元標(biāo)志整數(shù)運(yùn)算單元標(biāo)志整數(shù)運(yùn)算單元標(biāo)志C0CFC1（NONE）C2PFC3ZF浮點(diǎn)寄存器組浮點(diǎn)寄存器組FP

60、U控制寄存器控制寄存器指令指針和數(shù)據(jù)指針寄存器（各指令指針和數(shù)據(jù)指針寄存器（各48位）位） 提供發(fā)生故障的指令的地址及其數(shù)據(jù)操作相提供發(fā)生故障的指令的地址及其數(shù)據(jù)操作相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器的地址對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器的地址1514保留13 12 11RCPC10987保留PM65UMOM43ZMDM21IM0無(wú)效操作屏蔽操作數(shù)不規(guī)范屏蔽除數(shù)為0屏蔽向下溢出屏蔽舍入控制精度控制精度異常屏蔽向上溢出屏蔽Pentium的主要信號(hào)的主要信號(hào)地址線及控制信號(hào)地址線及控制信號(hào)A31A3 地址線地址線AP 地址的偶校驗(yàn)碼位地址的偶校驗(yàn)碼位ADS# 地址選通輸出信號(hào)地址選通輸出信號(hào)(啟動(dòng)一個(gè)總線周期啟動(dòng)一個(gè)總線周期)A20M# A20