微機(jī)原理及應(yīng)用(第2章)

1、u 掌握掌握80868086微處理器的編程結(jié)構(gòu)微處理器的編程結(jié)構(gòu) u 了解了解高性能微處理器高性能微處理器80386工作原理工作原理 u 理解理解8086微處理器存儲(chǔ)器分段技術(shù)微處理器存儲(chǔ)器分段技術(shù) 學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：返回返回u8086微處理器的邏輯結(jié)構(gòu)微處理器的邏輯結(jié)構(gòu)u8086/8088的內(nèi)部寄存器的內(nèi)部寄存器u8086/8088的引腳信號(hào)的引腳信號(hào)u8086/8088的工作方式的工作方式返回返回 8086/8088CPU屬于高性能屬于高性能16位微處理器，它們是位微處理器，它們是Intel公司繼公司繼8080之后于之后于1978年推出的一款年推出的一款CPU，其采，其采用了用了HMOS

2、工藝制造，芯片上集成了工藝制造，芯片上集成了2.9萬(wàn)只晶體管，萬(wàn)只晶體管，該處理器地址引腳為該處理器地址引腳為20位，尋址空間為位，尋址空間為1MB。8086數(shù)數(shù)據(jù)線(xiàn)引腳為據(jù)線(xiàn)引腳為16位，而位，而8088為為8位。位。 要掌握一個(gè)要掌握一個(gè)CPU的工作性能和使用方法，首先應(yīng)的工作性能和使用方法，首先應(yīng)該了解它的邏輯結(jié)構(gòu)。所謂邏輯結(jié)構(gòu)就是指從程序員該了解它的邏輯結(jié)構(gòu)。所謂邏輯結(jié)構(gòu)就是指從程序員和使用者的角度看到的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與和使用者的角度看到的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與CPU內(nèi)內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)和實(shí)際布局是有區(qū)別的。按功能劃分，部的物理結(jié)構(gòu)和實(shí)際布局是有區(qū)別的。按功能劃分，8086CPU由總線(xiàn)接

3、口部件（由總線(xiàn)接口部件（BIU，Bus Interface Unit）和執(zhí)行部件（和執(zhí)行部件（EU，Execution Unit）兩部分組成。）兩部分組成。返回返回圖圖2-1 8086的邏輯結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)返回返回 1總線(xiàn)接口部件總線(xiàn)接口部件 總線(xiàn)接口部件的功能是根據(jù)執(zhí)行部件的請(qǐng)求，負(fù)責(zé)完成總線(xiàn)接口部件的功能是根據(jù)執(zhí)行部件的請(qǐng)求，負(fù)責(zé)完成CPU與存儲(chǔ)器、與存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。具體任務(wù)如下。設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。具體任務(wù)如下。 BIU負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器的指定單元取出指令送至指令隊(duì)列中負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器的指定單元取出指令送至指令隊(duì)列中排隊(duì)，或直接送至排隊(duì)，或直接送至EU執(zhí)行。執(zhí)行。 負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器指定

4、單元或外設(shè)端口中取出指令規(guī)定的負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器指定單元或外設(shè)端口中取出指令規(guī)定的操作數(shù)傳送給執(zhí)行單元或者將執(zhí)行單元的操作結(jié)果傳送到操作數(shù)傳送給執(zhí)行單元或者將執(zhí)行單元的操作結(jié)果傳送到指定的存儲(chǔ)單元或外設(shè)端口中。指定的存儲(chǔ)單元或外設(shè)端口中。 計(jì)算并形成訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器的計(jì)算并形成訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器的20位物理地址。位物理地址。返回返回 總線(xiàn)接口部件（總線(xiàn)接口部件（BIU）內(nèi)部設(shè)有四個(gè)段寄存器（代碼）內(nèi)部設(shè)有四個(gè)段寄存器（代碼段寄存器段寄存器CS、數(shù)據(jù)段寄存器、數(shù)據(jù)段寄存器DS、堆棧段寄存器、堆棧段寄存器SS和附加和附加段寄存器段寄存器ES）、）、20位地址加法器、一個(gè)指令隊(duì)列緩沖器、位地址加法器、一個(gè)指令隊(duì)列緩沖器

5、、一個(gè)一個(gè)16位的指令指針寄存器位的指令指針寄存器IP和總線(xiàn)控制電路。和總線(xiàn)控制電路。 （1）段寄存器和地址加法器。）段寄存器和地址加法器。 地址加法器和段寄存器實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器邏輯地址到地址加法器和段寄存器實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器邏輯地址到20位位物理地址的轉(zhuǎn)換。邏輯地址由物理地址的轉(zhuǎn)換。邏輯地址由16位段基址（段寄存器給出）位段基址（段寄存器給出）與與16位段內(nèi)偏移地址（指令給出）兩部分組成。轉(zhuǎn)換方法位段內(nèi)偏移地址（指令給出）兩部分組成。轉(zhuǎn)換方法為段基址左移為段基址左移4位加上偏移地址，形成位加上偏移地址，形成20位物理地址。位物理地址。返回返回 （2）指令隊(duì)列緩沖器。）指令隊(duì)列緩沖器。 8086的指令隊(duì)列為

6、的指令隊(duì)列為6字節(jié)（字節(jié)（8088為為4字節(jié)），當(dāng)執(zhí)行部字節(jié)），當(dāng)執(zhí)行部件（件（EU）正在執(zhí)行指令且不需要占用總線(xiàn)時(shí)，總線(xiàn)接口部）正在執(zhí)行指令且不需要占用總線(xiàn)時(shí)，總線(xiàn)接口部件（件（BIU）會(huì)自動(dòng)預(yù)取下一條或幾條指令操作，將所取得的）會(huì)自動(dòng)預(yù)取下一條或幾條指令操作，將所取得的指令按先后順序存入指令隊(duì)列緩沖器中排隊(duì)，然后再由執(zhí)行指令按先后順序存入指令隊(duì)列緩沖器中排隊(duì)，然后再由執(zhí)行部件（部件（EU）按順序執(zhí)行。）按順序執(zhí)行。 （3）指令指針寄存器）指令指針寄存器IP。 指令指針寄存器指令指針寄存器IP（Instruction Point）總是存放）總是存放EU要要執(zhí)行的下一條指令的偏移地址。該寄存器

7、不提供給用戶(hù)使用。執(zhí)行的下一條指令的偏移地址。該寄存器不提供給用戶(hù)使用。 （4）總線(xiàn)控制電路與內(nèi)部暫存寄存器。）總線(xiàn)控制電路與內(nèi)部暫存寄存器。返回返回 2執(zhí)行部件執(zhí)行部件 執(zhí)行部件的功能是從總線(xiàn)接口單元的指令隊(duì)列中取出執(zhí)行部件的功能是從總線(xiàn)接口單元的指令隊(duì)列中取出指令代碼并執(zhí)行。具體過(guò)程如下指令代碼并執(zhí)行。具體過(guò)程如下: （1）從）從BIU的指令隊(duì)列中取出指令，由控制器單元內(nèi)部的指的指令隊(duì)列中取出指令，由控制器單元內(nèi)部的指令譯碼器進(jìn)行譯碼，同時(shí)將譯碼信息發(fā)給各部件并發(fā)出相應(yīng)令譯碼器進(jìn)行譯碼，同時(shí)將譯碼信息發(fā)給各部件并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。的控制信號(hào)。 （2）對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)

8、果的特征）對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果的特征狀態(tài)保存到標(biāo)志寄存器中。狀態(tài)保存到標(biāo)志寄存器中。 （3）控制）控制BIU與存儲(chǔ)器或與存儲(chǔ)器或I/O端口進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，并提供訪(fǎng)端口進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，并提供訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器和問(wèn)存儲(chǔ)器和I/O端口的有效地址。端口的有效地址。返回返回 EU各組成部分的功能如下各組成部分的功能如下: （1）算術(shù)邏輯單元）算術(shù)邏輯單元ALU。ALU可用于進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算，可用于進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算，也可按照指令的尋址方式算出尋址單元也可按照指令的尋址方式算出尋址單元16位偏移量。位偏移量。 （2）標(biāo)志寄存器）標(biāo)志寄存器FLAGS。它用來(lái)反映。它用來(lái)反映CPU最后一次運(yùn)算結(jié)最后一次

9、運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)特征或存放控制標(biāo)志。果的狀態(tài)特征或存放控制標(biāo)志。 （3）數(shù)據(jù)暫存寄存器。它協(xié)助）數(shù)據(jù)暫存寄存器。它協(xié)助ALU完成運(yùn)算，暫時(shí)存放參完成運(yùn)算，暫時(shí)存放參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)。加運(yùn)算的數(shù)據(jù)。 （4）通用寄存器組。它包括）通用寄存器組。它包括4個(gè)個(gè)16位寄存器（位寄存器（AX、BX、CX、DX）、兩個(gè)）、兩個(gè)16位地址指針（位地址指針（SP、BP）、兩個(gè)變址寄存器）、兩個(gè)變址寄存器（SI、DI）。）。 （5）EU控制電路。它是控制定時(shí)與狀態(tài)的邏輯電路，接收控制電路。它是控制定時(shí)與狀態(tài)的邏輯電路，接收從從BIU中的指令隊(duì)列取來(lái)的指令，經(jīng)過(guò)指令譯碼形成各種定中的指令隊(duì)列取來(lái)的指令，經(jīng)過(guò)指令譯碼形成各

10、種定時(shí)控制信號(hào)，對(duì)時(shí)控制信號(hào)，對(duì)EU各部件實(shí)現(xiàn)特定的定時(shí)操作。各部件實(shí)現(xiàn)特定的定時(shí)操作。返回返回 CPU（BIU與與EU）的工作過(guò)程如下）的工作過(guò)程如下: 首先，首先，EU向向BIU提出總線(xiàn)申請(qǐng)，提出總線(xiàn)申請(qǐng)，BIU響應(yīng)請(qǐng)求，將第響應(yīng)請(qǐng)求，將第一條指令經(jīng)指令隊(duì)列緩沖器后直接送至一條指令經(jīng)指令隊(duì)列緩沖器后直接送至EU執(zhí)行，執(zhí)行，EU將該指將該指令譯碼，發(fā)出相應(yīng)的控制信息。數(shù)據(jù)在令譯碼，發(fā)出相應(yīng)的控制信息。數(shù)據(jù)在ALU中進(jìn)行運(yùn)算，中進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果保留在標(biāo)志寄存器運(yùn)算結(jié)果保留在標(biāo)志寄存器FLAGS中，當(dāng)中，當(dāng)EU從指令隊(duì)列中從指令隊(duì)列中取走指令，指令隊(duì)列中出現(xiàn)空字節(jié)時(shí)，取走指令，指令隊(duì)列中出現(xiàn)空

11、字節(jié)時(shí)，BIU即從內(nèi)存中取出即從內(nèi)存中取出后續(xù)的指令代碼放入隊(duì)列中；當(dāng)后續(xù)的指令代碼放入隊(duì)列中；當(dāng)EU需要數(shù)據(jù)時(shí)，需要數(shù)據(jù)時(shí)，BIU根據(jù)根據(jù)EU給出的地址，從指定的內(nèi)存單元或外設(shè)中取數(shù)據(jù)供給出的地址，從指定的內(nèi)存單元或外設(shè)中取數(shù)據(jù)供EU使使用；當(dāng)運(yùn)算結(jié)束時(shí)，用；當(dāng)運(yùn)算結(jié)束時(shí)，BIU將運(yùn)算結(jié)果送入指定的內(nèi)存單元或?qū)⑦\(yùn)算結(jié)果送入指定的內(nèi)存單元或外設(shè)。當(dāng)隊(duì)列空時(shí)，外設(shè)。當(dāng)隊(duì)列空時(shí)，EU就等待，直到有指令為止。若就等待，直到有指令為止。若BIU正在取指令，正在取指令，EU發(fā)出訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)請(qǐng)求時(shí)，則必須等發(fā)出訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)請(qǐng)求時(shí)，則必須等BIU取指取指令完畢后請(qǐng)求才能得到響應(yīng)，一般情況下，程序順序進(jìn)行，令完畢后請(qǐng)

12、求才能得到響應(yīng)，一般情況下，程序順序進(jìn)行，當(dāng)遇到跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，當(dāng)遇到跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，BIU使指令隊(duì)列復(fù)位，從新地址取出指使指令隊(duì)列復(fù)位，從新地址取出指令，并立即傳給令，并立即傳給EU去執(zhí)行。去執(zhí)行。返回返回 8086/8088內(nèi)部有內(nèi)部有14個(gè)個(gè)16位寄存器。按功能可分為三類(lèi)：位寄存器。按功能可分為三類(lèi)：第一類(lèi)是通用寄存器（第一類(lèi)是通用寄存器（8個(gè)），第二類(lèi)是段寄存器（個(gè)），第二類(lèi)是段寄存器（4個(gè)），個(gè)），第三類(lèi)是控制寄存器（第三類(lèi)是控制寄存器（2個(gè)）。個(gè)）。 通用寄存器可分為兩組：數(shù)通用寄存器可分為兩組：數(shù)據(jù)寄存器、地址指針和變址寄存器。據(jù)寄存器、地址指針和變址寄存器。 1）數(shù)據(jù)寄存器）數(shù)據(jù)寄存器

13、 數(shù)據(jù)寄存器包括數(shù)據(jù)寄存器包括AX、BX、CX和和DX 4個(gè)個(gè)16位的寄存器，位的寄存器，它們中的每一個(gè)又可根據(jù)需要將高它們中的每一個(gè)又可根據(jù)需要將高8位和低位和低8位當(dāng)作兩個(gè)獨(dú)立位當(dāng)作兩個(gè)獨(dú)立的的8位寄存器使用。位寄存器使用。16位寄存器主要用于存放位寄存器主要用于存放CPU的常用數(shù)的常用數(shù)據(jù)，也可用來(lái)存放地址。據(jù)，也可用來(lái)存放地址。 2）地址指針和變址寄存器）地址指針和變址寄存器 地址指針和變址寄存器包括地址指針和變址寄存器包括SP、BP、SI和和DI。設(shè)置地。設(shè)置地址指針和變址寄存器的目的。地址指針和變址寄存器功能。址指針和變址寄存器的目的。地址指針和變址寄存器功能。返回返回 2段寄存器

14、段寄存器 CS（Code Segment）稱(chēng)為代碼段寄存器，）稱(chēng)為代碼段寄存器，SS（Stack Segment）稱(chēng)為堆棧段寄存器，）稱(chēng)為堆棧段寄存器，DS（Data Segment）稱(chēng)為數(shù)）稱(chēng)為數(shù)據(jù)段寄存器，據(jù)段寄存器，ES（Extra Segment）稱(chēng)為附加段寄存器，段）稱(chēng)為附加段寄存器，段寄存器用于存放段基值。寄存器用于存放段基值。 存儲(chǔ)器分段就是將存儲(chǔ)器分段就是將1MB存儲(chǔ)空間劃分成若干獨(dú)立的邏存儲(chǔ)空間劃分成若干獨(dú)立的邏輯段，每個(gè)邏輯段最多由輯段，每個(gè)邏輯段最多由64KB連續(xù)單元組成。這里要求每連續(xù)單元組成。這里要求每個(gè)邏輯段的起始地址必須是被個(gè)邏輯段的起始地址必須是被16整除的地址

15、，即整除的地址，即20位段起始位段起始地址的低地址的低4位二進(jìn)制代碼必須是位二進(jìn)制代碼必須是0，而把一個(gè)段起始地址剩下，而把一個(gè)段起始地址剩下的高的高16位稱(chēng)為該段的段基值，并存放在段寄存器中。存儲(chǔ)器位稱(chēng)為該段的段基值，并存放在段寄存器中。存儲(chǔ)器地址空間被劃分成若干個(gè)邏輯段后，每個(gè)存儲(chǔ)單元的邏輯地地址空間被劃分成若干個(gè)邏輯段后，每個(gè)存儲(chǔ)單元的邏輯地址由兩部分組成：段基值和偏移量（偏移地址或有效地址）。址由兩部分組成：段基值和偏移量（偏移地址或有效地址）。返回返回 在在8086/8088系列微機(jī)中，每個(gè)存儲(chǔ)單元都有兩種地址，系列微機(jī)中，每個(gè)存儲(chǔ)單元都有兩種地址，物理地址（物理地址（Physica

16、l Address）和邏輯地址（）和邏輯地址（Logical Address），在），在1MB存儲(chǔ)空間中，每個(gè)存儲(chǔ)單元都有唯一的存儲(chǔ)空間中，每個(gè)存儲(chǔ)單元都有唯一的20位物理地址，把程序設(shè)計(jì)中使用的地址稱(chēng)為邏輯地址。位物理地址，把程序設(shè)計(jì)中使用的地址稱(chēng)為邏輯地址。 在程序設(shè)計(jì)中，使用邏輯地址不是物理地址，這樣做在程序設(shè)計(jì)中，使用邏輯地址不是物理地址，這樣做不僅有利于程序的開(kāi)始，而且對(duì)存儲(chǔ)器的動(dòng)態(tài)管理非常有利。不僅有利于程序的開(kāi)始，而且對(duì)存儲(chǔ)器的動(dòng)態(tài)管理非常有利。由邏輯地址計(jì)算物理地址的方法為：把段基值乘以由邏輯地址計(jì)算物理地址的方法為：把段基值乘以16（左移（左移4位，低位補(bǔ)位，低位補(bǔ)0），再加

17、上偏移地址，就形成了物理地址。公），再加上偏移地址，就形成了物理地址。公式如下式如下: 物理地址物理地址=段基值段基值10H+偏移量偏移量 8086/8088 CPU訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)對(duì)物理地址的計(jì)算是在總訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)對(duì)物理地址的計(jì)算是在總線(xiàn)接口單元（線(xiàn)接口單元（BIU）中由地址加法器來(lái)完成的。）中由地址加法器來(lái)完成的。返回返回 3控制寄存器控制寄存器 1）指令指針）指令指針I(yè)P IP用于控制程序中指令的執(zhí)行順序，正常運(yùn)行時(shí)，用于控制程序中指令的執(zhí)行順序，正常運(yùn)行時(shí)，IP中含有中含有BIU要取的下一條指令的偏移地址。一般情況下，每要取的下一條指令的偏移地址。一般情況下，每取一次指令代碼，取一次指令代

18、碼，IP就會(huì)自動(dòng)加就會(huì)自動(dòng)加1，從而保證指令的順序執(zhí)，從而保證指令的順序執(zhí)行。行。IP實(shí)際上是指令機(jī)器碼存放單元的地址指針，實(shí)際上是指令機(jī)器碼存放單元的地址指針，IP的內(nèi)容的內(nèi)容可以被轉(zhuǎn)移類(lèi)指令強(qiáng)迫改寫(xiě)。當(dāng)需要改變程序的執(zhí)行順序時(shí)，可以被轉(zhuǎn)移類(lèi)指令強(qiáng)迫改寫(xiě)。當(dāng)需要改變程序的執(zhí)行順序時(shí)，只要改寫(xiě)只要改寫(xiě)IP的內(nèi)容就可以了。應(yīng)當(dāng)注意，編制的程序不能直的內(nèi)容就可以了。應(yīng)當(dāng)注意，編制的程序不能直接訪(fǎng)問(wèn)接訪(fǎng)問(wèn)IP，不能取，不能取IP的值或給的值或給IP設(shè)定值。設(shè)定值。 2）標(biāo)志寄存器）標(biāo)志寄存器FLAGS FLAGS是一個(gè)是一個(gè)16位寄存器，位寄存器，8086/8088 CPU只用了其中只用了其中的的9

19、位，這位，這9位包括位包括6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志和個(gè)狀態(tài)標(biāo)志和3個(gè)控制標(biāo)志。個(gè)控制標(biāo)志。返回返回 狀態(tài)標(biāo)志中用狀態(tài)標(biāo)志中用6位來(lái)反映位來(lái)反映EU執(zhí)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算以后的執(zhí)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算以后的結(jié)果特征。這結(jié)果特征。這6位都是邏輯值，判斷結(jié)果為邏輯真時(shí)，其值位都是邏輯值，判斷結(jié)果為邏輯真時(shí)，其值為為1；判斷結(jié)果為邏輯假時(shí)，其值為；判斷結(jié)果為邏輯假時(shí)，其值為0。 （1）進(jìn)位標(biāo)志）進(jìn)位標(biāo)志CF（Carry Flag）。）。 （2）奇偶標(biāo)志）奇偶標(biāo)志PF（Parity Flag）。）。 （3）輔助進(jìn)位標(biāo)志）輔助進(jìn)位標(biāo)志AF（Auxiliary Flag）。）。 （4）零標(biāo)志）零標(biāo)志ZF（Zero Flag）。）

20、。 （5）符號(hào)標(biāo)志）符號(hào)標(biāo)志SF（Sign Flag）。）。 （6）溢出標(biāo)志）溢出標(biāo)志OF（Over Flow Flag）。）。返回返回 控制標(biāo)志是一種用于控制控制標(biāo)志是一種用于控制CPU工作方式或工作狀態(tài)的工作方式或工作狀態(tài)的標(biāo)志，控制標(biāo)志設(shè)置后便對(duì)其后面的操作產(chǎn)生控制作用?？貥?biāo)志，控制標(biāo)志設(shè)置后便對(duì)其后面的操作產(chǎn)生控制作用。控制標(biāo)志具有制標(biāo)志具有3個(gè)，分別是跟蹤標(biāo)志個(gè)，分別是跟蹤標(biāo)志TF、中斷允許標(biāo)志、中斷允許標(biāo)志IF、方、方向標(biāo)志向標(biāo)志DF。 （1）跟蹤標(biāo)志）跟蹤標(biāo)志TF（Trap Flag）。）。TF=1表示表示CPU按跟蹤方式按跟蹤方式執(zhí)行指令。執(zhí)行指令。 （2）中斷允許標(biāo)志）中斷允

21、許標(biāo)志IF（Interrupt Flag）。）。IF=1表示打開(kāi)可表示打開(kāi)可屏蔽中斷，此時(shí)屏蔽中斷，此時(shí)CPU可以響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求；可以響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求；IF=0表示表示關(guān)閉可屏蔽中斷，此時(shí)關(guān)閉可屏蔽中斷，此時(shí)CPU不響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。不響應(yīng)可屏蔽中斷請(qǐng)求。 （3）方向標(biāo)志）方向標(biāo)志DF（Direction Flag）。）。DF=1表示串操作過(guò)程表示串操作過(guò)程中地址會(huì)遞減；中地址會(huì)遞減；DF=0表示串操作過(guò)程中地址會(huì)遞增。表示串操作過(guò)程中地址會(huì)遞增。返回返回 8086/8088 CPU具有具有40個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝形個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝形式。為了減少芯片引腳的數(shù)目，式。為了

22、減少芯片引腳的數(shù)目，8086/8088 CPU采用了分時(shí)采用了分時(shí)復(fù)用的地址復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)。正是由于使用這種分時(shí)復(fù)用的方法數(shù)據(jù)總線(xiàn)。正是由于使用這種分時(shí)復(fù)用的方法才使得才使得8086/8088 CPU可用可用40個(gè)引腳實(shí)現(xiàn)個(gè)引腳實(shí)現(xiàn)20位地址、位地址、16位數(shù)位數(shù)據(jù)及許多控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的傳輸。據(jù)及許多控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的傳輸。返回返回 8086/8088 CPU有兩種工作方式：有兩種工作方式： 最小方式指系統(tǒng)中只有最小方式指系統(tǒng)中只有8086/8088一個(gè)微處理器。在這一個(gè)微處理器。在這種系統(tǒng)中，種系統(tǒng)中，8086/8088 CPU直接產(chǎn)生所有的總線(xiàn)控制信號(hào)，直接產(chǎn)生所有的總線(xiàn)控制信

23、號(hào)，系統(tǒng)所需的外加總線(xiàn)控制邏輯部件最少。系統(tǒng)所需的外加總線(xiàn)控制邏輯部件最少。 最大方式指系統(tǒng)中含有兩個(gè)或多個(gè)微處理器，其中一最大方式指系統(tǒng)中含有兩個(gè)或多個(gè)微處理器，其中一個(gè)為主處理器個(gè)為主處理器8086/8088 CPU，其他的稱(chēng)為協(xié)處理器，它們，其他的稱(chēng)為協(xié)處理器，它們是協(xié)同主處理器來(lái)工作的。和是協(xié)同主處理器來(lái)工作的。和8086/8088相配的協(xié)處理器有相配的協(xié)處理器有兩個(gè)：一個(gè)是專(zhuān)用數(shù)值運(yùn)算的協(xié)處理器兩個(gè)：一個(gè)是專(zhuān)用數(shù)值運(yùn)算的協(xié)處理器8087，系統(tǒng)中有了此，系統(tǒng)中有了此協(xié)處理器后會(huì)大幅度提高系統(tǒng)數(shù)值的運(yùn)算速度。另一個(gè)是專(zhuān)協(xié)處理器后會(huì)大幅度提高系統(tǒng)數(shù)值的運(yùn)算速度。另一個(gè)是專(zhuān)用于輸入用于輸入/

24、輸出操作的協(xié)處理器輸出操作的協(xié)處理器8089，系統(tǒng)中加入，系統(tǒng)中加入8089后會(huì)后會(huì)提高主處理器的效率，大大減少輸入提高主處理器的效率，大大減少輸入/輸出操作占用主處理輸出操作占用主處理器的時(shí)間。在最大模式下工作時(shí)，控制信號(hào)是通過(guò)器的時(shí)間。在最大模式下工作時(shí)，控制信號(hào)是通過(guò)8288總線(xiàn)總線(xiàn)控制器提供的?？刂破魈峁┑?。返回返回u80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)u80386的寄存器的寄存器u80386的工作方式的工作方式u80386的存儲(chǔ)器管理的存儲(chǔ)器管理返回返回圖圖2-8 80386的邏輯結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)返回返回 80386共有共有34個(gè)寄存器，按功能可分為個(gè)寄存器，按功能可分為7類(lèi)：通用類(lèi)：通用寄

25、存器、段寄存器、指令指針和標(biāo)志寄存器、控制寄寄存器、段寄存器、指令指針和標(biāo)志寄存器、控制寄存器、系統(tǒng)地址寄存器、調(diào)試寄存器和測(cè)試寄存器。存器、系統(tǒng)地址寄存器、調(diào)試寄存器和測(cè)試寄存器。 1通用寄存器通用寄存器 2段寄存器段寄存器 3系統(tǒng)地址寄存器系統(tǒng)地址寄存器 4指令指針和標(biāo)志寄存器指令指針和標(biāo)志寄存器 5控制寄存器控制寄存器 6調(diào)試寄存器調(diào)試寄存器 7測(cè)試寄存器測(cè)試寄存器返回返回 1實(shí)地址方式實(shí)地址方式 80386在加電或復(fù)位初始化時(shí)進(jìn)入實(shí)地址方式，這是在加電或復(fù)位初始化時(shí)進(jìn)入實(shí)地址方式，這是一種為建立保護(hù)方式做準(zhǔn)備的方式。它與一種為建立保護(hù)方式做準(zhǔn)備的方式。它與8086相同，由相同，由16位

26、段選擇子左移位段選擇子左移4位與位與16位偏移地址相加得到位偏移地址相加得到20位物理位物理地址，可尋址地址，可尋址1MB的存儲(chǔ)空間。這時(shí)段的基地址在的存儲(chǔ)空間。這時(shí)段的基地址在4GB物理存儲(chǔ)空間的第一個(gè)物理存儲(chǔ)空間的第一個(gè)1MB內(nèi)。內(nèi)。 2保護(hù)虛擬地址方式保護(hù)虛擬地址方式 80386的保護(hù)虛擬地址方式是其最常用的方式，一般的保護(hù)虛擬地址方式是其最常用的方式，一般開(kāi)機(jī)或復(fù)位后，先進(jìn)入實(shí)地址方式完成初始化，然后立開(kāi)機(jī)或復(fù)位后，先進(jìn)入實(shí)地址方式完成初始化，然后立即轉(zhuǎn)入保護(hù)虛擬地址方式，也只有在保護(hù)虛擬地址方式即轉(zhuǎn)入保護(hù)虛擬地址方式，也只有在保護(hù)虛擬地址方式下，下，80386才能充分發(fā)揮其強(qiáng)大的功能

27、。才能充分發(fā)揮其強(qiáng)大的功能。返回返回 80386在保護(hù)虛擬地址方式下，存儲(chǔ)器用虛擬地址空在保護(hù)虛擬地址方式下，存儲(chǔ)器用虛擬地址空間、線(xiàn)性地址空間和物理地址空間三種方式來(lái)描述，可間、線(xiàn)性地址空間和物理地址空間三種方式來(lái)描述，可提供提供4GB實(shí)地址空間，而虛擬地址空間可以高達(dá)實(shí)地址空間，而虛擬地址空間可以高達(dá)64TB。在保護(hù)虛擬地址方式下，在保護(hù)虛擬地址方式下，80386支持存儲(chǔ)器的段頁(yè)式結(jié)構(gòu)，支持存儲(chǔ)器的段頁(yè)式結(jié)構(gòu)，提供兩級(jí)存儲(chǔ)管理。提供兩級(jí)存儲(chǔ)管理。 3虛擬虛擬8086方式方式 虛擬虛擬8086方式又稱(chēng)為方式又稱(chēng)為V86方式。方式。80386把標(biāo)志寄存器把標(biāo)志寄存器中的中的VM標(biāo)志位置標(biāo)志位置

28、1，即進(jìn)入，即進(jìn)入V86方式，執(zhí)行一個(gè)方式，執(zhí)行一個(gè)8086程序程序把把VM復(fù)位，即退出復(fù)位，即退出V86方式而進(jìn)入保護(hù)方式，執(zhí)行保護(hù)方式而進(jìn)入保護(hù)方式，執(zhí)行保護(hù)方式的方式的80386程序。程序。返回返回 80386在保護(hù)虛擬地址方式下，采用分段、分頁(yè)兩級(jí)在保護(hù)虛擬地址方式下，采用分段、分頁(yè)兩級(jí)綜合的存儲(chǔ)管理，用分段管理組織其邏輯地址空間的結(jié)綜合的存儲(chǔ)管理，用分段管理組織其邏輯地址空間的結(jié)構(gòu)，用分頁(yè)管理來(lái)管理其物理存儲(chǔ)。構(gòu)，用分頁(yè)管理來(lái)管理其物理存儲(chǔ)。80386的分段部件把的分段部件把程序的邏輯地址變換為線(xiàn)性地址，進(jìn)而由分頁(yè)部件變換程序的邏輯地址變換為線(xiàn)性地址，進(jìn)而由分頁(yè)部件變換為物理地址。這

29、種段管理基礎(chǔ)上的分頁(yè)管理是為物理地址。這種段管理基礎(chǔ)上的分頁(yè)管理是80386所支所支持的最全面、功能最強(qiáng)的一種存儲(chǔ)管理方式。由于微處持的最全面、功能最強(qiáng)的一種存儲(chǔ)管理方式。由于微處理器內(nèi)還設(shè)置高速緩沖存儲(chǔ)器（理器內(nèi)還設(shè)置高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）和其他功能部件，）和其他功能部件，使得這種兩級(jí)地址轉(zhuǎn)換的速度很快。使得這種兩級(jí)地址轉(zhuǎn)換的速度很快。 1分段管理分段管理 80386的段描述符為的段描述符為8字節(jié)，段基地址擴(kuò)大到字節(jié)，段基地址擴(kuò)大到32位，位，段限值擴(kuò)大到段限值擴(kuò)大到1MB，增添了，增添了4位語(yǔ)義控制字段。位語(yǔ)義控制字段。80386的的段描述符格式如圖段描述符格式如圖2-9所示。所示。

30、返回返回 分段存儲(chǔ)管理就是要根據(jù)邏輯地址提供的段選擇符分段存儲(chǔ)管理就是要根據(jù)邏輯地址提供的段選擇符和偏移量，通過(guò)段選擇符從描述符表中找到相應(yīng)的描述和偏移量，通過(guò)段選擇符從描述符表中找到相應(yīng)的描述符，從描述符符，從描述符 中中取得段的取得段的32位基地址，加位基地址，加上邏輯地址提上邏輯地址提供的供的32位偏移位偏移量，形成量，形成32位位線(xiàn)性地址。分線(xiàn)性地址。分段存儲(chǔ)管理的段存儲(chǔ)管理的地址轉(zhuǎn)換過(guò)程地址轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖如圖2-10所示。所示。返回返回 2分頁(yè)管理分頁(yè)管理 80386的物理存儲(chǔ)器組織成若干個(gè)頁(yè)面，一般每個(gè)頁(yè)的物理存儲(chǔ)器組織成若干個(gè)頁(yè)面，一般每個(gè)頁(yè)面為面為4KB。 80386分頁(yè)采用了頁(yè)

31、目錄表、頁(yè)表兩級(jí)頁(yè)變換機(jī)制，分頁(yè)采用了頁(yè)目錄表、頁(yè)表兩級(jí)頁(yè)變換機(jī)制，低一級(jí)的頁(yè)表是頁(yè)的映像，由若干頁(yè)描述符組成，每一低一級(jí)的頁(yè)表是頁(yè)的映像，由若干頁(yè)描述符組成，每一個(gè)頁(yè)描述符指示一個(gè)物理頁(yè)面；高一級(jí)的頁(yè)目錄表是頁(yè)個(gè)頁(yè)描述符指示一個(gè)物理頁(yè)面；高一級(jí)的頁(yè)目錄表是頁(yè)表的映像，由若干頁(yè)目錄描述符組成，每一個(gè)頁(yè)目錄描表的映像，由若干頁(yè)目錄描述符組成，每一個(gè)頁(yè)目錄描述符指示著不同的頁(yè)表，由述符指示著不同的頁(yè)表，由80386的頁(yè)目錄基地址寄存器的頁(yè)目錄基地址寄存器CR3指示頁(yè)目錄表在存儲(chǔ)器中的位置。指示頁(yè)目錄表在存儲(chǔ)器中的位置。80386的頁(yè)表和頁(yè)的頁(yè)表和頁(yè)目錄表中最多可分別包含目錄表中最多可分別包含210

32、個(gè)頁(yè)描述符和頁(yè)目錄描述符，個(gè)頁(yè)描述符和頁(yè)目錄描述符，每個(gè)描述符均由每個(gè)描述符均由4字節(jié)（字節(jié)（32位）組成，其格式也基本相同。位）組成，其格式也基本相同。返回返回 80386的頁(yè)面和頁(yè)表均起始于存儲(chǔ)空間的的頁(yè)面和頁(yè)表均起始于存儲(chǔ)空間的4KB界上，界上，因此頁(yè)面地址和頁(yè)表地址的低因此頁(yè)面地址和頁(yè)表地址的低12位全為位全為0。在。在80386分頁(yè)分頁(yè)系統(tǒng)中，由系統(tǒng)中，由CR3給出頁(yè)目標(biāo)表的基地址，利用給出頁(yè)目標(biāo)表的基地址，利用32位線(xiàn)性位線(xiàn)性地址的高地址的高10位在頁(yè)目錄表的位在頁(yè)目錄表的1 024個(gè)頁(yè)目錄描述符中選定個(gè)頁(yè)目錄描述符中選定1個(gè)，從而獲得對(duì)應(yīng)頁(yè)表的基地址；利用線(xiàn)性地址的中間個(gè)，從而獲

33、得對(duì)應(yīng)頁(yè)表的基地址；利用線(xiàn)性地址的中間10位，在對(duì)應(yīng)頁(yè)表的位，在對(duì)應(yīng)頁(yè)表的1 024個(gè)頁(yè)描述符中選定個(gè)頁(yè)描述符中選定1個(gè)，得到頁(yè)個(gè)，得到頁(yè)面地址；利用線(xiàn)性地址的低面地址；利用線(xiàn)性地址的低12位可在指定頁(yè)面的位可在指定頁(yè)面的4KB中中選中一個(gè)物理存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)從線(xiàn)性地址到物理地址的選中一個(gè)物理存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)從線(xiàn)性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。這種地址轉(zhuǎn)換是標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)查表機(jī)制。轉(zhuǎn)換。這種地址轉(zhuǎn)換是標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)查表機(jī)制。 在這個(gè)分頁(yè)系統(tǒng)中，通過(guò)頁(yè)目錄表可尋址多達(dá)在這個(gè)分頁(yè)系統(tǒng)中，通過(guò)頁(yè)目錄表可尋址多達(dá)1K個(gè)個(gè)頁(yè)表，每個(gè)頁(yè)表可尋址多達(dá)頁(yè)表，每個(gè)頁(yè)表可尋址多達(dá)1K個(gè)頁(yè)面，因此可尋址個(gè)頁(yè)面，因此可尋址1M個(gè)個(gè)頁(yè)面，

34、而一個(gè)頁(yè)面有頁(yè)面，而一個(gè)頁(yè)面有4KB，即可尋址，即可尋址80386的整個(gè)物理空的整個(gè)物理空間間4GB。返回返回圖圖2-11 80386的分頁(yè)機(jī)制的分頁(yè)機(jī)制返回返回 3高速緩沖存儲(chǔ)管理高速緩沖存儲(chǔ)管理 為了加快段內(nèi)地址的轉(zhuǎn)換速度，在為了加快段內(nèi)地址的轉(zhuǎn)換速度，在80386芯片上有高芯片上有高速緩沖存儲(chǔ)器（速緩沖存儲(chǔ)器（Cache），可把當(dāng)前段描述符存入），可把當(dāng)前段描述符存入Cache中，在以后進(jìn)行的地址轉(zhuǎn)換中就不用再訪(fǎng)問(wèn)描述符表，中，在以后進(jìn)行的地址轉(zhuǎn)換中就不用再訪(fǎng)問(wèn)描述符表，而只與而只與Cache打交道，這樣就大大提高了地址轉(zhuǎn)換的速度。打交道，這樣就大大提高了地址轉(zhuǎn)換的速度。 分頁(yè)系統(tǒng)也支持

35、分頁(yè)系統(tǒng)也支持Cache，把最新、最常用的頁(yè)表項(xiàng)目，把最新、最常用的頁(yè)表項(xiàng)目自動(dòng)保存在稱(chēng)為轉(zhuǎn)換后備高速緩存（自動(dòng)保存在稱(chēng)為轉(zhuǎn)換后備高速緩存（TLB）中。）中。TLB共共可保存可保存32個(gè)頁(yè)表信息，個(gè)頁(yè)表信息，32個(gè)頁(yè)與對(duì)應(yīng)頁(yè)的個(gè)頁(yè)與對(duì)應(yīng)頁(yè)的4KB相聯(lián)系，相聯(lián)系，從而覆蓋了從而覆蓋了128KB的存儲(chǔ)器空間。對(duì)一般的多任務(wù)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器空間。對(duì)一般的多任務(wù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，來(lái)說(shuō)，TLB具有大約具有大約98%的命中率，也就是說(shuō)在處理器的命中率，也就是說(shuō)在處理器訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器過(guò)程中，只有訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器過(guò)程中，只有2%必須訪(fǎng)問(wèn)兩級(jí)分頁(yè)機(jī)構(gòu)，所必須訪(fǎng)問(wèn)兩級(jí)分頁(yè)機(jī)構(gòu)，所以加快了地址轉(zhuǎn)換的速度。以加快了地址轉(zhuǎn)換的速度。返回返回

36、uPentium微處理器微處理器uPentium微處理器的技術(shù)特點(diǎn)微處理器的技術(shù)特點(diǎn)uPentium微處理器的發(fā)展微處理器的發(fā)展u多核微處理器多核微處理器返回返回 1993年年3月，月，Intel公司推出了新一代名為公司推出了新一代名為Pentium（奔騰，即（奔騰，即P5）的微處理器。它擁有）的微處理器。它擁有32位寄存器、位寄存器、64位位數(shù)據(jù)總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)和32位地址總線(xiàn)、高性能浮點(diǎn)處理部件和多媒位地址總線(xiàn)、高性能浮點(diǎn)處理部件和多媒體處理體處理MMX部件。采用部件。采用0.80 制造工藝，支持制造工藝，支持60和和66MHz前端總線(xiàn)速度（前端總線(xiàn)速度（FSB），安全工作電壓為），安全工作

37、電壓為5V。Pentium處處理器采用全新的設(shè)計(jì)，與理器采用全新的設(shè)計(jì)，與80486相比內(nèi)部結(jié)構(gòu)也作了很大相比內(nèi)部結(jié)構(gòu)也作了很大改進(jìn)，但是依然保持了和改進(jìn)，但是依然保持了和80 x86系列的二進(jìn)制兼容性，在系列的二進(jìn)制兼容性，在相同的工作模式上可以執(zhí)行所有的相同的工作模式上可以執(zhí)行所有的80 x86程序。片內(nèi)存儲(chǔ)程序。片內(nèi)存儲(chǔ)管理單元（管理單元（MMU）也與）也與80386和和80486兼容，可以在實(shí)地兼容，可以在實(shí)地址模式引導(dǎo)下轉(zhuǎn)入保護(hù)模式和虛擬址模式引導(dǎo)下轉(zhuǎn)入保護(hù)模式和虛擬86模式，其指令集包模式，其指令集包括了括了80486的所有指令，并增加了新的指令。的所有指令，并增加了新的指令。返回返回 除了具有與除了具有與80 x86系列微處理器完全兼容的特點(diǎn)以外，系列微處理器完全兼容的特點(diǎn)以外，在在CPU的結(jié)構(gòu)體系上，還有如下一些新的特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體系上，還有如下一些新的特點(diǎn): （1）Pentium的片內(nèi)高速緩存采用了分離式結(jié)構(gòu)。的片內(nèi)高速緩存采用了分