第2章 8086和奔騰系列微處理器原理初步

1、汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 2 . 8086 8086和奔騰系列微處理器原理初步和奔騰系列微處理器原理初步2.1 8086 8086的編程結構的編程結構 2.2 8086 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式 2.3 8086 8086的存儲器編址的存儲器編址2.4 奔騰系列微處理器特點奔騰系列微處理器特點 微微第第2章章汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 本章學習要求本章學習要求1 1、掌握、掌握8086CPU8086

2、CPU的內部結構的內部結構3 3、掌握、掌握8086CPU8086CPU的兩種工作模式的兩種工作模式2 2、掌握、掌握8086CPU8086CPU對存儲器的分段管理的基對存儲器的分段管理的基本概念本概念4 4、了解奔騰系列微處理器的特點、了解奔騰系列微處理器的特點汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 2.1 8086CPU 8086CPU的內部結構（編程結構）的內部結構（編程結構）從功能上看，從功能上看，CPUCPU可以分為兩大部分：可以分為兩大部分：1 1、總線接口部件、總線接口部件BIU (Bus Interfac

3、e Unit) BIU (Bus Interface Unit) 2 2、執(zhí)行部件、執(zhí)行部件EU (Execution Unit)EU (Execution Unit) 8086CPU8086CPU內部結構框圖如下所示：內部結構框圖如下所示：汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 8086CPU8086CPU的的內部結構框圖內部結構框圖汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 一一. 總線接口部件總線接口部件總線接口部件負責與存儲器、總線接口部件負責

4、與存儲器、I/O接口傳送數接口傳送數據，包括物理地址的形成、預取指令、指令隊列據，包括物理地址的形成、預取指令、指令隊列排隊、讀排隊、讀/寫操作數和總線控制等寫操作數和總線控制等?？偩€接口部件。總線接口部件由下列由下列4部分組成：部分組成： 4 4個段地址寄存器個段地址寄存器（CSCS、DSDS、ESES、SSSS） 1616位的指令指針寄存器位的指令指針寄存器 IP(InstructionIP(Instruction Pointer) Pointer) 20 20位的地址加法器位的地址加法器 6字節(jié)的指令隊列緩沖器字節(jié)的指令隊列緩沖器汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與

5、單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 二二. 執(zhí)行部件執(zhí)行部件 執(zhí)行部件負責指令的執(zhí)行。執(zhí)行部件負責指令的執(zhí)行。由下列由下列4部分組成：部分組成： 4 4個通用寄存器，即個通用寄存器，即AXAX、BXBX、CXCX、DXDX； 4 4個專用寄存器，即個專用寄存器，即 基數指針寄存器基數指針寄存器BPBP（base pointerbase pointer） 堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器SP(stack pointer)SP(stack pointer) 源變址寄存器源變址寄存器SI(source index)SI(source index) 目的變址寄存器目的變址寄存器DI(d

6、estination index)DI(destination index)； 標志寄存器；標志寄存器； 算術邏輯部件算術邏輯部件ALU(arithmetic logic unit)。 汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 80868086內部寄存器有：內部寄存器有：v 4 4個通用寄存器和個通用寄存器和4 4個專用寄存器個專用寄存器v 1 1個指令指針寄存器個指令指針寄存器v 1 1個標志寄存器個標志寄存器v 4 4個段寄存器個段寄存器汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 201

7、4-2015 春季學期春季學期 1 1、4 4個個1616位的通用寄存器位的通用寄存器AXAX、BXBX、CXCX、DXDXn它們還可以分成高它們還可以分成高8 8位和低位和低8 8位兩個獨立的寄位兩個獨立的寄存器：存器：AHAHBHBHCHCHDHDHALALBLBLCLCLDLDLn對其中某對其中某8 8位的操作，并不影響另外對應位的操作，并不影響另外對應8 8位位的數據的數據n每個寄存器又有它們各自的專用目的：每個寄存器又有它們各自的專用目的：nAXAX累加器累加器( (AccumulatorAccumulator) )，使用頻度最高，使用頻度最高，用于算術、邏輯運算以及與外設傳送信息等

8、用于算術、邏輯運算以及與外設傳送信息等汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 nBXBX基址寄存器，常用做存放存儲器地址基址寄存器，常用做存放存儲器地址nCXCX計數器，作為循環(huán)和串操作等指令中的隱計數器，作為循環(huán)和串操作等指令中的隱含計數器含計數器nDXDX數據寄存器，常用來存放雙字長數據的高數據寄存器，常用來存放雙字長數據的高1616位，或存放外設端口地址。位，或存放外設端口地址。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 2 2、變址寄存器、變址

9、寄存器SISI、DIDIn變址寄存器常用于存儲器尋址時提供地址：變址寄存器常用于存儲器尋址時提供地址：nSISI是源變址寄存器（是源變址寄存器（source indexsource index）nDIDI是目的變址寄存器（是目的變址寄存器（destination indexdestination index）n串操作類指令中，串操作類指令中，SISI和和DIDI具有特別的功能。具有特別的功能。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 3 3、指針寄存器、指針寄存器SPSP、BPBPn指針寄存器用于尋址內存堆棧內的數據。指針

10、寄存器用于尋址內存堆棧內的數據。nSPSP為堆棧指針寄存器為堆棧指針寄存器(Stack Pointer)(Stack Pointer)，指示，指示棧頂的偏移地址。棧頂的偏移地址。nSPSP不能再用于其他目的，具有專用目的。不能再用于其他目的，具有專用目的。nBPBP為基址指針寄存器為基址指針寄存器(Base Pointer)(Base Pointer)，表示數，表示數據在堆棧段中的基地址。據在堆棧段中的基地址。nSPSP和和BPBP寄存器與寄存器與SSSS段寄存器聯合使用以確定堆段寄存器聯合使用以確定堆棧段中的存儲單元地址。棧段中的存儲單元地址。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及

11、應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 4 4、段寄存器、段寄存器CSCS、DSDS、ESES、SSSSDS DS 數據段寄存器數據段寄存器 (Data Segment) (Data Segment) CS CS 代碼段寄存器代碼段寄存器 (Code Segment) (Code Segment) ES ES 附加段寄存器附加段寄存器 (Extra Segment) (Extra Segment) SS SS 堆棧段寄存器堆棧段寄存器 (Stack Segment) (Stack Segment) 這些段寄存器的內容與有效地址一起，這些段寄存器的內容與有效地址一起，用

12、于確定內存的物理地址。通常用用于確定內存的物理地址。通常用CSCS、DSDS、ESES以及以及SSSS用于確定代碼段、數據段、附加用于確定代碼段、數據段、附加段以及堆棧段的基地址。段以及堆棧段的基地址。 汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 5 5、指令指針寄存器、指令指針寄存器IPIP（Instruction PointerInstruction Pointer）n指令指針寄存器指令指針寄存器IPIP，指示代碼段中下，指示代碼段中下一條要執(zhí)行指令的偏移地址。一條要執(zhí)行指令的偏移地址。n它與代碼段寄存器它與代碼段寄存器

13、CSCS聯用，確定下一聯用，確定下一條指令的物理地址。條指令的物理地址。n計算機通過計算機通過CSCS和和IPIP寄存器來控制指令寄存器來控制指令序列的執(zhí)行流程。序列的執(zhí)行流程。nIPIP寄存器是一個專用寄存器。寄存器是一個專用寄存器。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 6 6、標志寄存器、標志寄存器FLAGSFLAGSn標志（標志（FlagFlag）用于反映指令執(zhí)行結果）用于反映指令執(zhí)行結果或控制指令執(zhí)行形式。或控制指令執(zhí)行形式。n80868086處理器的各種標志形成了一個處理器的各種標志形成了一個1616位的標志

14、寄存器位的標志寄存器FLAGSFLAGS。OF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0 程序設計需要利用標志的狀態(tài)程序設計需要利用標志的狀態(tài)標志寄存器中共有標志寄存器中共有9 9個位用作標志，個位用作標志，7 7個位未作使用個位未作使用汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 標志的分類：分為狀態(tài)標志和控制標志n6 6個狀態(tài)標志：用來記錄程序運行結果個狀態(tài)標志：用來記錄程序運行結果的狀態(tài)信息，許多指令的執(zhí)行都將相應的狀態(tài)信息，許多指令的執(zhí)行都將相應地設置它的狀態(tài)。共有地設置它的狀態(tài)。共有6 6

15、個狀態(tài)標志位：個狀態(tài)標志位：CF ZF SF PF OF AFCF ZF SF PF OF AFn3 3個控制標志：可由程序根據需要用指個控制標志：可由程序根據需要用指令設置，用于控制處理器執(zhí)行指令的方令設置，用于控制處理器執(zhí)行指令的方式式DF IF TFDF IF TFOF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 進位標志進位標志CF（Carry Flag）n當運算結果的最高有效位有進位（加法）或當運算結果的最高有效位有進位（加法）或借位（減法）時，進

16、位標志置借位（減法）時，進位標志置1 1，即，即CF = 1CF = 1；否則否則CF = 0CF = 0。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 零標志零標志ZF（Zero Flag）n若運算結果為若運算結果為0 0，則，則ZF = 1ZF = 1；否則否則ZF = 0ZF = 0注意：注意： ZFZF為為1 1表示的運算結果是表示的運算結果是0汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 符號標志符號標志SF（Sign Flag）n運算結果最高位為運

17、算結果最高位為1 1，則，則SF = 1SF = 1；否則；否則SF = 0SF = 0有符號數據用最高有效位表示數據的符號有符號數據用最高有效位表示數據的符號所以，最高有效位就是符號標志的狀態(tài)所以，最高有效位就是符號標志的狀態(tài)汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 奇偶標志奇偶標志PF（Parity Flag）n當運算結果的低當運算結果的低8 8位位( (最低字節(jié)最低字節(jié)) )中中“1”1”的個的個數為偶數時，數為偶數時，PF = 1PF = 1；否則；否則PF = 0PF = 0PFPF標志僅反映最低標志僅反映最低8

18、 8位中位中“1”1”的個數是的個數是偶或奇，即使是進行偶或奇，即使是進行1616位字操作位字操作汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 溢出標志溢出標志OF（Overflow Flag）n若算術運算的結果有溢出，若算術運算的結果有溢出， 則則OFOF1 1；否則；否則 OFOF0 0汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 什么是溢出？什么是溢出？n處理器內部以補碼表示有符號數處理器內部以補碼表示有符號數n8 8位補碼表達的整數范圍是：位補碼表達的

19、整數范圍是：127127128128n1616位補碼表達的范圍是：位補碼表達的范圍是：32767327673276832768n如果運算結果超出這個范圍，就產生了溢出如果運算結果超出這個范圍，就產生了溢出n有溢出，說明有符號數的運算結果不正確有溢出，說明有符號數的運算結果不正確汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 溢出和進位的區(qū)別：溢出和進位的區(qū)別：n溢出標志溢出標志OFOF和進位標志和進位標志CFCF是兩個意義不同的是兩個意義不同的標志。標志。n進位標志表示無符號數運算結果是否超出范進位標志表示無符號數運算結果是否超

20、出范圍，運算結果仍然正確。圍，運算結果仍然正確。n溢出標志表示有符號數運算結果是否超出范溢出標志表示有符號數運算結果是否超出范圍，運算結果已經不正確。圍，運算結果已經不正確。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 溢出和進位的對比：溢出和進位的對比：汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 溢出的判斷：溢出的判斷：判斷運算結果是否溢出有一個簡單的規(guī)則：判斷運算結果是否溢出有一個簡單的規(guī)則：n只有當兩個相同符號數相加（包括不同符號只有當兩個相同符號數相

21、加（包括不同符號數相減），而運算結果的符號與原數據符號數相減），而運算結果的符號與原數據符號相反時，產生溢出，因為，此時的運算結果相反時，產生溢出，因為，此時的運算結果顯然不正確。顯然不正確。n其他情況下，則不會產生溢出其他情況下，則不會產生溢出汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 輔助進位標志輔助進位標志AF（Auxiliary Carry Flag）這個標志主要由處理器內部使用，用這個標志主要由處理器內部使用，用于十進制算術運算調整指令中，用戶于十進制算術運算調整指令中，用戶一般不必關心。一般不必關心。n若算術運算

22、時若算術運算時D D3 3位位( (低半字節(jié)低半字節(jié)) )有進位有進位或借位，則或借位，則AFAF1 1；否則；否則AFAF0 0汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 方向標志方向標志DF（Direction Flag）n用于串操作指令中，控制地址的變化用于串操作指令中，控制地址的變化方向：方向：n設置設置DFDF0 0，存儲器地址自動增加；，存儲器地址自動增加；n設置設置DFDF1 1，存儲器地址自動減少。，存儲器地址自動減少。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-20

23、15 春季學期春季學期 中斷允許標志中斷允許標志IF（Interrupt-enable Flag）n用于控制外部可屏蔽中斷是否可以被用于控制外部可屏蔽中斷是否可以被處理器響應：處理器響應：n設置設置IFIF1 1，則允許中斷；，則允許中斷；n設置設置IFIF0 0，則禁止中斷。，則禁止中斷。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 跟蹤標志跟蹤標志TF（Trap Flag）n用于控制處理器進入單步操作方式：用于控制處理器進入單步操作方式：n設置設置TFTF0 0，處理器正常工作；，處理器正常工作；n設置設置TFTF1 1，

24、處理器單步執(zhí)行指令。，處理器單步執(zhí)行指令。單步執(zhí)行指令：單步執(zhí)行指令：處理器在每條指令執(zhí)行結束處理器在每條指令執(zhí)行結束時，便產生一個編號為時，便產生一個編號為1 1的內部中斷的內部中斷這種內部中斷稱為單步中斷這種內部中斷稱為單步中斷所以所以TFTF也稱為也稱為單步標志單步標志n利用單步中斷可對程序進行逐條指令的調試利用單步中斷可對程序進行逐條指令的調試n這種逐條指令調試程序的方法就是單步調試這種逐條指令調試程序的方法就是單步調試汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 一、8086CPU的引腳及其功能 8086CPU808

25、6CPU的的4040條引腳信條引腳信號按功能可分為四類，它號按功能可分為四類，它們是：們是：地址總線地址總線數據總線數據總線控制總線控制總線其它其它( (時鐘與電源時鐘與電源) ) 2.2 8086CPU 8086CPU的引腳和工作模式的引腳和工作模式汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 1、最小模式和最大模式概念、最小模式和最大模式概念(1)(1)最小模式最小模式: : 在系統中只有一個微處理器。在系統中只有一個微處理器。(2)(2)最大模式：最大模式： 兩個或多個微處理器（主處理器、協處理器）兩個或多個微處理器（主

26、處理器、協處理器） 為了盡可能的適應各種應用場合，設計為了盡可能的適應各種應用場合，設計8086CPU8086CPU時，時，使其能具有兩種工作模式，即最小模式和最大模式。使其能具有兩種工作模式，即最小模式和最大模式。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 2、8086的引腳信號的引腳信號（1）最小模式（）最小模式（ MN/MX接接5V） AD AD1515ADAD0 0，地址，地址/ /數據總線數據總線 A A1919/S/S6 6A A1616/S/S3 3，地址，地址/ /狀態(tài)總線狀態(tài)總線 BHE/ S BHE/ S

27、7 7，高，高8 8位數據允許位數據允許/ /狀態(tài)線狀態(tài)線 MN/MX MN/MX，最小，最小/ /最大模式控制信號，輸入最大模式控制信號，輸入 RD RD，讀信號，讀信號 WR WR，寫信號，寫信號 M/IO M/IO，存儲器，存儲器/ /輸入輸出控制信號輸入輸出控制信號 汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 ALEALE，地址鎖存允許信號，地址鎖存允許信號READY(Ready)READY(Ready)，準備就緒信號，準備就緒信號INTRINTR，可屏蔽中斷請求信號，可屏蔽中斷請求信號INTAINTA，中斷響應信號

28、，中斷響應信號 NMINMI，非屏蔽中斷請求信號，非屏蔽中斷請求信號RESETRESET，系統復位信號，系統復位信號 DENDEN，數據允許信號，數據允許信號 DT/RDT/R，數據發(fā)送，數據發(fā)送/ /接收控制信號接收控制信號 汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 HOLDHOLD，總線保持請求信號輸入，總線保持請求信號輸入 HLDAHLDA，總線保持響應信號，總線保持響應信號 TESTTEST，測試信號，測試信號 CLKCLK，時鐘輸入信號，時鐘輸入信號 V VCCCC(+5V)(+5V)，GNDGND 汕頭大學工學

29、院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 （2）最大模式（）最大模式（ MN/MX接地接地）8086 CPU8086 CPU工作在最大模式時，其工作在最大模式時，其24243131引腳需重新定引腳需重新定義，如表義，如表2-42-4所示：所示： 汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 QSQS1 1/QS/QS0 0，指令隊列狀態(tài)信號。，指令隊列狀態(tài)信號。 S S2 2、S S1 1、S S0 0 ，總線周期狀態(tài)信號。，總線周期狀態(tài)信號。 LOCK LOCK ，

30、總線封鎖信號。，總線封鎖信號。RQ/GTRQ/GT1 1和和RQ/GTRQ/GT0 0 ，總線請求信號輸入，總線請求信號輸入/ /總線請求信號允許輸出?？偩€請求信號允許輸出。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 一、一、 主存儲器的分段機制主存儲器的分段機制n原因：原因：由于由于CPUCPU地址線數地址線數(20(20位位) )與寄存器位數、數與寄存器位數、數據線數據線數(16(16位位) )的差異。為了提高主存儲器容量，必須的差異。為了提高主存儲器容量，必須采用分段機制采用分段機制n8086CPU8086CPU有有2

31、020條地址線條地址線n最大可尋址空間為最大可尋址空間為2 220201MB1MBn物理地址物理地址范圍從范圍從00000H00000HFFFFFHFFFFFHn8086CPU8086CPU將將1MB1MB空間分成許多邏輯段（空間分成許多邏輯段（SegmentSegment）n每個段最大限制為每個段最大限制為64KB (264KB (21616B)B)n每個段首個單元物理地址的低每個段首個單元物理地址的低4 4位為位為00000000n這樣，一個存儲單元除具有一個唯一的這樣，一個存儲單元除具有一個唯一的物理地址物理地址外，外，還具有多個還具有多個邏輯地址邏輯地址( (在不同的段中在不同的段中)

32、 )2.3 8086CPU 8086CPU的存儲器編址的存儲器編址汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 n對應每個物理存儲單元都有一個唯一的對應每個物理存儲單元都有一個唯一的2020位編號，就是位編號，就是物理地址物理地址，從，從00000H00000HFFFFFHFFFFFH。n分段后在用戶編程時，采用分段后在用戶編程時，采用邏輯地址邏輯地址( (即段即段首地址加段內偏移地址首地址加段內偏移地址) )，其形式為：，其形式為：段基地址段基地址 : : 段內偏移地址段內偏移地址分隔符分隔符二、二、 物理地址和邏輯地址物理

33、地址和邏輯地址汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 邏輯地址：邏輯地址：n段基地址段基地址( (段首地址段首地址) )說明邏輯段在主存中的起始位說明邏輯段在主存中的起始位置。置。( (但起始位置不是任意的但起始位置不是任意的) )n80868086規(guī)定段地址必須是模規(guī)定段地址必須是模1616地址：地址：xxxx0Hxxxx0H。n省略低省略低4 4位位00000000，段地址就可以用，段地址就可以用1616位數據表示，就位數據表示，就能用能用1616位位段寄存器段寄存器表達段地址。表達段地址。n偏移地址說明主存單元距離

34、段起始位置的偏移量。偏移地址說明主存單元距離段起始位置的偏移量。n每段不超過每段不超過64KB64KB，偏移地址也可用，偏移地址也可用1616位位數據表示。數據表示。段基地址段基地址 : 段內偏移地址段內偏移地址汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 物理地址和邏輯地址的轉換物理地址和邏輯地址的轉換n將邏輯地址中的段地址左移將邏輯地址中的段地址左移4 4位，加上偏移地位，加上偏移地址就得到址就得到2020位物理地址。位物理地址。n一個物理地址可以有多個邏輯地址一個物理地址可以有多個邏輯地址邏輯地址邏輯地址 1460:10

35、01460:100、1380:F001380:F00物理地址物理地址 14700H 14700H14700H 14700H146014600 0H H 100H100H14700H14700H138013800 0H H F00HF00H14700H14700H段地址左移段地址左移4 4位位加上偏移地址加上偏移地址得到物理地址得到物理地址汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 三、三、8086對存儲器的訪問對存儲器的訪問汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學

36、期春季學期 n2.4.1、Pentium的的性能與先進技術性能與先進技術n2.4.2、Pentium的原理結構的原理結構n2.4.3、Pentium的寄存器的寄存器n2.4.4、Pentium的技術發(fā)展的技術發(fā)展2.4 奔騰系列微處理器特點介紹奔騰系列微處理器特點介紹汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 2.4.1 Pentium的的性能與先進技術性能與先進技術 19931993年年3 3月月IntelIntel公司推出了第五代微處理器公司推出了第五代微處理器Pentium, Pentium, PentiumPenti

37、um是微處理器本質上的一次創(chuàng)新。是微處理器本質上的一次創(chuàng)新。n Pentium Pentium采用了采用了0.8m0.8m雙極性互補金屬氧化半導體雙極性互補金屬氧化半導體（BiCMOSBiCMOS）技術，它屬于單芯片技術，它屬于單芯片超標量流水線超標量流水線微處理器，微處理器，片內集成了多達片內集成了多達310310萬個晶體管，工作電壓萬個晶體管，工作電壓+5V+5V，功耗，功耗15W15W。片內時鐘頻率（微處理器主頻）與片外總線的時。片內時鐘頻率（微處理器主頻）與片外總線的時鐘頻率相等，均為鐘頻率相等，均為60MHz60MHz或或66MHz66MHz兩種。兩種。 汕頭大學工學院汕頭大學工學院

38、 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 n Pentium Pentium通往外部存儲器的通往外部存儲器的數據總線為數據總線為6464位位，CPUCPU內部總線的寬度為內部總線的寬度為3232位位（屬于（屬于3232位微處理位微處理器）。外部器）。外部6464位位數據總線（數據總線（D D6363- -D D0 0）每次可同時）每次可同時傳輸傳輸8 8字節(jié)字節(jié)的二進制信息，若選用主總線時鐘頻的二進制信息，若選用主總線時鐘頻率率66MHz66MHz計算，即存儲器總線的時鐘頻率也為計算，即存儲器總線的時鐘頻率也為66MHz66MHz，則，則Pentiu

39、mPentium與主存儲器交換數據的速率可與主存儲器交換數據的速率可為為528MB/S528MB/S。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 一、一、Pentium CPUPentium CPU內部的主要部件內部的主要部件總線接口部件總線接口部件BIUBIUU U流水線和流水線和V V流水線流水線指令高速緩沖存儲器指令高速緩沖存儲器CacheCache數據高速緩沖存儲器數據高速緩沖存儲器CacheCache指令預取部件指令預取部件指令譯碼器指令譯碼器浮點處理部件浮點處理部件FPUFPU分支目標緩沖器分支目標緩沖器BTBB

40、TB微程序控制器中的控制微程序控制器中的控制ROMROM寄存器組寄存器組2.4.2 Pentium的的原理結構原理結構執(zhí)行部件執(zhí)行部件EU汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 二、二、Pentium CPUPentium CPU的原理結構圖的原理結構圖汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 Pentium的寄存器可以分為三組：的寄存器可以分為三組：基本寄存器組：基本寄存器組：包括通用寄存器、指令指針包括通用寄存器、指令指針寄存器、標志寄存器以及段

41、寄存器。寄存器、標志寄存器以及段寄存器。系統寄存器組：系統寄存器組：包括地址寄存器、控制寄存包括地址寄存器、控制寄存器、調試寄存器和測試寄存器。器、調試寄存器和測試寄存器。浮點寄存器組：浮點寄存器組：包括數據寄存器、控制字寄包括數據寄存器、控制字寄存器、狀態(tài)寄存器、指令指針寄存器和數據指存器、狀態(tài)寄存器、指令指針寄存器和數據指針寄存器以及標記字寄存器。針寄存器以及標記字寄存器。2.4.3 Pentium的的寄存器寄存器汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 Pentium CPUPentium CPU的基本寄存器組包括的

42、基本寄存器組包括通用寄存器、通用寄存器、段寄存器、指令指針寄存器和標志寄存器段寄存器、指令指針寄存器和標志寄存器：1、通用寄存器、通用寄存器一、基本寄存器組一、基本寄存器組汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 Pentium通用寄存器如圖所示，它兼容通用寄存器如圖所示，它兼容8086 CPU原來的原來的8個個16位通用寄存器以及原來的位通用寄存器以及原來的8個個8位的寄存器，而且將原來的位的寄存器，而且將原來的8個個16位通用寄存器位通用寄存器AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP均擴展成均擴展成32位的寄存器

43、位的寄存器EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。既可以使用保留的既可以使用保留的8位和位和16位寄存器，還可以使用位寄存器，還可以使用32位寄存器。位寄存器。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 2、段寄存器及其段描述符高速緩存器、段寄存器及其段描述符高速緩存器汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 段寄存器及段描述符高速緩存器段寄存器及段描述符高速緩存器如圖所示，如圖所示，PentiumPentium系列系列CPUCP

44、U有有6 6個個1616位段寄存器位段寄存器，每個段寄存器對，每個段寄存器對應有一個應有一個6464位的描述符位的描述符，用戶不可見。，用戶不可見。6 6個段寄存器的個段寄存器的長度均為長度均為1616位。除位。除CSCS和和SSSS分別是代碼段寄存器和堆棧段分別是代碼段寄存器和堆棧段寄存器之外，其余的寄存器之外，其余的DSDS、ESES、FSFS、GSGS都是數據段寄存器。都是數據段寄存器。 汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 每個段對應一個段描述符（每個段對應一個段描述符（8 8個字節(jié)），個字節(jié)），6 6個段描個

45、段描述符存放在述符存放在CPUCPU內的段描述符高速緩存器中，它們均由內的段描述符高速緩存器中，它們均由內存的描述符表中拷貝而成，以便內存的描述符表中拷貝而成，以便CPUCPU訪問某一段時，訪問某一段時，均按存放在均按存放在CPUCPU內該段的段描述符所描述的信息進行操內該段的段描述符所描述的信息進行操作。作。段描述符：段描述符：汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 段描述符的組成：段描述符的組成：汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 Pent

46、ium CPU Pentium CPU中有一個中有一個3232位的指令指針寄存器（位的指令指針寄存器（EIPEIP）和一個和一個3232位的標志寄存器（位的標志寄存器（EFLAGSEFLAGS），如圖），如圖3-63-6所示：所示：3、指令指針寄存器和標志寄存器、指令指針寄存器和標志寄存器汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 nEIPEIP保存下一條待執(zhí)行指令所在代碼段內的偏保存下一條待執(zhí)行指令所在代碼段內的偏移值，也就是偏離代碼段首地址的字節(jié)地址移值，也就是偏離代碼段首地址的字節(jié)地址數值。數值。EIPEIP的低的低1

47、616位為位為IPIP。nEFLAGSEFLAGS在在8086 168086 16位位FLAGSFLAGS基礎上擴充了高基礎上擴充了高1616位，其中，位，其中，FLAGS b11b0FLAGS b11b0中保留了中保留了8086 CPU8086 CPU中中6 6個狀態(tài)標志和個狀態(tài)標志和3 3個控制標志，增加了個控制標志，增加了NTNT與與IOPLIOPL，高，高1616位中新增了位中新增了6 6個標志位。這些擴充個標志位。這些擴充標志位的含義參考課本。標志位的含義參考課本。汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 Pen

48、tiumPentium的系統寄存器組包括的系統寄存器組包括4 4個表所對應的個表所對應的4 4個基地址寄存器個基地址寄存器GDTRGDTR、IDTRIDTR、LDTRLDTR、TRTR，也稱，也稱為為4 4個表寄存器，還包括個表寄存器，還包括5 5個控制寄存器個控制寄存器CRCR0 0、CRCR1 1、CRCR2 2、CRCR3 3、CRCR4 4。系統寄存器組中的所有寄。系統寄存器組中的所有寄存器都不可能被用戶訪問，只能由特權級為存器都不可能被用戶訪問，只能由特權級為0 0的的操作系統程序訪問。操作系統程序訪問。二、系統寄存器組二、系統寄存器組 汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統

49、及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 4個表寄存器個表寄存器如圖所示：如圖所示： 1、表基地址寄存器、表基地址寄存器汕頭大學工學院汕頭大學工學院 微機與單片機系統及應用微機與單片機系統及應用 2014-2015 春季學期春季學期 （1 1）GDTRGDTR（Global Descriptor Table RegisterGlobal Descriptor Table Register）：）：全局描全局描述符表寄存器。共有述符表寄存器。共有4848位，其中，高位，其中，高3232位保存全位保存全局描述符表的線性基地址，低局描述符表的線性基地址，低1616位是表限字段，位是表限字段，即限制表的最大長度為即限制表的最大長度為64KB64KB。（2 2）IDTRIDTR（Interrupt Descriptor Table RegisterInterrupt Descriptor Table Register）：中斷中斷描述符表寄存器。共有描述符表寄存器。共有4848位，其中高位，其中高3232位用于保位用于保存中斷描述符表存中斷描述符表IDTIDT的的3232位線性基地址，低位線性基地址，低1616位位是表限字段，表的最大長度也是是表限字段，表的最大長度也是64KB64KB。汕頭大學工學院汕頭大