微機原理課件第一章

1、1. 位和字節(jié)位和字節(jié) 位（位（bit）是計算機所能表示的最小最基本的數(shù)據(jù)單位，它指的）是計算機所能表示的最小最基本的數(shù)據(jù)單位，它指的 是取值只能為是取值只能為0或或1的一個二進制數(shù)值位。位作為單位時記作的一個二進制數(shù)值位。位作為單位時記作b 字節(jié)（字節(jié)（byte）由）由8個位二進制位組成，通常用作計算存儲容量的個位二進制位組成，通常用作計算存儲容量的 單位。字節(jié)作為單位時記作單位。字節(jié)作為單位時記作B K是是kelo的縮寫，的縮寫， 1K=1024=210； M是是mega的縮寫，的縮寫，1M=1024K=220； G是是Giga的縮寫，的縮寫， 1G=1024M=230； T是是tera的

2、縮寫，的縮寫， 1T=1024G=240。 第一章第一章 微型計算機的發(fā)展微型計算機的發(fā)展 1.1 微型計算機的常用術(shù)語微型計算機的常用術(shù)語2. 字長字長 字長是微處理器一次可以直接處理的二進制數(shù)碼的位數(shù)，它通常取字長是微處理器一次可以直接處理的二進制數(shù)碼的位數(shù)，它通常取 決于微處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。微處理決于微處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。微處理 器的字長有器的字長有4位、位、8位、位、16位和位和32位等等。位等等。 8088稱為準稱為準16位微處理器，而位微處理器，而80386SX稱為準稱為準32位微處理器。位微處理器。半字節(jié)字節(jié)字雙字03034707

3、078F8F1017181F 1.1 微型計算機的常用術(shù)語微型計算機的常用術(shù)語3. 主頻主頻 主頻也叫做時鐘頻率，用來表示微處理器的運行速度，主頻越高主頻也叫做時鐘頻率，用來表示微處理器的運行速度，主頻越高 表明微處理器運行越快，主頻的單位是表明微處理器運行越快，主頻的單位是MHz。 早期微處理器的主頻與外部總線的頻率相同，從早期微處理器的主頻與外部總線的頻率相同，從80486DX2開始，開始， 主頻主頻=外部總線頻率外部總線頻率 倍頻系數(shù)倍頻系數(shù) 外部總線頻率頻率通常簡稱為外頻，它的單位也是外部總線頻率頻率通常簡稱為外頻，它的單位也是MHz，外頻越，外頻越 高說明微處理器與系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的

4、速度越快，因而微型計算高說明微處理器與系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的速度越快，因而微型計算 機的運行速度也越快。機的運行速度也越快。 倍頻系數(shù)是微處理器的主頻與外頻之間的相對比例系數(shù)。倍頻系數(shù)是微處理器的主頻與外頻之間的相對比例系數(shù)。 通過提高外頻或倍頻系數(shù)，可以使微處理器工作在比標稱主頻更通過提高外頻或倍頻系數(shù)，可以使微處理器工作在比標稱主頻更 高的時鐘頻率上，這就是所謂的高的時鐘頻率上，這就是所謂的超頻超頻。 1.1 微型計算機的常用術(shù)語微型計算機的常用術(shù)語4. MIPS MIPS是是Millions of Instruction Per Second的縮寫，用來表示微處理的縮寫，用來表示微處理 器的

5、性能，意思是每秒鐘能執(zhí)行多少百萬條指令器的性能，意思是每秒鐘能執(zhí)行多少百萬條指令 由于執(zhí)行不同類型的指令所需時間長度不同，所以由于執(zhí)行不同類型的指令所需時間長度不同，所以MIPS通常是根通常是根 據(jù)不同指令出現(xiàn)的頻度乘上不同的系數(shù)求得的統(tǒng)計平均值。據(jù)不同指令出現(xiàn)的頻度乘上不同的系數(shù)求得的統(tǒng)計平均值。 主頻為主頻為25MHz的的80486其性能大約是其性能大約是20MIPS， 主頻為主頻為400MHz的的Pentium II的性能為的性能為832 MIPS5. iCOMP指數(shù)指數(shù) iCOMP指數(shù)是指數(shù)是Intel公司為評價其公司為評價其32位微處理器的性能而編制的一位微處理器的性能而編制的一 種

6、指標，它是根據(jù)微處理器的各種性能指標在微型計算機中的重要種指標，它是根據(jù)微處理器的各種性能指標在微型計算機中的重要 性來確定的，性來確定的，iCOMP指數(shù)包含的指標有整數(shù)數(shù)學計算、浮點數(shù)學計指數(shù)包含的指標有整數(shù)數(shù)學計算、浮點數(shù)學計 算、圖形處理以及視頻處理等，這些指標的重要性與它們在應(yīng)用軟算、圖形處理以及視頻處理等，這些指標的重要性與它們在應(yīng)用軟 件中出現(xiàn)的頻度有關(guān)，所以件中出現(xiàn)的頻度有關(guān)，所以iCOMP指數(shù)說明了微處理器在微型計算指數(shù)說明了微處理器在微型計算 機中應(yīng)用的綜合性能。機中應(yīng)用的綜合性能。 1.1 微型計算機的常用術(shù)語微型計算機的常用術(shù)語Pentiun、 Pentiun MMX、

7、Pentiun 主頻與性能指數(shù)主頻與性能指數(shù) 1.1 微型計算機的常用術(shù)語微型計算機的常用術(shù)語 Pentiun / 處理器主頻與性能指數(shù)處理器主頻與性能指數(shù)6. 微處理器的生產(chǎn)工藝微處理器的生產(chǎn)工藝 指在硅材料上生產(chǎn)微處理器時內(nèi)部各元器件間連接線的寬度，一指在硅材料上生產(chǎn)微處理器時內(nèi)部各元器件間連接線的寬度，一 般以般以 m為單位，數(shù)值越小，生產(chǎn)工藝越先進，微處理器的功耗和為單位，數(shù)值越小，生產(chǎn)工藝越先進，微處理器的功耗和 發(fā)熱量越小。發(fā)熱量越小。目前微處理器的生產(chǎn)工藝已經(jīng)達到目前微處理器的生產(chǎn)工藝已經(jīng)達到0.18 m。7.7.微處理器的集成度微處理器的集成度 指微處理器芯片上集成的晶體管的密

8、度。指微處理器芯片上集成的晶體管的密度。 最早最早Intel 4004的集成度為的集成度為2250個晶體管，個晶體管，Pentium III的集成度已的集成度已 經(jīng)達到經(jīng)達到750萬個晶體管以上，集成度提高了萬個晶體管以上，集成度提高了3000多倍。多倍。 1.1 微型計算機的常用術(shù)語微型計算機的常用術(shù)語微型計算機的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征的微型計算機的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征的1971年年1977年是微處理器發(fā)展的早期階段年是微處理器發(fā)展的早期階段:字長為字長為4位或位或8位，集成度約為位，集成度約為300010000晶體管晶體管/片，微處理片，微處理器的主頻為器的主頻為0.15MH

9、z。 1971年：年：Intel 4004，是世界上第一片單片微處理器，是世界上第一片單片微處理器4位微處理器，尋址空間為位微處理器，尋址空間為4096個半字節(jié)個半字節(jié), 指令系統(tǒng)包括指令系統(tǒng)包括45條指令條指令 1.2 微型計算機的發(fā)展微型計算機的發(fā)展 1972年：年：Intel 8008，是世界上第一片，是世界上第一片8位微處理器。位微處理器。8008采用了采用了10 m生產(chǎn)工藝，集成度為生產(chǎn)工藝，集成度為3500個晶體管，工作頻率個晶體管，工作頻率為為200KHz。 1974年：年：Intel 8080采用了采用了6 m生產(chǎn)工藝，集成度為生產(chǎn)工藝，集成度為6000個晶體管，主頻為個晶體管

10、，主頻為2MHz。 1975年年4月，月，MITS公司推出了以公司推出了以8080為為CPU的世界上第一的世界上第一 臺個人計算機臺個人計算機Altair 8800。值得一提的是，。值得一提的是，Altair 8800 的的BASIC語言解釋器是語言解釋器是Bill Gates編寫的編寫的 1976年：年： Intel 8080 Intel公司生產(chǎn)的最后一種公司生產(chǎn)的最后一種8位通用微處理器，位通用微處理器，8085的工作頻率提高到的工作頻率提高到5MHz，指令系統(tǒng)的指令數(shù)上升到，指令系統(tǒng)的指令數(shù)上升到246條條. 1.2 微型計算機的發(fā)展微型計算機的發(fā)展第一代：第一代：8086/8088（1

11、978年年-1981年）年） 1978年年-8086采用了采用了3 m工藝，集成了工藝，集成了29,000個晶體管，工作頻率為個晶體管，工作頻率為4.77 MHz。它的寄存器和數(shù)據(jù)總線均為它的寄存器和數(shù)據(jù)總線均為16位，地址總線為位，地址總線為20位，從而使尋址位，從而使尋址空間達空間達1MB。同時，。同時，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有很大的改進，采用了流的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有很大的改進，采用了流水線結(jié)構(gòu)，并設(shè)置了水線結(jié)構(gòu)，并設(shè)置了6字節(jié)的指令預取隊列。字節(jié)的指令預取隊列。 1979年年-8088除了它的數(shù)據(jù)總線為除了它的數(shù)據(jù)總線為8位以外，其余均與位以外，其余均與8086相同。相同。8088采用采用8位位數(shù)

12、據(jù)總線是為了利用當時現(xiàn)有的數(shù)據(jù)總線是為了利用當時現(xiàn)有的8位設(shè)備控制芯片。由于位設(shè)備控制芯片。由于8088內(nèi)部內(nèi)部支持支持16位運算，而與位運算，而與I/O之間傳輸為之間傳輸為8位，故位，故8088稱為準稱為準16位微處理位微處理器。器。 1981年年8月，月，IBM公司推出以公司推出以8088為為CPU的世界上第一臺的世界上第一臺16位微型計位微型計 算機算機IBM 5150 Personal Computer，即著名的，即著名的IMB PC。 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展 內(nèi)部暫存器 IP ES SS DS CS 輸入/輸出 控制電路外部總線執(zhí)行部分控制電路1 2

13、3 4 5 6 ALU標志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器地址加法器指令隊列緩沖器16位20位16位8位 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展第二代：第二代：80286（1982年年-1984年）年） 采用采用1.5 m工藝，集成了工藝，集成了134,000個晶體管，工作頻率為個晶體管，工作頻率為6MHz。 80286的數(shù)據(jù)總線仍然為的數(shù)據(jù)總線仍然為16位，但是地址總線增加到位，但是地址總線增加到24位，使存儲位，使存儲 器尋址空間達到器尋址空間達到16MB。 1985年年IBM公司推出以公司推出以80286為為CPU的微

14、型計算機的微型計算機IBM PC/AT，并，并 制定了一個新的開放系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，這就是的工業(yè)標準結(jié)構(gòu)（制定了一個新的開放系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，這就是的工業(yè)標準結(jié)構(gòu)（ ISA）。該結(jié)構(gòu)提供了一個）。該結(jié)構(gòu)提供了一個16位、高性能的位、高性能的I/O擴展總線。擴展總線。 80年代中期到年代中期到90年代初，年代初，80286一直是微型計算機的主流一直是微型計算機的主流CPU。在。在 這一時期，還誕生了世界上最早的芯片組（這一時期，還誕生了世界上最早的芯片組（chipsets）。）。 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展 物理 地址加法器地址鎖存器和驅(qū)動器預取協(xié)處理器 接口總線控制數(shù)據(jù)收發(fā)

15、6字節(jié)預取隊列3 譯碼指令指令隊列 指令譯碼器寄存器控制器ALU偏移量加法器段界檢查段基址段容量NMIINTRERRORBUSY 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展 1. 具有獨立的具有獨立的16條數(shù)據(jù)總線和條數(shù)據(jù)總線和24條地址總線；條地址總線； 2. 具有兩種地址方式：實地址方式和保護虛擬地址方式；具有兩種地址方式：實地址方式和保護虛擬地址方式； 3. CPU內(nèi)部有四個處理部件并行工作；內(nèi)部有四個處理部件并行工作； 4. 軟件對軟件對Intel 8086/8088具有向上兼容性；具有向上兼容性； 5. 具有三種中斷類型；具有三種中斷類型； 6. 指令系統(tǒng)中增加了高級類指

16、令：執(zhí)行環(huán)境操作類指令和保護類指令。指令系統(tǒng)中增加了高級類指令：執(zhí)行環(huán)境操作類指令和保護類指令。 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展第三代：第三代：80386（1985年年-1988年）年） 第一個實用的第一個實用的32位微處理器，采用了位微處理器，采用了1.5 m工藝，集成了工藝，集成了275,000 個晶體管，工作頻率達到個晶體管，工作頻率達到16MHz。80386的內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)總的內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)總 線和地址總線都是線和地址總線都是32位的。通過位的。通過32位的地址總線，位的地址總線，80386的可尋址的可尋址 空間達到空間達到4GB。這時由。這時由32位微處理

17、器組成的微型計算機已經(jīng)達到位微處理器組成的微型計算機已經(jīng)達到 超級小型機的水平。超級小型機的水平。 80386的其他一些版本：的其他一些版本：80386SX，包含，包含16位數(shù)據(jù)總線和位數(shù)據(jù)總線和24位地址位地址 總線，尋址空間為總線，尋址空間為16MB；80386SL80386SLC，包含，包含 l6位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) 總線和總線和25位地址總線，尋址空間為位地址總線，尋址空間為32MB。由于這些微處理器由。由于這些微處理器由 于與于與I/O之間傳輸為之間傳輸為16位，故也稱為準位，故也稱為準32位微處理器。位微處理器。 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展 1.3 X86系列微

18、型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展 3 輸入 加法器 描述符 寄存器邊界和 屬 性 PLA 加法器 頁高速 緩存器 控制和 屬性 高速 緩存器 請求優(yōu)先權(quán) 地 址 驅(qū)動器 流水線/ 總線寬度 控制器 多 路 收發(fā)器 保護測試 部件 桶形移位器 加法器 乘 / 除 寄存器集 譯碼和 定序器 控制 ROM 指令譯碼 已譯碼 指令隊列 預取器/ 邊界 檢測器 16字節(jié)指令 隊列 32位有效地址總線 32位ALU總線32位有效地址總線 內(nèi)部控制總線 32位位線線性性地地址址總總線線34位位物物理理地地址址總總線線 1. 80386的體系結(jié)構(gòu)是全的體系結(jié)構(gòu)是全32位的，其中包括位的，其中包括32位寄存器

19、、位寄存器、32位指令、位指令、32 為地址總線、為地址總線、32位數(shù)據(jù)總線、位數(shù)據(jù)總線、32位內(nèi)部控制總線、位內(nèi)部控制總線、32位外部總線接位外部總線接 口；口； 2. 內(nèi)部由六個邏輯單元組成，它們按流水線方式工作，運行速度可達內(nèi)部由六個邏輯單元組成，它們按流水線方式工作，運行速度可達 4MIPS; 3. 80386CPU上集成了一個存儲器管理單元上集成了一個存儲器管理單元MMU，能實現(xiàn)分頁機制，能實現(xiàn)分頁機制， 從而實現(xiàn)了虛擬存儲器管理；從而實現(xiàn)了虛擬存儲器管理； 4. 能運行能運行 8086、80286的軟件；的軟件； 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展第四代：第四代

20、：80486（1989年年-1992年）年） 采用采用1 m工藝，集成了工藝，集成了120萬個晶體管，工作頻率為萬個晶體管，工作頻率為25MHz。 80486微處理器由三個部件組成：一個微處理器由三個部件組成：一個80386體系結(jié)構(gòu)的主處理器，體系結(jié)構(gòu)的主處理器， 一個與一個與80387相兼容的數(shù)學協(xié)處理器和一個相兼容的數(shù)學協(xié)處理器和一個8KB容量的高速緩沖存容量的高速緩沖存 儲器。儲器。80486把把80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了修改，大約有一半的指令在一的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了修改，大約有一半的指令在一 個時鐘周期內(nèi)完成，而不是原來的兩個，這樣個時鐘周期內(nèi)完成，而不是原來的兩個，這樣80486的處理速度一

21、的處理速度一 般比般比80386快快2到到3倍。倍。 Intel公司還生產(chǎn)過公司還生產(chǎn)過80486的其他一些版本：的其他一些版本：80486SX，工作頻率，工作頻率 20MHz，不包含數(shù)學協(xié)處理器；，不包含數(shù)學協(xié)處理器；80486DX2，采用雙倍時鐘，內(nèi)部，采用雙倍時鐘，內(nèi)部 執(zhí)行速度達到執(zhí)行速度達到66MHZ，內(nèi)存存取速度為，內(nèi)存存取速度為33MHz；80486DX4，采用，采用 三倍時鐘，內(nèi)部執(zhí)行速度達到三倍時鐘，內(nèi)部執(zhí)行速度達到100MHZ，內(nèi)存存取速度為，內(nèi)存存取速度為33MHz。 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機

22、的發(fā)展桶形移位器寄存器文件 ALU 段管理部件 描述符 寄存器 界限和屬 性PLA 頁管理 部 件 轉(zhuǎn)換后援 緩沖器 Cache 管理部件 8KB Cache 地址驅(qū)動器 寫緩沖器4 80 數(shù)據(jù)總線收發(fā)器 總 線 控 制 請求序列發(fā)生器 成組總線控制 總線寬度控制 Cache 控制 奇偶校驗 生成和控制 浮點運算 部件 浮點寄存 器文件 控制部件 控 制 ROM 指令 譯碼 器 指令預 取 部件 2 16B 指令隊列 128 2 32 位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線32 位線性地址位線性地址32 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展 1. 通過采用通過采用RISC技術(shù)，縮短指令執(zhí)行周期

23、；技術(shù)，縮短指令執(zhí)行周期； 2. 芯片內(nèi)部包含芯片內(nèi)部包含8K字節(jié)的數(shù)據(jù)與指令混合型高速緩存器（字節(jié)的數(shù)據(jù)與指令混合型高速緩存器（Cache）；）； 3. 80486芯片內(nèi)部包含了增強型芯片內(nèi)部包含了增強型80387協(xié)處理器，自其內(nèi)部稱作浮點運協(xié)處理器，自其內(nèi)部稱作浮點運 算部件算部件(FPU)； 4. 80486內(nèi)部總線寬度為內(nèi)部總線寬度為64位；位； 第五代：第五代：Pentium（1993年年-1997年）年）Pentium處理器的發(fā)展分成三代處理器的發(fā)展分成三代 第一代第一代Pentium處理器（以處理器（以P5代稱，代稱，1993年）采用年）采用0.8 m工藝技術(shù)，工藝技術(shù)， 集成了

24、集成了310萬個晶體管，工作頻率為萬個晶體管，工作頻率為60MHz/66MHz。 第二代第二代Pentium處理器（以處理器（以P54C代稱，代稱，1994年）采用年）采用0.6 m工藝，工藝， 工作頻率為工作頻率為90MHz/100MHz。 第三代第三代Pentium MMX（以（以P55C代稱代稱1997年）增加了年）增加了57條多媒體指條多媒體指 令在體系結(jié)構(gòu)上，令在體系結(jié)構(gòu)上， Pentium在內(nèi)核中采用了在內(nèi)核中采用了RISC技術(shù)，可以說它是技術(shù)，可以說它是 CISC和和RISC技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展預取緩沖存儲器

25、指令譯碼256控制ROM控制部件地址生成(U流水線 )地址生成(V流水線 )整數(shù)寄存器組ALU(U 流水線 )ALU(V 流水線 )筒型移位器8KB 數(shù)據(jù)Cache浮點部件控制寄存器組加法器除法器乘法器80808KB 代碼Cache分支目標緩沖器預取地址指令指針轉(zhuǎn)移校驗和目標地址分頁部件323232323232總線部件6464 位讀總線64 位數(shù)據(jù)總線32 位地址總線控制TLBTLB32 位地址總線 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展 1.1.采用超標量體系結(jié)構(gòu)采用超標量體系結(jié)構(gòu); ; 2. 2.浮點部件采用超流水線技術(shù)浮點部件采用超流水線技術(shù); ; 3. 3.增加了動態(tài)轉(zhuǎn)

26、移預測增加了動態(tài)轉(zhuǎn)移預測; ; 4. 4.加大了片上的超高速緩存容量加大了片上的超高速緩存容量; ; 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展第六代：第六代：P6（1996-今）今） Pentium Pro、Pentium II、Pentium III、 Pentium 采用采用0.6 m -0.18 m工藝，集成度工藝，集成度550萬萬-750萬晶體管，萬晶體管， 時鐘頻率時鐘頻率166MHz-1GHz，采用二級高速緩存，采用二級高速緩存，2級超標級超標 量流水線結(jié)構(gòu)，一個時鐘周期可以執(zhí)行量流水線結(jié)構(gòu)，一個時鐘周期可以執(zhí)行3條指令。條指令。 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系

27、列微型計算機的發(fā)展L2 Cache后端總線后端總線主主 存存前端總線前端總線總線接口單元總線接口單元BIUL1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Cache 16KBL1指令指令Cache 16KB指令預取單指令預取單元元IFU分支目標緩分支目標緩沖器沖器BTB存儲器排序存儲器排序緩沖器緩沖器MOBx86指令譯碼器指令譯碼器譯碼譯碼器器0譯碼譯碼器器1譯碼譯碼器器2寄存器別名表寄存器別名表RAT指令重排緩沖器指令重排緩沖器ROB保留站保留站RS端口端口4微指令序微指令序列器列器MIS存儲數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)單元單元端口端口3存儲地址存儲地址單元單元端口端口2加載地址加載地址單元單元端口端口1MMX移位器移位器MMX ALU簡單整

28、數(shù)單元簡單整數(shù)單元轉(zhuǎn)移執(zhí)行單元轉(zhuǎn)移執(zhí)行單元端口端口0MMX ALUMMX乘法器乘法器復雜整數(shù)單元復雜整數(shù)單元復雜浮點單元復雜浮點單元簡單浮點單元簡單浮點單元結(jié)果總線結(jié)果總線 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展 PentiumIIPentiumII 微處理器微處理器 代代字長字長型號型號工藝工藝( m)集成度集成度( (萬個萬個) )主頻主頻(MHz)速度速度(MIPS)1168086334.77-10300 1.3 X86系列微型計算機的發(fā)展系列微型計算機的發(fā)展針對系列計算機針對系列計算機: 要求所有機種間能夠保持向上兼容和向后兼容要求所有機種間能夠保持向上兼容和向后兼容向

29、上兼容：為某個檔次機種編制的軟件能夠不加修改向上兼容：為某個檔次機種編制的軟件能夠不加修改 地運行在比它高檔的機種上。地運行在比它高檔的機種上。向后兼容：為某個時期生產(chǎn)的機種編制的軟件能夠向后兼容：為某個時期生產(chǎn)的機種編制的軟件能夠 不加修改地運行在它之后生產(chǎn)的機種上不加修改地運行在它之后生產(chǎn)的機種上兼容性兼容性 針對（軟件）結(jié)構(gòu)，非硬件實現(xiàn)。針對（軟件）結(jié)構(gòu)，非硬件實現(xiàn)。 1.4 兼容性兼容性第二章第二章 Intel 8086/8088 微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一一、Intel 8086/8088 Intel 8086/8088 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、功能結(jié)構(gòu)二、功能結(jié)構(gòu)三、存儲器組織三、存

30、儲器組織四、指令運行四、指令運行五、指令執(zhí)行時間五、指令執(zhí)行時間內(nèi)部暫存器內(nèi)部暫存器 IP ES SS DS CS輸入輸入/輸出輸出控制電路控制電路外部總線外部總線執(zhí)行部分執(zhí)行部分控制電路控制電路1 2 3 4 5 6ALU標志寄存器標志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用通用寄存寄存器器地址地址加法加法器器指令隊列緩沖器指令隊列緩沖器執(zhí)行部件執(zhí)行部件 （EU)總線接口部件總線接口部件 （BIU)16位位20位位16位位8位位一、一、8086/80888086/8088內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) AX BX CX DX1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 寄存器結(jié)構(gòu)寄存器結(jié)構(gòu) AH A

31、L BH BL CH CL DH DL AX BX CX DX SP BP SI DI IP FLAG CS DS SS ES(A) 累加器累加器 基地址寄存器基地址寄存器 計數(shù)器計數(shù)器 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 (SP) 堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器 基地址寄存器基地址寄存器 源變址寄存器源變址寄存器 目的變址寄存器目的變址寄存器 (PC) 指令指針寄存器指令指針寄存器(PSW) 狀態(tài)標志寄存器狀態(tài)標志寄存器 代碼段寄存器代碼段寄存器 數(shù)據(jù)段寄存器數(shù)據(jù)段寄存器 堆棧段寄存器堆棧段寄存器 附加段寄存器附加段寄存器通用寄存器通用寄存器控制寄存器控制寄存器 段寄存器段寄存器8位寄存器位寄存器16位寄存

32、器位寄存器狀態(tài)標志寄存器狀態(tài)標志寄存器 O D I T S Z A P C 進位標志進位標志C（Carry Flag）當結(jié)果的最高位產(chǎn)生一個進位或借位，則當結(jié)果的最高位產(chǎn)生一個進位或借位，則C=1，否則，否則C=0。 溢出標志溢出標志O（Overflow Flag）在算術(shù)運算中，帶符號數(shù)的運算結(jié)果超出了在算術(shù)運算中，帶符號數(shù)的運算結(jié)果超出了8位或位或16位位 帶符號數(shù)能表達的范圍，則帶符號數(shù)能表達的范圍，則O=1，否則，否則O=0。 8位（字節(jié)）運算位（字節(jié)）運算 -128 +127 16位（字）位（字） 運算運算 -32768 +32767 符號標志符號標志S（Sign Flag） 結(jié)果的最

33、高位（結(jié)果的最高位（D15或或D7）為）為1，則，則S=1，否則，否則 S=0。 零標志零標志Z（Zero Flag） 若運算的結(jié)果為若運算的結(jié)果為0，則，則Z=1，否則，否則Z=0。 奇偶標志奇偶標志P（Parity Flag） 若結(jié)果中若結(jié)果中1的個數(shù)為偶數(shù)，則的個數(shù)為偶數(shù)，則P=1，否則，否則，P=0。 輔助進位標志輔助進位標志A（Auxitiary Flag） 在字節(jié)操作時，由低半字節(jié)在字節(jié)操作時，由低半字節(jié)(第第3位位)向高半字節(jié)，向高半字節(jié)， 字操作時低字節(jié)向高字節(jié)有進位或借位，則字操作時低字節(jié)向高字節(jié)有進位或借位，則A=1，否則，否則A=0。 方向方向 標志（標志（Directi

34、on Flag） D=1 ，串操作時地址自動減量，串操作時地址自動減量，D=0，串操作時地址自，串操作時地址自 動增量。動增量。 中斷允許標志（中斷允許標志（Interruptenable Flag） I=1，則允許，則允許CPU接收外部的中斷請求，接收外部的中斷請求， I=0，則屏蔽外部中斷請求。，則屏蔽外部中斷請求。 追蹤標志（追蹤標志（Trace Flag） T=1，使處理進入單步方式，以便于調(diào)試。，使處理進入單步方式，以便于調(diào)試。狀狀態(tài)態(tài)標標志志控控制制標標志志例：兩個帶符號數(shù)例：兩個帶符號數(shù) 64 h , 64 h 相加。相加。 0 1 1 0 0 1 0 0 + 0 1 1 0 0

35、 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 O=1（運算結(jié)果超過（運算結(jié)果超過127）；）； S=1 ； Z=0 ； A=0 ； P=0 ； C=0 。 O D I T S Z A P C 算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元 負責各種算術(shù)和邏輯運算負責各種算術(shù)和邏輯運算。 地址加法器地址加法器 將左移將左移 4 位的段寄存器的內(nèi)容與偏移地址相加，形成位的段寄存器的內(nèi)容與偏移地址相加，形成 20 位的物理地址，位的物理地址，以便對以便對 1 兆空間的存儲器尋址。兆空間的存儲器尋址。 指令隊列指令隊列 指令隊列中包含若干個（指令隊列中包含若干個（80866個，個，80884個）個）8 位寄存器，用于順位寄

36、存器，用于順序存放從存儲器中取出的指令，供執(zhí)行單元執(zhí)行。序存放從存儲器中取出的指令，供執(zhí)行單元執(zhí)行。 輸入輸入/ /輸出控制電路輸出控制電路 提供系統(tǒng)總線的控制信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、地址和狀態(tài)信息的分時傳送。提供系統(tǒng)總線的控制信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、地址和狀態(tài)信息的分時傳送。 執(zhí)行單元控制電路執(zhí)行單元控制電路 是控制、定時與狀態(tài)邏輯電路。用于控制執(zhí)行單元中各部件按制定的要是控制、定時與狀態(tài)邏輯電路。用于控制執(zhí)行單元中各部件按制定的要求協(xié)調(diào)工作。求協(xié)調(diào)工作。二、二、 功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu) 80888088從功能上來說分成兩大部分，總線接口單元從功能上來說分成兩大部分，總線接口單元 BIUBIU（Bus Inter

37、face Bus Interface Unit)Unit)和執(zhí)行單元和執(zhí)行單元 EUEU（Execution Unit).Execution Unit). BIU: BIU:負責與存儲器接口，即負責與存儲器接口，即80888088與存儲器之間的信息傳送，都是由與存儲器之間的信息傳送，都是由BIUBIU負責負責進行的進行的, , 即：即： (1) BIU(1) BIU從內(nèi)存的指定部分取出指令，送至指令隊列排隊。從內(nèi)存的指定部分取出指令，送至指令隊列排隊。 (2) (2) 從內(nèi)存的指定部分取出執(zhí)行指令時所需的操作數(shù)，送至從內(nèi)存的指定部分取出執(zhí)行指令時所需的操作數(shù)，送至EUEU部分。部分。 EU:

38、EU: 負責指令的執(zhí)行。負責指令的執(zhí)行。 特點：特點： 將將CPUCPU分為兩個單元，可以使取指令和執(zhí)行指令同時進行，減少了分為兩個單元，可以使取指令和執(zhí)行指令同時進行，減少了 CPUCPU為取指令而等待的時間，從而提高了為取指令而等待的時間，從而提高了CPUCPU的利用率，提高了系統(tǒng)的利用率，提高了系統(tǒng) 的運行速度。的運行速度。 三、存儲器組織三、存儲器組織1. 存儲器分段存儲器分段 8088有有20條地址線，它的直接尋址能力為條地址線，它的直接尋址能力為 220=1M，所以在一個，所以在一個8088組成的系統(tǒng)組成的系統(tǒng)中，可以有多達中，可以有多達1M字節(jié)的存儲器，這字節(jié)的存儲器，這1M字節(jié)

39、在邏輯上可以組成一個線性矩陣，地址字節(jié)在邏輯上可以組成一個線性矩陣，地址從從00000到到FFFFF。給定一個。給定一個20位的地址，就可以從中取出所需的指令和數(shù)據(jù)。位的地址，就可以從中取出所需的指令和數(shù)據(jù)。 在在8088內(nèi)部，內(nèi)部，ALU 能進行能進行16位的運算，有關(guān)地址寄存器如：位的運算，有關(guān)地址寄存器如：IP、SP、BX、BP、SI、DI等都是等都是16位的，因而對地址的運算也只能是位的，因而對地址的運算也只能是16位。其尋址的范圍最多是位。其尋址的范圍最多是216=64K。 在在8088中怎樣形成這中怎樣形成這20位的地址呢？位的地址呢？分段！分段！ 將內(nèi)存的將內(nèi)存的1M字節(jié)以字節(jié)以

40、64K為范圍，分成若干段；在為范圍，分成若干段；在8088中設(shè)置中設(shè)置4個段寄存器個段寄存器CS、DS、SS、ES，在尋址一個具體的內(nèi)存單元（物理地址）時，由一個段寄存器中保存，在尋址一個具體的內(nèi)存單元（物理地址）時，由一個段寄存器中保存的的16位基地址，加上由位基地址，加上由IP（或（或SP，或，或BP，或，或BX，或，或SI，或，或DI）中保存的、可由）中保存的、可由CPU處理的處理的16位偏移量，來形成位偏移量，來形成20位的物理地址。位的物理地址。 在形成物理地址時，地址加法器將段寄存器中的在形成物理地址時，地址加法器將段寄存器中的16位數(shù)左移位數(shù)左移4位，然后與位，然后與16位偏位偏移地址相加，形成移地址相加，形成20位的物理地址