微型計(jì)算機(jī)：第2章 微處理器

2.18086微處理器的結(jié)構(gòu)2.1.18086的功能結(jié)構(gòu)8086微處理器的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)由兩個(gè)獨(dú)立的工作部件——執(zhí)行部件EU（ExecutionUnit）和總線接口部件BIU（BusInterfaceUnit）構(gòu)成EU由運(yùn)算器、寄存器組、控制器等組成，負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行BIU由指令隊(duì)列、地址加法器、總線控制邏輯等組成，負(fù)責(zé)與系統(tǒng)總線打交道AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDIAXBXCXDX數(shù)據(jù)寄存器指針和變址寄存器暫存寄存器ALU標(biāo)志寄存器FREU控制器ALU數(shù)據(jù)總線（16位）指令隊(duì)列緩沖器123456總線控制邏輯8086總線地址加法器CSDSSSESIP內(nèi)部暫存器AB(20位)執(zhí)行部件（EU）總線接口部件（BIU）DB(16位)（8位）圖2-18086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖隊(duì)列總線返回8088的指令執(zhí)行過(guò)程1．執(zhí)行部件EU（1）EU的功能①?gòu)腂IU的指令隊(duì)列緩沖器中取出指令，由EU控制器的指令譯碼器譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)給各部件②對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)特征保存到狀態(tài)寄存器FR中③EU不直接與CPU外部系統(tǒng)相連，當(dāng)需要與主存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)時(shí)，EU向BIU發(fā)出命令，并提供給BIU16位有效地址及所需傳送的數(shù)據(jù)（2）EU的組成。EU由算術(shù)邏輯單元ALU，通用數(shù)據(jù)寄存器組，地址指針和變址寄存器，標(biāo)志寄存器，數(shù)據(jù)暫存寄存器和EU控制器組成（3）EU的特點(diǎn)①通用數(shù)據(jù)寄存器AX，BX，CX，DX，既可以作16位寄存器使用，也可以分成高、低8位分別作兩個(gè)8位寄存器使用②ALU的核心是16位二進(jìn)制加法器③16位狀態(tài)標(biāo)志寄存器（7位未用）存放操作后的狀態(tài)特征和設(shè)置的控制標(biāo)志。④EU控制器是執(zhí)行指令的控制電路，實(shí)現(xiàn)從隊(duì)列中取指令、譯碼、產(chǎn)生控制信號(hào)等。2．總線接口部件BIU（1）BIU的功能①BIU從主存取指令送到指令隊(duì)列緩沖器。②CPU執(zhí)行指令時(shí)，總線接口單元要配合EU從指定的主存單元或外設(shè)端口中取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給EU或把EU的操作結(jié)果傳送到指定的主存單元或外設(shè)端口中③計(jì)算并形成訪問(wèn)存儲(chǔ)器的20位物理地址（2）BIU的組成。BIU由4個(gè)16位段寄存器、16位指令指針寄存器、20位物理地址加法器、6字節(jié)指令隊(duì)列及總線控制邏輯組成。（3）BIU的特點(diǎn)：①指令隊(duì)列是由6個(gè)字節(jié)的寄存器組成（8088指令隊(duì)列由4個(gè)字節(jié)組成）。②地址加法器是用來(lái)產(chǎn)生20位存儲(chǔ)器物理地址的。③8086分配20條引腳線分時(shí)傳送20位地址，16位數(shù)據(jù)和4位狀態(tài)信息。2.1.28086的寄存器結(jié)構(gòu)8086CPU內(nèi)部設(shè)有三組信息寄存器和一個(gè)標(biāo)志寄存器三組寄存器是：通用數(shù)據(jù)寄存器組、地址指針和變址寄存器、段寄存器組。另有一個(gè)16位的指令指針寄存器IP（InstructionPointer）。1．通用數(shù)據(jù)寄存器EU中設(shè)置了四個(gè)16位通用寄存器，它們是AX、BX、CX和DX，而且都可以拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器使用2．地址指針和變址寄存器EU中設(shè)有兩個(gè)地址指針寄存器SP、BP和兩個(gè)變址寄存器SI、DI寄存器一般用法隱含用法AX16位累加器（Accumulator)字乘時(shí)提供一個(gè)操作數(shù)并存放積的低字;字除時(shí)提供被除數(shù)的低字并存放商ALAX的低8位字節(jié)乘時(shí)提供一個(gè)操作數(shù)并存放積的低字節(jié)；字節(jié)除時(shí)提供被除數(shù)的低字節(jié)并存放商；BCD碼運(yùn)算指令和XLAT指令中作累加器；字節(jié)I/O操作中存放8位輸入/輸出數(shù)據(jù)AHAX的高8位字節(jié)乘時(shí)提供一個(gè)操作數(shù)并存放積的高字節(jié)；字節(jié)除時(shí)提供被除數(shù)的高字節(jié)并存放余數(shù)；LAHF指令中充當(dāng)目的操作數(shù)BX基址(Base)寄存器,支持多種尋址,常用作地址寄存器XLAT指令中提供被查表格中源操作數(shù)的間接地址CX16位計(jì)數(shù)器（Counter）串操作時(shí)用作串長(zhǎng)計(jì)數(shù)器；循環(huán)操作中用作循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器CL8位計(jì)數(shù)器移位或循環(huán)移位時(shí)用作移位次數(shù)計(jì)數(shù)器DX16位數(shù)據(jù)（Data）寄存器在間接尋址的I/O指令中提供端口地址；字乘時(shí)存放積的高字，字除時(shí)提供被除數(shù)高字并存放余數(shù)表2-18086中通用寄存器的一般用法和隱含用法寄存器一般用法隱含用法SP堆棧指針（StackPointer），與SS配合指示堆棧棧頂?shù)奈恢脡簵?、出棧操作中指示棧頂BP基址指針（BasePointer），它支持間接尋址、基址尋址、基址加變址等多種尋址手段。在子程序調(diào)用時(shí)，常用它來(lái)取壓棧的參數(shù)SI源變址（SourceIndex）寄存器。它支持間接尋址、變址尋址、基址加變址尋址等多種尋址串操作時(shí)用作源變址寄存器，指示數(shù)據(jù)段（段默認(rèn)）或其他段（段超越）中源操作數(shù)的偏移地址DI目的變址（DestinationIndex）寄存器。它支持間接尋址、變址尋址、基址加變址尋址等多種尋址串操作時(shí)用作目的變址寄存器，指示附加段（段默認(rèn)）中目的操作數(shù)的偏移地址表2-28086中地址寄存器的一般用法和隱含用法（1）8086的堆棧及堆棧操作有以下特點(diǎn)①雙字節(jié)操作②堆棧向低地址方向生成。（2）BP、BX都被稱為基址指針，但兩者用法不同（3）由于大多數(shù)算術(shù)和邏輯運(yùn)算中又可以使用BP、SP和變址寄存器，因而也將這4個(gè)寄存器歸入通用寄存器組3．段寄存器8086CPU中有4個(gè)段寄存器，用于存放當(dāng)前程序所用的各段的起始地址，也稱為段的基地址。它們分別為：（1）代碼段寄存器CS（CodeSegment）（2）數(shù)據(jù)段寄存器DS（DataSegment）。（3）堆棧段寄存器SS（StackSegment）。（4）附加段寄存器ES（ExtendedSegment）。4．指令指針寄存器和標(biāo)志寄存器（1）指令指針寄存器IP指令指針寄存器IP是一個(gè)16位的表示地址指針的寄存器（2）標(biāo)志寄存器FR（FlagRegister）標(biāo)志寄存器也稱為程序狀態(tài)字PSW（ProgramStatusWord）寄存器，它是一個(gè)16位的標(biāo)志寄存器，但僅使用其中的9位D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0位號(hào)OFDFIFTFSFZFAFPFCF標(biāo)志寄存器

圖2-28086CPU標(biāo)志寄存器2.1.38086的工作模式和引腳特性1．芯片引腳特性的描述（1）引腳的功能：即引腳信號(hào)的定義（2）信號(hào)的有效電平：指控制引腳使用有效時(shí)的邏輯電平（3）信號(hào)的流向：芯片與其他部件的聯(lián)系全靠在引腳上傳送信息，這些信息可能自芯片向外輸出，也可能從外部輸入到芯片，還可能是雙向的（4）引腳的復(fù)用：在芯片的設(shè)計(jì)中，有時(shí)為以少量引腳提供更多的功能，會(huì)采用引腳復(fù)用的做法（5）三態(tài)能力：“三態(tài)”能力是指有些引腳除了能正常輸出或輸入高、低電平外，還能輸出高阻狀態(tài)2．8086的工作模式8086設(shè)計(jì)了兩種工作模式——最小模式和最大模式最小模式，就是系統(tǒng)中的CPU只有8086單獨(dú)一個(gè)處理器最大模式是相對(duì)最小模式而言的，適用于中、大型規(guī)模的8086系統(tǒng)3．8086的引腳特性（1）最小模式1~40引腳的功能定義（2）最大模式24~31引腳的功能定義GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGND12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221VCCAD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6BHE/S7MN/MXRDHOLD(RQ/GT0)HLDA(RQ/GT1)WR(LOCK)M/IO(S2)DT/R(S1)DEN(S0)ALE(QS1)INTA(QS0)TESTREADYRESET圖2-38086的引腳2.28086的系統(tǒng)組成和總線時(shí)序2.2.18086的系統(tǒng)組成1．系統(tǒng)組成的特點(diǎn)（1）MN/MX端接VCC或GND，決定工作在最小模式或最大模式（2）8084A為時(shí)鐘發(fā)生器，外接15MHz振蕩源，經(jīng)8284A三分頻后，得5MHz主頻送到8086系統(tǒng)時(shí)鐘端CLK。除此之外，8284A還將外部的復(fù)位信號(hào)RESET和就緒信號(hào)READY實(shí)現(xiàn)同步后發(fā)給8086相應(yīng)引腳（3）用3片8282作地址鎖存器，在T1時(shí)鎖存地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線上的地址A19~A0和BHE信號(hào)（4）當(dāng)系統(tǒng)所連的存儲(chǔ)器和外設(shè)較多時(shí)，需要增加數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)能力（5）系統(tǒng)組成還必須有其他的一些，如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器RAM和ROM，外部設(shè)備的I/O接口，中斷控制管理部件等組件2．最小模式系統(tǒng)組成（選件）

地址/數(shù)據(jù)等待狀態(tài)發(fā)生8284ARESRDYCLKREADYRESETALEBHEDT/RDENMN/MXVCCSTB8282鎖存器OE8286收發(fā)器TOED15~D0其他控制總線8086A19~A16AD15~AD0A19~A0BHEVCC圖2-48086最小模式典型的總線部件配置3．最大模式系統(tǒng)組成BHECLKREADYRESET等待狀態(tài)發(fā)生A19~A16AD15~AD0其他控制總線地址/數(shù)據(jù)8286收發(fā)器TOEA19~A08282鎖存器STBD15~D08284ARES8288總線控制器CLKMN/MX80861S0S1S2S0S1S2MRDCMWTCAMWCIORCIOWCAIOWCINTARDYOEDENDT/RALE圖2-5

8086最大模式典型的總線部件配置

S0S1S28086CPUCLK8259A&STB8282鎖存器（3片）地址總線BHE8286總線收發(fā)器（2片）OETDENALECLKS0S1S2AENIOBCENINTA控制總線MRDMWT8288總線控制器IORCIOWCMCE/PDEN8259A中斷控制器INTAWRDT/RSP/ENRD圖2-68288與系統(tǒng)的連接4．存儲(chǔ)器組織與分段斷開排列A段B段C段D段E段40000H50000H60000H70000H連續(xù)排列部分重疊完全重疊圖2-7存儲(chǔ)器的邏輯分段

∑偏移地址段基址地址加法器物理地址段寄存器15150190圖2-8存儲(chǔ)器物理地址的形成5．I/O組織（編址）方式

統(tǒng)一編址這種編址方式是將I/O端口和存儲(chǔ)單元統(tǒng)一編址，即把I/O端口置于存儲(chǔ)器空間，也看作是存儲(chǔ)單元。因此，存儲(chǔ)器的各種尋址方式均可用來(lái)尋址I/O端口。在這種方式下I/O端口操作功能強(qiáng)，使用起來(lái)也很靈活，I/O接口與CPU的連接和存儲(chǔ)器與CPU的連接相似。但是I/O端口占用了一定的存儲(chǔ)空間，而且執(zhí)行I/O操作時(shí)，因地址位數(shù)長(zhǎng)，速度較慢。獨(dú)立編址這種編址方法是將I/O端口進(jìn)行獨(dú)立編址，I/O端口空間與存儲(chǔ)器空間相互獨(dú)立。這就需要設(shè)置專門的輸入、輸出指令對(duì)I/O端口進(jìn)行操作。8086系統(tǒng)采用的就是這種獨(dú)立的I/O編址方式。端口地址說(shuō)明8086使用A15～A0這16根地址線作為I/O端口地址線，可訪問(wèn)端口最多可達(dá)64K個(gè)8位端口或32K個(gè)16位端口。和存儲(chǔ)器的字單元一樣，對(duì)于奇地址的16位端口的訪問(wèn)，要進(jìn)行兩次操作才能完成。16位的I/O端口地址無(wú)需經(jīng)過(guò)地址加法器產(chǎn)生，因而不使用段寄存器。從AB總線上發(fā)出的端口地址仍為20位，只不過(guò)最高四位A19～A16為0。2.2.28086的總線時(shí)序1．最小模式下的讀/寫總線周期（1）最小模式下的總線讀操作①高為讀內(nèi)存低為讀I/O地址輸出狀態(tài)輸出地址輸出數(shù)據(jù)輸入④BHE③②⑤⑥⑦⑨⑩11輸出DT/RDENALERDAD15～AD0A19/S6～A16/S3BHE/S7M/IOCLKT1T2T3Tw(1+n)T4⑧圖2-98086工作模式下讀周期時(shí)序圖（2）最小模式下的總線寫周期操作圖2-108086最小模式下寫周期時(shí)序圖T1T2T3Tw

T4CLKM/IOA19/S6～A16/S3AD15～AD0BHE/S7ALEWRDT/RDEN高為寫內(nèi)存低為寫I/O地址輸出狀態(tài)輸出地址輸出數(shù)據(jù)輸出④BHE⑩⑤⑨③⑧②②①⑥⑦輸出(3)總線空閑狀態(tài)當(dāng)CPU不執(zhí)行總線周期時(shí)，總線接口部件不與總線打交道，進(jìn)入總線空閑周期。此時(shí)，CPU內(nèi)部指令隊(duì)列已滿，且EU單元正在進(jìn)行有效的內(nèi)部操作。所以說(shuō)，總線空操作是總線接口部件對(duì)執(zhí)行部件的等待狀態(tài)?？偩€空閑周期由一系列T1構(gòu)成，基本維持前一總線周期時(shí)的狀態(tài)。如果前一個(gè)總線周期為寫周期，AD15～AD0的數(shù)據(jù)仍被繼續(xù)驅(qū)動(dòng)；如果前一個(gè)總線周期為讀周期，則AD15～AD0在空閑周期處于高阻狀態(tài)。2．最大模式下的讀/寫總線周期T1T2T3T4S2～S0CLKAD15～AD0BHE/S7A19/S6～A16/S3S2～S0*ALE*MRDC或*IORC*DT/R*DEN一個(gè)總線周期無(wú)源狀態(tài)A19～A16BHES7～S3浮空A15～A0D15～D0地址輸入數(shù)據(jù)圖2-118086最大模式下的讀操作時(shí)序T1T2T3T4一個(gè)總線周期CLKS2～S0BHE/S7A19/S6～A16/S3AD15～AD0*DT/R*ALE*MRDC或*IORC*MWTC或*IOWC*DEN高電平無(wú)源狀態(tài)A19～A16BHES7～S3A15～A0S2～S0輸出數(shù)據(jù)地址圖2-128086最大模式下的寫操作時(shí)序2.3高檔微處理器自1971年推出一般型微處理器4004以來(lái)，Intel所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的微處理器一直占有相當(dāng)大的市場(chǎng)。從8086／8088,80286,80386,80486到Pentium,PentiumPro,PentiumII,PentiumIII以及Pentium4每一次都將微型計(jì)算機(jī)帶向全新的領(lǐng)域。2.3.180386微處理器1．80386的主要特點(diǎn)（1）采用全32位結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部寄存器、ALU和操作是32位，數(shù)據(jù)線和地址線均為32位（2）提供32位外部總線接口，最大數(shù)據(jù)傳輸率為32MB/s，具有自動(dòng)切換數(shù)據(jù)總線寬度的功能（3）具有片內(nèi)集成的存儲(chǔ)器管理部件MMU，可支持虛擬存儲(chǔ)和特權(quán)保護(hù)，虛擬存儲(chǔ)器空間可達(dá)64太字節(jié)TB（246字節(jié)）（4）具有實(shí)地址方式、保護(hù)方式和虛擬8086方式3種工作方式（5）采用了比8086更先進(jìn)的流水線結(jié)構(gòu)，使其能高效、并行地完成取指、譯碼、執(zhí)行和存儲(chǔ)管理功能2．80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有效地址總線有效地址總線移位地址加法器乘/除寄存器棧狀態(tài)標(biāo)志ALU控制保護(hù)檢測(cè)部件控制控制ROM譯碼和定序位移總線指令和譯碼兩個(gè)譯碼指令隊(duì)列指令預(yù)譯碼內(nèi)部控制總線分段部件輸入加法器描述符寄存器界限和屬性PLA分頁(yè)部件加法器頁(yè)面超高速緩存器控制和特性PLA預(yù)取器界限檢測(cè)器指令預(yù)取16字節(jié)指令隊(duì)列指令流線性地址總線請(qǐng)求特權(quán)地址驅(qū)動(dòng)器流水線I/O總線寬度控制多路收發(fā)器取代碼取頁(yè)數(shù)物理地址總線控制總線控制HOLD,INTR,NMI,ERRORBUSY,HLDA,RESETBE0～BE3A2～A3M/IO,D/C,W/R,LOCK,ADS,NA,BSIG,READYD0～D33232323234ALU總線3232圖2-1380386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）總線接口部件（BIU）（2）指令預(yù)取部件（IPU）（3）指令譯碼部件（IDU）（4）指令執(zhí)行部件（EU）（5）分段部件（SU）（6）分頁(yè)部件（PU）分段部件SU和分頁(yè)部件PU統(tǒng)稱為存儲(chǔ)器管理部件MMU（MemoryManagementUnit）?？偩€接口部件BIU是微處理器與系統(tǒng)的接口指令預(yù)取部件IPU的職責(zé)是從存儲(chǔ)器預(yù)先取出指令執(zhí)行部件EU由控制部件、數(shù)據(jù)處理部件和保護(hù)測(cè)試部件組成分段部件SU的作用是應(yīng)執(zhí)行部件的請(qǐng)求，把邏輯地址轉(zhuǎn)換成線性地址分頁(yè)部件PU的作用是把由分段部件產(chǎn)生的線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址，并且要檢驗(yàn)訪問(wèn)是否與頁(yè)屬性相符合

（1）總線接口部件（BIU）微處理器與系統(tǒng)的接口，其功能是：在取指令、取數(shù)據(jù)、分段部件請(qǐng)求和分頁(yè)部件請(qǐng)求時(shí)，有效地滿足微處理器對(duì)外部總線的傳輸要求。BIU能接收多個(gè)內(nèi)部總線請(qǐng)求，并且能按優(yōu)先權(quán)加以選擇，最大限度地利用所提供的總線寬度，為這些請(qǐng)求服務(wù)。（2）指令預(yù)取部件（IPU）職責(zé)是從存儲(chǔ)器預(yù)先取出指令有一個(gè)能容納16條指令的隊(duì)列（3）指令譯碼部件（IDU）職責(zé)是從預(yù)取部件的指令隊(duì)列中取出指令字節(jié)，對(duì)它們進(jìn)行譯碼后存入自身的已譯碼指令隊(duì)列中，并且作好供執(zhí)行部件處理的準(zhǔn)備工作。如果在預(yù)譯碼時(shí)發(fā)現(xiàn)是轉(zhuǎn)移指令，可提前通知總線接口部件BIU去取目標(biāo)地址中的指令，取代原預(yù)取隊(duì)列中的順序指令。（4）指令執(zhí)行部件（EU）由控制部件、數(shù)據(jù)處理部件和保護(hù)測(cè)試部件組成?？刂撇考邪刂芌OM、譯碼電路等微程序驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。數(shù)據(jù)處理部件中有8個(gè)32位通用寄存器、算術(shù)邏輯運(yùn)算器ALU、一個(gè)64位桶形移位器、一個(gè)乘除法器和專用的控制邏輯，它負(fù)責(zé)執(zhí)行控制部件所選擇的數(shù)據(jù)操作。保護(hù)測(cè)試部件用于微程序控制下，執(zhí)行所有靜態(tài)的與段有關(guān)的違章檢驗(yàn)。執(zhí)行部件EU中還設(shè)有一條附加的32位的內(nèi)部總線及專門的總線控制邏輯，以確保指令的正確完成。（5）分段部件（SU）作用是應(yīng)執(zhí)行部件的請(qǐng)求，把邏輯地址轉(zhuǎn)換成線性地址。在完成地址轉(zhuǎn)換的同時(shí)還執(zhí)行總線周期的分段合法性檢驗(yàn)。該部件可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的隔離，也可以實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)區(qū)的再定位。（6）分頁(yè)部件（PU）作用是把由分段部件產(chǎn)生的線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址，并且要檢驗(yàn)訪問(wèn)是否與頁(yè)屬性相符合。為了加快線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換速度，80386內(nèi)設(shè)有一個(gè)頁(yè)描述符高速緩沖存儲(chǔ)器（TLB），其中可以存儲(chǔ)32項(xiàng)頁(yè)描述符，使得在地址轉(zhuǎn)換期間，大多數(shù)情況下不需要到內(nèi)存中查頁(yè)目錄表和頁(yè)表。試驗(yàn)證明TLB的命中率可達(dá)98％。對(duì)于在TLB內(nèi)沒有命中的地址轉(zhuǎn)換，80386設(shè)有硬件查表功能，從而緩解了因查表引起的速度下降問(wèn)題。分段部件SU和分頁(yè)部件PU統(tǒng)稱為存儲(chǔ)器管理部件MMU（MemoryManagementUnit）系統(tǒng)總線分段部件SU分頁(yè)部件PU執(zhí)行部件EU預(yù)取部件IPU譯碼部件IDU總線部件BIU線性地址譯碼指令數(shù)據(jù)（操作和結(jié)果）有效地址物理地址32位指令字節(jié)指令六大功能部件之間的關(guān)系2．80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有效地址總線有效地址總線移位地址加法器乘/除寄存器棧狀態(tài)標(biāo)志ALU控制保護(hù)檢測(cè)部件控制控制ROM譯碼和定序位移總線指令和譯碼兩個(gè)譯碼指令隊(duì)列指令預(yù)譯碼內(nèi)部控制總線分段部件輸入加法器描述符寄存器界限和屬性PLA分頁(yè)部件加法器頁(yè)面超高速緩存器控制和特性PLA預(yù)取器界限檢測(cè)器指令預(yù)取16字節(jié)指令隊(duì)列指令流線性地址總線請(qǐng)求特權(quán)地址驅(qū)動(dòng)器流水線I/O總線寬度控制多路收發(fā)器取代碼取頁(yè)數(shù)物理地址總線控制總線控制HOLD,INTR,NMI,ERRORBUSY,HLDA,RESETBE0～BE3A2～A3M/IO,D/C,W/R,LOCK,ADS,NA,BSIG,READYD0～D33232323234ALU總線3232圖2-1380386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.80386內(nèi)部寄存器80286內(nèi)部寄存器一共有7種：（1）通用寄存器（2）段寄存器（3）系統(tǒng)地址寄存器（4）指針和標(biāo)志寄存器（5）控制寄存器（6）調(diào)試寄存器（7）測(cè)試寄存器（1）通用寄存器8個(gè)32位的通用寄存器，是由8088/8086/80286的相應(yīng)16位通用寄存器擴(kuò)展成32位而成。名字分別是：EAX，EBX，ECX，EDX，ESI，EDI，EBP，ESP。每個(gè)32位寄存器的16位可單獨(dú)使用，與8088/8086/80286的相應(yīng)16位通用寄存器作用相同。同時(shí)，AX、BX、CX、DX寄存器的高、低8位也可分別當(dāng)作8位寄存器使用。段寄存器（2）段寄存器80386設(shè)置6個(gè)16位段寄存器．CS，SS，DS和ES與8086完全相同，新增加的FS，GS是兩個(gè)支持當(dāng)前數(shù)據(jù)段的段寄存器。（3）系統(tǒng)地址寄存器80386和80286一樣設(shè)置了4個(gè)專用的系統(tǒng)表地址寄存器GDTR，LDTR，IDTR和TR，用于保存保護(hù)方式下所需要的有關(guān)信息。（4）指令指針和標(biāo)志寄存器80386設(shè)置了一個(gè)32位的指令指針EIP和一個(gè)32位的標(biāo)志寄存器EFLAGS。EIP是IP的擴(kuò)充，它可直接尋址4GB的實(shí)存空間。EFLAGS寄存器的低16位與80286標(biāo)志寄存器完全相同，高16位目前只設(shè)置了兩個(gè)新的標(biāo)志：虛擬方式標(biāo)志位VM（D17）和恢復(fù)標(biāo)志位RF（D16）。若VM＝1，表示80386是在虛擬8086方式。若RF=1，表示下邊指令中的所有調(diào)試故障都被忽略。（5）控制寄存器80386設(shè)置了4個(gè)32位的控制寄存器：CR0，CR1，CR2和CR3。它們和系統(tǒng)地址寄存器一起，保存著全局性的機(jī)器狀態(tài)，主要供操作系統(tǒng)使用。（6）調(diào)試寄存器80386設(shè)有8個(gè)32位調(diào)試寄存器DR0~DR7，它們?yōu)檎{(diào)試提供了硬件支持。（7）測(cè)試寄存器80386設(shè)置了8個(gè)32位的測(cè)試寄存器TR0~TR7，其中TR0~TR5由INTEL公司保留，用戶只能訪問(wèn)TR6，TR7。TR6是測(cè)試控制寄存器，TR7是測(cè)試狀態(tài)寄存器，保存測(cè)試結(jié)果的狀態(tài)。4.80386的工作方式80386有三種工作方式：（1）實(shí)地址方式（2）保護(hù)虛擬地址方式（3）虛擬8086方式（1）實(shí)地址方式系統(tǒng)啟動(dòng)后，80386自動(dòng)進(jìn)入實(shí)地址方式。尋址方式、存儲(chǔ)器管理、中斷處理與8086一樣。操作數(shù)默認(rèn)長(zhǎng)度為16位，但允許訪問(wèn)32位寄存器（在指令前加前綴）。不用虛擬地址，最大地址范圍仍限于1MB，只采用分段方式，每段最大64KB。存儲(chǔ)器中保留兩個(gè)固定的區(qū)域，一個(gè)是初始化程序區(qū)FFFFFH-FFFF0H，另一個(gè)為中斷向量表003FFH-00000H。80386的4特權(quán)級(jí)，在實(shí)地址方式下，程序在最高級(jí)0級(jí)上執(zhí)行，80386指令集除了少數(shù)指令外，絕大多數(shù)指令在實(shí)地址方式下都有效。（2）保護(hù)虛擬地址方式所謂保護(hù)是在執(zhí)行多任務(wù)操作時(shí)，對(duì)不同任務(wù)使用的虛擬存儲(chǔ)器空間進(jìn)行完全的隔離，保護(hù)每個(gè)任務(wù)順利執(zhí)行。保護(hù)方式是80386最常用的方式，系統(tǒng)啟動(dòng)后先進(jìn)入實(shí)地址方式，完成系統(tǒng)初始化后立即轉(zhuǎn)到保護(hù)方式。這種方式提供了多任務(wù)環(huán)境下的各種復(fù)雜功能以及對(duì)復(fù)雜存儲(chǔ)器組織的管理機(jī)制。只有在保護(hù)方式下，80386才能發(fā)揮其強(qiáng)大的功能。保護(hù)虛擬地址方式特點(diǎn)1）存儲(chǔ)器采用虛擬地址空間、線性地址空間和物理地址空間三種方式來(lái)描述。在保護(hù)方式下，80386尋址機(jī)構(gòu)不同于8086，與80286類似，是通過(guò)描述符的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存訪問(wèn)的。2）強(qiáng)大的尋址空間。在保護(hù)方式下，80386可以尋址的空間大致64TB（246）。這個(gè)空間就是所謂的虛擬地址空間。3）使用80386的4級(jí)保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)程序與程序、用戶與用戶、用戶與操作系統(tǒng)之間的隔離和保護(hù)，為多任務(wù)操作系統(tǒng)提供優(yōu)化支持。4）在保護(hù)方式下，80386既可以進(jìn)行16位運(yùn)算，又可進(jìn)行32位運(yùn)算。無(wú)論是16位，還是32位的運(yùn)算，只要在保護(hù)方式下，它就能啟動(dòng)其分頁(yè)單元，以支持虛擬內(nèi)存。（3）虛擬8086方式所謂虛擬8086模式是指一個(gè)多任務(wù)的環(huán)境（Multitasking），即模擬多個(gè)8086的工作方式。在這個(gè)模式之下，80386被模擬成多個(gè)8086微處理器并行工作。虛擬8086模式允許80386將內(nèi)存劃分成若干部分，每個(gè)部分由操作系統(tǒng)分配給不同的應(yīng)用程序，而應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)以及內(nèi)存管理程序等部分則存放在所分配的內(nèi)存中。因此操作系統(tǒng)可根據(jù)時(shí)間上的平均分配或優(yōu)先權(quán)，分給每個(gè)應(yīng)用程序的執(zhí)行時(shí)間。虛擬8086方式主要特點(diǎn)：1）可執(zhí)行原來(lái)采用8086書寫的應(yīng)用程序。2）段寄存器的用法與實(shí)地址方式一樣，即段寄存器內(nèi)容乘以16后加上偏移量即可得到20位的線性地址。3）可以使用分頁(yè)方式，將1MB分為256個(gè)頁(yè)面。分頁(yè)內(nèi)存是將內(nèi)存以4KB為單位進(jìn)行劃分，每一個(gè)4KB稱為一“頁(yè)”，因此可以比段尋址方式劃分要細(xì)，從而可處理較小的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)段。4）在虛擬8086方式中，應(yīng)用程序在最低特權(quán)3級(jí)上運(yùn)行，因此80386指令系統(tǒng)中的特權(quán)指令不能使用。實(shí)地址方式與虛擬8086方式的主要區(qū)別實(shí)地址方式的內(nèi)存管理只采用分段管理方式，不采用分頁(yè)管理，而虛擬8086方式既分段又分頁(yè)。存儲(chǔ)空間不同。實(shí)地址下的最大尋址空間為1MB，而虛擬8086方式下每個(gè)任務(wù)可以在整個(gè)內(nèi)存空間尋址，即1MB的尋址空間可以在整個(gè)存儲(chǔ)器范圍內(nèi)浮動(dòng)，因此V86方式實(shí)際尋址空間為4GB。實(shí)地址方式下微處理器所有的保護(hù)機(jī)制都不起作用，因此不支持多任務(wù)，而虛擬8086方式即可以運(yùn)行8086程序，又支持多任務(wù)操作，這就解決了80286保護(hù)方式既要維持保護(hù)機(jī)制，又要運(yùn)行8086程序的矛盾。虛擬8086方式可以是80386保護(hù)方式中多任務(wù)操作的一個(gè)任務(wù)，而實(shí)地址方式總是針對(duì)整個(gè)80386系統(tǒng)。5.80386的存儲(chǔ)器管理80386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)構(gòu)用分頁(yè)管理來(lái)管理其物理存儲(chǔ)80386的分段部件把程序的邏輯地址變換為線性地址，進(jìn)而由分頁(yè)部件變換為物理地址這種分段管理基礎(chǔ)上的分頁(yè)管理是80386所支持的最全面、功能最強(qiáng)的一種存儲(chǔ)管理方式由于微處理器內(nèi)還設(shè)置高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）和其他功能部件，使得這種兩級(jí)地址轉(zhuǎn)換的速度很快描述符表32位基地址GDTR