微機(jī)原理第二章Intel32位CPU

第2章Intel32位微處理器2.1微處理器的基本結(jié)構(gòu)2.2寄存器2.3指令流水線操作2.1微處理器的基本結(jié)構(gòu)2.1.1幾種典型微處理器簡介1、16位微處理器Intel808616位內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)16位外部數(shù)據(jù)總線，20位地址總線（尋址范圍220B=1MB）2、32位微處理器Intel8038632位內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)32位外部數(shù)據(jù)總線，32位地址總線（實內(nèi)存232B=4GB，虛擬空間246B=64TB）三種工作方式：實方式、保護(hù)方式、虛擬8086方式采用流水線技術(shù)和指令預(yù)取技術(shù)Intel8048632位內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)32位外部數(shù)據(jù)總線，32位地址總線三種工作方式：實方式、保護(hù)方式、虛擬8086方式采用流水線技術(shù)和指令預(yù)取技術(shù)片內(nèi)含8KB高速緩存（Cache）片內(nèi)含浮點運算單元（FPU）Intel

Pentium系列經(jīng)典奔騰高能奔騰多能奔騰奔騰二代奔騰三代奔騰四代AMDK5、K6、K73、64位微處理器Intel

Pentium4雙核Core酷睿系列AMDK8、K10趨勢：1、多核2、更快的主頻3、更大的緩存4、更小的制作工藝執(zhí)行部件EU8位指令隊列段寄存器ALU數(shù)據(jù)總線16位數(shù)據(jù)總線16位地址總線20位系統(tǒng)總線

暫存寄存器

FLAGSEU控制單元AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISIAXBXCXDX通用寄存器組

CS

DS

SS

ES

IP內(nèi)部通信寄存器總線控制邏輯1234地址加法器總線接口部件BIUALU2.1.2微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.8086微處理器由執(zhí)行部件EU和總線接口部件BIU構(gòu)成數(shù)據(jù)段代碼段堆棧段附加段存儲器2.80486微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)80486微處理器內(nèi)部由八大部件組成：總線接口部件、高速緩存部件、代碼預(yù)取部件、指令譯碼部件、浮點數(shù)部件、執(zhí)行部件、段部件、分頁部件。

2.1.3微處理器的外部引腳

地址總線數(shù)據(jù)總線中斷信號總線控制信號27262524232221201286432168421215214213212211210292832,76816,3848,1924,0962,0481,0245122562232222212202192182172168M4M2M1,048,576524,288262,144131,07265,5362312302292282272262252242G1G512M256M128M64M32M16M32K16K8K4K2K1K1M512K256K128K64K2.2寄存器2.2.1通用寄存器

311570

31～015～015～87～0EAXAXAHALEBXBXBHBLECXCXCHCLEDXDXDHDLEBPBPESPSPESISIEDIDI累加器基址計數(shù)器數(shù)據(jù)基址指針堆棧指針源變址目標(biāo)變址2.2.2指令指針寄存器

EIP（32位）

IP（EIP的低16位）

內(nèi)容：下一條要取入微處理器的指令在內(nèi)存中的偏移地址。2.2.3標(biāo)志寄存器

EFLAGS（32位）FLAGS（EFLAGS的低16位）311817161514131211109876543210ACVMRF0NTIOPLOFDFIFTFSFZF0AF0PF1CF部分基本標(biāo)志位的含義：1、CF（進(jìn)位標(biāo)志）=1算術(shù)操作最高位產(chǎn)生了進(jìn)位或借位=0最高位無進(jìn)位或借位2、PF（奇偶標(biāo)志）=1數(shù)據(jù)最低8位中1的個數(shù)為偶數(shù)=0數(shù)據(jù)最低8位中1的個數(shù)為奇數(shù)3、AF（輔助進(jìn)位標(biāo)志）=1D3→D4位產(chǎn)生了進(jìn)位或借位=0D3→D4位無進(jìn)位或借位

4、ZF（零標(biāo)志）=1操作結(jié)果為0=0結(jié)果不為05、SF（符號標(biāo)志）=1結(jié)果最高位為1=0結(jié)果最高位為06、OF（溢出標(biāo)志）=1此次運算發(fā)生了溢出=0無溢出7、DF（方向標(biāo)志）=1地址自動按減量變化=0地址自動按增量變化8、TF（陷阱標(biāo)志）=1調(diào)試按單步方式=0非單步9、IF（中斷允許標(biāo)志）=1允許響應(yīng)外部可屏蔽中斷=0禁止響應(yīng)10、AC（對準(zhǔn)檢查標(biāo)志）=1如果進(jìn)行未對準(zhǔn)的地址訪問，則產(chǎn)生異常中斷=0否2.2.4段寄存器

16位（編程可見）64位（編程不可見）選擇器寄存器描述符寄存器CSDSSSESFSGSCSDSSSESFSGS

1、實方式或虛擬8086方式下段寄存器為16位，存放內(nèi)存段的段基址。CS------代碼段的段基址DS------數(shù)據(jù)段的段基址SS------堆棧段的段基址ES------附加數(shù)據(jù)段的段基址（1）內(nèi)存分段的基本思想8086有20條地址線，可直接尋址220=1MB個地址編碼。80X86的32位CPU有32條地址線，可直接尋址空間為232=4GB個地址編碼。稱作物理空間，內(nèi)存或主存。在內(nèi)存中占據(jù)相對獨立的內(nèi)存區(qū)間—內(nèi)存分段。一個程序擁有多個段、不同程序占據(jù)不完全相同的幾個段。系統(tǒng)要管理內(nèi)存，必須知道每個段的信息，包括：段在物理空間的開始地址、段大小、是數(shù)據(jù)型還是程序型、或是系統(tǒng)管理信息等。（2）實模式下存儲器管理：1）一個段的長度為1～64K字節(jié)內(nèi)；2）段寄存器（16位）直接存放某一段的段基地址（20位段起始地址的高16位，低4位默認(rèn)為0000B，即段的起始地址必須是16的倍數(shù)）；3）編程時，程序給出指令或者數(shù)據(jù)的邏輯地址，包括段基地址（16位）和偏移地址（16位，相對于段基地址的段內(nèi)偏移量）。

在存儲器尋址時，將邏輯地址轉(zhuǎn)換為存儲器存儲單元的物理地址（實際地址或者絕對地址），1M存儲空間物理地址為20位。物理地址（20位）=段首地址（20位）+偏移地址（16位）=段基址（16位）×10H+偏移地址（16位）段基址為段首地址的高16位。段首地址的低4位為0。邏輯地址的表示方法：

段基地址：偏移地址例：CS：EA1D24:0100

例：2.

保護(hù)方式下段寄存器有CS、DS、SS、ES、FS、GS，

16位（編程可見）64位（編程不可見）選擇器寄存器描述符寄存器

CSDSSSESFSGSCSDSSSESFSGS選擇器寄存器的低2位為特權(quán)標(biāo)志，D2位為描述符表類型標(biāo)志，高13位是選擇碼。描述符寄存器的作用是為了加速運行。邏輯地址由選擇器寄存器：偏移地址組成。保護(hù)方式下：段基址32位偏移地址32位線性地址32位物理地址32位INDEXTIRPL153210選擇器寄存器格式2.2.5系統(tǒng)地址寄存器1、GDTR（48位）全局描述符表寄存器2、LDTR（16位）局部描述符表寄存器3、IDTR（48位）中斷描述符表寄存器4、TR（16位）任務(wù)狀態(tài)寄存器2.3微處理器的工作方式

1、實地址方式（RealAddressMode）2、保護(hù)方式（ProtectedMode）3、虛擬8086方式（Virtual8086Mode）保護(hù)方式虛擬8086實方式2.4指令流水線操作在80486微處理器中設(shè)有8KB的內(nèi)部高速緩存器、32字節(jié)的預(yù)取指令隊列、指令譯碼器、控制器及執(zhí)行部件，這就從硬件上支持了指令流水線操作。80486使用5個步驟的流水線技術(shù)，即指令預(yù)取PF、譯碼D1、譯碼D2、執(zhí)行EX和結(jié)果寫回WB。其過程如圖所示。圖80486指令執(zhí)行過程流水線過程示