微机原理第2章微处理器与指令系统.ppt

微机原理第2章微处理器与指令系统 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第二章第二章 微处理器和指令系统微处理器和指令系统2.1 2.1 IntelIntel系列微处理器概述系列微处理器概述2.2 2.2 8086/8088微处理器微处理器2.3 2.3 Pentium微处理器微处理器2.4 2.4 PentiumPentium微处理器指令系统微处理器指令系统2-2.1.12.1.1 8086/8088 8086/8088 微处理器微处理器2.1.2 80486 2.1.2 80486 微处理器微处理器2.1.3 Pentium 2.1.3 Pentium 微处理器微处理器(80586)(80586)2.1.4 Pentium Pro 2.1.4 Pentium Pro 微处理器微处理器2.1.5 Pentium 2.1.5 Pentium 微处理器微处理器2.1.6 Pentium 2.1.6 Pentium 微处理器微处理器2.1.7 Pentium 4 2.1.7 Pentium 4 微处理器微处理器2.1 2.1 IntelIntel系列微处理器概述系列微处理器概述2-2.1.1 2.1.1 8086/8088 8086/8088 微处理器微处理器 8086 8086是是19781978年推出的全年推出的全1616位微处理器位微处理器,8088,8088是是19781978年年推出的准推出的准1616位微处理器。二者除外数据总线位数（位微处理器。二者除外数据总线位数（80868086为为1616位，位，80888088为为8 8位）及与此相关的部分逻辑稍有差别外位）及与此相关的部分逻辑稍有差别外,内内部结构和基本性能相同部结构和基本性能相同,指令系统完全兼容。指令系统完全兼容。在在8086/80888086/8088的设计中，引入了两个重要的结构概念：的设计中，引入了两个重要的结构概念：指令流水线指令流水线 存储器分段存储器分段 这两个概念在以后升级的这两个概念在以后升级的IntelIntel系列微处理器中一直被沿用和发系列微处理器中一直被沿用和发展。正是这两个概念的引入，使展。正是这两个概念的引入，使8086/80888086/8088比原来的比原来的8 8位位MPUMPU在运行速在运行速度、处理能力和对存储空间的访问等性能方面有很大提高。度、处理能力和对存储空间的访问等性能方面有很大提高。2-2.1.2 2.1.2 8048680486微处理器微处理器 1.1.内部寄存器的容量都扩充到了内部寄存器的容量都扩充到了3232位或以上，具有全位或以上，具有全3232 位数据处理能力，并可进行位数据处理能力，并可进行6464位的数据运算。位的数据运算。2.2.片内存储管理部件可实现段页式存储管理片内存储管理部件可实现段页式存储管理,比比8028680286可可 提供更大的虚拟存储空间和物理存储空间。提供更大的虚拟存储空间和物理存储空间。3.3.新增了一种保护模式下的工作方式新增了一种保护模式下的工作方式,即虚拟即虚拟80868086方式。方式。4.4.指令流水线增加到了指令流水线增加到了6 6级。级。5.5.提供了提供了3232位外部总线接口，最大数据传输速率显著提位外部总线接口，最大数据传输速率显著提 高。高。80486 80486是继是继8038680386之后推出的第二代之后推出的第二代3232位高性能微处理器位高性能微处理器,它以提高性能和面向多处理器系统为主要目标。它以提高性能和面向多处理器系统为主要目标。8048680486继承了继承了8038680386的各种优点，表现在以下几方面：的各种优点，表现在以下几方面：2-2.1.2 2.1.2 8048680486微处理器微处理器 1.1.片内集成了一个浮点运算单元片内集成了一个浮点运算单元FPU FPU。2.2.内含一个内含一个8 8KBKB的数据与指令合用的的数据与指令合用的CacheCache。3.3.采用采用RISCRISC技术。技术。使芯片内的不规则控制部分减少，同使芯片内的不规则控制部分减少，同时常用基本指令采用硬件逻辑控制执行，使基本指令可以用时常用基本指令采用硬件逻辑控制执行，使基本指令可以用一个时钟周期完成。一个时钟周期完成。4.4.采用一种突发总线（采用一种突发总线（Burst BusBurst Bus）的技术。的技术。使取得一使取得一个地址后，与该地址相关的一组数据可以连续输入个地址后，与该地址相关的一组数据可以连续输入/输出输出,有有效地解决了微处理器同内存储器之间的数据交换问题。效地解决了微处理器同内存储器之间的数据交换问题。5.5.面向多处理器结构，增加了支持多机操作的指令。面向多处理器结构，增加了支持多机操作的指令。除以上除以上8038680386、8048680486共有的特点之外，共有的特点之外，8048680486也采用了也采用了许多新技术：许多新技术：2-2.1.2.1.3 Pentium3 Pentium微处理器（微处理器（8058680586）1.1.采用超标量体系结构。采用超标量体系结构。2.2.内置的浮点运算部件采用超流内置的浮点运算部件采用超流水线技术。水线技术。3.3.增加了分支指令预测。增加了分支指令预测。4.4.内置了指令和数据两个独立的内置了指令和数据两个独立的超高速缓存器，避免了预取指令和数超高速缓存器，避免了预取指令和数据可能发生的冲突。据可能发生的冲突。Pentium Pentium是一种高性能的是一种高性能的3232位位微处理器。其对微处理器。其对8048680486作了下列作了下列重大改进：重大改进：2-5.5.采用采用6464位外部数据总线。位外部数据总线。6.6.引入了大型机中采用的引入了大型机中采用的内部错误检测、功能冗余检验内部错误检测、功能冗余检验和错误报告等自诊断功能。和错误报告等自诊断功能。7.7.进行了更多的可测性设计。进行了更多的可测性设计。8.8.提供了独特的性能监察功能，提供了独特的性能监察功能，以利于软、硬件产品的优化和升级。以利于软、硬件产品的优化和升级。9.9.提供了灵活的存储器页面管提供了灵活的存储器页面管理。理。2.1.2.1.3 Pentium3 Pentium微处理器（微处理器（8058680586）2-n精简指令集技术。精简指令集技术。n二级缓冲结构。二级缓冲结构。n乱序执行和预测执行技术。乱序执行和预测执行技术。n三级超标量和三级超标量和1414级超流水线结构。级超流水线结构。n寄存器重命名技术寄存器重命名技术 2.1.2.1.4 Pentium Pro4 Pentium Pro微处理器微处理器 简称简称P6P6，中文名为中文名为“高高能奔腾能奔腾”。在体系结构中采。在体系结构中采用了许多新的思想和新的技用了许多新的思想和新的技术：术：2-2.1.2.1.5 Pentium 5 Pentium 微处理器微处理器 P6P6级微处理器的第二代产品，级微处理器的第二代产品，从从系统结构角度看，主要采用了以下几系统结构角度看，主要采用了以下几种先进技术：种先进技术：n采用了由三种创新处理技巧结合的采用了由三种创新处理技巧结合的动态执行技术动态执行技术，即：多分支预测、数据流分析和推测执行。即：多分支预测、数据流分析和推测执行。n双重独立总线技术（双重独立总线技术（DIB,Dual Independent BusDIB,Dual Independent Bus）多媒体增强技术（多媒体增强技术（MMXMMX技术）技术）采用单指令流多数据流采用单指令流多数据流SIMDSIMD技术技术 新增加了新增加了5757条功能强大的条功能强大的MMXMMX指令指令2-2.1.2.1.6 Pentium 6 Pentium 微处理器微处理器 Pentium Pentium 是第三代是第三代P6P6级微处级微处理器产品。与理器产品。与PentiumPentium相比相比,有如有如下改进：下改进：n前端总线的时钟频率为前端总线的时钟频率为100MHz 100MHz(采用采用0.180.18mm新工艺的新工艺的Pentium Pentium，其前端总线达到其前端总线达到133133MHz)MHz)。n将将256256KBKB的的L2 CacheL2 Cache集成到了芯片内。集成到了芯片内。n增加了增加了 7070条流式单指令多数据扩展条流式单指令多数据扩展SSESSE指令。指令。n首次设置了处理器序列号首次设置了处理器序列号PSNPSN。2-2.1.2.1.7 Pentium 47 Pentium 4微处理器微处理器 1.1.采用了超级管道技术，使用长采用了超级管道技术，使用长达达2020级的分支预测级的分支预测/恢复管道，而恢复管道，而P6P6只有只有1010级。级。2.2.它的简单算术逻辑单元它的简单算术逻辑单元(ALU)(ALU)采用采用2 2倍的处理器倍的处理器核心频率运行。核心频率运行。3.3.动态执行技术中的指令池能容下动态执行技术中的指令池能容下126126条指令。条指令。4.4.内含一个内含一个4KB4KB的分支目标缓冲。的分支目标缓冲。5 5.增加了由增加了由144144条新指令组成的条新指令组成的SSE2SSE2。它是第一个非它是第一个非P6P6核心结构的全新核心结构的全新3232位微处理器，与位微处理器，与P6P6级微处理器相比，级微处理器相比，主要结构特点如下：主要结构特点如下：2-2.2 2.2 8086/80888086/8088微处理器微处理器内部结构内部结构指令流水线指令流水线存储器分段存储器分段 8086 8086是全是全1616位微处理器，位微处理器，80888088是准是准1616位微处理器。二位微处理器。二者除了外数据总线位数及与此相关的部分逻辑稍有差别外，者除了外数据总线位数及与此相关的部分逻辑稍有差别外，内部结构和基本性能相同，指令系统完全兼容。内部结构和基本性能相同，指令系统完全兼容。2-1.1.内部结构内部结构2.2 2.2 8086/80888086/8088微处理器微处理器20位位 ABEU控制电路控制电路总线总线控制电路控制电路通用寄存器通用寄存器累加器累加器基址寄存器基址寄存器计数寄存器计数寄存器数据寄存器数据寄存器堆栈指针堆栈指针基址指针基址指针目的变址目的变址源变址源变址指针寄存器指针寄存器变址寄存器变址寄存器地址加法器地址加法器运算暂存器运算暂存器ALU标志寄存器标志寄存器指令指针指令指针内部暂存器内部暂存器指令队列指令队列总线接口单元总线接口单元(BIU)BIU)执行单元执行单元(EU)EU)外部总线外部总线8086/8088DB8088:8位位8086:16位位CSCSDSDSSSSSESESIPIP1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 68 8位位80888086AX AH ALBX BH BLCX CH CLDX DH DL SPBPDISIALU DB1616位位2-负责全部指令的执行；负责全部指令的执行；向向BIU输出（地址及结果）数据；输出（地址及结果）数据；对对Reg及及PSW进行管理。进行管理。（2）功能）功能 EU（Execution Unit）数据寄存器：数据寄存器：AX，BX，CX，DX (16位位)8个通用寄存器个通用寄存器 变址寄存器：变址寄存器：SI，DI 算术逻辑运算部件算术逻辑运算部件ALU 16 位加法器，用于对寄存器和指令操作数进行算术或逻辑运算位加法器，用于对寄存器和指令操作数进行算术或逻辑运算.标志寄存器标志寄存器PSW 9个标志位，其中个标志位，其中6个条件标志位用于存放结果状态个条件标志位用于存放结果状态.运算寄存器运算寄存器 EU控制系统控制系统（1）组成组成AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL（8位）位）指示器：指示器：SP，BP接收从接收从BIU的指令队列中取来的指令代码，的指令队列中取来的指令代码，译码并向译码并向 EU 内各有关部分发出时序命令信号，内各有关部分发出时序命令信号，协调执行指令规定的操作。协调执行指令规定的操作。2-（2）功能）功能 BIU（Bus Interface Unit）代码段代码段Reg：CS 堆栈段堆栈段Reg：SS 数据段数据段Reg：DS 附加段附加段Reg：ES （1）组成）组成 指令指针指令指针寄存器寄存器IP（下一条要取的指令在当前下一条要取的指令在当前 码段内的偏移量）码段内的偏移量）4个段寄存器 指令队列指令队列Queue 20位地址加法器位地址加法器 总线控制逻辑总线控制逻辑 内部通信寄存器内部通信寄存器 完成所有外部总线的操作，提供总线控制信号完成所有外部总线的操作，提供总线控制信号。具体地完成：取指、指令排队、读写操作数、地址具体地完成：取指、指令排队、读写操作数、地址转换（将两个转换（将两个16位地址相加位地址相加 20位物理地址），总位物理地址），总线控制。线控制。2-（3）指令队列指令队列 BIU使用指令队列实现流水线操作。使用指令队列实现流水线操作。当指令队列中有当指令队列中有2个或个或2个（个（1个）以上的字节空间，且个）以上的字节空间，且EU未未申请读写存储器，则申请读写存储器，则BIU顺序预取后续指令代码顺序预取后续指令代码 Queue。2-（1）若是运算操作：操作数）若是运算操作：操作数 暂存器暂存器 ALU；运算结果运算结果 经经“ALU总线总线”相应相应Reg、并置并置PSW。（2）若从外设取数：若从外设取数：EU BIU 访问访问MEM 或或 I/O 内部通信寄存器内部通信寄存器 向向“ALU数据总线数据总线”传传 送数据。送数据。从从BIU指令队列中取指指令队列中取指 译码电路分析译码电路分析 相应控制命令相应控制命令 控制数据经过控制数据经过“ALU数据总线数据总线”的流向：的流向：EU的工作过程的工作过程2-2.2.指令流水线指令流水线 指令队列的存在使指令队列的存在使EUEU和和BIUBIU并行工作并行工作,取指令和分析、取指令和分析、执行指令操作可重叠进行，形成了两级指令流水线结构，执行指令操作可重叠进行，形成了两级指令流水线结构，减少了减少了CPUCPU等待时间，提高了等待时间，提高了CPUCPU的利用率，加快了整机的利用率，加快了整机运行速度，降低了对存储器存取速度的要求。运行速度，降低了对存储器存取速度的要求。取指令取指令1 1 取指令取指令2 2 取数据取数据1 1 取指令取指令3 3 存结果存结果1 1 取指令取指令4 4 取指令取指令5 5 等待等待 译码译码1 1 执行执行1 1 译码译码2 2 执行执行2 2 译码译码3 3 BIUBIUEUEU 8086/8088 8086/8088的指令的指令“流水流水”操作操作2.2 2.2 8086/80888086/8088微处理器微处理器2-取指令2 取操作数BIU存结果取指令3 取操作数 取指令4执行1执行2执行3 EUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌2-将将1 1MBMB的物理存储空的物理存储空间分成若干个逻辑段间分成若干个逻辑段,每每段大小为段大小为6464KBKB。64KB30000H(段基址段基址)段段的的起起始始单单元元地地址址叫叫段段基基址址，存存放放在在段段寄寄存存器器中中。通通过过4 4个个段段寄寄存存器器，CPUCPU每每次次可可同同时时对对4 4个段进行寻址。个段进行寻址。3.3.存储器分段存储器分段2.2 2.2 8086/80888086/8088微处理器微处理器内存内存 00000H00001H00002H00003HFFFFFH2-分段方式不分段方式不唯一，各段之间唯一，各段之间可以连续、分离、可以连续、分离、部分重叠或完全部分重叠或完全重叠，这主要取重叠，这主要取决于对各个段寄决于对各个段寄存器的预置内容。存器的预置内容。2.2 2.2 8086/80888086/8088微处理器微处理器1000H2000H3100H3100H代码段代码段（64KB）堆栈段堆栈段（64KB）数据段与数据段与附加数据附加数据段重叠段重叠（64KB）CS10000H20000H31000HSSDSES1FFFFH2FFFFH40FFFH 存储器分段结构示例2-物理地址物理地址是是1 1MBMB存储存储空间中的某一单元地址，空间中的某一单元地址，用用2020位地址码表示位地址码表示,CPUCPU访问存储器时，地址总访问存储器时，地址总线上送出的就是物理地线上送出的就是物理地址。址。逻辑地址逻辑地址在编程时在编程时采用，由段基址和偏移采用，由段基址和偏移地址组成，两者均为地址组成，两者均为1616位。位。内存内存20000H20A00H0A00H物理地址物理地址20A00H逻辑地址逻辑地址2000 物理地址和逻辑地址物理地址和逻辑地址2.2 2.2 8086/80888086/8088微处理器微处理器2-逻辑地址与逻辑地址与2020位物理地址的变换关系：位物理地址的变换关系：物理地址物理地址=段基址段基址16+16+偏移地址偏移地址偏移地址偏移地址段基址段基址段基址段基址 0000 00002020位物理地址位物理地址逻辑地址逻辑地址15 0 15 015 0 15 0 左移四位左移四位19 019 0地址地址加法器加法器 逻辑逻辑地址与物理地址的变换地址与物理地址的变换2.2 2.2 8086/80888086/8088微处理器微处理器2-例：已知例：已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF0H，DS段有一操作数，其偏移地址段有一操作数，其偏移地址=0204H，1)画出各段在内存中的分布画出各段在内存中的分布 2)指出各段首地址指出各段首地址 3)该操作数的物理地址该操作数的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS CSDSES解：各段在内存中的分布右图所示。解：各段在内存中的分布右图所示。操作数的物理地址为：操作数的物理地址为：250AH10H+0204H=252A4H2-2.3 2.3 PentiumPentium微处理器微处理器2.3.1 2.3.1 内部结构内部结构与与外部引脚外部引脚2.3.2 2.3.2 内部寄存器内部寄存器2.3.3 2.3.3 PentiumPentium的四种工作方式的四种工作方式2-PentiumPentium在结构上由如下功能部件组成：在结构上由如下功能部件组成：整数执行单元整数执行单元 浮点单元浮点单元 指令指令CacheCache和数据和数据CacheCache 指令预取单元指令预取单元 指令译码单元指令译码单元 地址转换与管理单元地址转换与管理单元 总线接口单元总线接口单元 控制单元（核心，又叫运算器）控制单元（核心，又叫运算器）这些功能部件除地址转换与管理单元与这些功能部件除地址转换与管理单元与80386/8048680386/80486保持兼容外，其他都进行了重新设计。保持兼容外，其他都进行了重新设计。2.3.1 2.3.1 内部结构和外部引脚内部结构和外部引脚2-1.内部结构内部结构地址地址转换转换与与存储存储管理管理单元单元APICDP逻辑逻辑控制控制ROM浮点单元浮点单元8KB指令指令高速缓存高速缓存TLB预取预取地址地址指令预取单元指令预取单元指令译码单元指令译码单元总线总线单元单元8KB数据数据高速缓存高速缓存TLB控制单元控制单元地址生成地址生成U流水线流水线地址生成地址生成V流水线流水线整数寄存器组整数寄存器组ALUU流水线流水线ALUV流水线流水线控制控制寄存器组寄存器组加法加法除法除法乘法乘法桶形移位器桶形移位器控制控制指令指令指针指针分支检验分支检验与目标地址与目标地址32位位地址地址总线总线323232326464位数位数据总线据总线数据数据控制控制控制控制64位位数据数据总线总线32位地位地址总线址总线分支目标分支目标缓冲器缓冲器32323280802.2.1 2.2.1 内部结构和外部引脚内部结构和外部引脚1)1)总线接口单元总线接口单元 主要用于管理访问外主要用于管理访问外部存储器和部存储器和 I/OI/O端口必端口必须的地址、数据和控制须的地址、数据和控制总线，完成预取指令、总线，完成预取指令、读读/写数据等总线操作。写数据等总线操作。2)2)整数执行单元整数执行单元 由由“U U”和和“V V”两条指两条指令流水线构成超标量流水令流水线构成超标量流水线结构，其中每条流水线线结构，其中每条流水线都有自己的都有自己的ALUALU、地址生地址生成逻辑和成逻辑和CacheCache接口。接口。3)3)预取缓冲单元预取缓冲单元 预取缓冲单元在总线预取缓冲单元在总线接口单元空闲时，负责接口单元空闲时，负责提前去内存或指令提前去内存或指令CacheCache预取指令。其指令预取预取指令。其指令预取缓冲器在前一条指令执缓冲器在前一条指令执行结束之前可以预取多行结束之前可以预取多达达9494个字节的指令代码。个字节的指令代码。4)4)指令译码单元指令译码单元 将预取的指令译成将预取的指令译成PentiumPentium可以执行的控制信号并送控可以执行的控制信号并送控制单元。对绝大多数指令来制单元。对绝大多数指令来说说,PentiumPentium微处理器可以做微处理器可以做到每个时钟周期以并行方式到每个时钟周期以并行方式完成两条指令的译码操作。完成两条指令的译码操作。5)5)控制单元控制单元 负责解释来自指令译码负责解释来自指令译码单元的指令字和控制单元的指令字和控制ROMROM的微代码。控制部件的输的微代码。控制部件的输出直接控制两条指令流水出直接控制两条指令流水线和浮点单元。线和浮点单元。6)6)地址转换与存储管理单元地址转换与存储管理单元 Pentium Pentium的地址转换与存储的地址转换与存储管理单元与管理单元与80386/8048680386/80486保持保持完全兼容，由分段和分页部完全兼容，由分段和分页部件组成。件组成。PentiumPentium除继续支持除继续支持4 4KBKB大小的页面外，还允许使大小的页面外，还允许使用高达用高达4 4MBMB的页面，从而减少的页面，从而减少了页面切换的频率，并加快了页面切换的频率，并加快了某些应用程序的执行。了某些应用程序的执行。7)7)独立的指令独立的指令CacheCache和和 数据数据CacheCache PentiumPentium片内有两个片内有两个8 8KBKB的超高速缓存器，的超高速缓存器，一个是指令一个是指令CacheCache，一一个是数据个是数据CacheCache。指令指令和数据分别使用不同的和数据分别使用不同的CacheCache，使使PentiumPentium中数中数据和指令的存取减少了据和指令的存取减少了冲突，提高了性能。冲突，提高了性能。8)8)浮点运算单元浮点运算单元2-2.Pentium2.Pentium的外部引脚的外部引脚Intel Pentium CPU写写顺顺序序控控制制总总线线地地址址总总线线 CLK PRDY R/SHLDA IBT IV IU 模模式式探探针针执执行行跟跟踪踪 TDITMS TRST RESET TCK TDO BUSCHKFRCMCSMI NMI IERR FREE IGNNESMIACT BREQHOLD BOFF INIT INTREWBEWB/WTFLUSHKENPWTPCDNA INVAPCHKPCHKPENW/RM/IOADSD/CSCYCLOCKCACHEBRDYAHOLDEADSHITHITMAP时时钟钟 初初始始化化 中中断断控控制制缓缓存存高高速速内内部部出出错错浮浮点点错错余余检检测测功功能能冗冗理理模模式式系系统统管管测测试试访访问问期期定定义义总总线线周周总总线线仲仲裁裁总总线线周周期期错错数数据据总总线线偶偶校校验验数数据据奇奇地地址址屏屏蔽蔽偶偶校校验验地地址址奇奇断断点点/性性能能检检测测A31A3BE7BE0A20MD63D0DP7DP0BT3BT0BP3BP2PM1/BP1PM0/BP02-A31A3与与BE0 BE7 形成形成32位地址位地址 2-BE0 BE7与与64位数据总线对应情况表位数据总线对应情况表 2-Pentium微处理器总线周期微处理器总线周期存储器写周期存储器写周期1 11 11 1存储器读周期存储器读周期0 01 11 1IntelIntel公司保留公司保留1 10 01 1微代码读周期微代码读周期0 00 01 1I/OI/O写周期写周期1 11 10 0I/OI/O读周期读周期0 01 10 0停机停机/暂停暂停1 10 00 0中断响应周期中断响应周期0 00 00 0启动的总线周期启动的总线周期W/RD/CM/IO2-基本寄存器基本寄存器系统级寄存器系统级寄存器调试和调试和模型专用模型专用寄存器寄存器浮点寄存器浮点寄存器PentiumPentium的内部寄存器，按功能可分为的内部寄存器，按功能可分为4 4类：类：2.3.2 2.3.2 PentiumPentium内部寄存器内部寄存器2-2.3.2 2.3.2 PentiumPentium内部寄存器内部寄存器标志寄存器标志寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器EFLAGSEFLAGSFLAGSFLAGSEIPEIPIPIP31 15 031 15 031 15 031 15 031 16 15 7 031 16 15 7 0通通 用用 寄寄 存存 器器EAX EAX AH AH AX AX ALALEBX EBX BH BH BX BX BLBLECX ECX CHCH CX CX CLCLEDX EDX DHDH DX DX DLDLEDI DIEDI DIESI SIESI SIEBP BPEBP BPESP SPESP SP1.1.基本寄存器基本寄存器选择器选择器CSCSSSSSDSDSESESFSFSGSGS15 0 63 015 0 63 0描述符高速缓存器描述符高速缓存器段段 寄寄 存存 器器 E E I IP P用用于于保保存存下下一一条条待待预预取取指指令令相相对对于于代代码码基基址址的的偏偏移移量量。它它的的低低 1 16 6位位也也可可单单独独访访问问，称称之之为为 I IP P。2-标志寄存器位定义标志寄存器位定义2.3.2 2.3.2 PentiumPentium内部寄存器内部寄存器C CF FEFLAGSEFLAGSFLAGSFLAGS31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 031 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0A AC CV VMMR RF F0N NT TIOPLIOPLO OF FDFI IF FT TF FS SF FZ ZF F0A AF F0P P F F0X X 对准检查标志对准检查标志X X 虚拟虚拟8686模式标志模式标志X X 恢复标志恢复标志X X 嵌套标志嵌套标志X X 特权级标志特权级标志S S 溢出标志溢出标志C C 方向标志方向标志X X 中断允许标志中断允许标志X X 自陷标志自陷标志S S 符号标志符号标志S S 零标志零标志S S 辅助进位标志辅助进位标志S S 奇偶标志奇偶标志S S 进位标志进位标志注注:S S表示状态标志表示状态标志,X X表示系统标志表示系统标志,C C表示控制标志表示控制标志X X 虚拟中断标志虚拟中断标志X IDX ID标志标志X X 虚拟中断挂起虚拟中断挂起0 0 0 0 0 0 0 0 0 0VIFVIPI ID D2-在调试程在调试程序时，序时，DEBUG提提供了测试供了测试标志位的标志位的手段，手段，用符号表用符号表示标志位示标志位的值，的值，每每种标志位种标志位的符号如的符号如右表右表2-标志标志:运算结果最高位为运算结果最高位为0SF=0 运算结果运算结果0 ZF=0 低低8位中位中1的个数为奇数个的个数为奇数个 PF=0 最高位有进位最高位有进位 CF=1 第三位向第四位无进位第三位向第四位无进位 AF=0 次高位向最高位没有进位次高位向最高位没有进位，最高位向前进位，最高位向前进位,OF=1例：执行两个数的加法，分析对标志位的影响。例：执行两个数的加法，分析对标志位的影响。1 10 00 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 01 10 01 11 10 01 11 10 00 01 10 00 00 00 01 11 10 00 01 1+0 01 11 11 11 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 10 02-选择器选择器描述符高速缓存器描述符高速缓存器CSSSDSESFSGS15 0 63 015 0 63 0段段寄寄存存器器 段寄存器段寄存器PentiumPentium有有6 6个段寄存器：个段寄存器：2.3.2 2.3.2 PentiumPentium内部寄存器内部寄存器CS-CS-指明当前的代码段指明当前的代码段SS-SS-指明当前的堆栈段指明当前的堆栈段DSDSESESFS FS GSGS决定程序使用决定程序使用存储器区域块存储器区域块指明当前的指明当前的4 4个数据段个数据段编程者可直编程者可直接访问的接访问的编程者不能编程者不能访问的访问的2-1.1.实实地地址址方方式式和和虚虚拟拟80868086方方式式下下相相同同，段段的的长长度度固固定定为为6464KB,KB,段段选选择择器器就就是是段段寄寄存存器器,它它保保存存的的是是逻逻辑辑段段基基址址的的高高1616位位，将将它它的的内内容容左左移移4 4位位即即可可得得到到实实际际段基址，而不必使用描述符高速缓存器。段基址，而不必使用描述符高速缓存器。2.2.在在保保护护虚虚地地址址方方式式下下，段段的的长长度度可可以以在在1 1字字节节到到4 4G G字字节节之之间间变变化化；为为了了描描述述每每个个段段的的基基址址、属属性性和和边边界界，为为每每个个段段定定义义了了一一个个描描述述符符。操操作作系系统统使使用用的的各各任任务务公公用用的的段段描描述述符符放放在在一一起起构构成成全全局局描描述述符符表表GDTGDT；某某个个任任务务专专用用的的段段描描述述符符放放在在一一起起构构成成局局部部描述符表描述符表LDTLDT。PentiumPentium段的定义与段的定义与80868086有所不同：有所不同：2.3.2 2.3.2 PentiumPentium内部寄存器内部寄存器2-描述符与描述符表描述符与描述符表GDTLDT描述符描述符0描述符描述符1 1描述符描述符0 0描述符描述符1 1GDTRGDTRLDTRLDTR+0+0+1+1+2+2+3+3+4+4+5+5+6+6+7+7段边界段边界7 70 0位位段边界段边界15158 8位位段基址段基址7 70 0位位段基址段基址15158 8位位段基址段基址23231616位位属性属性段边界段边界4 4位位段基址段基址31312424位位属性属性描述符格式描述符格式2.3.2 2.3.2 PentiumPentium内部寄存器内部寄存器2-段的的选择符段的的选择符 为了说明一个段的描述符在哪个表中，表的序号是为了说明一个段的描述符在哪个表中，表的序号是多少以及特权的高低，为每个段定义了一个多少以及特权的高低，为每个段定义了一个1616位的选择位的选择符，存于段选择器中，其格式为：符，存于段选择器中，其格式为：描述符索引描述符索引段描述符段描述符iLDTGDT0 1INDEX TI RPLb15 b3 b2 b1 b0表指示符表指示符描述符描述符i（0 089118911）段描述符段描述符0描述符描述符000 00 特权级特权级0 001 01 特权级特权级1 110 10 特权级特权级2 211 11 特权级特权级3 3请求特权级请求特权级2.3.2 2.3.2 PentiumPentium内部寄存器内部寄存器2-将一个选择符装入一个段选择器时，处理器将自动将一个选择符装入一个段选择器时，处理器将自动从从GDTGDT或或LDTLDT中找到其对应的描述符装入相应描述符高速中找到其对应的描述符装入相应描述符高速缓存器中。缓存器中。2.3.2 2.3.2 PentiumPentium内部寄存器内部寄存器描述符描述符6464基址基址物理存储器物理存储器LDTLDTDSDS数据段数据段0040H界限界限15 3 215 3 2描述符高速缓存器描述符高速缓存器DSDS选择符选择符63 063 0属性属性装入装入DSDS段描述符段描述符TI=1TI=1指示指示LDTLDT1313位索引指向位索引指向LDTLDT的第的第6464个段描述符个段描述符13131010 以后，每当访问存储器时，与所用段相关的段描述符高以后，每当访问存储器时，与所用段相关的段描述符高速缓冲器就自动参与该次存储器访问操作。转换关系速缓冲器就自动参与该次存储器访问操作。转换关系：线性地址线性地址=段描述符高速缓存器中段基址段描述符高速缓存器中段基址+偏移地址偏移地址 2-例题例题n有一个描述符表存放在全局描述符表的第有一个描述符表存放在全局描述符表的第63个表项中，访问该描述符的请求特权级个表项中，访问该描述符的请求特权级为为2，请写出该描述符的选择符。，请写出该描述符的选择符。n已知段描述符中有基址已知段描述符中有基址=56780000H，界限界限=10，G=1。求该描述符定义的存储。求该描述符定义的存储段的线性地址范围。段的线性地址范围。2-例：假设虚拟地址为例：假设虚拟地址为0100:00000200H，禁止分页。禁止分页。如果描述符中读出的段基址为如果描述符中读出的段基址为00030000H，那么操那么操作数的物理地址是什么？作数的物理地址是什么？解：将此虚拟地址转换成物理地址为解：将此虚拟地址转换成物理地址为基地址基地址+偏移量偏移量=00030000H+00002000H=00032000H2-PentiumPentium微微处处理理器器中中包包含含一一组组系系统统级级寄寄存存器器:即即5 5个个控控制制寄寄存存器器CRCR0 0CRCR4 4和和4 4个个系系统统地地址址寄寄存存器器。这这些些寄寄存存器器只只能能由由在在特特权权级级 0 0上上运运行行的的程程序序（一一般是操作系统般是操作系统）访问。访问。2.2.2 2.2.2 PentiumPentium内部寄存器内部寄存器 控制寄存器控制寄存器 PentiumPentium在在8048680486控控制制寄寄存存器器CR0CR0CR3CR3的的基基础础上上新新增增了了一一个个控控制制寄寄存存器器CRCR4 4,这这些些寄寄存存器器用用来来存存放放全全局局特特性性的的机机器器状状态态和和实实现现对对8080X86/X86/PentiumPentium微处理器的多种功能的控制与选择。微处理器的多种功能的控制与选择。2.2.系统级寄存器系统级寄存器2-数字运算错数字运算错页页FaultFault线性地址线性地址保保 留留31 30 29 7 631 30 29 7 6 5 5 4 3 4 3 2 2 1 1 0 0页管理页管理 使能使能CacheCache不使能不使能不通写不通写对准标志对准标志写保护写保护保护允许保护允许监视监视FPUFPU仿真仿真FPUFPU任务转换任务转换FPUFPU类型类型PGPGCDCDNWNW保留保留 AMAMWPWP保留保留NENEETET TSTSEMEMMPMP PEPEVMEPVITSDPCDMCE0PWTPSEDE0 0 0 0 页目录