微型计算机结构与微处理器.ppt

第二章第二章 微型计算机结构微型计算机结构与微处理器与微处理器2.1 微型计算机的构成微型计算机的构成2.2 Intel 8086微处理器的结构微处理器的结构2.3 Pentium 微处理器微处理器 计算机的基本部件中，运算器与控制器是系统的核心，称为中央处理单元（CPU，Central Processing Unit）。2.1 微型计算机的构成微型计算机的构成 微处理器与存储器、输入输出设备等部件结合在一起组成微型计算机系统（Micro-computer System），简称微型计算机（Micro-computer）。2.1微处理器系统总线存储器I/O接口I/O设备地址总线AB数据总线DB控制总线CB图图2-1 微型计算机的结构微型计算机的结构 2.1一、微型计算机的外部结构一、微型计算机的外部结构 CPU、存储器、外围接口与设备、系统总线。系统总线：地址总线（Address Bus）数据总线（Data Bus）控制总线（Control Bus）2.1二、微型计算机的内部结构二、微型计算机的内部结构 一个典型的8 位微处理器：累加器算术逻辑运算单元(ALU，Arithmetic and Logic Unit)状态标志寄存器寄存器阵列指令寄存器指令译码器和定时及各种控制信号的产生电路。2.18 位微处理器的结构图：位微处理器的结构图：2.2 Intel 8086微处理器的结构微处理器的结构Intel公司于1978年推出的16位微处理器芯片 8086 CPU有20条地址线，可直接寻址1MB的存储空间。8086内部有8个通用寄存器、1个指令指针寄存器、1个标志寄存器和4个段寄存器。2.2一、一、8086的基本结构与功能的基本结构与功能 总线接口单元（BIU，Bus Interface Unit）执行单元（EU，Execution Unit）BIU的功能是负责CPU与存储器、I/O端口之间的信息传送。EU则主要负责分析和执行指令，并产生相应的控制信号。2.2图图2-3 8086的基本结构图的基本结构图2.21.总线接口单元总线接口单元（BIU）总线接口单元负责从内存取指令送到指令队列，也对I/O接口进行读写操作。各部分组成：各部分组成：（1）4个个16位段地址寄存器。代码段寄存器位段地址寄存器。代码段寄存器CS（Code Segment）；数）；数据段寄存器据段寄存器DS（Data Segment）；堆栈段寄存器）；堆栈段寄存器SS（Stack Segment）；）；附加段寄存器附加段寄存器ES（Extra Segment）。）。（2）16位的指令指针寄存器位的指令指针寄存器IP，用于存放下一条要执行的指令的偏移，用于存放下一条要执行的指令的偏移地址。地址。（3）20位的地址加法器，将段地址与偏移地址合成为位的地址加法器，将段地址与偏移地址合成为20位的物理地址。位的物理地址。（4）指令队列。用来存放预先从主存取出的指令，通过总线接口单元）指令队列。用来存放预先从主存取出的指令，通过总线接口单元中的指令队列实现流水操作。中的指令队列实现流水操作。2.22.执行单元（执行单元（EU）执行单元EU主要由算术逻辑单元ALU、通用寄存器、指针寄存器、标志寄存器、暂存寄存器、指令译码器和控制电路等组成。其功能是执行指令。执行指令的过程首先是指令译码，即从BIU的指令队列中取出指令码，在执行单元EU中翻译成可直接执行的微指令码。2.2图图2-4 流水线工作方式流水线工作方式 总线接口单元和执行单元大部分的操作可以并行总线接口单元和执行单元大部分的操作可以并行的，实现流水线操作，提高了微处理器的利用率和的，实现流水线操作，提高了微处理器的利用率和整个系统的效率。整个系统的效率。2.2二、二、8086的内部寄存器的内部寄存器通用寄存器、控制寄存器和段寄存器等。2.21.通用寄存器通用寄存器8个16位的寄存器：AX、BX、CX、DX、SP、BP、DI及SI。其中AX、BX、CX、DX又称为通用数据寄存器。通用数据寄存器既可以用来暂存16位的操作数，也可分为8位的独立寄存器 AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL和DH。可以存放指令所需的操作数，也可存放运算后的结果，具有通用性。其中SP、BP、SI、DI四个16位寄存器，主要的工作是提供偏移地址。也称为指针寄存器和变址寄存器。2.22.指令指针指令指针IP IP是一个16位的专用控制寄存器，用来存放下一条将要执行的指令的偏移地址，与代码段寄存器CS联用。CS存放代码段的基地址，IP存放段内偏移量。当BIU从内存中取出一个字节的指令代码后，IP自动加1，指向下一条指令代码。2.23.标志寄存器标志寄存器FR 状态标志位：CF、PF、AF、ZF、SF、OF。控制标志位：TF、IF、DF。2.24.段寄存器段寄存器四个专门的段寄存器，用来保存段地址。CS代码段寄存器，用来存放当前正在运行的程序代码所在段的段基址，而下一条将要执行的指令的偏移地址则由IP提供。DS数据段寄存器，存放当前使用数据所在数据段的段基址。SS堆栈段寄存器，存放当前栈的段基址。ES附加段寄存器，存放当前使用的附加数据段的段基址。2.2三、三、8086 CPU的引脚功能的引脚功能 1.数据总线和地址总线数据总线和地址总线2.控制信号线控制信号线3.电源、地、时钟等电源、地、时钟等2.3 Pentium 微处理器微处理器Pentium是是Intel公司公司1993年推出的第五代年推出的第五代x86架构微处理器架构微处理器 Pentium芯片集成了310万个晶体管，引脚全部被封装在一个大型的237针PGA中，集成度和运算速度大为提高，使全球的微处理器技术步入了一个崭新的Pentium时代。2.3一、一、Pentium 微处理器结构与功能微处理器结构与功能2.3Pentium处理器在处理器在80 x86体系结构基础上，体系结构基础上，采用了新的超标量指令流水线结构等新技术采用了新的超标量指令流水线结构等新技术。164位外部数据总线位外部数据总线 2超标量流水线超标量流水线 3独立的指令独立的指令cache和数据和数据cache 4浮点运算流水线浮点运算流水线 5分支转移的动态预测分支转移的动态预测 2.3二、二、Pentium微处理器寄存器结构微处理器寄存器结构 三、三、Pentium微处理器的引脚功能微处理器的引脚功能 习习 题题 二二18086CPU有哪两部分组成，功能分别是什么？28086CPU有几个通用寄存器？有几个变址寄存器？有几个指针寄存器？38086CPU标志寄存器有哪些标志位？分别说明各个标志位的作用。48086CPU地址总线位数是多少？最大的物理存储空间是多少？