章32位微处理器.ppt

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1、章32位微处理器 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。有生命必有希望本章教学目的n了解8028680486CPU和PENTIUM等32位机的结构和特点。了解计算机常用的总线标准和整机结构。本章 学习要求了解了解:p8028680486CPU和PENTIUM机的结构和特点。p计算机常用的总线标准和整机结构。主要内容n80386微处理器的结构n32位微处理器的地址总线和数据总线nPentium微处理器结构n32位微处理器的型号很多，Intel公司推出的主要类型有80386

2、，80486和Pentium微处理器。n32位80386微处理器是为多用户和多任务操作系统而设计的q具有32位寄存器和数据通道q支持32位地址和数据类型nCPU片内有存储器管理部件q可实现分段和分页管理，使微处理器地址有4GB(千兆字节)物理存储器和64MMB(万亿字节)虚拟存储器，以及有4级保护功能，因此程序不能访问段所规定区域以外的单元，数据也不能写入到禁止的段里n指令流水线技术，在高速缓冲存储器(cache)和高速总线带宽的作用下，缩短了指令执行时间及增加了系统的数据吞吐能力。n80486微处理器是在80386基础上又增加了浮点运算部件和高速缓冲部件，其性能和速度又提高了一大步。nPen

3、tium处理器是一种最先进的32位微处理器。它是一种双ALU流水线工作的CPU，每一个时钟周期可执行两条指令，提供了强有力的工作站和服务器功能。nPentium，及微处理器又增添了多媒体处理功能，所以，Pentium微处理器也就最适用于多媒体计算机和网络计算机中。11.1 80386微处理器的结构n中央处理部件(CPU)q指令部件n指令预取队列n已译码指令队列q执行部件nALU 32位n8个32位通用寄存器组n64位的桶形移位器n乘除硬件n存储管理部件(MMU)q分段部件q分页部件q页是机械划分的，每4KB为一页，程序或数据均以页为单位进入实存。q存储器按段来组织，每段包含若干个页，段的最大容

4、量可达4 000MB。q一个任务最多可包含16K个段，所以80386可为每个任务提供64MMB的虚拟存储空间。q为了加快访问速度，系统中还设置有高速缓冲存储器(cache)，构成完整的cache主存辅存的3级存储体系。n总线接口部件(BIU)q总线接口部件通过数据总线、地址总线和控制总线负责与外部取得联系，包括访问存储器预取指令，读写数据和访问IO端口读写数据等全部操作及其他控制功能。80386的寄存器q通用寄存器组q段寄存器q指令指针q标志寄存器q控制寄存器q系统地址寄存器q调试寄存器q测试寄存器图图11.211.2 32位微处理器的地址总线和数据总线n地址总线q32位地址总线是用30条地址

5、线A2A31加上4个字节允许符BE0BE3来实现。q32位微处理器的物理寻址空间有4GB，即232字节n数据总线q32位数据总线q可以使用BS8和BS16引脚输入控制信号来改变数据总线的宽度，将数据传送到8位或16位设备中去。11.3 32位微处理器的工作方式32位微处理器有3种工作方式n实地址方式(real mode)q实地址方式的工作原理与8086基本相同，其主要区别是32位微处理器能处理32位数据。n保护方式(protected mode)q保护方式下，CPU可访问232字节的物理存储空间，段长为232字节，而且还可以实施保护功能q32位微处理器为了支持多任务操作系统，以4个特权级来隔离

6、或保护各用户及操作系统。n虚拟8086方式(virtual 8086 mode)q在虚拟方式下，运行8086程序可以尽量利用32位微处理器的保护机构。尤其是32位微处理器允许同时执行8086的操作系统及其应用程序和32位微处理器操作系统的应用程序。11.7 80486位微处理器的特点简介下面对80486微处理器的特点作简单介绍。(1)80486 CPU除了有一般32位微处理器的保护功能、存储器管理功能、任务转换功能、分页功能和片内高速缓存器外，还具有浮点数运算部件。因此，在计算机系统内不再需要数字协处理器，是一种完整的32位微处理器。(2)80486 CPU能运行Windows,DOS,OS/

7、2和UNIX V/386等操作系统，它与Intel公司的80X86系列的各种微处理器兼容。(3)80486 CPU具有完整的RISC内核，使得常用的指令执行时间都只要一个时钟周期。(4)80486 CPU采用8KB统一的代码和数据cache(高速缓冲存储器)，具有160MB/s的突发总线，保证在整机中采用了廉价的DRAM(动态RAM)能达到较高的系统流通量。(5)80486 CPU内部的自测试功能包括执行代码和访问数据时的断点陷阱，会广泛地测试片上逻辑、cache和分页转换cache。11.8 Pentium微处理器nPentium微处理器是一种最先进的32位微处理器。它与DOS，Window

8、s,OS/2和UNIX基础上的应用软件兼容。q有两组算术逻辑单元(ALU)、两条流水线、能同时执行两条指令；q并且把数据cache(高速缓冲存储器)和代码cache分开；不仅提高了总线的速度；还将数据总线增加到64条；q流水浮点部件提供了工作站的特性。因此它几乎具有两台80X86的功能。1.数据总线nPentium微处理器有64条数据总线是一般32位微处理器的一倍。2.地址总线nPentium微处理器的32位地址总线。32位微处理器的物理寻址空间有4GB，即232字节；而I/O地址空间只有64KB，即216字节。第12章PC总线及整机结构12.1PC机主机结构及主板概述PC机最主要核心部分：n

9、主机箱n监控器(显示器)n键盘图图12.1图图12.2主板：(1)CPU及其相关器件所组成的系统；(2)总线扩展槽所形成的系统；(3)主板上的存储器(RAM及ROM)系统；(4)芯片组(chipset)及其他芯片；(5)跳线(jumper)及各种辅助电路。图图12.3图图12.412.2 常用的常用的CPU及其在主板上的插座及其在主板上的插座n微型计算机的主板上所配的CPU的主频必须与主板所设定的频率相一致。也就是说，主板上与频率有关的跳线跳线必须设定得与所选用的CPU相一致。这样才可以将CPU插到主板的插座上。n微型计算机的主板的型号常以其上所装的CPU而得名，如486DX2/66，486S

10、X/33和586/166,P/355等等。这些型号的后面的数字表示该CPU的标称频率，其单位为MHz。当然，该主板上的晶体频率也已设定为该频率。如果主板上的晶体的频率设置得低于CPU的标称频率，则CPU被迫只好在低于其标称频率下运行，这就意味着该微机将运行于较低的速率，从而降低了CPU的性能和功能。第二代奔腾，即第二代奔腾，即P的插座与此完全不同。在的插座与此完全不同。在P主主板上有供其板上有供其CPU专用的专用的插槽插槽Solt 1。这种插槽安装起。这种插槽安装起来比较复杂，与其相关的说明书会有详细说明。来比较复杂，与其相关的说明书会有详细说明。12.3 PC机的总线结构及主板上的总线扩展槽

11、机的总线结构及主板上的总线扩展槽1.ISA总线结构n工业标准结构（Industrial Standard Architecture，ISA)是IBM的标准兼容总线。它在1987年以前是通用的总线结构。nISA标准是一种系统总线的标准，q数据宽度为816位q工作频率为4.78MHzq传输速率最高可达8MB/S。q早期的IBM PC/XT用的是8位总线，它有8条并行线连接到扩展槽的各个插件板。当开发80286微处理器时，8位总线就太慢了，并行线数不够已相当明显。2.MCA总线结构该总线结构称为微通道结构（Micro Channel Architecture，MCA)。为了打破上面所说的ISA总体对

12、32位微处理器形成的瓶颈，即高主频的微处理器与低速度及窄宽度的矛盾，IBM公司在推出第一台386型微机时，创造了一个全新的与ISA标准完全不同的系统总线标准MCA总线结构。此MCA总线标准，数据宽度为32位，并提供burst mode使其数据传输率为ISA的4倍。由于IBM公司为了垄断市场而不将MCA标准公布于众，所以MCA总线结构没有得到广泛的流行。3.EISA总线结构该总线结构称为扩展了的工业准结构（Extended Industrial Standard Architecture，EISA)。n为了冲破IBM公司的垄断市场的封闭标准行为，1989年由Compag,HP,AST,Epson

13、,NEC Olivetti,Tandy,Wyse以及ZDS(ZeH Data System)九家计算机大公司联合推出一个新的总线标准EISA。此EISA不仅具有MCA的全部功能，同时保存了与ISA标准百分之百的兼容。EISA的公开性是对MCA的重大打击。n到目前为止，已有数百种EISA addon卡(包括LAN，SCSI，IDE，GRAPHIC等)相继问世，这样，EISA的应用领域得到了充分的发展。图图12.75.PCI总线结构外部设备互联(peripheral component interconnect，PCI）总线结构是Intel公司于1992年7月推出的，是为配合奔腾芯片而设计的。这种

14、PCI总线结构也可在386和486系统上使用，但它主要是应用于奔腾系统。PCI总线的优点如下：总线的优点如下：(1)即插即用(plug and play)PCI总线有自动将增加的PCI卡配置到系统中去的能力。(2)可使用在多处理器环境中，还可支援多媒体及数据量非常大的应用。它不会使CPU负担过重，又能支援更多的局部总线。(3)PCI的扩展槽可以多达10个，而VLB最多只允许三个扩展槽。PCI总线可与ISA，EISA，VESA共存于同一主板上。有3种不同的PCI插座：一种用于32位总线，一种用于3V的64位总线，还有一种则用于5V的64位总线。n所谓总线，说全了就是“总线标准”。所谓总线标准就是

15、由CPU出来的数据线、地址线、控制线等必须按照各自的标准在总线插座上安排。n根据ISA总线标准设计的总线插座只能接受根据ISA总线设计的插件。根据EISA总线标准设计的总线插座只能接受根据EISA总线设计的插件。根据PCI总线标准设计的总线插座只能接受根据PCI总线设计的插件，等等。n如果只有一个总线插座，CPU就只能接受一个插件，不能发挥CPU的强大功能。为此，主板上设有若干个扩展插座，也就是常说的扩展槽。总线扩展槽一般有48个。如果兼有ISA，ESA和PCI的话，每种的个数就会少些。12.4主板上的存储设备nPC机中有各种各样的存储设备。在主板上的存储设备有下列几种：内存条；基本输入输出系

16、统（BIOS）；高速缓冲存储器（Cache）。n在主板外，又和主板用扁平电缆相连的存储设备有下列几种：软盘存储器；硬盘存储器；光盘存储器。2.BIOS及CMOS设置n基本输入输出系统(basic input output system，BIOS)是在计算机一通电时就能监测计算机的各个主要部件的程序。nBIOS的性能对主板的性能影响很大。BIOS提供了一个便于操作的系统软硬件接口。n操作BIOS是通过CPU的程序中断方式。BIOS中的各项操作是通过它们各自的中断来实现的。BIOS的流行程序有下列3种：(1)AMI BIOS是American Megatrends Inc.公司设计的。(2)MR

17、BIOS是Euposoft公司设计的。(3)AD BIOS是Award公司设计的。12.5 主板上的芯片组n芯片组在主板上的作用仅次于CPU，其功能就是支持CPU的工作。比如CPU完成计算工作，芯片组就把计算结果传送给有关部件。DMA和IRQ控制器也都融合在芯片组内，这样就使得主机板上的器件较少。n芯片组对整个主机板的性能和功能也有重要影响，比如较老的奔腾主机板就不支持新式的带多媒体的奔腾CPU(MMX)，这就是芯片组的作用。n基本概念基本概念q80386微处理器的结构q32位微处理器的地址总线和数据总线qPentium微处理器结构q计算机的总线标准。q计算机的整机结构。本章本章 小结小结本章

18、本章 习题习题1.1.1 1、简简 述述 8038680386、486486、PentumPentum等等3232位微处理器的特点。位微处理器的特点。2.2.2 2、PCPC机主要有哪几部分构成？机主要有哪几部分构成？3.3.3 3、常常用用的的PCPC机机内内部部总总线线有有哪哪几几种种？参考文献参考文献n郑学坚，周斌.微型计算机原理及应用（第三版）.北京：清华大学出版社，2001n郑学坚，马力妮.微型计算机原理及应用试验指导.北京：清华大学出版社，2001n周佩玲，彭虎.微机原理与接口技术.北京：电子工业出版社，2005n姚燕南，薛钧义.微型计算机原理.西安：西安电子科技大学出版社，1994n邹逢兴.微型计算机接口原理与技术.长沙：国防科技大学出版社，1993n幸云辉.16位微型计算机原理与应用.北京：北京邮电学院出版社，1991n尹彦芝.IBM-PC宏汇编语言程序设计.北京：水利电力出版社，1987本章结束，谢谢本章结束，谢谢!