微型计算机原理课件.ppt
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1、第第2 2章章 80X8680X86微处理器微处理器 教材教材:第第2 2章章 80X8680X86微处理器微处理器型号型号发布发布年分年分字长字长(位位)晶体管晶体管(万个万个)数据总数据总线宽度线宽度外部总外部总线宽度线宽度主频主频寻址寻址空间空间高速高速缓存缓存80861978162.916164.771M无无80881979162.91684.771M无无28619821613.4161662016M无无38619863227.5323212334G有有4861989321203232251004G8K奔腾奔腾1993323106464601664G8K奔腾奔腾Pro199532550
2、646415020064G8K256K奔奔2199732750646423333364G32K512KItanium2000642.2亿亿64641G以上以上64G6M集集成三级成三级酷睿酷睿2 2006642.91亿亿 64643.60G64G6M集集成三级成三级80X86 CPU80X86 CPU介绍介绍PentiumPentium 采用了多项先进技术:采用了多项先进技术:CISCCISC和和RISCRISC相结合的技术相结合的技术 超标量流水线技术超标量流水线技术RISC和和CISC:RISC(ReducedInstructionSetComputer),),精简指精简指令系统的计算机令
3、系统的计算机提供数目较少、格式与功能简单、运行高效的指令提供数目较少、格式与功能简单、运行高效的指令追求的是计算机控制器实现简单,运行高速,更容易追求的是计算机控制器实现简单,运行高速,更容易在单块超大规模集成电路的芯片内制做出来在单块超大规模集成电路的芯片内制做出来CISC(ComplexInstructionSetComputer),),复杂指复杂指令系统的计算机令系统的计算机相对于相对于RISC一词而提出来的一种说法一词而提出来的一种说法特点:指令条数多,格式多样,寻址方式复杂,每条特点:指令条数多,格式多样,寻址方式复杂,每条指令的功能强。汇编程序设计容易些,但计算机控制指令的功能强。
4、汇编程序设计容易些,但计算机控制器的实现困难多,很多指令被使用的机会并不多器的实现困难多,很多指令被使用的机会并不多超标量流水线:超标量流水线:标量指单个量,一般的标量指单个量,一般的流水计算机流水计算机因只有一条指令流水线,所以因只有一条指令流水线,所以称为标量流水计算机,所谓称为标量流水计算机,所谓超标量超标量是指其具有两条以上的指令流水线是指其具有两条以上的指令流水线.PentiumPentium有有有有U U、V V两条整型流水线,一条浮点流水线。两条整型流水线,一条浮点流水线。两条整型流水线,一条浮点流水线。两条整型流水线,一条浮点流水线。流水线:流水线:是一种使多条指令重叠操作的技
5、术是一种使多条指令重叠操作的技术,是当代微处理器设计中的关键技术之一。是当代微处理器设计中的关键技术之一。把一条指令分解成若干个步骤来完成,在流水线上称为级,每级把一条指令分解成若干个步骤来完成,在流水线上称为级,每级都在一个时钟周期内完成各自的操作。这样每个时钟周期都可以启动都在一个时钟周期内完成各自的操作。这样每个时钟周期都可以启动一条指令,一条指令,m级的流水线上就会有级的流水线上就会有m条指令在同时执行。条指令在同时执行。流水线的性能比非流水线作业几乎提高了流水线的性能比非流水线作业几乎提高了m倍。倍。2.132位微处理器内部结构位微处理器内部结构预取缓冲存储器指令译码256控制ROM
6、控制部件地址生成(U流水线)地址生成(V流水线)整数寄存器组ALU(U 流水线)ALU(V 流水线)筒型移位器8KB 数据Cache浮点部件控制寄存器组加法器除法器乘法器80808KB 代码Cache分支目标缓冲器预取地址指令指针转移校验和目标地址分页部件323232323232总线部件6464 位读总线64 位数据总线32 位地址总线控制TLBTLB32 位地址总线基本结构寄存器:基本结构寄存器:486486内部寄存器分为内部寄存器分为4 4类类:H基本结构寄存器基本结构寄存器H浮点寄存器浮点寄存器H系统级寄存器系统级寄存器H调试测试寄存器调试测试寄存器应用程序只能访问基本结构寄存器和浮点寄
7、存器。应用程序只能访问基本结构寄存器和浮点寄存器。(我们我们只介绍基本结构寄存器只介绍基本结构寄存器)AHAXALBHBXBLCHCXCLDHDXDLSPBPDISIIPFLAGSCSDSESSSFSGS32位名称位名称EAXEBXECXEDXESPEBPEDIESI8位名称位名称16位名称位名称EIPEFLAGS 名称名称累加器累加器基址变址基址变址计数计数数据数据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令指针指令指针标志标志代码代码数据数据附加附加堆栈堆栈32位位16位位注意:注意:286以以下下绿绿色色区区域域不不可可用用;FS、GS 无专用名称;无专用名称;AHA
8、XALBHBXBLCHCXCLDHDXDLSPBPDISI32位名称位名称EAXEBXECXEDXESPEBPEDIESI16位名称位名称 名称名称累加器累加器基址变址基址变址计数计数数据数据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8位名称位名称1.通用寄存器通用寄存器IP、SP、BP、SI、DI:为寻址存贮单元提供偏移地址。其中:为寻址存贮单元提供偏移地址。其中:IP(InstructionPointer)-指令指令指针指针AHAXALBHBXBLCHCXCLDHDXDLSPBPDISI32位名称位名称EAXEBXECXEDXESPEBPEDIESI16位名称位名称 名称
9、名称累加器累加器基址变址基址变址计数计数数据数据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8位名称位名称IPSP(StackPointer)-堆栈堆栈指针指针BP(BasePointer)-基址基址指针指针SI(SourceIndex)-源变址寄存器源变址寄存器DI(DestinationIndex)-目的变址寄存器目的变址寄存器CS、DS、ES、SS-4个段寄存器,和偏移地址寄个段寄存器,和偏移地址寄存器一起形成存器一起形成20位存储器物理地址,对存储器中存位存储器物理地址,对存储器中存放的程序、数据、堆栈区域加以区别、寻址。放的程序、数据、堆栈区域加以区别、寻址。寻址程序
10、寻址程序(指令指令):CSIP;寻址数据:寻址数据:(DS或或ES)(SI或或DI、BX、BP);寻址堆栈:寻址堆栈:SS(SP或或BP)具体用法在寻址方式中介绍具体用法在寻址方式中介绍CSDSESSSFSGS代码代码数据数据附加附加堆栈堆栈标志寄存器标志寄存器FLAGS又称为程序状态字又称为程序状态字PSW,为,为16位寄存位寄存器,该寄存器主要有器,该寄存器主要有两个作用两个作用:记录记录CPU运行结果状态标志;运行结果状态标志;提供控制标志。提供控制标志。FLAGS各位含义如下:各位含义如下:1514131211109876543210OFDFIFTFSFZFAFPFCFFLAGSEFL
11、AGS标志寄存器标志寄存器根据功能,根据功能,8086的标志可以分为两类:的标志可以分为两类:状态标志:状态标志:表示前面的操作执行后,算术逻辑部件表示前面的操作执行后,算术逻辑部件处在怎样一种状态,这种状态会像某种先决条件一样处在怎样一种状态,这种状态会像某种先决条件一样影响后面的操作。有影响后面的操作。有SF、ZF、PF、CF、AF和和OF控制标志:控制标志:每个控制标志都对某一种特定的功能起每个控制标志都对某一种特定的功能起控制作用。指令系统中有专门的指令用于控制标志的控制作用。指令系统中有专门的指令用于控制标志的设置和清除。有设置和清除。有DF、IF、TF。一一.32位微处理器工作模式
12、位微处理器工作模式 1.1.实模式的特点实模式的特点加电、复位之后,加电、复位之后,486486自动工作在实模式,系统在自动工作在实模式,系统在DOSDOS管理下管理下在实模式下,在实模式下,486486只能访问第一个只能访问第一个1M1M内存内存(00000H(00000HFFFFFH)FFFFFH)H 实地址模式实地址模式(实模式实模式)H 保护虚拟地址模式保护虚拟地址模式(保护模式保护模式)H虚拟虚拟86模式模式2.2 2.2 32位微处理器的工作模式和地址空间位微处理器的工作模式和地址空间 存存储储管管理理部部件件对对存存储储器器只只进进行行分分段段管管理理,没没有有分分页页功功能能,
13、每一逻辑段的最大容量为每一逻辑段的最大容量为64K64K。在实模式下,段寄存器中存放段基址。在实模式下,段寄存器中存放段基址。2.2.保护模式的特点保护模式的特点:(:(仅作了解)仅作了解)486486工作在保护模式下,才能真正发挥它的设计能力。工作在保护模式下,才能真正发挥它的设计能力。在保护模式下,在保护模式下,486486支持多任务操作系统支持多任务操作系统在保护模式下,在保护模式下,486486可以访问可以访问4G4G物理存储空间物理存储空间存储管理部件中,对存储器采用分段和分页管理存储管理部件中,对存储器采用分段和分页管理操作系统核心操作系统核心系统服务及接口系统服务及接口应用程序应
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- 微型计算机 原理 课件
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