计算机硬件第四章ppt.ppt

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1、第4章8086微处理器1本章重点:CPU的逻辑结构CPU的总线周期CPU的中断分类和中断响应 32位微型机的三种工作方式 Pentium采用的CISC和RISC技术2微处理器的性能指标：字长字长定义：指CPU能同时处理的数据位数。特点：字长越长，计算能力越高，速度越快，但集成度要求越高，工艺越复杂 主频主频 定义：CPU的时钟频率。特点：主频越高，运算速度越快3从功能上，8086分为两部分n总线接口部件(businterfaceunit，BIU)n执行部件(executionunit，EU)4.1 16位位8086微处理器微处理器 480868086逻辑结构 51 1 总线接口部件总线接口部件

2、总线接口部件负责与存储器、I/O端口传送数据，由下列4部分组成：4个段地址寄存器（CS、DS、ES、SS）16位的指令指针寄存器 IP(Instruction Pointer)20位的地址加法器6字节的指令队列缓冲器62 2 执行部件执行部件 执行部件负责指令的执行，由下列4部分组成：4个通用寄存器，即AX、BX、CX、DX；4个专用寄存器，即n基数指针寄存器BPn堆栈指针寄存器SPn源变址寄存器SIn目的变址寄存器DI 标志寄存器；算术逻辑部件。73 3 总线周期总线周期时钟周期时钟周期：CPU的基本时间计量单位，由主频决定如主频为5MHz的8086的时钟周期为200ns总线周期总线周期：一

3、般由4个时钟周期组成，即T1,T2,T3,T483 3 总线周期总线周期T1状态，发地址信息T2状态，为传输作准备T3状态，传输数据T3之后，可能插入TW在T4状态，结束。93 3 80868086的总线周期的概念的总线周期的概念 典型的8086总线周期序列：104.1.2 8086工作模式1最小模式和最大模式的概念最小模式和最大模式的概念(1)最小模式:系统中只有一个微处理器。(2)最大模式：系统中有两个或多个微处理器（主处理器、协处理器）112 28086/8088的引脚信号和功能总共有40个引脚信号注意点：8086/8088的数据线和地址线复用 8086有16根数据线 第21脚(RESE

4、T)为输入复位信号 第22引脚为“准备好”(READY)信号高4位地址和状态线复用 124.1.3 8086的操作和时序 8086的主要操作:系统的复位和启动操作；暂停操作；总线操作；中断操作；最小模式下的总线保持；最大模式下的总线请求/允许。131 1 系统的复位和启动操作系统的复位和启动操作 复位：通过触发RESET引脚信号实现特点：复位后，CS=FFFFH，IP=0000H，即从内存FFFF0H处开始执行，因此，FFFF0H处一般存放转移指令，指向系统引导和装配程序的入口处。注意：状态标志寄存器将被清零142 2 总线操作总线操作总线操作：读操作和写操作153 3中断操作和中断系统中断操

5、作和中断系统中断：指调用系统程序的过程分类：n硬件中断（非屏蔽中断和可屏蔽中断）n软件中断硬件中断：通过外部的硬件产生的，也称外部中断软件中断：CPU根据软件中某条指令或标志的设置而产生的，与硬件无关。1617(2)中断向量和中断向量表 n中断向量：中断程序的入口地址。每个中断对应一个中断向量n中断向量表：存放所有中断向量的表格 一般位于内存0段的0-3FFH区域 如何计算中断向量地址？假设类型20H的中断所对应的中断向量存放在0080H开始的4个单元，且其值分别为10H，20H，30H和40H，那么20H的中断向量为4030H:2010H18(3)硬件中断n非屏蔽中断：NMIn类型号：2Hn

6、存放地址：0008H,0009H,000AH,000BHn特点：CPU立即响应中断请求，并进入响应的中断处理。用于处理系统的重大故障。n可屏蔽中断：INTRn一般外部设备发出的中断都是从CPU的INTR端引入的可屏蔽中断n特点：收到请求后，CPU执行完当前指令后响应中断请求。19(4)硬件中断的响应和时序 可屏蔽中断的响应过程：读取中断类型码将标志寄存器的值推入堆栈把标志寄存器的IF和TF清零将断点保护到堆栈中。寻找中断向量，转入中断处理程序 2021(5)中断处理子程序 进一步保护中断现场 开放中断 中断处理的具体内容 弹出堆栈指令中断返回指令22(6)软件中断 特点：用一条指令进入中断处理

7、子程序，并且，中断类型码由指令提供。不受中断允许标志IF的影响 执行过程中可响应外部硬件中断 软件中断没有随机性234.1.4 8086的存储器和I/O编址 1.80861.8086的存储器编址的存储器编址 24CS、DS、SS和其他寄存器组合指向存储单元的示意图：252.8086.8086的的I/OI/O编址编址 允许有65535(64K)个8位的I/O端口，两个编号相邻的8位端口可以组合成一个16位端口。264.2 32位微处理器80386n32位数据、地址总线：直接寻址能力达4GBn从体系结构设计上有了概念性的改变和革新n普遍采用了流水线n指令重叠执行技术n虚拟存储技术n片内存储管理技术

8、n存储体管理分段分页技术276个功能部件 n指令预取部件 n指令译码部件 n执行部件 n分段部件n分页部件n总线接口部件284.2.2 80386的三种工作方式 n实地址方式n保护虚拟地址方式，即保护方式n虚拟8086方式29实地址方式 寻址机构、存储器管理、中断处理机构均和8086一样。操作数默认长度为16位，但允许访问80386的32位寄存器组。存储器容量最大为1MB；采用分段方式，每段最长为64KB。存储器中保留两个固定区域，一个为初始化程序区，另一个为中断向量区。前者为FFFF0HFFFFFH，后者为00000003FFH。30保护方式 存储器用虚拟地址空间、线性地址空间和物理地址空间

9、三种方式来描述 借助于存储器管理部件MMU的功能将磁盘等存储设备有效地映射到内存，使逻辑地址空间大大超过实际的物理地址空间。既能进行16位运算，也能进行32位运算。31虚拟8086方式 可执行8086的应用程序。段寄存器的作用和实地址方式时一样，即段寄存器内容左移4位加上偏移量为物理地址。存储器寻址空间为1MB，将1MB分为256个页面，每页4KB。324.3 32位微处理器Pentium 4.3.1 Pentium采用的先进技术 1 1 CISCCISC技术和技术和RISCRISC技术技术2 2 超标量流水线技术超标量流水线技术3 分支预测技术分支预测技术33CISC（复杂指令系统）技术n指令系统中包含常用指令和使用较少的复杂指令，其中复杂指令码较长，功能复杂n访问内存是采用多种寻址方式n多采用微程序控制n微程序机制：CPU控制ROM中存放众多微程序34RISC（简化指令系统）技术n指令系统只含简单而常用指令，指令码较短，且长度相同n采用流水线机制执行指令n大多数指令利用内部寄存器来执行35超标量流水线技术n超标量：一个处理器中有多条指令流水线nPentium：包含U和V流水线，并行执行36