Intel微处理器结构 微型计算机系统原理及应用.pptx

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1、2-1 Intel-80 x86系列微处理器概述型号型号发布发布年份年份字长字长晶体管数晶体管数(万）万）主频主频(MHz)数据数据总线总线外部总外部总线线地址总地址总线线寻址空寻址空间间高速缓高速缓存存80861978162.94.771616201MNo80881979162.94.77168201MNo8028619821613.46-2016162416MNo8038619863227.512.5-333232324GYes80486198932120-16025-1003232324G8KPentium(586)199332310-33060-1666464324G8K8KPenti

2、umPro(P6)199532550150-20064643664G8K8KPentium II199732750233-35064643664G32K512K1第1页/共21页 80 80年代初，年代初，INTELINTEL牢牢抓住了一根由创始于牢牢抓住了一根由创始于18961896年的年的IBMIBM伸向他的橄榄枝。伸向他的橄榄枝。19811981年是年是INTELINTEL发展史上具有重要意义的一年，发展史上具有重要意义的一年，INTELINTEL销售工程师维斯顿为销售工程师维斯顿为INTELINTEL的的80888088处理器找到了一位重要的客户处理器找到了一位重要的客户蓝色巨人蓝色巨

3、人IBMIBM，在随后，在随后IBMIBM制造的个制造的个人电脑中开始使用人电脑中开始使用INTELINTEL的的80888088微处理器作为其核心处理器。微处理器作为其核心处理器。INTELINTEL从此名声大从此名声大振。振。财富财富杂志也把杂志也把INTELINTEL列为在商业上取得最为巨大成功的列为在商业上取得最为巨大成功的1717个企业之一。个企业之一。280868086微处理器功能结构微处理器功能结构微处理器功能结构微处理器功能结构Institute of Electrical Engineering第2页/共21页 1979年，Intel公司推出16位微处理器8088，Intel

4、 8088(如图)采用双列直插DIP封装，插在主板DIP插座中使用。8088的性能完全与8086相同，只是将外部数据总线改为了8位，目的是使其能直接使用和控制当时的大量外设。也正是由于这一改进，造就了Intel公司CPU产品的主流地位。380888088微处理器功能结构微处理器功能结构微处理器功能结构微处理器功能结构Institute of Electrical Engineering第3页/共21页480868086微处理器功能结构微处理器功能结构微处理器功能结构微处理器功能结构Institute of Electrical Engineering1、8086概况 1616位微处理器位微处理

5、器 地址总线地址总线2020条，寻址能力条，寻址能力2 22020=1MB=1MB DIP-40 DIP-40（双列直插式（双列直插式4040脚）封装脚）封装 2、8086的功能结构 传统传统CPUCPU执行指令的过程是：取指令执行指令的过程是：取指令 执行指令执行指令 再取指令再取指令，串行操作。，串行操作。而而80868086的取指令与执行指令操作是由两个不同的部的取指令与执行指令操作是由两个不同的部件完成，可同时进行。目的是提高件完成，可同时进行。目的是提高CPUCPU的执行速度。的执行速度。第4页/共21页CPUCPU从功能上来说分成两大部分：从功能上来说分成两大部分：总线接口单元总线

6、接口单元BIUBIU：负责与存储器和外围：负责与存储器和外围 （Execution Unit）设备接口进行指令设备接口进行指令 和数据传送和数据传送 执行单元执行单元EUEU：负责指令的执行负责指令的执行5（Bus Interface Unit）BIUBIU从内存中取指令送到指令队列；从内存中取指令送到指令队列；当当EUEU执行指令时，执行指令时，BIUBIU要配合要配合EUEU从指定的内存单元从指定的内存单元或或I/OI/O端口中读取数据，或者把端口中读取数据，或者把EUEU的操作结果送到指的操作结果送到指定的内存单元或定的内存单元或I/OI/O端口去。端口去。80868086微处理器功能结

7、构微处理器功能结构微处理器功能结构微处理器功能结构Institute of Electrical Engineering第5页/共21页6第6页/共21页71执行部件执行部件EU 执执行行部部件件中中包包含含一一个个1616位位的的算算术术逻逻辑辑单单元元（ALUALU），8 8个个1616位位的的通通用用寄寄存存器器，一一个个1616位位的的状状态态标标志志寄寄存存器器，一一个个数数据据暂暂存存寄寄存存器器和和执执行行部部件件的的控控制电路。制电路。功功能能：从从BIUBIU的的指指令令队队列列中中取取出出指指令令代代码码，经经指指令令译译码码器器译译码码后后执执行行指指令令所所规规定定的的

8、全全部部功功能能。执执行行指指令令所所得得结结果果或或执执行行指指令令所所需需的的数数据据，都都由由EUEU向向BIUBIU发出命令，对存储器或发出命令，对存储器或I/OI/O接口进行读接口进行读/写操作。写操作。第7页/共21页82总线接口部件总线接口部件BIU 总线接口部件总线接口部件BIUBIU内部设有四个内部设有四个1616位段地址寄位段地址寄存器：代码段寄存器存器：代码段寄存器CSCS、数据段寄存器、数据段寄存器DSDS、堆栈段、堆栈段寄存器寄存器SSSS和附加段寄存器和附加段寄存器ESES，一个，一个1616位指令指针寄位指令指针寄存器存器IPIP，一个，一个6 6字节指令队列缓冲

9、器，字节指令队列缓冲器，2020位地址加位地址加法器和总线控制电路。法器和总线控制电路。主要功能：根据执行部件主要功能：根据执行部件EUEU的请求，负责完成的请求，负责完成CPUCPU与存储器或与存储器或I/OI/O设备之间的数据传送。设备之间的数据传送。第8页/共21页9等待取指1 执行1等待取指2 执行2等待取指3 执行3MPU总线忙闲忙闲忙闲传统微处理器的指令执行过程 取指1取指2取指3取指4取指5取指6EU总线执行1执行2执行3执行4执行5执行6忙忙忙忙忙忙BIU8086CPU的指令执行过程 第9页/共21页存储器由很多个存储器由很多个8 8位的存储单元组成，每个存储单位的存储单元组成

10、，每个存储单元对应于一个地址编码。元对应于一个地址编码。CPUCPU访问某存储单元，需访问某存储单元，需将该单元地址发到地址总线。将该单元地址发到地址总线。80868086有有2020条地址线，能够访问的存储单元数（即寻条地址线，能够访问的存储单元数（即寻址能力）为址能力）为2 22020=1MB=1MB；地址范围：地址范围：00000H00000H0FFFFFH0FFFFFH问题：问题：80868086内部与地址有关的寄存器均为内部与地址有关的寄存器均为1616位，只位，只能寻址能寻址2 21616=64KB=64KB。解决方法：将解决方法：将1MB1MB存储空间分成若干个不超过存储空间分成

11、若干个不超过64KB64KB的区段，称为存储器的段（的区段，称为存储器的段（SegmentSegment）80868086微处理器存储器组织微处理器存储器组织微处理器存储器组织微处理器存储器组织Institute of Electrical Engineering10第10页/共21页每个存储段有一个每个存储段有一个1616位的基准地址，称为位的基准地址，称为段段地址；地址；以段地址为基准，段内各存储单元的相对地以段地址为基准，段内各存储单元的相对地址称为址称为偏移地址偏移地址（1616位）；位）；段地址存放在段地址存放在CPUCPU中的段寄存器中；中的段寄存器中；2020位物理地址位物理地址

12、=16 16位段地址位段地址224 4（左移四位）（左移四位）+16+16位偏移地址位偏移地址 例如：段地址为例如：段地址为2500H2500H，偏移地址，偏移地址9700H9700H 则形成的物理地址为则形成的物理地址为250025000 0H+9700H=2C700HH+9700H=2C700H11第11页/共21页12第12页/共21页物理地址物理地址：存储器中各存储单元的实际地址。：存储器中各存储单元的实际地址。逻辑地址逻辑地址：用段地址和偏移地址表示的相对：用段地址和偏移地址表示的相对地址。表示形式为地址。表示形式为 段地址段地址:偏移地址偏移地址 如如 2000H:1340H200

13、0H:1340H一个物理地址可对应多个逻辑地址一个物理地址可对应多个逻辑地址；如物理地址如物理地址12345H12345H，逻辑地址可以是，逻辑地址可以是 1234H:0005H1234H:0005H;1200H:0345H1200H:0345H;1100H:1345H1100H:1345H80868086将不同的存储内容存放在不同的段中，将不同的存储内容存放在不同的段中，以便管理；分为代码段、数据段、堆栈段和以便管理；分为代码段、数据段、堆栈段和附加段。附加段。13第13页/共21页4、8086的寄存器组的寄存器组数据寄存器：数据寄存器：AX、BX、CX、DX指针及变址寄存器：指针及变址寄存

14、器：SP、BP、SI、DI段寄存器：段寄存器：CS、DS、ES、SS指令指针（指令指针（Instruction Pointer）：）：IP状态标志（状态标志（Program State Word)：PSW说明说明 数据寄存器和指针及变址寄存器又统称数据寄存器和指针及变址寄存器又统称通用通用寄存器寄存器；指令指针与状态标志统称指令指针与状态标志统称控制寄存器控制寄存器；所有寄存器均为所有寄存器均为16位位。14第14页/共21页1）数据寄存器）数据寄存器AXAX：通用寄存器；算术运算的主寄存器：通用寄存器；算术运算的主寄存器累加器（累加器（AccumulatorAccumulator）；BXBX

15、：通用寄存器：通用寄存器;一些指令中作为一些指令中作为基址基址(Base)(Base)寄存器寄存器；CXCX：通用寄存器：通用寄存器;一些指令中作为一些指令中作为计数器计数器(Counter)(Counter)；DXDX：通用寄存器：通用寄存器;一些指令中作为一些指令中作为数据数据(Data)(Data)寄存器寄存器与与AXAX配合使用。配合使用。15第15页/共21页说明：说明：i.i.在一般指令中，这些寄存器可作为通用寄存在一般指令中，这些寄存器可作为通用寄存器使用，在一些特定的指令中，各寄存器有器使用，在一些特定的指令中，各寄存器有特定功能；特定功能；ii.ii.既可作为既可作为1616

16、位使用，也可位使用，也可分成两个分成两个8 8位寄存位寄存器器使用使用 高高8 8位记作位记作 :AH:AH、BHBH、CHCH、DH DH 低低8 8位记作位记作 :AL:AL、BLBL、CLCL、DLDL16第16页/共21页2）指针及变址寄存器）指针及变址寄存器SPSP：堆栈指针寄存器：堆栈指针寄存器(Stack Pointer)(Stack Pointer)，用来，用来指示栈顶的偏移地址。指示栈顶的偏移地址。BPBP：基址指针寄存器：基址指针寄存器(Base Pointer)(Base Pointer)，指示，指示堆栈区中的一个基地址。堆栈区中的一个基地址。SISI：源变址寄存器：源变

17、址寄存器(Source Index)(Source Index)。DIDI：目的变址寄存器：目的变址寄存器(Destination Index)(Destination Index)。说明：这说明：这4 4个寄存器也可以作为通用寄存器使个寄存器也可以作为通用寄存器使用。用。17第17页/共21页3）段寄存器）段寄存器CSCS：代码段：代码段(Code Segment);(Code Segment);存放程序段的段存放程序段的段地址。地址。DSDS：数据段：数据段(Data Segment);(Data Segment);存放数据段的段存放数据段的段地址。地址。ESES：附加段：附加段(Extr

18、a Segment);(Extra Segment);存放附加段的存放附加段的段地址段地址.SSSS：堆栈段：堆栈段(Stack Segment);(Stack Segment);存放堆栈段的存放堆栈段的段地址。段地址。18第18页/共21页4）控制寄存器）控制寄存器IPIP：指令指针：指令指针(Instruction Pointer)(Instruction Pointer)寄存器；寄存器；能自动加能自动加1 1，生成代码段中下一条将要取的指，生成代码段中下一条将要取的指令的偏移地址。令的偏移地址。PSWPSW：程序状态字：程序状态字(Program State Word)(Program

19、State Word)寄存寄存器器;用各个状态位反映算术逻辑运算的一些状用各个状态位反映算术逻辑运算的一些状态标志和控制标志。态标志和控制标志。19第19页/共21页5、PSW标志位的定义标志位的定义 CC进位标志，结果在最高位产生进位或借位时置进位标志，结果在最高位产生进位或借位时置1 1；PP奇偶标志，结果中奇偶标志，结果中1 1的个数为偶数时置的个数为偶数时置1 1；AA半进位标志（低半进位标志（低4 4位向高位向高4 4位的进位）；位的进位）；ZZ运算结果为零时置运算结果为零时置1 1；SS符号标志，该标志位与结果的最高位相同；符号标志，该标志位与结果的最高位相同；OO溢出标志，运算结果超出有符号数表示范围时置溢出标志，运算结果超出有符号数表示范围时置1 1；DD方向标志，用于串操作，置方向标志，用于串操作，置1 1时使串操作按减时使串操作按减1 1执行；执行；TT跟踪标志，置跟踪标志，置1 1后处理器进入单步执行方式，便于调试后处理器进入单步执行方式，便于调试 II中断允许标志，置中断允许标志，置1 1后允许后允许CPUCPU接受外部可屏蔽中断；接受外部可屏蔽中断；前前6 6种标志为状态标志，后种标志为状态标志，后3 3种标志为控制标志种标志为控制标志O DITSZAPC20第20页/共21页谢谢您的观看！第21页/共21页