不同微處理器結(jié)構(gòu)的比較研究

1、不同微處理器結(jié)構(gòu)的比較研究 不同微處理器結(jié)構(gòu)的比較研究李雨蔚學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：122039322藺潔蔚學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：122039325申世琦學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：122039308自動(dòng)化系 部： 自動(dòng)化 佟春生專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 二零一四年九月不同微處理器結(jié)構(gòu)的比較研究摘 要：微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心，從最初發(fā)展至今已經(jīng)有很多年的歷史了，這期間，按照其處理信息的字長(zhǎng),可以分為：4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及64位微處理器，可以說個(gè)人電腦的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進(jìn)的。近年來微處理器不斷發(fā)展，人們對(duì)它的需求越來越多，對(duì)于其功能的要求也越來越高，這就不斷推進(jìn)著

2、微處理器技術(shù)上的創(chuàng)新和完善。我們通過比較幾種典型的微處理器即Intel系列里的8086,80386以及Pentium的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解其功能還有它們的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于以后的學(xué)習(xí)和研究大有益處。關(guān)鍵詞：8086；80385；Pentium；結(jié)構(gòu)目錄1 前言 32 8086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析42.1 8086簡(jiǎn)介 42.2 8086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)52.3 8086CPU的寄存器結(jié)構(gòu)62.4 存儲(chǔ)器及I/O端口的組織與管理83 Pentium微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析83.1 Pentium的三種指令處理部件83.2指令CACHE和數(shù)據(jù)CACHE83.3 Pentium的指令預(yù)取緩沖器和轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器9

3、3.4 Pentium的總線設(shè)置93.5 Pentium在片CACHE的復(fù)寫方式94、80386微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析94.1總線接口部件94.2 中央處理部件94.3存儲(chǔ)器管理部件105、三種微處理器的結(jié)構(gòu)比較105.1 80386與8086內(nèi)部結(jié)構(gòu)的比較115.2 80386和Pentium的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較116、結(jié)論13參考文獻(xiàn)131、前言自從人類1947年發(fā)明晶體管以來，50多年間半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)歷了硅晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路等幾代，發(fā)展速度之快是其他產(chǎn)業(yè)所沒有的。半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)整個(gè)社會(huì)產(chǎn)生了廣泛的影響，因此被稱為“產(chǎn)業(yè)的種子”。中央處理器是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

4、并對(duì)處理過程進(jìn)行控制的部件，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，芯片集成密度越來越高，CPU可以集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，這種具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件，被統(tǒng)稱為“微處理器”。 在學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)原理與控制技術(shù)這本書的同時(shí)，為了更加熟悉的掌握微處理器的結(jié)構(gòu)，了解微處理器的發(fā)展以及技術(shù)上的革新，我們以“不同微處理器結(jié)構(gòu)的比較研究”為論題撰寫了這篇論文，并主要參考了微機(jī)原理與接口技術(shù)第二章、Intel32位微處理器80386新一代高性能微處理器的代表、Intel80386微處理器結(jié)構(gòu)概述、Pentium微處理器結(jié)構(gòu)分析與技術(shù)特點(diǎn)、第五代微處理器-Intel Pentium等文獻(xiàn)，對(duì)Inte

5、l 8086、Intel 80386以及Intel Pentium進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析和比較研究。論文的第一部分主要介紹了8086的CPU內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)、寄存器結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器以及I/O端口的組織與管理；第二部分主要介紹了Pentium的結(jié)構(gòu)、三種指令處理部件和總線設(shè)置；第三部分主要介紹了80386的總線接口部件、中央處理部件，存儲(chǔ)器管理部件；第四部分主要是對(duì)這三種微處理器結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較研究；第五部分主要是整篇論文的結(jié)論。在參考文獻(xiàn)方面，我們主要是從期刊雜志、書本上收集有關(guān)Intel系列微處理器的資料（主要是Intel 第一代到第五代的資料）。收集這些資料一方面可以讓自己多了解一些有關(guān)微處理器的知識(shí)；另一方

6、面是資料比較權(quán)威，不易出現(xiàn)過大的錯(cuò)誤，使研究更具可靠性。這些資料為我們的研究提供了很大的理論支持。這篇論文整體結(jié)構(gòu)清晰，層次分明，內(nèi)容豐富，循序漸進(jìn)，并注重介紹了各個(gè)類型微處理器的結(jié)構(gòu)及比較，在論文中還特別繪制了部分插圖以方便理解和閱讀。這篇論文是我組人員共同的成果，論文中可能會(huì)存在一定的疏漏和錯(cuò)誤，殷切希望讀者能夠批評(píng)指正。2、 8086微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析2.1 8086簡(jiǎn)介Intel8086CPU是Intel公司推出的第三代微處理器芯片，是Intel系列典型的16位或準(zhǔn)16位微處理器，它采用HMOS工藝制造，雙列直插，有40個(gè)引腳。8086微處理器是以8080和8085的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，擁有

7、類似的寄存器組，但是數(shù)據(jù)總線擴(kuò)充為16位?？偩€界面單元透過6字節(jié)預(yù)存的隊(duì)列喂指令給執(zhí)行單元，所以取指令和執(zhí)行是同步的，8086CPU有20條地址線，可直接尋址1MB的存儲(chǔ)空間，每一個(gè)存儲(chǔ)單元可以存放一個(gè)字節(jié)（8位）二進(jìn)制信息。8086微處理器擁有四個(gè)16位的通用寄存器，也能夠當(dāng)作八個(gè)8位寄存器來存取，以及四個(gè)16位索引寄存器（包含了堆棧指標(biāo)）。資料寄存器通常由指令隱含地使用，針對(duì)暫存值需要復(fù)雜的寄存器配置。它提供64K8位元的輸出輸入（或32K16位元），以及固定的向量中斷。大部分的指令只能夠存取一個(gè)內(nèi)存位址，所以其中一個(gè)操作數(shù)必須是一個(gè)寄存器。運(yùn)算結(jié)果會(huì)儲(chǔ)存在操作數(shù)中的一個(gè)寄存器。Intel

8、8086有四個(gè)內(nèi)存區(qū)段寄存器，可以從索引寄存器來設(shè)定。區(qū)段寄存器可以讓CPU利用特殊的方式存取1MB內(nèi)存。8086把段地址左移4位然后把它加上偏移地址。大部分的人都認(rèn)為這是一個(gè)很不好的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@樣的結(jié)果是會(huì)讓各分段有重疊。盡管這樣對(duì)組合語言而言大部分被接受（也甚至有用），可以完全地控制分段，使在編程中使用指針（如C編程語言）變得困難。它導(dǎo)致指針的高效率表示變得困難，且有可能產(chǎn)生兩個(gè)指向同一個(gè)地方的指針擁有不同的地址。更壞的是，這種方式產(chǎn)生要讓內(nèi)存擴(kuò)充到大于1MB的困難。而8086的尋址方式改變讓內(nèi)存擴(kuò)充較有效率。8086處理器的時(shí)鐘頻率介于4.77MHz（在原先的IBMPC頻率）和10MHz

9、之間。8086沒有包含浮點(diǎn)指令部分（FPU），但是可以通過外接數(shù)學(xué)輔助處理器來增強(qiáng)浮點(diǎn)計(jì)算能力。2.2 8086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)從功能上講8086分為兩部分，即總線接口部件（BIU）和執(zhí)行部件（EU）。1、 總線接口部件總線接口部件BIU是CPU與外部存儲(chǔ)器I/O的接口，負(fù)責(zé)完成CPU與存儲(chǔ)器和I/O系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。BIU主要由以下部分組成：（1）4個(gè)16位段址寄存器2.1 8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)用于存放各段的段地址基址，16位的寄存器IP控制指令的讀取。CS16位的代碼段寄存器；DS16位的數(shù)據(jù)段寄存器；ES16位的擴(kuò)展段寄存器；SS16位的堆棧段寄存器。 （2）20位物理地址加法器由

10、于內(nèi)部寄存器是16位的，為了形成20位的物理地址，8086CPU巧妙地利用20位加法器進(jìn)行了16位/20位的地址轉(zhuǎn)換。（3）指令隊(duì)列緩沖器8086的BIU中包含了6字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器，可以預(yù)取6字節(jié)的指令代碼。（4）總線控制電路總線控制電路用于產(chǎn)生并發(fā)出總線控制信號(hào)，已實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器和I/O端口的讀/寫控制。同時(shí)它將CPU的內(nèi)部總線與16位的外部總線相連。2、執(zhí)行部件執(zhí)行部件EU的功能就是指令的執(zhí)行。EU包括下列部分： 算術(shù)邏輯單元ALU：ALU完成16位或8位二進(jìn)制的算術(shù)/邏輯運(yùn)算，絕大部分指令的執(zhí)行都由ALU完成。 通用寄存器組和標(biāo)志寄存器FR 控制器EU：接收從BIU中指令隊(duì)列取來的指令

11、，經(jīng)過指令譯碼形成各種定時(shí)控制信號(hào)，向EU內(nèi)各功能部件發(fā)送相應(yīng)的控制命令，已完成每條指令所規(guī)定的操作。8086CPU在取指令和執(zhí)行指令過程中，EU和BIU之間采用了流水線方式。2.3 8086CPU的寄存器結(jié)構(gòu)8086CPU內(nèi)部有14個(gè)16位寄存器，可分為通用寄存器、控制寄存器、段寄存器組三類。1、 通用寄存器（1）數(shù)據(jù)寄存器組數(shù)據(jù)寄存器包括AX、BX、CX、DX共4個(gè)16位寄存器，主要用來保存算術(shù)、邏輯運(yùn)算的操作數(shù)、中間結(jié)果和地址。她們既可以作為16位寄存器使用，也可以將每個(gè)寄存器高字節(jié)和低字節(jié)分開作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器使用。8位寄存器只能用于存放數(shù)據(jù)。其中：AX: 具有累加功能，可作16

12、位累加器，AL可作為8位累加器。BX: 在基址變址尋址時(shí)作為基址寄存器。CX: 在循環(huán)類與串處理類指令執(zhí)行時(shí)作為默認(rèn)的計(jì)數(shù)器寄存器。DX: 作為數(shù)據(jù)寄存器使用，在雙字運(yùn)算中存放高16位數(shù)據(jù)。（2）指針和變址寄存器組指針和變址寄存器組包括指針寄存器SP、BP和變址寄存器SI、DI，是不可拆分的16位寄存器。SP：堆棧指針寄存器，用來指出堆棧的頂部偏移地址。BP：基地址指針寄存器，在間接尋址時(shí)作為基地址寄存器。SI：源變址寄存器，在間接尋址時(shí)作為地址寄存器或變址寄存器。在字符串處理指令中，作為目的變址寄存器。DI：目的變址寄存器，在間接尋址時(shí)作為地址寄存器或變址寄存器。在字符串處理指令中，作為源變

13、址寄存器。1、段寄存器租段寄存器組包括4個(gè)段寄存器：CS：代碼段寄存器，存放當(dāng)前代碼段的段基址。SS：堆棧段寄存器，存放當(dāng)前堆棧段的段基址。ES：附加段寄存器，存放當(dāng)前傅家短的段基址。DS: 數(shù)據(jù)段寄存器，存放當(dāng)前數(shù)據(jù)段的段基址。2、 控制寄存器（1）指令指針I(yè)P16位的指令指針寄存器IP，存放代碼段中下一條中將要執(zhí)行指令的偏移地址。執(zhí)行部件EU每取走一條指令，總線接口部件BIU自動(dòng)將IP的內(nèi)容修改為下一條將要執(zhí)行指令的地址。3、標(biāo)志位寄存器FR它是一個(gè)16位的寄存器，用來記錄程序中運(yùn)行結(jié)果的狀態(tài)信息,它們是根據(jù)有關(guān)指令的運(yùn)行結(jié)果由 CPU 自動(dòng)設(shè)置的。其中9位有定義, 9位中6位表示狀態(tài)，3

14、位表示控制標(biāo)志。2.2 位寄存器 狀態(tài)標(biāo)志a進(jìn)位標(biāo)志(CF):運(yùn)算指令執(zhí)行之后，若在最高位上產(chǎn)生進(jìn)位、借位時(shí)，該標(biāo)志位被置1。 具體地說，兩個(gè)數(shù)相加時(shí)，最高位(D15或D7)有進(jìn)位，或當(dāng)兩個(gè)數(shù)相減時(shí)，最高位有借位，進(jìn)位標(biāo)志位被置1，即CF=1；否則CF=0。b.奇偶標(biāo)志（PF):8086/8088 CPU中采用奇校驗(yàn)，運(yùn)算指令執(zhí)行后，運(yùn)算結(jié)果的低8位中含1的位數(shù)為偶數(shù)時(shí)，該標(biāo)志位被置1，否則被置0。也稱為偶標(biāo)志位。c.輔助進(jìn)位標(biāo)志(AF):運(yùn)算指令執(zhí)行后。當(dāng)兩個(gè)數(shù)相加(減)時(shí)，當(dāng)D3有向D4進(jìn)(借)位時(shí)，該標(biāo)志位被置1，否則被置0。 d.全零標(biāo)志(ZF):運(yùn)算指令執(zhí)行后，結(jié)

15、果的每一位都為零時(shí)該標(biāo)志位被置1。 e.符號(hào)標(biāo)志(SF):在帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)，如果運(yùn)算結(jié)果最高位為1，表示結(jié)果為負(fù)值，SF位被置1，否則SF位被置0。SF也稱為負(fù)標(biāo)志位。 f.溢出標(biāo)志(OF):運(yùn)算指令執(zhí)行后，結(jié)果的數(shù)值產(chǎn)生溢出，該標(biāo)志位被置1，否則被置0。  控制標(biāo)志控制標(biāo)志用來控制CPU的工作方式，用戶可以使用指令設(shè)置或清除。a.方向標(biāo)志（DF):用于字符串指令操作，當(dāng)DF0時(shí)，字符串處理由低地址向高地址處理；當(dāng)DF1時(shí)，則從高位地址向低位地址處理。 b.中斷允許標(biāo)志(IF):用來控制可屏蔽硬件中斷。當(dāng)IF1時(shí)8086微處理器可以接受片外來的可屏蔽中斷

16、請(qǐng)求，開中斷；IF0時(shí)片外來的中斷請(qǐng)求被阻止，關(guān)中斷，也稱被屏蔽。 c.單步標(biāo)志(TF):該標(biāo)志用來控制單步中斷。在TF1時(shí)，以單步方式執(zhí)行程序。即8086每執(zhí)行完條指令就產(chǎn)生處理器內(nèi)部單步中斷。單步執(zhí)行指令可使程序員跟蹤指令的執(zhí)行過程，進(jìn)行積序的調(diào)試。2.4 存儲(chǔ)器及I/O端口的組織與管理1、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是按照字節(jié)編址的，即一個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié)的的內(nèi)容，8086系統(tǒng)字長(zhǎng)是16位的，所以當(dāng)一個(gè)字存入存儲(chǔ)器時(shí)需要占用兩個(gè)相鄰的存儲(chǔ)單元，8086CPU約定字的低字節(jié)存放在低地址，高字節(jié)存放在高地址，字單元的地址采用它的低地址來表示。存儲(chǔ)器可分為邏輯段、段基址和段起始地址。2、8086

17、I/O組織8086系統(tǒng)和外部設(shè)備之間是通過I/O芯片連接的。每個(gè)I/O芯片都設(shè)置有一定數(shù)目的端口暫存信息，微機(jī)系統(tǒng)為每個(gè)端口分配一個(gè)地址，稱為端口號(hào)。各個(gè)端口地址是唯一的。8086CPU可以訪問64K個(gè)8位的I/O端口，兩個(gè)編號(hào)相鄰的8位端口可以合為一個(gè)16位端口。3、Pentium微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析Pentium微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。設(shè)有三種指令處理部件和16-21Kb的CACHE部件。3.1 Pentium的三種指令處理部件Pentium的三種指令處理部件分別是：RISC體系結(jié)構(gòu)型的整數(shù)處理部件CPU，i80386兼容處理部件和浮點(diǎn)處理部件。Pentium的RlSC型整數(shù)處理部

18、件是采用超標(biāo)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)的,它設(shè)有兩條流水線U和V流水線。每條流水線都擁于自己的ALU,一個(gè)時(shí)鐘周期可以并行執(zhí)行兩條整數(shù)指圖3.1 Pentium內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖令。Pentium雙流水線中的每一條分為5個(gè)步驟，即指令預(yù)取、指令解碼、地址生成、指令執(zhí)行、回寫。Pentjum的i80386兼容處理部件負(fù)責(zé)處理不能用一個(gè)時(shí)鐘周期完成的復(fù)雜指令。也就是說，它是利用微程序來處理RISC型整數(shù)處理部件無法執(zhí)行的復(fù)雜命令。Pentium的浮點(diǎn)處理部件采用超級(jí)流水線技術(shù)來實(shí)現(xiàn),其浮點(diǎn)單元在486的基礎(chǔ)上進(jìn)行了徹底的改進(jìn)，執(zhí)行過程分為8級(jí)流水，每個(gè)時(shí)鐘周期能完成一個(gè)浮點(diǎn)操作。浮點(diǎn)單元流水線的前1步與整數(shù)流水相同，后4

19、個(gè)步驟的前兩步為二級(jí)浮點(diǎn)操作,后兩步為四舍五入及寫結(jié)果、出錯(cuò)報(bào)告。3.2指令CACHE和數(shù)據(jù)CACHEPentium在微處理器中,設(shè)有在片的指令CACHE和數(shù)據(jù)CACHE。它們的容量各為8Kb,并且可以分別擴(kuò)充到12Kb,而且可同時(shí)被訪問。指令和數(shù)據(jù)分別使用不同的CACHE,使Pentiun的性能大大提高。例如.流水線的第1步為指令預(yù)取,在這一步中,指令從指令CACHE中取出來,如果合用一個(gè)CACHE,則預(yù)取指今和數(shù)據(jù)操作之間可能發(fā)生沖突。兩個(gè)獨(dú)立的CACHE可避免沖突并允許兩個(gè)操作同時(shí)進(jìn)行3.3 Pentium的指令預(yù)取緩沖器和轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器Pentium中設(shè)置了在片白的指令預(yù)取緩沖器。它在

20、前一條指令執(zhí)行結(jié)束后，可以預(yù)取多達(dá)91個(gè)字節(jié)的指令。為了高速處理轉(zhuǎn)移操作，Pentium中設(shè)置了在片的轉(zhuǎn)移日標(biāo)緩沖器，它含有256個(gè)頭目，可以動(dòng)態(tài)地預(yù)測(cè)程序分支，當(dāng)一條指令導(dǎo)致程序分支時(shí)，轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器記憶住在這條指令和分支目標(biāo)的地址,并用這些信息預(yù)測(cè)這條指令再次產(chǎn)生分支時(shí)的路徑,預(yù)先從此處預(yù)取。3.4 Pentium的總線設(shè)置Pentium的內(nèi)部總線為32位,通向存貯器的外部數(shù)據(jù)總線為64位,在一個(gè)周期內(nèi),將數(shù)據(jù)傳輸量增加了一倍。地址總線擴(kuò)充到36位，這是因?yàn)槟壳癐Gb大小的物理地址空間已不能滿足要求所致。Pentium還支持多種類型的總線周期,其中包括一種突發(fā)模式，該種模式下可以在一個(gè)總線

21、周期裝入256位數(shù)據(jù)。3.5 Pentium在片CACHE的復(fù)寫方式Pentium微處理器的在片CACHE,采用了“回寫方式”。其目的在于適應(yīng)共享主存貯器多機(jī)系統(tǒng)的需求,它有效地抑制了存取總線的使用次數(shù)。4、80386微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析80386內(nèi)部結(jié)構(gòu)由三大部分組成：總線接口部件、中央處理部件和存儲(chǔ)器管理部件。圖4.1 80386內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.1總線接口部件總線接口部件負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器和I/O接口傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生產(chǎn)生訪問存儲(chǔ)器和I/O端口所必須的地址和命令信號(hào)。由于總線數(shù)據(jù)傳送與總線地址形成可同時(shí)進(jìn)行，所以80386的總線周期只包含2個(gè)時(shí)鐘周期。平常沒有其它總線請(qǐng)求時(shí)，BIU將自動(dòng)取出下條指令

22、送到指令預(yù)取隊(duì)列。4.2 中央處理部件中央處理部件包括指令預(yù)取單元、指令譯碼單元和執(zhí)行單元三部分o  指令預(yù)取單元負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器取出指令，放到一個(gè)16字節(jié)的指令隊(duì)列中。它管理一個(gè)線性地址指針和一個(gè)段預(yù)取界限，負(fù)責(zé)段預(yù)取界限的檢驗(yàn)。它把預(yù)取總線周期通過分頁部件發(fā)給總線接口。每當(dāng)預(yù)取隊(duì)列不滿或發(fā)生控制轉(zhuǎn)移時(shí)，就向BIU發(fā)一個(gè)取指請(qǐng)求。指令預(yù)取的優(yōu)先級(jí)別低于數(shù)據(jù)傳送等總線操作。因此，絕大部分情況下是利用總線空閑時(shí)間預(yù)取指令。指令預(yù)取隊(duì)列存放著從存儲(chǔ)器取出的未經(jīng)譯碼的指令。  指令譯碼單元從指令預(yù)取單元之中取出指令，進(jìn)行譯碼。譯碼后的可執(zhí)行指令放入已譯碼指令隊(duì)列中，以備執(zhí)行部件執(zhí)行。

23、每當(dāng)已譯碼指令隊(duì)列中有空間時(shí)，就從預(yù)取隊(duì)列中取出指令并譯碼。  執(zhí)行單元包括8個(gè)32位的寄存器組32位的算術(shù)邏輯單元ALU，一個(gè)64位桶形移位寄存器和一個(gè)乘法除法器。桶形移位器用來有效地實(shí)現(xiàn)移位、循環(huán)移位和位操作，被廣泛地用于乘法及其他操作中。它可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)64位同時(shí)移位，也可對(duì)任何一種數(shù)據(jù)類型移任意位數(shù)。桶形移位器與ALU并行操作，可加速乘法、除法、位操作，移位和循環(huán)移位操作。4.3存儲(chǔ)器管理部件  存儲(chǔ)器管理器部件由分段部件和分頁機(jī)構(gòu)組成。分頁與分段的原理。  分段部件的作用是應(yīng)執(zhí)行部件的請(qǐng)求，把邏輯地址轉(zhuǎn)換成線性地址。在完成地址轉(zhuǎn)換的同

24、時(shí)還要執(zhí)行總線周期的分段合法性檢驗(yàn)。該部件可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的隔離，也可以實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)區(qū)的再定位。  分頁機(jī)構(gòu)的作用是把由分段部件或代碼預(yù)取單元產(chǎn)生的線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址，并且要檢驗(yàn)訪問是否與頁屬性相符合。為了加快線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換速度，80386內(nèi)設(shè)有一個(gè)頁描述符高速緩沖存儲(chǔ)器，其中可以存儲(chǔ)32項(xiàng)頁描述符，使得在地址轉(zhuǎn)換期間，大多數(shù)情況下不需要到內(nèi)存中查頁目錄表和頁表。試驗(yàn)證明TLB的命中率可達(dá)98%。對(duì)于在TLB內(nèi)沒有命中的地址轉(zhuǎn)換，80386設(shè)有硬件查表功能，從而緩解了因查表引起的速度下降問題。5、三種微處理器的結(jié)構(gòu)比較8086是16位結(jié)構(gòu)微處理器，它是Intel公司的

25、第三代產(chǎn)品。80386是與8086相兼容的高性能的32位微處理器，是Intel公司的第四代產(chǎn)品，也是第一代32位微處理器。PentiumCPU是Intel 80x86系列的第五代產(chǎn)品，是與80386保持完全兼容的64位微處理器。5.1 80386與8086內(nèi)部結(jié)構(gòu)的比較（1）80386內(nèi)部結(jié)構(gòu)由三大部分組成：總線接口部件(BIU)、中央處理部件(CPU)和存儲(chǔ)器管理部件(MMU)；而8086內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為兩部分，即總線接口部件（BIU）和執(zhí)行部件（EU）。（2）80386采用全32位結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部寄存器、ALU和操作是32位，數(shù)據(jù)線和地址線均為32位；而80386采用16位內(nèi)部結(jié)構(gòu)，16位雙向外外

26、部數(shù)據(jù)總線，20位地址信號(hào)線，其內(nèi)部寄存器、ALU和操作是16位。（3）80386提供32位外部總線接口，最大數(shù)據(jù)傳輸率為32MB/s，具有自動(dòng)切換數(shù)據(jù)總線寬度的功能CPU讀寫數(shù)據(jù)的寬度可以在32位到16位之間自由進(jìn)行切換；而8086提供16位外部總線接口，最大數(shù)據(jù)傳輸率為16MB/s。（4）80386片內(nèi)集成存儲(chǔ)器管理部件MMU，可支持虛擬存儲(chǔ)和特權(quán)保護(hù)，虛擬存儲(chǔ)器空間可達(dá)64TB(246字節(jié))。存儲(chǔ)器按段組織，每段最長(zhǎng)4GB，因此64TB虛擬存儲(chǔ)空間允許每個(gè)任務(wù)可擁有多達(dá)16384個(gè)段。存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)構(gòu)采用四級(jí)特權(quán)層，可選擇片內(nèi)分頁單元。內(nèi)部具有多任務(wù)機(jī)構(gòu)，能快速完成任務(wù)的切換。而8086存儲(chǔ)

27、器是按照字節(jié)編址的，即一個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié)的的內(nèi)容，8086系統(tǒng)字長(zhǎng)是16位的，所以當(dāng)一個(gè)字存入存儲(chǔ)器時(shí)需要占用兩個(gè)相鄰的存儲(chǔ)單元，8086CPU約定字的低字節(jié)存放在低地址，高字節(jié)存放在高地址，字單元的地址采用它的低地址來表示。（5）80386具有三種工作方式：實(shí)地址方式、保護(hù)方式和虛擬8086方式。實(shí)地址方式和虛擬8086方式與8086相同，已有的8088/8086軟件不加修改就能在80386的這兩種方式下運(yùn)行；保護(hù)方式可支持虛擬存儲(chǔ)、保護(hù)和多任務(wù)，包括了80286的保護(hù)方式功能。（6）80386采用了比8086更先進(jìn)的流水線結(jié)構(gòu)，能高效、并行地完成取指、譯碼、執(zhí)行和存儲(chǔ)管理功能。它具有

28、增強(qiáng)的指令預(yù)取隊(duì)列，指令隊(duì)列從8086的6字節(jié)增加到16字節(jié)。（7）80386采用引腳柵格陣列封裝技術(shù)，芯片封裝在正方形管殼內(nèi)，管殼每邊3排引腳，共132根引腳，其中數(shù)據(jù)總線32條，地址線32條，時(shí)鐘頻率16MHz 。80386集成了275萬個(gè)晶體管；而8086采用40個(gè)引腳的雙列直插封裝形式，并使用了引腳復(fù)用技術(shù)，使部分引腳具有雙重功能，芯片上有4萬個(gè)晶體管，采用HMOS工藝制造，用單一的+5V電源，時(shí)鐘頻率為4.77MHz10MHz，有16根數(shù)據(jù)線和20根地址線，它既能處理16位數(shù)據(jù)，也能處理8位數(shù)據(jù)。（8）80386共有34個(gè)寄存器，可分為七類，它們分別是通用寄存器、指令指針和標(biāo)志寄存器

29、、段寄存器、系統(tǒng)地址寄存器、控制寄存器、調(diào)試和測(cè)試寄存器；而8086CPU內(nèi)部有14個(gè)16位寄存器，可分為通用寄存器、控制寄存器、段寄存器組三類。80386有8個(gè)32位的通用寄存器，這8個(gè)通用寄存器都是由8086的相應(yīng)16位通用寄存器擴(kuò)展成32位而得，名字分別是：EAX，EBX，ECX，EDX，ESI，EDI，EBP，ESP。每個(gè)32位寄存器的低16位可單獨(dú)使用，與8086的相應(yīng)16位通用寄存器作用相同。同時(shí)，AX、BX、CX、DX寄存器的高、低8位也可分別當(dāng)作8位寄存器使用。80386的指令指針EIP是一個(gè)32位寄存器，是從8086的IP擴(kuò)充而來。32位標(biāo)志寄存器中，除保留8088/8086

30、CPU的9個(gè)標(biāo)志外，另新增加了4個(gè)標(biāo)志，即IOPL I/O特權(quán)級(jí)、NT 嵌套任務(wù)、VM 虛擬8086方式和RF 恢復(fù)標(biāo)志。80386有6個(gè)段寄存器，分別是CS，DS，SS，ES，F(xiàn)S和GS。前4個(gè)段寄存器的名稱與8086相同，在實(shí)地址方式下使用方式也和8086相同。除此之外，80386又增加了FS與GS，主要為了減輕對(duì)DS段和ES段的壓力。5.2 80386和Pentium的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較（1）Pentium微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有三種處理部件（即RISC體系結(jié)構(gòu)型的整數(shù)處理部件CPU、i80386兼容處理部件、浮點(diǎn)處理部件）和16-21KB的CACHE部件；80386內(nèi)部結(jié)構(gòu)由三大部分組成：總線接口部件(BIU)、中央處理部件(CPU)（包括預(yù)取單元、指令譯碼單元、執(zhí)