微機原理講義(第2章16位和32位微處理器)

1、微機原理與接口技術湖南中醫(yī)藥大學湖南中醫(yī)藥大學 王志輝王志輝 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium2第二章 16位和32位微處理器微處理器邏輯結構的演變Pentium的寄存器Pentium的主要信號及其含義Pentium采用的先進技術Pentium的總線狀態(tài)和總線周期Pentium的工作方式Pentium的中斷技術Pentium的保護技術Pentium系列微處理器的技術發(fā)展 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium3本章重點：u8086的編程結構；uPentium

2、的工作方式；uPentium的原理結構、寄存器組和描述符；uPentium的中斷機制和中斷描述符表；uPentium的段頁兩級保護機制。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium42.1 計算機的編程結構示意圖核心地位總線部件對寄存器和存儲中的數(shù)據(jù)進行邏輯和算術運算等處理形成存儲單元或者I/O端口地址三種總線，其中數(shù)據(jù)可以是數(shù)值或地址，命令或者狀態(tài) 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium5通用寄存器段寄存器指令指針和標志寄存器16/32位微處理器的基本寄存器 微型機

3、原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium6AXBXCXDXBPSIDISPEAXEBXECXEDXEBPESIEDIESP累加寄存器基址寄存器計數(shù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器基地址指針寄存器源變址寄存器目標變址寄存器堆棧指針寄存器32位寄存器名稱中間是16位寄存器名稱AHBHCHDHALBLCLDL斜體表示8位寄存器名稱163115078通用寄存器通用寄存器注：圖中的深色部分表明，只有32位的80386、80486，Pentium微處理器才配備有、且可以用這些32位的寄存器。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處

4、理器PentiumPentium7代碼段寄存器CS堆棧段寄存器SS 數(shù)據(jù)段寄存器 DS 附加數(shù)據(jù)段寄存器 ES 附加數(shù)據(jù)段寄存器 FS 附加數(shù)據(jù)段寄存器 GS段寄存器 代碼段寄存器 CS 堆棧段寄存器 SS015 310 標志寄存器 FLAGS 指令指針寄存器 IP 標志和指令指針寄存器注：圖中的深色部分表明，只有32位的80386、80486，Pentium微處理器才配備有、且可以用這些32位的寄存器。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium8n通用寄存器，顧名思義通用性很強，可以存放邏輯操作和算術運算用的操作數(shù)和地址。n8個

5、通用寄存器用戶可以隨意使用。除堆棧指針寄存器SP/ESP不能作為變址寄存器使用外，其余七個通用寄存器在進行地址計算時都可用來存放參與運算的操作數(shù)。n通用寄存器：通用寄存器：AXAX，BXBX，CXCX，DXDX為為數(shù)據(jù)寄存器一、 通用寄存器 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium9 AX稱為累加器（稱為累加器（Accumulator） 使用頻度最高，用于使用頻度最高，用于算術、邏輯運算算術、邏輯運算以及以及與外設傳送信息與外設傳送信息等。等。BX稱為基址寄存器（稱為基址寄存器（Base address Register） 常用做

6、存放常用做存放地址的偏移地址地址的偏移地址，在在間接尋址中用于存放基地址間接尋址中用于存放基地址CX稱為計數(shù)器（稱為計數(shù)器（Counter） 作為作為循環(huán)和串操作循環(huán)和串操作等指令中的計數(shù)器，等指令中的計數(shù)器，存放存放循環(huán)次數(shù)或重復次數(shù)循環(huán)次數(shù)或重復次數(shù)DX稱為數(shù)據(jù)寄存器（稱為數(shù)據(jù)寄存器（Data register） 常用來存放常用來存放雙字長數(shù)據(jù)的高雙字長數(shù)據(jù)的高16位位，或，或在在間接尋址間接尋址的的I/O指令中存放指令中存放I/O端口地址端口地址。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium10 當用作16位時，稱為AX、BX

7、、CX、DX。當用作8位時，AH、BH、CH、DH存放高字節(jié)，AL、BL、CL、DL存放低字節(jié)，并且可獨立尋址。這樣，4個16位寄存器就可當作8個8位寄存器來使用。AX AH，ALBX BH，BLCX CH，CLDX DH，DL常用來存放參與運算的操作數(shù)或運算結果 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium11n 參與地址運算的主要是指針與變址寄存器組中的4個寄存器SP/BP/SI/DI，一般用來存放地址的偏移量。nSP/ESP堆棧指針寄存器：用以指出在堆棧段中當前棧頂?shù)牡刂?。入?PUSH)和出棧(POP)指令由SP給出棧頂?shù)钠?/p>

8、地址。因此要與堆棧段寄存器SS配合使用，以指向棧頂?shù)拇鎯卧BP/EBP基址指針寄存器：指出要處理的數(shù)據(jù)在堆棧段中的基地址，故稱為基址指針寄存器。也可以存放堆棧頂部地址的偏移量，此時的默認段為堆棧段SS。二、 指針與變址寄存器 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium12指針寄存器用于尋址內(nèi)存指針寄存器用于尋址內(nèi)存堆棧堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)內(nèi)的數(shù)據(jù)SPSP為堆棧指針寄存器（為堆棧指針寄存器（Stack Pointer）, ,指示指示堆堆棧段棧頂?shù)奈恢茫ㄆ频刂罚６螚ｍ數(shù)奈恢茫ㄆ频刂罚〣PBP為基址指針寄存器（為基址指針寄存器（Bas

9、e Pointer），表示），表示數(shù)數(shù)據(jù)在堆棧段中的基地址據(jù)在堆棧段中的基地址SPSP和和BPBP寄存器與寄存器與SSSS段寄存器聯(lián)合使用以確定堆棧段寄存器聯(lián)合使用以確定堆棧段中的存儲單元地址段中的存儲單元地址堆棧（堆棧（Stack）是兩種數(shù)據(jù)結構，是主存中一個）是兩種數(shù)據(jù)結構，是主存中一個特殊的區(qū)域，采用特殊的區(qū)域，采用“先進后出先進后出”或或“后進先出后進先出”存取存取操作方式、而不是隨機存取方式。操作方式、而不是隨機存取方式。用用8088/8086形成的微機系統(tǒng)中，堆棧區(qū)域被稱形成的微機系統(tǒng)中，堆棧區(qū)域被稱為堆棧段為堆棧段指針寄存器 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 323

10、2位微處理器位微處理器PentiumPentium13pBX與與BP在應用上的異同在應用上的異同作為通用寄存器，二者均可用于作為通用寄存器，二者均可用于存放數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù)；作為基址寄存器，作為基址寄存器，BX通常用于通常用于尋址數(shù)據(jù)段尋址數(shù)據(jù)段DS；BP則則通常用于通常用于尋址堆棧段尋址堆棧段SS。BX基址寄存器一般與基址寄存器一般與DS或或ES搭配使用。搭配使用。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium14p16位變址寄存器位變址寄存器SI和和DIp常用于為常用于為存儲器間接尋址存儲器間接尋址或或變址尋址方式變址尋址方式時提供地

11、址時提供地址SI是源地址寄存器（是源地址寄存器（Source Index）:指向源數(shù)據(jù)所在單指向源數(shù)據(jù)所在單元；元；DI是目的地址寄存器（是目的地址寄存器（Destination Index）:可與可與SI/ESI配合使用，指向目的數(shù)據(jù)所在單元；配合使用，指向目的數(shù)據(jù)所在單元；p在在串操作串操作類指令中，類指令中，SI、DI還有較特殊的用法還有較特殊的用法:用用SI存放存放源源操作數(shù)操作數(shù)的的偏移地址偏移地址，而用，而用DI存放存放目標操作數(shù)目標操作數(shù)的的偏移地址偏移地址變址寄存器 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium15段寄

12、存器由于內(nèi)存單元數(shù)量龐大,大大超出16位地址所能表達的范圍，所以16位微處理器用2個寄存器共同描述內(nèi)存單元的地址。存放高位地址的寄存器叫段寄存器（Segement Register），低16位地址稱為偏移量，放在通用寄存器，如基址寄存器BX。微處理器中有4個基本的段寄存器，用于把內(nèi)存空間分成不同的段。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium16 代碼段CS(code segment)：用于存放當前正在運行的程序。存放當前執(zhí)行程序所在段的段地址，將其內(nèi)容左移4位再加上IP指針的內(nèi)容即為下一條執(zhí)行指令的地址。 數(shù)據(jù)段DS(data

13、segment) ：用于存放程序中用到的數(shù)據(jù)（如數(shù)值、字符、地址）。存放當前數(shù)據(jù)段的段地址，將其內(nèi)容左移4為再加上計算所得的偏移地址即為對數(shù)據(jù)段指定單元進行讀/寫的地址。 堆棧段SS(stack segment)：是內(nèi)存中開辟的專用存儲區(qū)，用來暫時保存寄存器中的數(shù)據(jù)。存放當前堆棧段的段地址，將其內(nèi)容左移4位再加上SP的內(nèi)容即為棧頂?shù)刂贰?附加段ES(extra segment)：是附加的數(shù)據(jù)，在串操作指令中用于存放目的操作數(shù)。 32位微處理器：增加了FS和GS兩個附加段寄存器，均用于指出附加的數(shù)據(jù)段。段寄存器 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器Pent

14、iumPentium17說明如下： 在各種類型的存儲器訪問中，其段地址要么由“默認”的段寄存器提供，要么由“指定”的段寄存器提供; 段寄存器DS、ES和SS的內(nèi)容是用傳送指令送入的，但任何傳送指令不能向段寄存器CS送數(shù); 表中“段內(nèi)偏移地址”一欄指明，除了有兩種類型訪問存貯器是“依尋址方式求得有效地址”外，其它都指明使用一個16位的指針寄存器或變址寄存器。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium18段寄存器的使用 源變址寄存器、目的變址寄存器?；芳拇嫫髦羔樇拇嫫鞫褩Ｖ羔樇拇嫫?、基址指針寄存器 微型機原理與技術微型機原理與技術

15、第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentiumW2-1 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium201、若X1011011，Y1011011 ，分別求X、Y的原碼、反碼和補碼？（1） X原碼= X反碼=X補碼01011011（2）Y原碼11011011 ；Y反碼10100100 ；Y補碼10100101 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium21原碼原碼正數(shù)的符號位為0，負數(shù)的符號位為1，其它位按照一般的方法來表示數(shù)的絕對值。用這樣的表示方法

16、得到的就是數(shù)的原碼。反碼反碼 對于一個帶符號的數(shù)來說，正數(shù)的反碼與其原碼相同，負數(shù)的反碼為其原碼除符號位以外的各位按位取反。補碼補碼 正數(shù)的補碼與其原碼相同，負數(shù)的補碼為其反碼在最低位加1。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium222、請說出計算機中三種總線及各自功能？ 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium23三種總線功能1.數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線是CPU與存儲器、CPU與I/O接口設備之間傳送 各種指令數(shù)據(jù)信息的總線，這些信號通過數(shù)據(jù)總線往返，因此，數(shù)據(jù)總線上的

17、信息是雙向傳輸?shù)摹?.地址總線：地址總線上傳送的是CPU向存儲器、I/O接口設備發(fā)出的地址信息，尋址能力是CPU特有的功能，地址信息僅由CPU發(fā)出，因此，地址總線上的信息是單向傳輸?shù)摹?.控制總線：控制總線傳送的是各種控制信號，有CPU至存儲器、I/O接口設備的控制信號，有I/O接口送向CPU的應答信號、請求信號，因此，控制總線是上的信息是雙向傳輸?shù)摹?微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium3、請畫出Pentium處理器的寄存器及名稱（通用寄存器、段寄存器、指令指針和標志寄存器）24代碼段寄存器CS堆棧段寄存器SS 數(shù)據(jù)段寄存器

18、 DS 附加數(shù)據(jù)段寄存器 ES 附加數(shù)據(jù)段寄存器 FS 附加數(shù)據(jù)段寄存器 GS段寄存器 代碼段寄存器 CS 堆棧段寄存器 SS015 310 標志寄存器 FLAGS 指令指針寄存器 IP 標志寄存器EFLAGS和指令指針寄存器EIPAXBXCXDXBPSIDISPEAXEBXECXEDXEBPESIEDIESP累加寄存器基址寄存器計數(shù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器基地址指針寄存器源變址寄存器目標變址寄存器堆棧指針寄存器32位寄存器名稱中間是16位寄存器名稱AHBHCHDHALBLCLDL斜體表示8位寄存器名稱163115078 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器Pe

19、ntiumPentium25 擴充：Pentium段寄存器段寄存器 Pentium器配備有6個16位的段寄存器，他們分別是： 代碼段寄存器CS、數(shù)據(jù)段寄存器DS、 堆棧段寄存器SS、附加數(shù)據(jù)段寄存器ES、 附加數(shù)據(jù)段寄存器FS、附加數(shù)據(jù)段寄存器GS。 這6個段寄存器與80386的6個段寄存器同宗、同名、同功能。段寄存器的另一種稱呼叫段選擇符，也有的稱其為段選擇子。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium264、說出微處理器中寄存器的使用規(guī)則？IPBP/SPSI/DI/BX 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232

20、位微處理器位微處理器PentiumPentium27l EIP/IP指令指針寄存器：用于存放指令所在單元地址的偏移量，與代碼段寄存器CS配合使用，以便得到指令所在單元地址。IP地址是不斷變化的，直到程序運行結束。l EFR/FR（EFLAGS/FLAGS）標志寄存器：16位只用了其中9位，l 用于存放系統(tǒng)的狀態(tài)標志和控制標志。u狀態(tài)標志：是CPU在執(zhí)行指令的過程中產(chǎn)生的。有的指令影響狀態(tài)標志，有的不影響，還有的指令與當前狀態(tài)標志有關。標志寄存器中有6個最常用，每個占1位。分別介紹如下：1）符號標志SF（sign flag）2）零標志ZF(zero flag) 3）奇偶標志PF(parity f

21、lag) 4）進位標志CF(carry flag) 5）輔助進位標志AF(auxiliary flag) 6）溢出標志OF(overflow flag) 指令指針寄存器和標志寄存器 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium28u控制標志1）方向標志DF(direction flag) 2）中斷允許標志IF(interrupt enable flag) 3）跟蹤標志TF(trap flag) 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium29狀態(tài)標志位（續(xù)）1.進位標志CF（

22、Carry Flag） 加法時，最高位（字節(jié)操作時的D7位，字操作時的D15位）是否有進位產(chǎn)生。 減法時，最高位（字節(jié)操作時的D7位，字操作時的D15位）是否有借位產(chǎn)生。2.奇偶標志PF（Parity Flag） 若運算結果低8位中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，則PF1；否則PF0。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium30狀態(tài)標志位（續(xù)）3.輔助進位標志AF（Auxiliary carrry Flag） 也稱“半進位標志”。加法時，第3位向第4位有進位。減法時，第3位向第4位有借位。4.零標志ZF（Zero Flag）若運算結果為0，

23、則ZF1；否則ZF0。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium31狀態(tài)標志位（續(xù)）5.符號標志（Sign Flag） 它和運算結果的最高位相同。最高位為1，則為1，最高位為0，則為0。6.溢出標志OF（Overflow Flag） 若運算過程中發(fā)生了“溢出”，則OF1，否則OF=0。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium32小結 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium33 0010 0011 01

24、00 0101 0010 0011 0100 01010011 0010 0001 10010011 0010 0001 1001 0101 0101 0101 1110 0101 0101 0101 1110求運算后的各個標志位：求運算后的各個標志位： SF/ZF/PF/CF/AF/OFSF/ZF/PF/CF/AF/OF 0 0 0 0 0 0舉例： 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium34標志寄存器：控制標志位（3位）控制標志位用于控制微處理器的操作和系統(tǒng)所處的工作方式，通常由指令設置。每一位控制標志都對一種特定的功能起控

25、制作用?？梢酝ㄟ^專門的指令對其進行“置位”（Set）或“復位”（Reset）?？刂茦酥局凶畛Ｓ玫挠蟹较驑酥綝F、中斷允許標志IF和跟蹤標志TF。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium35控制標志位（續(xù)）1.中斷允許標志IF（Interrupt Enable Flag）如果IF置“1”，則CPU可以接受可屏蔽中斷請求；反之，則CPU不能接受可屏蔽中斷請求。STI 使IF置“1”，即開放中斷。 CLI 使IF清“0”，即關閉中斷。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPenti

26、um36控制標志位（續(xù)）2.方向標志DF（Direction Flag） 用于串操作指令中的源變址寄存器SI和目的變址寄存器DI的自動調(diào)整方向。 若DF0則SI/DI地址增量修改，若DF1是減量修改。 STD使DF1。 CLD使DF0。3.跟蹤標志TF（Trap Flag）也叫陷阱標志 沒有專用的指令使其置1或者置0，但是可通過標志傳送指令來實現(xiàn)。 若TF1，則CPU按跟蹤方式（單步方式）執(zhí)行程序，若TF0，否則將正常執(zhí)行程序。 單步方式：每執(zhí)行一個指令便產(chǎn)生一個中斷，常用于程序的調(diào)試，以跟蹤程序的運行過程。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器Pent

27、iumPentium37存儲器隨著微處理器的不斷升級，存儲器的容量越來越大，找到某個特定的存儲單元即存儲器尋址越來越復雜。但是這個工作必須堅定不移的完成！32位微處理器有三種工作方式： 實地址方式 虛擬地址方式(保護方式) 虛擬8086方式 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium38 實地址模式是實地址模式是1616位微處理器采用的方式。位微處理器采用的方式。3232微處理器位微處理器位向下兼容。向下兼容。邏輯地址是程序員編寫程序時使用的地址。邏輯地址是程序員編寫程序時使用的地址。實實地址模式下存儲單元地址為地址模式下存儲單元地

28、址為2020位，可尋地址范圍位，可尋地址范圍2 22020 = 1M = 1M。 1616位微處理器的寄存器只有位微處理器的寄存器只有1616位，不能容納位，不能容納2020位地址，位地址，于是采用于是采用2 2個寄存器共同組成個寄存器共同組成2020位地址。位地址。物理地址物理地址仍然是仍然是由由段地址左移段地址左移4 4位位+ +偏移地址偏移地址來生成。來生成。 段地址放在段寄存器中段地址放在段寄存器中，存儲單元地址與段基址之差稱存儲單元地址與段基址之差稱為偏移量或者有效地址為偏移量或者有效地址EAEA。EAEA也用也用1616位表示，因此段的最位表示，因此段的最大長度為大長度為2 216

29、16 =64K =64K字節(jié)。字節(jié)。1、實地址模式 （Real Address Mode）（P35） 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium39實地址方式1） 邏輯地址：16位的段碼和16位的偏移量組合在一起稱為邏輯地址，表示方式如下：段碼：偏移量段碼：偏移量2）物理地址：物理地址段首地址偏移量物理地址段首地址偏移量24段碼偏移量段碼偏移量 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium40實地址下物理地址的計算：16位段碼左移4為，最低4位補0，成為20位段基址 微型機

30、原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium41計算物理地址的具體例子： 數(shù)據(jù)89H放在數(shù)據(jù)段某存儲單元，段碼放在DS，存儲單元地址與段首地址的偏移量放在BX，DS=5432H，BX=1235H。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium42？思考題已知物理地址為FFFF0H，且段內(nèi)偏移量為A000H，若對應的段地址放在DS中，則DS應為 。A. F5FF0H B.F5FFHC.5FFF0H D. 5FFFH答案：B 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微

31、處理器位微處理器PentiumPentium43虛擬地址方式（保護模式虛擬地址方式（保護模式 Protected Virtual Address Mode） 是最常用的方式，適用于多任務環(huán)境，在這種方式下，是最常用的方式，適用于多任務環(huán)境，在這種方式下，8038680386才能發(fā)揮它自身的強大功能，所以也稱本性方式。才能發(fā)揮它自身的強大功能，所以也稱本性方式。它的特點是：它的特點是： 通過邏輯（虛擬）通過邏輯（虛擬） 線性線性 物理地址物理地址的尋找方式來的尋找方式來實現(xiàn)存儲器的管理，由于邏輯地址很大，既能實現(xiàn)大程序實現(xiàn)存儲器的管理，由于邏輯地址很大，既能實現(xiàn)大程序的運行，又可以方便地實現(xiàn)多任

32、務的分配和管理。的運行，又可以方便地實現(xiàn)多任務的分配和管理。 能實現(xiàn)能實現(xiàn)1616位或位或3232位的運算。位的運算。 在保護方式下，可以轉入到虛擬在保護方式下，可以轉入到虛擬80868086的方式運行。的方式運行。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium441. 虛地址方式下從邏輯地址到線性地址 邏輯地址指的是機器語言指令中，用來邏輯地址指的是機器語言指令中，用來指定一個操作數(shù)或是一條指令的地址。指定一個操作數(shù)或是一條指令的地址。 虛地址方式下，邏輯地址是由一個段選擇碼加上一個指定段內(nèi)相對地址的偏移量，表示為 段選擇碼：偏移量

33、。 段選擇碼放在16位的段寄存器中，偏移量放在32為的通用寄存器中。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium45線性地址虛地址方式下，段基址要通過查表間接得到。段選擇碼的作用就是選擇段描述表中的某一描述項（描述符），而在描述項中給出了32位段基址和20位的段界限（給出段的長度）。線性地址=段基址（32位）+（段內(nèi)）偏移量（32位）；表示范圍2 23232 即4G。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium462. 虛地址方式下物理地址的形成：線性地址也叫虛擬地址線性

34、地址也叫虛擬地址(virtual address)，跟邏輯地址類似，也，跟邏輯地址類似，也是不真實的地址，如果邏輯地址是對應的硬件平臺是不真實的地址，如果邏輯地址是對應的硬件平臺段式管理轉段式管理轉換前換前地址的話，那么線性地址則對應了地址的話，那么線性地址則對應了硬件頁式內(nèi)存的轉換前硬件頁式內(nèi)存的轉換前地址。地址。物理地址可用以下公式：物理地址可用以下公式：不啟動分頁機制：物理地址不啟動分頁機制：物理地址=線性地址線性地址啟動分頁機制：物理地址啟動分頁機制：物理地址=頁基址頁基址+頁內(nèi)偏移量頁內(nèi)偏移量 = 232 *頁碼頁碼+頁內(nèi)偏移量頁內(nèi)偏移量 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四

35、章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium473種類型地址的計算種類型地址的計算有效地址有效地址 除立即數(shù)外除立即數(shù)外,有效地址均按下式運算有效地址均按下式運算: 有效地址有效地址=基址基址+變址變址比例因子比例因子+位移量位移量線性地址線性地址由存儲器由存儲器段式管理機構段式管理機構按按下下式來計算：式來計算： 線性地址線性地址=段基地址段基地址+有效地址有效地址物理地址物理地址 頁式管理機構不工作時，頁式管理機構不工作時，物理地址物理地址=線性地址線性地址; 頁式管理機構工作時，頁式管理機構工作時，物理地址物理地址=頁基址頁基址+頁內(nèi)偏移量頁內(nèi)偏移量 微型機原理與技術微型

36、機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium48輸入/輸出端口n 接口芯片內(nèi)部的寄存器：n 1）數(shù)據(jù)寄存器：存放外部設備與主機之間傳送的數(shù)據(jù)；n 2）狀態(tài)寄存器存放外部設備的狀態(tài)信息，以便讓主機了解外部設備所處的狀態(tài)，從而使外部設備與主機之間協(xié)調(diào)地運轉；n 3）命令（或控制）寄存器：用于存放由主機發(fā)給外部設備的控制命令。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium494.1 微處理器邏輯結構的演變8086的邏輯結構 1978: 8086（1979: 8088）16位微處理器1MB尋址空間=22

37、02.5MIPS4或6字節(jié)指令Cache累加器、專用寄存器組4.77MHz和8MHz的主頻2.9萬晶體管 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium501993: Pentium32位微處理器，64位外部數(shù)據(jù)總線，32位地址總線4GB尋址空間=232主頻達233MHz16KB L1 Cache（8KB指令、8KB數(shù)據(jù)）2個整數(shù)處理單元320萬晶體管 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium518086主要特性小結如下： 集成了29 000個晶體管 段式存儲器結構和硬件乘

38、除法運算電路 增加了預取指令的隊列寄存器等 8086的一個突出特點是多重處理能力 多處理器系統(tǒng)，可大大提高其數(shù)據(jù)處理和輸入/輸出能力 與8086配套的各種外圍接口芯片非常豐富，方便用戶開發(fā)各種系統(tǒng)。2.1 微處理器邏輯結構的演變8086的邏輯結構 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium528086CPU內(nèi)部結構內(nèi)部結構 8086CPU內(nèi)部結構按功能可分為兩大部分： 1、總線接口單元總線接口單元BIU(Bus Interface Unit)負責與存儲器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)2、 執(zhí)行單元執(zhí)行單元EU(Execution Unit)負

39、責指令的執(zhí)行 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium531總線接口部件BIU組成 4個16位段地址寄存器 16位的指令指針寄存器IP 20位的地址加法器 6字節(jié)的指令隊列緩沖器2執(zhí)行部件4個通用寄存器4個專用寄存器標志寄存器，算術邏輯部件 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium548086的邏輯結構 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium558086的邏輯結構 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四

40、章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium56總線接口單元總線接口單元(BIU)p功能：從內(nèi)存中取指令送入指令預取隊列從內(nèi)存中取指令送入指令預取隊列負責與內(nèi)存或輸入負責與內(nèi)存或輸入/輸出接口之間的數(shù)據(jù)傳送輸出接口之間的數(shù)據(jù)傳送p在執(zhí)行轉移程序時，BIU使指令預取隊列復位，從指定的新地址取指令，并立即傳給執(zhí)行單元執(zhí)行。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium57指令隊列提高系統(tǒng)效率地址加法器為什么使用？怎么用？總線接口部件（總線接口部件（BIU）大家思考 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 32

41、32位微處理器位微處理器PentiumPentium58p功能功能: 執(zhí)行指令執(zhí)行指令 從指令隊列中取指令代碼 譯碼 在ALU中完成數(shù)據(jù)的運算 運算結果的特征保存在標志寄存器FLAGS中。執(zhí)行單元執(zhí)行單元(EU) 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium59EU包括： 算術邏輯單元（運算器、） 8個通用寄存器 1個標志寄存器 EU部分控制電路具體如下： 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium60執(zhí)行部件（EU）包括4個通用寄存器vAX、BX、CX、DX4個專用寄存器

42、vBP、SP、SI、DI標志寄存器FR算術邏輯部件ALU 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium61通用寄存器的長度word、byte、high、low通用寄存器的默認用途Accumulator、Base、Count、Data算術邏輯部件的主要功能標志寄存器FR狀態(tài)標志控制標志1514131211109876543210OFDFIFTFSFZFAFPFCF執(zhí)行部件（EU） 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium62p指令預取隊列的存在使EU和BIU兩個部分可同時進

43、行工作，從而提高了CPU的效率；降低了對存儲器存取速度的要求EU與BIU的關系 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium63BIU和EU功能小結 BIU功能：負責與存儲器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)，具體動作：v1、取指v2、執(zhí)行中訪存v3、I/O接口通信EU功能：負責執(zhí)行指令運算結果，具體動作： 1、取指令代碼 2、譯碼 3、在ALU中完成數(shù)據(jù)的運算 4、 運算結果的特征保存在標志寄存器FLAGS中 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium648086/8088的指令執(zhí)行過

44、程演示 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium65邏輯地址-物理地址轉換演示 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium661985年，Intel公司推出80386，采用32位數(shù)據(jù)總線，32位地址總線。80386是微處理器發(fā)展的一個里程碑。從體系結構上有了概念性的改變和革新。2.2 32位微處理器位微處理器 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium67 80386微處理器微處理器 80386 80386是

45、一種與是一種與1616位的位的8028680286相兼容的第一個相兼容的第一個高性能全高性能全3232位微處理器，它代表了體系結構位微處理器，它代表了體系結構的重要進步的重要進步從從1616位位體系結構過渡到體系結構過渡到3232位位體系結構。體系結構。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium6832位微處理器的型號很多，Intel公司推出的主要類型有80386，80486和Pentium微處理器。32位80386微處理器是為多用戶和多任務操作系統(tǒng)而設計的具有32位寄存器和數(shù)據(jù)通道支持32位地址和數(shù)據(jù)類型 微型機原理與技術微型機

46、原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium69CPU片內(nèi)有存儲器管理部件MMU可實現(xiàn)分段和分頁管理，使微處理器地址有4GB(千兆字節(jié))物理存儲器和64MMB(萬億字節(jié))虛擬存儲器，以及有4級保護功能，因此程序不能訪問段所規(guī)定區(qū)域以外的單元，數(shù)據(jù)也不能寫入到禁止的段里 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium7080486微處理器是在80386基礎上又增加了浮點運算部件和加強了高速緩沖部件，其性能和速度又提高了一大步。Pentium處理器是一種先進的32位微處理器。它是一種雙ALU流水線工作的

47、CPU，每一個時鐘周期可執(zhí)行兩條指令，提供了強有力的工作站和服務器功能。Pentium，及微處理器又增添了多媒體處理功能，所以，Pentium微處理器也就最適用于多媒體計算機和網(wǎng)絡計算機中。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium7180386的邏輯結構80386內(nèi)部分為三大部分：總線接口部件、中央處理部件和存儲器管理部件，而中央處理部件又分成指令預取部件、指令譯碼部件和指令執(zhí)行部件三部分。80386處理器具體由6個功能部件組成：u指令預取部件 u指令譯碼部件u指令執(zhí)行部件 u分段部件u分頁部件u總線接口部件中央處理部件存儲器管

48、理部件 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium7280386的邏輯結構Segment UnitPaging UnitInstruction Decode UnitExecution UnitInstruction Prefetch UnitBus Interface Unit中央處理部件中央處理部件存儲管理部件存儲管理部件總線接口部件總線接口部件重疊執(zhí)行技術重疊執(zhí)行技術IPU隊列隊列有空字節(jié)有空字節(jié) 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium73分段部分段部件和分件和

49、分頁部件頁部件總線總線接口接口部件部件BIU 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium74 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium75總線接口部件(BIU)總線接口部件通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線負責與外部取得聯(lián)系，包括訪問存儲器預取指令，讀寫數(shù)據(jù)和訪問IO端口讀寫數(shù)據(jù)等全部操作及其他控制功能。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium76存儲管理部件(MMU)分段部件分頁部件頁是機械劃分的，每4K

50、B為一頁，程序或數(shù)據(jù)均以頁為單位進入實存。存儲器按段來組織，每段包含若干個頁，段的最大容量可達4 000MB。一個任務最多可包含16K個段，所以80386可為每個任務提供64MMB的虛擬存儲空間。為了加快訪問速度 ，系統(tǒng)中還設置有高速緩沖存儲器(cache)，構成完整的cache主存輔存的3級存儲體系。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium7732位微處理器的地址總線和數(shù)據(jù)總線地址總線32位地址總線是用30條地址線A2A31加上4個字節(jié)允許符BE0BE3來實現(xiàn)。32位微處理器的物理尋址空間有4GB，即232字節(jié)數(shù)據(jù)總線32位數(shù)

51、據(jù)總線可以使用BS8和BS16引腳輸入控制信號來改變數(shù)據(jù)總線的寬度，將數(shù)據(jù)傳送到8位或16位設備中去。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentiumW3-2 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium791 1、動手算一算？、動手算一算？ 執(zhí)行下面的加法指令：執(zhí)行下面的加法指令： 0111 1110 B0111 1110 B 0010 1000 B0010 1000 B 1010 0110 B 1010 0110 B求運算后的各個標志位：求運算后的各個標志位： SF/ZF/

52、PF/CF/AF/OFSF/ZF/PF/CF/AF/OF 1 0 1 0 1 1 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium80標志寄存器 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium81 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium2、8086的邏輯結構由哪些部分組成？ 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium831總線接口部件BIU組成 4個16位

53、段地址寄存器 16位的指令指針寄存器IP 20位的地址加法器 6字節(jié)的指令隊列緩沖器2執(zhí)行部件4個通用寄存器4個專用寄存器標志寄存器，算術邏輯部件 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium848086的邏輯結構 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium853、8086中BIU和EU功能分別由哪些？ BIU功能：負責與存儲器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)，具體動作：v1、取指v2、執(zhí)行中訪存v3、I/O接口通信EU功能：負責執(zhí)行指令運算結果，具體動作： 1、取指令代碼 2、譯碼

54、3、在ALU中完成數(shù)據(jù)的運算 4、 運算結果的特征保存在標志寄存器FLAGS中 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium862、80386的邏輯結構包括哪些部件？ 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium8780386的邏輯結構80386內(nèi)部分為三大部分六大功能組件。80386處理器具體由6個功能部件組成：u指令預取（IPU） u譯碼部件(IDU)u執(zhí)行部件 (EU)u分段部件(SU)u分頁部件(PU)u總線接口部件(BIU)中央處理部件（CPU）存儲器管理部件（MM

55、U） 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium8880386的邏輯結構Segment UnitPaging UnitInstruction Decode UnitExecution UnitInstruction Prefetch UnitBus Interface Unit中央處理部件中央處理部件存儲管理部件存儲管理部件總線接口部件總線接口部件重疊執(zhí)行技術重疊執(zhí)行技術IPU隊列隊列有空字節(jié)有空字節(jié) 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium89圖 80386指令流水線

56、操作示意圖總線接口部件、指令預取部件、指令譯碼部件和存儲器管理部件構成了80386CPU指令流水線。由于四個部件并行工作，故80386的指令流水線為4級流水。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium90Pentium微處理器Pentium微處理器是一種最先進的32位微處理器。它與DOS，Windows, OS/2和UNIX基礎上的應用軟件兼容。有兩組算術邏輯單元(ALU)、兩條流水線、能同時執(zhí)行兩條指令；并且把數(shù)據(jù)cache(高速緩沖存儲器)和代碼cache分開；不僅提高了總線的速度；還將數(shù)據(jù)總線增加到64條；流水浮點部件提供了

57、工作站的特性。因此它幾乎具有兩臺80X86的功能。 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium91 2.5 Pentium的原理結構包括12個主要部件，核心部件是兩個流水線執(zhí)行部件和浮點處理部件總線接口部件U流水線和V流水線數(shù)據(jù)Cache代碼Cache指令預取部件指令譯碼器控制ROM分支目標緩沖器BTB控制部件浮點處理單元FPU分段部件和分頁部件 寄存器組 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium92Pentium的主要部件總線接口部件64位數(shù)據(jù)線、32位地址線、控制總

58、線功能 地址驅動和傳輸：A31A3、BE7#BE0# 數(shù)據(jù)驅動：D63D0 數(shù)據(jù)總線寬度控制(8,16,32,64位通過控制信號實現(xiàn)總線寬度控制) 數(shù)據(jù)緩沖 總線操作的控制功能(數(shù)據(jù)傳輸,成組傳輸,中斷,復位,DMA操作等) 奇/偶校驗告示功能 Cache操作控制(片內(nèi)和片外Cache一致性)U流水線和V流水線，獨立運行Pentium的主要部件的主要部件 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium93Pentium的主要部件（續(xù)）代碼Cache和數(shù)據(jù)Cache(高速緩存可讀寫RAM)兩者分開，減少沖突，提高數(shù)據(jù)存取命中率兩者分別配置

59、專用的TLB（轉換檢測緩沖器），將線性地址轉換為高速緩存的物理地址指令預取部件IPU、指令譯碼器IDU、控制ROM和分支目標緩沖器BTBIPU每次預取兩條指令復雜指令需要控制ROM的轉換(轉換為微程序)控制部件(控制流水線和FPU的正常運行)Pentium的主要部件的主要部件 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium94Pentium的主要部件（續(xù)）浮點處理部件(FPU)FPU按流水線機制執(zhí)行指令（8級）是U流水線的補充浮點運算指令的前4級在U流水線中執(zhí)行常用浮點指令采用專門的硬件電路實現(xiàn)支持32位、64位、80位精度分段部件和分

60、頁部件片內(nèi)二級存儲管理分段將邏輯地址轉換為物理地址分頁將線性地址轉換為物理地址Pentium的主要部件的主要部件 微型機原理與技術微型機原理與技術 第四章第四章 3232位微處理器位微處理器PentiumPentium95實現(xiàn)CPU與系統(tǒng)總線的連接，包含64位數(shù)據(jù)線、32位地址線和控制信號線，實現(xiàn)信息交換獨立運行，均含ALU。每條流水線含5級（取指令、譯碼、生成地址、執(zhí)行指令、回寫）U：可執(zhí)行所有的整數(shù)運算指令V：執(zhí)行簡單的整數(shù)運算和數(shù)據(jù)交換指令存放CPU最近要使用的數(shù)據(jù)和指令，提高存取速度,并分別配置了轉換檢測緩沖器采用硬件電路實現(xiàn)加、乘、除浮點運算含有復雜指令對應的微程序通過解析指令譯碼器