第2章 16位和32位微處理器

1、1第第2章章 16位和位和32位微處理器位微處理器 本章先以本章先以80868086為對象講述為對象講述CPUCPU的基本工作原理，再講述的基本工作原理，再講述PentiumPentium的技術(shù)要點，并簡要介紹的技術(shù)要點，并簡要介紹ItaniumItanium微處理器。微處理器。基本要求： 了解Pentium的先進(jìn)技術(shù)和Itanium的技術(shù)特點； 掌握CPU的編程結(jié)構(gòu)、標(biāo)志寄存器的含義、CPU的操作時序、CPU的中斷分類。重點：8086的編程結(jié)構(gòu)，各寄存器的含義。難點：8086的編程結(jié)構(gòu)，8086的引腳信號和工作模式。一二三四2目錄目錄l2.1 16位微處理器位微處理器l2.2 32 位微處理

2、器位微處理器Pentium的先進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)技術(shù)3微處理器的性能指標(biāo)微處理器的性能指標(biāo) 字長字長 CPUCPU能同時處理的數(shù)據(jù)位數(shù)，即數(shù)據(jù)寬度。能同時處理的數(shù)據(jù)位數(shù)，即數(shù)據(jù)寬度。 8086 8086是是1616位字長，位字長，80888088是是1616/8/8 8028680286、8038680386以及奔騰系列為以及奔騰系列為3232位字長位字長 安騰為安騰為6464位字長位字長 主頻主頻 80868086為為10MHz10MHz主頻主頻 P4P4可達(dá)可達(dá)4.06GHz4.06GHz452.1 16位微處理器位微處理器8086l8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu)l8086的引腳信號和工作模式的引

3、腳信號和工作模式l8086的操作和時序的操作和時序l8086的的存儲器編址和的的存儲器編址和I/O編址編址6一一 、8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu) 1、什么是編程結(jié)構(gòu)、什么是編程結(jié)構(gòu) 即從程序員和使用者的角度看到的結(jié)即從程序員和使用者的角度看到的結(jié)構(gòu)。了解微處理器的編程結(jié)構(gòu)，有利于軟構(gòu)。了解微處理器的編程結(jié)構(gòu)，有利于軟件工作者的編程和對微處理器的熟練應(yīng)用。件工作者的編程和對微處理器的熟練應(yīng)用。 2、 8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu) 由由總線接口部件總線接口部件和和執(zhí)行部件執(zhí)行部件兩部分組成。兩部分組成。2.1 16位微處理器80867圖圖2.1 80862.1 8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu)16位數(shù)

4、據(jù)線位數(shù)據(jù)線20位地址線位地址線81 1總線接口部件總線接口部件l 負(fù)責(zé)與存儲器、負(fù)責(zé)與存儲器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)：端口傳送數(shù)據(jù)： 從內(nèi)存從內(nèi)存取指令取指令送到指令隊列，送到指令隊列，CPU執(zhí)行指令時，總線執(zhí)行指令時，總線接口部件要配合執(zhí)行部件從指定的內(nèi)存單元或者外設(shè)接口部件要配合執(zhí)行部件從指定的內(nèi)存單元或者外設(shè)端口中端口中取數(shù)據(jù)取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給執(zhí)行部件；或者把執(zhí)行，將數(shù)據(jù)傳送給執(zhí)行部件；或者把執(zhí)行部件的操作部件的操作結(jié)果傳送結(jié)果傳送到指定的內(nèi)存單元或外設(shè)斷口中。到指定的內(nèi)存單元或外設(shè)斷口中。一、一、8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu)91 1總線接口部件總線接口部件 4 4個段地址寄存器，個段地

5、址寄存器， CS 16CS 16位的代碼段寄存器位的代碼段寄存器 DS 16DS 16位的數(shù)據(jù)段寄存器位的數(shù)據(jù)段寄存器 ES 16ES 16位的附加段寄存器位的附加段寄存器 SS 16SS 16位的堆棧段寄存器位的堆棧段寄存器 1616位的指令指針寄存器位的指令指針寄存器IPIP 20 20位的地址加法器位的地址加法器 6 6字節(jié)的指令隊列緩沖器字節(jié)的指令隊列緩沖器一、一、8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu)總線接口部件總線接口部件1011l主存儲器的分段機構(gòu)主存儲器的分段機構(gòu)n8086CPU8086CPU有有2020條地址線條地址線n最大可尋址空間為最大可尋址空間為2 220201MB1MBn物理地

6、址范圍從物理地址范圍從00000H00000HFFFFFHFFFFFHn8086CPU8086CPU將將1MB1MB空間分成許多空間分成許多邏輯段（邏輯段（SegmentSegment）n每個段最大限制為每個段最大限制為64KB64KBn段地址的低段地址的低4 4位為位為0000B0000Bn這樣，一個存儲單元除具有一個唯一的這樣，一個存儲單元除具有一個唯一的物理地物理地址址外，還具有多個外，還具有多個邏輯地址邏輯地址12n對應(yīng)每個物理存儲單元都有一個唯一對應(yīng)每個物理存儲單元都有一個唯一的的 2 02 0 位 編 號 ， 就 是 物 理 地 址 ， 從位 編 號 ， 就 是 物 理 地 址 ，

7、 從00000H00000HFFFFFHFFFFFH。n分段后在用戶編程時，采用邏輯地址，分段后在用戶編程時，采用邏輯地址，其形式為：其形式為：段基地址段基地址 : : 段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址13n段基地址段基地址說明邏輯段在主存中的起始位置。說明邏輯段在主存中的起始位置。n80868086規(guī)定段地址必須是模規(guī)定段地址必須是模1616地址：地址：xxxx0Hxxxx0H。n省略低省略低4 4位位0000B0000B，段地址就可以用，段地址就可以用1616位數(shù)據(jù)表位數(shù)據(jù)表示，就能用示，就能用1616位位段寄存器段寄存器表達(dá)段地址。表達(dá)段地址。n偏移地址偏移地址說明主存單元距離段起始位置的偏移說

8、明主存單元距離段起始位置的偏移量。量。n每段不超過每段不超過64KB64KB，偏移地址也可用，偏移地址也可用1616位位數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)表示。示。14物理地址和邏輯地址的轉(zhuǎn)換n將邏輯地址中的段地址左移將邏輯地址中的段地址左移4 4位，加上位，加上偏移地址就得到偏移地址就得到2020位物理地址。位物理地址。n一個物理地址可以有多個邏輯地址一個物理地址可以有多個邏輯地址邏輯地址邏輯地址 1460:1001460:100、1380:F001380:F00物理地址物理地址 14700H 14700H14700H 14700H146014600 0H H 100 100 14700H14700H段地址左移段地

9、址左移4 4位位加上偏移地址加上偏移地址得到物理地址得到物理地址13800H+ F0014700H158086對存儲器的訪問16存儲器分段示意圖存儲器分段示意圖段和段之間可以是連續(xù)的、分開的、部分重疊的或完全重疊178086編程結(jié)構(gòu)（編程結(jié)構(gòu)（執(zhí)行部件執(zhí)行部件）功能功能 負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行：負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行：l執(zhí)行指令，將指令執(zhí)行指令，將指令譯碼并用內(nèi)部寄存譯碼并用內(nèi)部寄存器和器和ALU（算術(shù)邏（算術(shù)邏輯部件）對數(shù)據(jù)處輯部件）對數(shù)據(jù)處理。理。個通用寄存器個通用寄存器算算術(shù)術(shù)邏邏輯輯部部件件個專用寄存器個專用寄存器標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器188086編程結(jié)構(gòu)（編程結(jié)構(gòu)（執(zhí)行部件執(zhí)行部件）4個通用寄存器（A

10、X、BX、CX、DX）4個專用寄存器（BP、SP、SI、DI）標(biāo)志寄存器算術(shù)邏輯部件ALU（Arithmetic logic unit）編程結(jié)構(gòu)執(zhí)行部件編程結(jié)構(gòu)執(zhí)行部件8086編程結(jié)構(gòu)的組成：19通用寄存器通用寄存器4個通用寄存器AXBXCXDXALAHBLBHCLCHDLDH4個通用寄存器可作為16位或8位的寄存器如如: MOV AL,80H MOV AX,1090H20PSW狀態(tài)標(biāo)志寄存器。狀態(tài)標(biāo)志寄存器。 8086處理器的各種標(biāo)志形成了一個處理器的各種標(biāo)志形成了一個16位的位的標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器FLAGS,用于反映指令執(zhí)行結(jié)果或控用于反映指令執(zhí)行結(jié)果或控制指令執(zhí)行形式。制指令執(zhí)行形式。

11、lPSW （ processor Status word ）狀態(tài)標(biāo)志寄）狀態(tài)標(biāo)志寄存器。存器。lPSW16位中，位中，7位未用。位未用。l9個標(biāo)志分為狀態(tài)標(biāo)志與控制標(biāo)志兩大類個標(biāo)志分為狀態(tài)標(biāo)志與控制標(biāo)志兩大類1514131211109876543210OFDFIFTFSFZFAFPFCF21n6 6個狀態(tài)標(biāo)志：用來記錄程序運行結(jié)果個狀態(tài)標(biāo)志：用來記錄程序運行結(jié)果的狀態(tài)信息，許多指令的執(zhí)行都將相應(yīng)的狀態(tài)信息，許多指令的執(zhí)行都將相應(yīng)地設(shè)置它的狀態(tài)。共有地設(shè)置它的狀態(tài)。共有6 6個狀態(tài)標(biāo)志位：個狀態(tài)標(biāo)志位：CF ZF SF PF OF AFCF ZF SF PF OF AFn3 3個控制標(biāo)志：可由程

12、序根據(jù)需要用指個控制標(biāo)志：可由程序根據(jù)需要用指令設(shè)置，用于控制處理器執(zhí)行指令的方令設(shè)置，用于控制處理器執(zhí)行指令的方式式DF IF TFDF IF TF標(biāo)志的分類標(biāo)志的分類223. 80863. 8086的總線周期的概念的總線周期的概念 基本的總線周期包括基本的總線周期包括 4 4個時鐘周期，個時鐘周期，10MHz10MHz-100ns100ns lT T1 1狀態(tài)狀態(tài): : 發(fā)出地址信息發(fā)出地址信息lT T2 2狀態(tài)狀態(tài)：撤銷地址，低撤銷地址，低1616位高阻，高位高阻，高4 4位狀態(tài)位狀態(tài)lT T3 3狀態(tài)狀態(tài)：低低1616位數(shù)據(jù)，高位數(shù)據(jù)，高4 4位狀態(tài)位狀態(tài)lT Tw w狀態(tài)狀態(tài)：不能及

13、時配合不能及時配合CPUCPU傳送數(shù)據(jù)，外設(shè)、內(nèi)存?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)，外設(shè)、內(nèi)存慢慢lT T4 4狀態(tài)狀態(tài)：結(jié)束結(jié)束 并非任何操作都執(zhí)行總線周期并非任何操作都執(zhí)行總線周期一、一、8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu)23圖圖2.22.2典型的典型的80868086總線周期序列總線周期序列一、一、8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu)24二、二、 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式l最小模式和最大模式的概念最小模式和最大模式的概念l8086的引腳信號和功能的引腳信號和功能l最小模式最小模式l最大模式最大模式2.1 16位微處理器808625 1.1.最小模式和最大模式的概念最小模式和最大模式的概念l最小模式：只

14、有最小模式：只有8086一個微處理器一個微處理器l最大模式：有其它協(xié)處理器最大模式：有其它協(xié)處理器 硬件連線決定工作在那種模式硬件連線決定工作在那種模式兩個協(xié)處理器兩個協(xié)處理器l數(shù)值運算協(xié)處理器數(shù)值運算協(xié)處理器8087：硬件實現(xiàn)運算硬件實現(xiàn)運算l輸入輸入/輸出協(xié)處理器輸出協(xié)處理器8089二、二、 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式262. 80862. 8086的引腳信號和功能的引腳信號和功能注意下列幾點：注意下列幾點： 8086的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的， 8086可用高可用高8位傳送位傳送1字節(jié)，也可用低字節(jié)，也可用低8位傳送位傳送1個字個字節(jié)，還可一

15、次傳送節(jié)，還可一次傳送1個字個字 RESET是系統(tǒng)復(fù)位信號，復(fù)位線和所有部件相連是系統(tǒng)復(fù)位信號，復(fù)位線和所有部件相連二、二、 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式2780868086的引腳的引腳284040根引腳，引腳信號：根引腳，引腳信號： GND、VCC 地和電源地和電源 AD15AD0 地址地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳，雙向三態(tài)數(shù)據(jù)復(fù)用引腳，雙向三態(tài) A19/S6A16/S3地址地址/狀態(tài)復(fù)用引腳，輸出狀態(tài)復(fù)用引腳，輸出 BHE /S7 高高8位數(shù)據(jù)總線允許位數(shù)據(jù)總線允許/狀態(tài)復(fù)用引腳，輸出狀態(tài)復(fù)用引腳，輸出 NMI 非屏蔽中斷引腳非屏蔽中斷引腳, 輸入輸入 INTR 可屏蔽中斷請求信

16、號可屏蔽中斷請求信號, 輸入輸入 RD讀信號，輸出讀信號，輸出 CLK)時鐘，輸入時鐘，輸入 RESET(reset) 復(fù)位信號，輸入復(fù)位信號，輸入 READY(ready) “準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好”信號，輸入信號，輸入 TEST (test) 測試信號，輸入測試信號，輸入 MN/MX 最小和最大模式控制信號，輸入最小和最大模式控制信號，輸入二、二、 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式3.3. 最小模式最小模式最小模式信號最小模式信號 INTA 中斷響應(yīng)信號，輸出中斷響應(yīng)信號，輸出 ALE 地址鎖存允許信號，輸出地址鎖存允許信號，輸出 DEN 數(shù)據(jù)允許信號，輸出數(shù)據(jù)允許信號，輸出 DT/

17、R 數(shù)據(jù)收發(fā)信號，輸出數(shù)據(jù)收發(fā)信號，輸出 M/IO 存儲器存儲器/輸入輸入/輸出控制信號，輸出輸出控制信號，輸出 WR (write) 寫信號，輸出寫信號，輸出 HOLD和和HLDA 總線保持請求信號和總線保持響總線保持請求信號和總線保持響應(yīng)信號應(yīng)信號二、二、 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式30313233343536最小模式配置圖最小模式配置圖37最小模式連接特點：最小模式連接特點：lMN/MX端接端接+5Vl 時鐘發(fā)生器時鐘發(fā)生器l 地址鎖存器地址鎖存器l存儲器和外設(shè)較多時，需要總線收發(fā)器存儲器和外設(shè)較多時，需要總線收發(fā)器二、二、 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和

18、工作模式38M/IOM/IO、RDRD、WRWR信號的關(guān)系信號的關(guān)系二、二、 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式39圖圖2.52.58284A8284A和和80868086的連接的連接408086時鐘源時鐘源41實際的時鐘電路連接圖實際的時鐘電路連接圖42 4.最大模式43 4.4.最大模式最大模式l QS1QS1、QS0QS0 指令隊列狀態(tài)信號指令隊列狀態(tài)信號 前一時鐘周期中指令隊列的狀態(tài)，便于跟蹤前一時鐘周期中指令隊列的狀態(tài)，便于跟蹤二、二、 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式44S2#S2#、S1#S1#、S0#S0#總線周期狀態(tài)信號總線周期狀態(tài)信號l指出當(dāng)前

19、總線周期中所進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸類型指出當(dāng)前總線周期中所進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸類型二、二、 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式一個總線操作過程就要結(jié)束，另一個新的總線周期還未開始，稱為無源狀態(tài)45最大模式下的典型配置最大模式下的典型配置46總線控制器總線控制器82888288的連接的連接二、二、 8086的引腳信號和工作模式的引腳信號和工作模式47三、三、8086的操作和時序的操作和時序80868086的主要操作有以下幾個方面：的主要操作有以下幾個方面： 系統(tǒng)的復(fù)位和啟動操作；系統(tǒng)的復(fù)位和啟動操作； 暫停操作；暫停操作； 總線操作；總線操作； 中斷操作；中斷操作； 最小模式下的總線保持；最小模

20、式下的總線保持； 最大模式下的總線請求最大模式下的總線請求/允許。允許。2.1 16位微處理器808648491.1.系統(tǒng)的復(fù)位和啟動操作系統(tǒng)的復(fù)位和啟動操作lCS=FFFFHCS=FFFFHlIP=0000HIP=0000H8086的操作和時序的操作和時序502.2.總線操作總線操作8086的操作和時序的操作和時序讀操操作作時時序序51525354寫寫操操作作時時序序8086的操作和時序的操作和時序55563.3.中斷操作和中斷系統(tǒng)中斷操作和中斷系統(tǒng)兩大類：兩大類：l硬件中斷；硬件中斷；l NMINMIlINTRINTRl軟件中斷。軟件中斷。8086的操作和時序的操作和時序578086808

21、6的中斷分類圖示的中斷分類圖示58 中斷向量和中斷向量表中斷向量和中斷向量表59硬件中斷的響應(yīng)和時序硬件中斷的響應(yīng)和時序 從數(shù)據(jù)總線上從數(shù)據(jù)總線上讀取中斷類型碼讀取中斷類型碼，將其存入內(nèi)部暫存器。，將其存入內(nèi)部暫存器。l將將標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器的值推的值推入堆棧入堆棧。l把標(biāo)志寄存器的中斷允許標(biāo)志把標(biāo)志寄存器的中斷允許標(biāo)志IFIF和跟蹤標(biāo)志和跟蹤標(biāo)志TFTF清零清零。l將將斷點保護(hù)斷點保護(hù)到堆棧中。到堆棧中。l找到中斷向量，找到中斷向量，轉(zhuǎn)入相應(yīng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理子程序的中斷處理子程序8086的操作和時序的操作和時序6080808686對對中中斷斷的的響響應(yīng)應(yīng)8086的操作和時序的操作和時序P

22、31 先寫CS后寫IP61中斷響應(yīng)要用兩個總線周期中斷響應(yīng)要用兩個總線周期8086的操作和時序的操作和時序62可屏蔽中斷時，可屏蔽中斷時，CPUCPU執(zhí)行的總線時序執(zhí)行的總線時序l第第1 1步，步，執(zhí)行執(zhí)行2 2個中斷響應(yīng)總線周期，個中斷響應(yīng)總線周期，接收類型碼左移接收類型碼左移l第第2 2步，執(zhí)行步，執(zhí)行1 1個總線寫周期，個總線寫周期，F(xiàn)RFR入棧入棧l第第3 3步，將標(biāo)志寄存器的中斷允許標(biāo)志步，將標(biāo)志寄存器的中斷允許標(biāo)志IFIF和單步和單步標(biāo)志標(biāo)志TFTF置成置成0 0l第第4 4步，執(zhí)行步，執(zhí)行1 1個總線寫周期，個總線寫周期，CSCS入棧入棧l第第5 5步，執(zhí)行步，執(zhí)行1 1個總線寫

23、周期，個總線寫周期，IPIP入棧入棧l第第6 6步，執(zhí)行步，執(zhí)行1 1個總線讀周期，中斷處理子程序入口地址個總線讀周期，中斷處理子程序入口地址偏移量送偏移量送IPIPl第第7 7步，執(zhí)行步，執(zhí)行1 1個總線讀周期，中斷處理子程序入口地址個總線讀周期，中斷處理子程序入口地址段地址送段地址送CSCS63 中斷處理子程序中斷處理子程序l保護(hù)中斷現(xiàn)場。保護(hù)中斷現(xiàn)場。l設(shè)置中斷允許標(biāo)志設(shè)置中斷允許標(biāo)志IFIF來開放中斷（來開放中斷（一般一般）l中斷處理的具體內(nèi)容中斷處理的具體內(nèi)容l 恢復(fù)寄存器恢復(fù)寄存器l 中斷返回指令中斷返回指令8086的操作和時序的操作和時序64軟件中斷的特點軟件中斷的特點 中斷類型

24、碼由指令提供。中斷類型碼由指令提供。 不執(zhí)行中斷響應(yīng)總線周期。不執(zhí)行中斷響應(yīng)總線周期。 不受中斷允許標(biāo)志不受中斷允許標(biāo)志IFIF的影響的影響 執(zhí)行軟件中斷時，對外部硬件中斷請求的執(zhí)行軟件中斷時，對外部硬件中斷請求的反應(yīng)不同于硬件中斷反應(yīng)不同于硬件中斷 軟件中斷沒有隨機性，中斷處理程序和主軟件中斷沒有隨機性，中斷處理程序和主程序往往需要傳遞參數(shù)，不獨立。程序往往需要傳遞參數(shù)，不獨立。8086的操作和時序的操作和時序654.4.最小模式下的總線保持最小模式下的總線保持總線保持請求總線保持請求/ /保持響應(yīng)時序保持響應(yīng)時序665.5.最大模式下的總線請求最大模式下的總線請求/ /授權(quán)授權(quán)最大模式下的

25、總線請求最大模式下的總線請求/允許允許/釋放時序釋放時序 67四、四、8086的存儲器編址和的存儲器編址和I/O編址編址l8086的存儲器編址的存儲器編址l8086的的I/O編址編址2.1 16位微處理器808668 80868086的存儲器編址的存儲器編址8086系統(tǒng)中存儲器物理地址的計算方法系統(tǒng)中存儲器物理地址的計算方法 可尋址空間為1MB69復(fù)位后復(fù)位后F F F FF F F F+ 0 0 0 0+ 0 0 0 0F F F F 0F F F F 070圖圖2.18 CSCS、DSDS、SSSS和其他寄存器組合指向存儲單元的示意圖和其他寄存器組合指向存儲單元的示意圖分段的方法編址分段的

26、方法編址，可使大部分指令只涉及，可使大部分指令只涉及16位地位地址，減少指令長度，提高程序執(zhí)行速度；也為址，減少指令長度，提高程序執(zhí)行速度；也為程序的浮動裝配提供了可能。程序的浮動裝配提供了可能。71存儲器中，有幾個部分的用處是固定的存儲器中，有幾個部分的用處是固定的 0000000000003FFH003FFH： 1KB1KB中斷向量表中斷向量表 B0000HB0000HB0F9FH B0F9FH ：4KB4KB單色顯示器單色顯示器 B8000HB8000HBBF3FHBBF3FH：16KB16KB彩色顯示器彩色顯示器 FFFF0HFFFFFH ：16個單元，無條件轉(zhuǎn)移指令個單元，無條件轉(zhuǎn)移

27、指令72 80868086的的I/OI/O編址編址l80868086允許有允許有65535(64K)65535(64K)個個8 8位的位的I/OI/O端口端口對對I/OI/O端口，可用兩種方式進(jìn)行編址：端口，可用兩種方式進(jìn)行編址：l和存儲器統(tǒng)一編址和存儲器統(tǒng)一編址lI/OI/O獨立編址獨立編址 80868086采用采用732.2 32 位微處理器位微處理器Pentium的先進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)技術(shù) 19851985年開始，年開始，IntelIntel公司相繼推出了一系列公司相繼推出了一系列3232位微位微處理器。處理器。3232位微型機在很多方面發(fā)揮出了更好更有效位微型機在很多方面發(fā)揮出了更好更有效的

28、作用，不僅在總線的加寬，體系結(jié)構(gòu)更是有了概念的作用，不僅在總線的加寬，體系結(jié)構(gòu)更是有了概念性的改變和革新。比如性的改變和革新。比如3232位微處理器普遍采用了位微處理器普遍采用了流水流水線和指令重疊執(zhí)行技術(shù)線和指令重疊執(zhí)行技術(shù)、虛擬存儲技術(shù)虛擬存儲技術(shù)、片內(nèi)二級存片內(nèi)二級存儲技術(shù)儲技術(shù)，給多用戶多任務(wù)的實現(xiàn)提供了有力支持。，給多用戶多任務(wù)的實現(xiàn)提供了有力支持。第二章 16位和32位微處理器74與前幾代產(chǎn)品相比，與前幾代產(chǎn)品相比，Pentium采用了多項先進(jìn)技術(shù)：采用了多項先進(jìn)技術(shù)：1.1. 先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu) 2 2CISCCISC和和RISCRISC相結(jié)合的技術(shù)相結(jié)合的技術(shù) 大多簡

29、化，復(fù)雜用硬件大多簡化，復(fù)雜用硬件3. 3. 超標(biāo)量流水線技術(shù)超標(biāo)量流水線技術(shù) U V4. 先進(jìn)的分支預(yù)測技術(shù)先進(jìn)的分支預(yù)測技術(shù) BTB分支預(yù)測緩沖器分支預(yù)測緩沖器 2.2 Pentium的先進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)技術(shù)752.3 Pentium2.3 Pentium的指令流水線技術(shù)的指令流水線技術(shù) l總線接口部件、指令預(yù)取部件、指令譯碼部件總線接口部件、指令預(yù)取部件、指令譯碼部件 、執(zhí)行部件執(zhí)行部件 第二章 16位和32位微處理器1、指令流水線的組成：、指令流水線的組成：2、流水線技術(shù)的原理：、流水線技術(shù)的原理：3、指令流水線的運行：、指令流水線的運行：宏觀上，一個時鐘周期執(zhí)行一條指令宏觀上，一個時鐘周

30、期執(zhí)行一條指令4、Pentium的超標(biāo)量流水線的運行：的超標(biāo)量流水線的運行： U U流水線可以執(zhí)行任何指令，流水線可以執(zhí)行任何指令，V V執(zhí)行的指令符合配對規(guī)則。執(zhí)行的指令符合配對規(guī)則。【都是都是RISCRISC指指令，無寄存器相關(guān)性令，無寄存器相關(guān)性】流水線有多個級別組成，同一時鐘周期，多個部件流水線有多個級別組成，同一時鐘周期，多個部件分別對多指令的不同步驟進(jìn)行操作分別對多指令的不同步驟進(jìn)行操作762.4 Pentium的的工作方式工作方式主要有三種：主要有三種：l實地址方式實地址方式 啟動時初始化，類似啟動時初始化，類似80868086 l保護(hù)方式保護(hù)方式 最常用最常用邏輯線性物理地址空

31、間三種方式描述存儲器，影像機制，邏輯線性物理地址空間三種方式描述存儲器，影像機制，16/3216/32l虛擬虛擬8086方式方式 80868086軟件有效運行在軟件有效運行在3232位系統(tǒng)中位系統(tǒng)中還有：還有：l系統(tǒng)管理模式系統(tǒng)管理模式第二章 16位和32位微處理器77 實地址方式的特點實地址方式的特點 尋址機構(gòu)、存儲器管理、中斷處理機構(gòu)均和尋址機構(gòu)、存儲器管理、中斷處理機構(gòu)均和80868086一一樣。樣。 操作數(shù)默認(rèn)長度為操作數(shù)默認(rèn)長度為1616位。位。 存儲器容量最大為存儲器容量最大為1MB1MB，采用分段方式，每段大小固，采用分段方式，每段大小固定為定為64KB64KB。 存儲器中保留兩

32、個固定區(qū)域存儲器中保留兩個固定區(qū)域lFFFF0HFFFF0HFFFFFHFFFFFH，l0000000000003FFH003FFH。78保護(hù)方式的特點保護(hù)方式的特點 存儲器用邏輯地址空間、線性地址空間和物理地址存儲器用邏輯地址空間、線性地址空間和物理地址空間三種方式來描述?？臻g三種方式來描述。 映像機制使邏輯地址空間大大超過實際的內(nèi)存空間映像機制使邏輯地址空間大大超過實際的內(nèi)存空間 既能進(jìn)行既能進(jìn)行16位運算，也能進(jìn)行位運算，也能進(jìn)行32位運算。位運算。 79虛擬虛擬80868086方式方式特點特點 可以執(zhí)行可以執(zhí)行80868086的應(yīng)用程序。的應(yīng)用程序。 段寄存器的用法和實地址方式時一樣，

33、即段寄存器段寄存器的用法和實地址方式時一樣，即段寄存器內(nèi)容左移內(nèi)容左移4 4位加上偏移量為線性地址。位加上偏移量為線性地址。 存儲器尋址空間為存儲器尋址空間為1MB1MB，在分段基礎(chǔ)上又分頁，每頁，在分段基礎(chǔ)上又分頁，每頁4KB4KB。80PentinumPentinum有兩種模擬有兩種模擬80868086的方式，的方式，但都與原始但都與原始80868086方式有區(qū)別：方式有區(qū)別： 多任務(wù)問題多任務(wù)問題 實地址方式下，實地址方式下，CPUCPU不支持多任務(wù)，針對整個系統(tǒng)；不支持多任務(wù)，針對整個系統(tǒng)； 虛擬虛擬80868086方式常是方式常是CPUCPU多任務(wù)狀態(tài)下某一任務(wù)對應(yīng)的方式。多任務(wù)狀態(tài)

34、下某一任務(wù)對應(yīng)的方式。 尋址空間問題。尋址空間問題。 1M 1M 每個任務(wù)每個任務(wù)1M1M 內(nèi)存管理問題內(nèi)存管理問題 分段分段 分段加分頁分段加分頁2.4 Pentium 的工作方式812.5 Pentium的原理結(jié)構(gòu)的原理結(jié)構(gòu)l總線接口部件總線接口部件l U U流水線和流水線和V V流水線流水線l 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CacheCachel 指令指令CacheCachel 指令預(yù)取部件指令預(yù)取部件l 指令譯碼器指令譯碼器 第二章 16位和32位微處理器 控制控制ROMROM 分支目標(biāo)緩沖器分支目標(biāo)緩沖器BTBBTB 控制部件控制部件 浮點處理部件浮點處理部件FPUFPU 分段部件和分頁部件分段部件和分頁

35、部件 寄存器組寄存器組82 總線接口部件完成如下總線功能總線接口部件完成如下總線功能 地址驅(qū)動和傳輸。地址驅(qū)動和傳輸。 數(shù)據(jù)驅(qū)動。數(shù)據(jù)驅(qū)動。 數(shù)據(jù)總線寬度控制。數(shù)據(jù)總線寬度控制。 數(shù)據(jù)緩沖。數(shù)據(jù)緩沖。 總線操作的控制功能總線操作的控制功能 奇奇/ /偶校驗告示功能偶校驗告示功能 CacheCache操作控制操作控制2.4 Pentium 的原理結(jié)構(gòu)83PentiumPentium的主要部件和原理結(jié)構(gòu)的主要部件和原理結(jié)構(gòu)l2.6 Pentium的寄存器和相關(guān)機制的寄存器和相關(guān)機制842.6 Pentium 2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制第二章 16位和32位微處

36、理器Pentium的寄存器組85PentiumPentium的寄存器組包括的寄存器組包括 基本寄存器組?；炯拇嫫鹘M。 系統(tǒng)寄存器組；系統(tǒng)寄存器組； 浮點寄存器組浮點寄存器組 2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制86基本寄存器組基本寄存器組l 通用寄存器通用寄存器 AX BX CX DX ,AH.AX BX CX DX ,AH.依舊依舊l 指令指針寄存器和標(biāo)志寄存器指令指針寄存器和標(biāo)志寄存器2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制87標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器872.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制88段寄存器和描述符以

37、及保護(hù)方式的尋址機制段寄存器和描述符以及保護(hù)方式的尋址機制2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制89三種描述符表三種描述符表l全局描述符表全局描述符表GDTGDTl局部描述符表局部描述符表LDTLDTl中斷描述符表中斷描述符表IDTIDT2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制90圖圖2.26 2.26 保護(hù)方式下段地址的產(chǎn)生保護(hù)方式下段地址的產(chǎn)生2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制91段選擇子包含段選擇子包含3 3個部分的內(nèi)容個部分的內(nèi)容l l描述符表指示標(biāo)志描述符表指示標(biāo)志TIl描述符索引描述符索引DIl請求特權(quán)

38、級請求特權(quán)級RPL2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制92保護(hù)方式下段地址的產(chǎn)生保護(hù)方式下段地址的產(chǎn)生2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制93系統(tǒng)地址寄存器系統(tǒng)地址寄存器包括包括 lGDTRGDTRlIDTRIDTRlTRTRlLDTRLDTR2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制94圖圖2.272.274 4個系統(tǒng)地址寄存器的結(jié)構(gòu)個系統(tǒng)地址寄存器的結(jié)構(gòu)2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制95控制寄存器控制寄存器2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制96調(diào)試寄

39、存器調(diào)試寄存器2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制97狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制98控制字寄存器控制字寄存器2.6 Pentium 的寄存器組和相關(guān)機制的寄存器組和相關(guān)機制99l2.7 Pentium的主要信號的主要信號l2.8 Pentium的總線狀態(tài)的總線狀態(tài)l2.9 Pentium的總線周期的總線周期l2.10 Pentium的中斷的中斷l(xiāng)2.11 Pentium的保護(hù)技術(shù)的保護(hù)技術(shù)l2.12 Pentium系列微處理器的技術(shù)系列微處理器的技術(shù)發(fā)展發(fā)展l2.13 Itanium微處理器概述微處理器概述第

40、二章 16位和32位微處理器100 2.7 Pentium的主要信號的主要信號100第二章 16位和32位微處理器101 第二章 16位和32位微處理器102l 102103103104104105105106l80888088，8 8位數(shù)據(jù)線，位數(shù)據(jù)線，1616位地址線。位地址線。8 8位數(shù)據(jù)線和前位數(shù)據(jù)線和前8 8位地址線合用。位地址線合用。l80868086，1616位數(shù)據(jù)線，位數(shù)據(jù)線，1616位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線完全分時合用。位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線完全分時合用。l 80186/8018880186/80188與上面一樣。與上面一樣。 l8028680286，1616位數(shù)據(jù)線，位數(shù)

41、據(jù)線，2424位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線是完全分開的。位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線是完全分開的。l8038680386，3232位數(shù)據(jù)線，位數(shù)據(jù)線，3232位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線是完全分開的位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線是完全分開的 （其中（其中80386SX80386SX像像8028680286）。）。l8048680486，3232位數(shù)據(jù)線，位數(shù)據(jù)線，3232位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線是完全分開的。位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線是完全分開的。lPentiumPentium，6464位數(shù)據(jù)線，位數(shù)據(jù)線，3232位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線是完全分開的。位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線是完全分開的。lPentium Pro

42、Pentium Pro，6464位數(shù)據(jù)線，位數(shù)據(jù)線，3636位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線是完全分開的。位地址線。數(shù)據(jù)線和地址線是完全分開的。1071. 1. 地址線及控制信號地址線及控制信號ll l A31A31A3 A3 地址線。地址線。ll l APAP 地址的偶校驗碼位。地址的偶校驗碼位。ll l ADSADS 地址狀態(tài)輸出信號，地址狀態(tài)輸出信號，有效啟動一個總線周期有效啟動一個總線周期ll l A20MA20M A20 A20以上的地址線屏蔽信號。以上的地址線屏蔽信號。ll l APCHK APCHK 地址校驗出錯信號。地址校驗出錯信號。2.7 Pentium的主要信號的主要信號1081.

43、 1. 地址線及控制信號地址線及控制信號ll l A31A31A3 A3 地址線。地址線。ll l APAP 地址的偶校驗碼位。地址的偶校驗碼位。ll l ADSADS 地址狀態(tài)輸出信號，地址狀態(tài)輸出信號，有效啟動一個總線周期有效啟動一個總線周期ll l A20MA20M A20 A20以上的地址線屏蔽信號。以上的地址線屏蔽信號。ll l APCHK APCHK 地址校驗出錯信號。地址校驗出錯信號。2.7 Pentium的主要信號的主要信號有啥疑問嗎？1092. 2. 數(shù)據(jù)線及控制信號數(shù)據(jù)線及控制信號ll l D63D63D0 D0 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線。ll l BE7BE7BE0 BE0 字節(jié)允許

44、信號。字節(jié)允許信號。ll l DP7DP7DP0 DP0 奇奇/ /偶校驗信號。偶校驗信號。ll l PCHK PCHK 讀校驗出錯。讀校驗出錯。ll l PEN PEN 奇奇/ /偶校驗允許信號。偶校驗允許信號。2.7 Pentium的主要信號的主要信號1103. 3. 總線周期控制信號總線周期控制信號ll l D/C D/C 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)/ /控制信號?？刂菩盘?。 ll l M/IO M/IO 存儲器和存儲器和I/OI/O訪問信號訪問信號ll l W/R W/R 讀讀/ /寫信號。寫信號。ll l LOCK LOCK 總線封鎖信號總線封鎖信號ll l BRDY BRDY 結(jié)束一個突發(fā)總線傳輸周

45、期，突發(fā)就緒信號結(jié)束一個突發(fā)總線傳輸周期，突發(fā)就緒信號ll l NANA 下一個地址有效信號。下一個地址有效信號。 ll l SCYC SCYC 分割周期信號。分割周期信號。 2.7 Pentium的主要信號的主要信號1114. Cache4. Cache控制信號控制信號 l l CACHE CacheCACHE Cache控制信號?？刂菩盘?。 l l EADS# EADS# 外部地址有效信號。外部地址有效信號。 l l KEN KEN Cache Cache允許信號。允許信號。 l l FLUSH#FLUSH# CacheCache擦除信號。擦除信號。 l l AHOLD AHOLD 地址保

46、持地址保持/ /請求信號。請求信號。 l l PCDPCD Cache Cache禁止信號。禁止信號。 l l PWTPWT 片外片外CacheCache的控制信號。的控制信號。 l l WB/WT# WB/WT# 片內(nèi)片內(nèi)CacheCache回寫回寫/ /通寫選擇信號通寫選擇信號 l l HIT# HIT#和和HITM# CacheHITM# Cache命中信號和命中命中信號和命中CacheCache的狀態(tài)信號的狀態(tài)信號 l l INVINV 無效請求信號無效請求信號2.7 Pentium的主要信號的主要信號1125. 5. 系統(tǒng)控制信號系統(tǒng)控制信號lINTRINTRlNMINMIlRESE

47、TRESETlCLKCLKlINITINIT2.7 Pentium的主要信號的主要信號113l6 6總線仲裁信號總線仲裁信號lHOLDHOLDlHLDAHLDAlBREQBREQlBOFFBOFF2.7 Pentium的主要信號的主要信號114Pentium的主要信號的主要信號l7. 7. 檢測與處理信號檢測與處理信號ll l BUSCHK#BUSCHK#ll l FERR#FERR#ll l IGNNE# IGNNE# ll l FRCMC#FRCMC#ll l IERR# IERR# 115Pentium的主要信號的主要信號8. 8. 系統(tǒng)管理模式信號系統(tǒng)管理模式信號lSMI#SMI#lS

48、MIACT#SMIACT#116Pentium的主要信號的主要信號9 9 測試信號測試信號ll l TCK TCK ll l TDITDIll l TDOTDOll l TMSTMSll l TRST#TRST#117Pentium的主要信號的主要信號1010 跟蹤和檢查信號跟蹤和檢查信號l l BP3 BP3BP0BP0l l PM1 PM1PM0PM0l BT3 BT3BT0BT0 l IUIU和和IV IV l IBT IBT l R/S# R/S# l PRDY PRDY 1182.8 Pentium的總線狀態(tài)的總線狀態(tài)l T T1 1狀態(tài)狀態(tài) l T T2 2狀態(tài)狀態(tài) l T T1212狀態(tài)狀態(tài) l T T2P2P狀態(tài)狀態(tài) l T TD D狀態(tài)狀態(tài) l T TI I狀態(tài)狀態(tài) 第二章 16位和32位微處理器119總線狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換總線狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換2.8 Pentium的總線狀態(tài)的總線狀態(tài)不同的等待狀態(tài)1202.9 P