計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)重大

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1、計(jì) 算 機(jī) 硬 件 技 術(shù) 基 礎(chǔ)學(xué) 時(shí) 數(shù) 安 排 講 課 ： 54學(xué) 時(shí)實(shí) 驗(yàn) ： 36學(xué) 時(shí)課 件 制 作 ： 黃 勤 李 楠 甘 思 源 聯(lián) 系 電 話(huà) ： 65106554教 材 ： 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 楊 天 怡 主 編實(shí) 驗(yàn) 教 材 ： 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 技 術(shù) 實(shí) 驗(yàn) 教 程 黃 勤 主 編 主 要 內(nèi) 容1。 微 型 計(jì) 算 機(jī) 基 礎(chǔ)2。 Intel系 列 微 處 理 器3。 80486指 令 系 統(tǒng)4。 匯 編 語(yǔ) 言 程 序 設(shè) 計(jì)5。 存 儲(chǔ) 器 及 存 儲(chǔ) 管 理6。 輸 入 輸 出 方 式 與 接 口 芯 片 中 斷 及 中 斷 控 制 器 82

2、59A 可 編 程 定 時(shí) /計(jì) 數(shù) 器 8254 并 行 I/O接 口 芯 片 8255A7。 外 設(shè) 備 接 口 技 術(shù)鍵 盤(pán) 接 口 、 CRT接 口 、 其 它 開(kāi) 關(guān) 接 口8。 總 線(xiàn) （ 概 述 、 ISA） 教 學(xué) 要 求1。 CPU工 作 方 式 、 結(jié) 構(gòu) 、 時(shí) 序 基 本 概 念2。 486工 作 方 式 、 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)3。 CPU引 腳 ： 主 要 是 與 總 線(xiàn) 有 關(guān) 的 引 腳4。 指 令 系 統(tǒng) ： 8086全 部 及 80486常 用 指 令5。 程 序 結(jié) 構(gòu) ： 順 序 、 循 環(huán) 、 分 支 、 子 程 序6。 DOS調(diào) 用 ： 1、 2、 9、

3、A號(hào) 35H、 25H號(hào) 了 解7。 存 儲(chǔ) 器 分 類(lèi) 及 管 理 方 法8。 中 斷 ： 概 念 、 中 斷 程 序 結(jié) 構(gòu) 、 8259A中 斷 管 理 芯 片9。 DMA： 了 解10。 8254、 8255A11。 串 口 ， 了 解 基 本 概 念 12。 鍵 盤(pán) 、 LED主 要 是 上 機(jī) 用 考 試 要 求1。 考 試 可 帶 教 材 、 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū) 、 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 、 預(yù) 習(xí) 報(bào) 告 、 筆 記 ， 但 不 得 有 復(fù) 印 件2。 考 試 分 上 機(jī) 考 試 （ 30） 、 筆 試 （ 70） 教 學(xué) 管 理1。 3次 遲 到 為 一 次 曠 課 ， 曠 課 超

4、 過(guò) 3次 取 消 考 試 資 格 。2。 遲 到 5分 鐘 以 上 以 曠 課 計(jì) 。3。 可 以 書(shū) 面 申 請(qǐng) 自 學(xué) ， 經(jīng) 教 務(wù) 批 準(zhǔn) 后 可 免 考 勤 ， 保 留 考 試 資 格4。 每 次 實(shí) 驗(yàn) 前 撰 寫(xiě) 預(yù) 習(xí) 報(bào) 告 ， 連 同 上 機(jī) 簽 到 冊(cè) 作 為 指 導(dǎo) 老 師 實(shí)驗(yàn) 考 勤 依 據(jù) 。5。 每 次 實(shí) 驗(yàn) 后 撰 寫(xiě) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 ， 報(bào) 告 冊(cè) 在 教 材 科 購(gòu) 買(mǎi) 。 第 一 章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 基 礎(chǔ)第 一 節(jié) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 組 成第 二 節(jié) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 硬 件 結(jié) 構(gòu)第 三 節(jié) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 中 的 先 進(jìn) 計(jì)

5、 算 機(jī) 技 術(shù) 第 四 節(jié) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 主 要 性 能 指 標(biāo) 及 典 型 微 型 計(jì) 算 機(jī) 第 一 節(jié) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 組 成二 、 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 硬 件 組 成一 、 微 型 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 的 組 成硬 件 和 軟 件 兩 大 部 分 組 成 1.存 儲(chǔ) 器 存 儲(chǔ) 器 是 計(jì) 算 機(jī) 中 存 儲(chǔ) 程 序 和 數(shù) 據(jù) 的 部 件 。 計(jì) 算 機(jī) 的 存 儲(chǔ) 器 分 為兩 大 部 分 ， 一 部 分 為 內(nèi) 部 存 儲(chǔ) 器 或 主 存 儲(chǔ) 器 ， 簡(jiǎn) 稱(chēng) 內(nèi) 存 或 主 存 ； 另 一部 分 為 外 部 存 儲(chǔ) 器 或 輔 助 存 儲(chǔ) 器 ， 簡(jiǎn) 稱(chēng)

6、外 存 或 輔 存 。 存 儲(chǔ) 容 量 描 述 存 儲(chǔ) 器 存 儲(chǔ) 二 進(jìn) 制 信 息 量 多 少 的 指 標(biāo) 。 存 儲(chǔ) 二 進(jìn) 制 信息 的 基 本 單 位 是 位 （ bit， b） 。 一 般 把 8個(gè) 二 進(jìn) 制 位 組 成 的通 用 基 本 單 元 叫 作 字 節(jié) （ Byte， B） 。 微 型 計(jì) 算 機(jī) 中 通 常 以字 節(jié) 為 單 位 表 示 存 儲(chǔ) 容 量 。 1024B為 1KB 1024KB為 1MB 1024MB為 1GB 1024GB為 1TB 存 儲(chǔ) 速 度 描 述 存 儲(chǔ) 器 工 作 快 慢 程 度 的 指 標(biāo) ， 它 指 信 息 存 入 存 儲(chǔ) 器 和 從

7、存 儲(chǔ) 器 中 取 出 所 需 要 的 時(shí) 間 。 存 儲(chǔ) 的 類(lèi) 型 半 導(dǎo) 體 存 儲(chǔ) 器 磁 記 錄 存 儲(chǔ) 器 光 盤(pán) 存 儲(chǔ) 器 2.微 處 理 器 微 處 理 器 是 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 運(yùn) 算 和 控 制 指 揮 中 心 。 不 同 的 微 處 理 器 ，其 性 能 有 所 不 同 ， 但 基 本 組 成 是 相 同 的 ， 由 運(yùn) 算 器 、 控 制 器 和 寄 存 器陣 列 三 個(gè) 主 要 部 件 組 成 。 運(yùn) 算 器 執(zhí) 行 算 術(shù) 運(yùn) 算 和 邏 輯 運(yùn) 算 的 部 件 ， 由 累 加 器 （ Accumulator，A） 、 暫 存 器 （ Temporary，

8、TMP） 、 算 術(shù) 邏 輯 單 元 （ Arithmatic Logic Unit， ALU） 、 標(biāo) 志 寄 存 器 （ Flag Registers， F） 和 一 些 邏輯 電 路 組 成 。累 加 器 算 術(shù) 邏 輯 單 元 標(biāo) 志 寄 存 器CF進(jìn) 位 標(biāo) 志 CF= 1 運(yùn) 算 時(shí) 產(chǎn) 生 了 進(jìn) /借 位 0 運(yùn) 算 時(shí) 無(wú) 進(jìn) /借 位 ZF零 標(biāo) 志 ZF= 1 運(yùn) 算 結(jié) 果 為 0 0 運(yùn) 算 結(jié) 果 非 零 SF符 號(hào) 標(biāo) 志 SF= 1 運(yùn) 算 結(jié) 果 為 負(fù) 0 運(yùn) 算 結(jié) 果 為 正 AF輔 助 進(jìn) 位 標(biāo) 志 AF= 1 運(yùn) 算 時(shí) 有 輔 助 進(jìn) /借 位

9、0 運(yùn) 算 時(shí) 無(wú) 輔 助 進(jìn) /借 位 PF奇 偶 標(biāo) 志 PF= 1 運(yùn) 算 結(jié) 果 中 “ 1” 的 個(gè) 數(shù) 為 偶 數(shù) 0 運(yùn) 算 結(jié) 果 中 “ 1” 的 個(gè) 數(shù) 為 奇 數(shù) OF符 號(hào) 標(biāo) 志 OF= 1 有 溢 出0 無(wú) 溢 出 控 制 器 控 制 器 是 指 令 執(zhí) 行 部 件 ， 包 括 取 指 令 、 分 析 指 令 （ 指 令 譯 碼 ） 和執(zhí) 行 指 令 ， 由 指 令 寄 存 器 （ Instruction Register， IR） 、 指 令 譯 碼器 （ Instruction Decoder， ID） 和 定 時(shí) 控 制 電 路 （ Timing and Co

10、ntrol） 等 組 成 。 寄 存 器 陣 列 寄 存 器 陣 列 主 要 包 含 兩 類(lèi) 寄 存 器 ， 一 是 通 用 寄 存 器 ， 供 用 戶(hù) 使 用 ；二 是 一 些 用 途 固 定 的 專(zhuān) 用 寄 存 器 ， 如 程 序 計(jì) 數(shù) 器 、 堆 棧 指 示 器 。程 序 計(jì) 數(shù) 器 PC 用 于 存 放 下 一 條 要 執(zhí) 行 的 指 令 在 存 儲(chǔ) 器 中 存 放 的 地 址 。 堆 棧 和 堆 棧 指 示 器 SP 堆 棧 是 一 塊 設(shè) 在 內(nèi) 存 中 按 先 進(jìn) 后 出 （ First In Last Out， FILO） 原則 組 織 的 存 儲(chǔ) 區(qū) 域 ， 用 于 存 放

11、 數(shù) 據(jù) 。 數(shù) 據(jù) 存 入 棧 區(qū) 稱(chēng) 為 壓 入 （ PUSH） ，從 棧 區(qū) 中 取 出 數(shù) 據(jù) 稱(chēng) 為 彈 出 （ POP） 。 三 、 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 軟 件 組 成 堆 棧 指 示 器 SP用 于 指示 當(dāng) 前 棧 頂 元 素 所 在 的 位置 ， 無(wú) 論 是 壓 棧 還 是 彈 ?？?是 在 棧 頂 進(jìn) 行 的 。 隨 著對(duì) 堆 棧 的 壓 入 和 彈 出 操 作 ，SP的 值 會(huì) 自 動(dòng) 變 化 ， NN-1N-K+1N-K 堆 棧 區(qū)（ K個(gè) 單 元 ）SP 數(shù) 據(jù) 存 放 方 式 為先 進(jìn) 后 出 (FILO)3.輸 入 輸 出 設(shè) 備 輸 入 設(shè) 備 輸 出 設(shè)

12、備 計(jì) 算 機(jī) 的 軟 件 包 含 系 統(tǒng) 軟 件 和 應(yīng) 用 軟 件 兩 部 分 。 系 統(tǒng) 軟 件 是 使 用 和管 理 計(jì) 算 機(jī) 的 軟 件 ， 如 操 作 系 統(tǒng) 、 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 管 理 系 統(tǒng) 、 網(wǎng) 絡(luò) 管 理 系 統(tǒng) 以 及各 種 語(yǔ) 言 處 理 程 序 、 系 統(tǒng) 維 護(hù) 程 序 等 。 應(yīng) 用 軟 件 則 是 用 戶(hù) 根 據(jù) 自 己 的 需要 ， 為 解 決 某 一 實(shí) 際 問(wèn) 題 而 編 制 的 程 序 ， 如 企 業(yè) 的 財(cái) 務(wù) 管 理 、 人 事 管 理 ，設(shè) 備 狀 態(tài) 監(jiān) 測(cè) 的 數(shù) 據(jù) 采 集 與 處 理 等 。 第 二 節(jié) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 硬 件 結(jié)

13、構(gòu)一 、 硬 件 結(jié) 構(gòu) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 在 硬 件 上 普 遍 采 用 總 線(xiàn) 結(jié) 構(gòu) ， 總 線(xiàn) 結(jié) 構(gòu) 使 系 統(tǒng) 構(gòu) 成方 便 ， 并 具 有 很 好 的 可 維 護(hù) 性 和 可 擴(kuò) 展 性 。 二 、 總 線(xiàn) 所 謂 總 線(xiàn) ， 就 是 一 組 用 于 信 息 公 共 傳 輸 的 信 號(hào) 線(xiàn) ， 連 在 總 線(xiàn) 上 的所 有 部 件 均 能 使 用 的 公 共 線(xiàn) 路 ， 但 使 用 必 須 是 分 時(shí) 的 。 按 傳 輸 信 息 方向 ， 總 線(xiàn) 分 為 只 能 單 方 向 傳 輸 信 息 的 單 向 總 線(xiàn) 和 可 以 雙 向 傳 送 信 息 的雙 向 總 線(xiàn) 。 按 傳 輸

14、 信 息 類(lèi) 別 ， 總 線(xiàn) 分 為 傳 輸 數(shù) 據(jù) 信 息 的 數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn)（ Data Bus ,DB） 、 傳 輸 地 址 信 息 的 地 址 總 線(xiàn) （ Address Bus ， AB ）和 傳 輸 控 制 信 息 的 控 制 總 線(xiàn) （ Control Bus, CB） 。三 、 數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn) 、 地 址 總 線(xiàn) 、 控 制 總 線(xiàn)因 為 數(shù) 據(jù) 傳 輸 是 雙 向 的 ， 故 DB是 雙 向 總 線(xiàn) 。 DB的 位 數(shù) 越 寬 ， 一 次 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 信 息 量 就 越 大 ， 8位 DB一 次 只 能傳 輸 1個(gè) 字 節(jié) 的 數(shù) 據(jù) 信 息 ， 而 64位 DB則

15、一 次 可 以 傳 輸 8個(gè) 字 節(jié) 的 數(shù) 據(jù) 信 息 。數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn) DB 因 為 地 址 信 息 總 是 由 微 處 理 器 發(fā) 出 ， 尋 址 存 儲(chǔ) 器 或 外 設(shè) ，故 AB為 單 向 總 線(xiàn) 。 AB的 位 數(shù) 越 寬 ， 尋 址 的 空 間 就 越 大 。 8位 微 處 理 器 的 地 址 總 線(xiàn) 為 16位 ， 即 有 AB15 AB0 16條 地 址線(xiàn) ， 尋 址 范 圍 為 216=64KB； 目 前 生 產(chǎn) 的 微 處 理 器 尋 址 范 圍已 達(dá) 到 64GB。CB包 括 微 處 理 器 向 存 儲(chǔ) 器 發(fā) 送 的 讀 選 通 信 號(hào) RD、 寫(xiě) 選 通信 號(hào) WR

16、， 以 及 外 設(shè) 向 微 處 理 器 發(fā) 送 的 中 斷 請(qǐng) 求 信 號(hào) NMI、INTR等 。 控 制 總 線(xiàn) 的 各 位 作 用 不 同 ， 且 一 般 都 是 單 向 的 。地 址 總 線(xiàn) AB控 制 總 線(xiàn) CB 根 據(jù) 總 線(xiàn) 的 組 織 方 式 ， 可 把 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 硬 件 結(jié) 構(gòu) 分 為 單 總 線(xiàn) 、 面 向 微 處 理 器 雙 總 線(xiàn) 和 面 向 存 儲(chǔ) 器 雙 總 線(xiàn) 結(jié) 構(gòu) 。 單 總 線(xiàn) 結(jié) 構(gòu) 的 微 型 計(jì) 算 機(jī) 面 向 微 處 理 器 的 雙 總 線(xiàn) 結(jié) 構(gòu) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 面 向 存 儲(chǔ) 器 的 雙 總 線(xiàn) 結(jié) 構(gòu) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 第

17、三 節(jié) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 中 的 先 進(jìn) 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù)一 、 中 斷 技 術(shù) 計(jì) 算 機(jī) 暫 停 （ 或 稱(chēng) 為 掛 起 ） 正 在 執(zhí) 行 的 程 序 轉(zhuǎn) 去 處 理 隨 機(jī) 事 件 ，隨 機(jī) 事 件 處 理 完 畢 后 ， 再 恢 復(fù) 執(zhí) 行 原 來(lái) 的 程 序 的 過(guò) 程 稱(chēng) 為 中 斷 。 二 、 流 水 線(xiàn) 技 術(shù) 流 水 線(xiàn) （ Pipeline） 技 術(shù) 是 一 種 將 一 條 指 令 的 執(zhí) 行 過(guò) 程 分 解 為多 個(gè) 步 驟 ， 并 讓 幾 條 指 令 的 不 同 步 驟 操 作 在 時(shí) 間 上 重 疊 ， 從 而 實(shí) 現(xiàn)幾 條 指 令 并 行 處 理 ， 提 高

18、程 序 運(yùn) 行 速 度 的 技 術(shù) 。 每 一 個(gè) 步 驟 均 由 一 個(gè) 獨(dú) 立 的 電 路 來(lái) 完 成 ， 若 干 個(gè) 完 成 不 同 操 作 步 驟 的 電 路 組 成 了 指 令流 水 線(xiàn) 。 三 、 亂 序 執(zhí) 行 技 術(shù) 所 謂 亂 序 執(zhí) 行 （ Out of Order Execution） 技 術(shù) 就 是 允 許 指 令按 照 不 同 于 程 序 中 指 定 的 順 序 發(fā) 送 給 執(zhí) 行 部 件 ， 從 而 加 速 程 序 執(zhí) 行 過(guò)程 的 一 種 最 新 技 術(shù) 。 它 本 質(zhì) 上 是 按 數(shù) 據(jù) 流 驅(qū) 動(dòng) 原 理 工 作 的 （ 傳 統(tǒng) 的 計(jì)算 機(jī) 都 是 按 指

19、令 流 驅(qū) 動(dòng) 原 理 工 作 的 ） ， 根 據(jù) 操 作 數(shù) 是 否 準(zhǔn) 備 好 來(lái) 決 定一 條 指 令 是 否 立 即 執(zhí) 行 。 不 能 立 即 執(zhí) 行 的 指 令 先 擱 置 一 邊 ， 而 把 能 立即 執(zhí) 行 的 后 續(xù) 指 令 提 前 執(zhí) 行 。四 、 推 測(cè) 執(zhí) 行 技 術(shù) 推 測(cè) 執(zhí) 行 技 術(shù) （ 或 稱(chēng) 為 預(yù) 測(cè) 執(zhí) 行 技 術(shù) ） 是 為 了 充 分 發(fā) 揮 流 水 線(xiàn) 與 并 行 執(zhí) 行 技 術(shù) 和 分 支 超 順 序 執(zhí) 行 技 術(shù) 而 采 取 的 一 種 先 進(jìn) 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 。 五 、 高 速 緩 沖 存 儲(chǔ) 器 技 術(shù) 在 32位 微 機(jī) 中 ， 為

20、 了 加 快 處 理 速 度 ， 在 CPU與 主 存 儲(chǔ) 器 之 間 增 設(shè)了 一 級(jí) 或 兩 級(jí) 高 速 小 容 量 存 儲(chǔ) 器 ， 稱(chēng) 之 為 高 速 緩 沖 存 儲(chǔ) 器 （ Cache） 。高 速 緩 沖 存 儲(chǔ) 器 的 存 取 速 度 比 主 存 要 快 一 個(gè) 數(shù) 量 級(jí) ， 大 體 與 CPU的 速度 相 當(dāng) 。 CPU在 取 指 令 或 取 操 作 數(shù) 時(shí) ， 首 先 看 其 是 否 在 高 速 緩 沖 存 儲(chǔ)器 中 ， 不 在 時(shí) 才 訪(fǎng) 問(wèn) 主 存 儲(chǔ) 器 。 指 令 或 操 作 數(shù) 在 高 速 緩 沖 存 儲(chǔ) 器 中時(shí) ， 稱(chēng) 為 “ 命 中 ” ， 反 之 稱(chēng) 為 “

21、未 命 中 ” 。六 、 虛 擬 存 儲(chǔ) 器 技 術(shù) 虛 擬 存 儲(chǔ) 器 技 術(shù) 是 一 種 通 過(guò) 硬 件 和 軟 件 結(jié) 合 擴(kuò) 大 用 戶(hù) 可 用 存 儲(chǔ) 空 間 的 技 術(shù) 。 它 在 內(nèi) 存 儲(chǔ) 器 和 外 存 儲(chǔ) 器 （ 軟 盤(pán) 、 硬 盤(pán) 或 光 盤(pán) ） 之 間 增 加一 些 的 硬 件 和 軟 件 ， 使 兩 者 形 成 一 個(gè) 有 機(jī) 整 體 。 第 四 節(jié) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 主 要 性 能 指 標(biāo) 及 典 型 微 型 計(jì) 算 機(jī) 一 、 主 要 性 能 指 標(biāo)字 長(zhǎng) 存 儲(chǔ) 容 量運(yùn) 算 速 度外 設(shè) 擴(kuò) 展 能 力軟 件 配 置指 計(jì) 算 機(jī) 內(nèi) 部 一 次 可 以

22、 處 理 的 二 進(jìn) 制 數(shù) 碼 的 位 數(shù) 。 計(jì) 算 機(jī) 的 運(yùn) 算 速 度 一 般 用 每 秒 鐘 所 能 執(zhí) 行 的 指 令 條 數(shù) 來(lái)表 示 。 由 于 不 同 類(lèi) 型 的 指 令 的 執(zhí) 行 時(shí) 間 不 同 ， 因 而 運(yùn) 算速 度 的 計(jì) 算 方 法 也 不 同 ， 指 微 型 計(jì) 算 機(jī) 配 接 各 種 外 部 設(shè) 備 的 可 能 性 、 靈 活 性和 適 應(yīng) 性 。 軟 件 是 計(jì) 算 機(jī) 的 重 要 組 成 部 分 ， 它 配 置 是 否 齊 全 ， 直 接關(guān) 系 到 計(jì) 算 機(jī) 性 能 的 好 壞 和 效 率 的 高 低 。 二 、 PC系 列 微 機(jī) 簡(jiǎn) 介 （ 教 材

23、 P15 P17 自 學(xué) ）三 、 PC486硬 件 特 點(diǎn) （ 教 材 P17 P21 自 學(xué) ）四 、 PC Pentium的 硬 件 特 點(diǎn) （ 教 材 P21 P22 自 學(xué) ） 第 二 章 Intel系 列 微 處 理 器 第 一 節(jié) Intel系 列 微 處 理 器 概 述 第 二 節(jié) 80486微 處 理 器 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 第 三 節(jié) Pentium微 處 理 器 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 一 、 8086 8088 微 處 理 器 8086 是 標(biāo) 準(zhǔn) 16位 微 處 理 器 ， 內(nèi) 外 數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn) 都 為 16位 ； 8088 是 準(zhǔn)16位 微 處 理 器 ， 內(nèi) 數(shù) 據(jù)

24、 總 線(xiàn) 為 16位 ， 外 數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn) 為 8位 。 8086 8088 除 了 外 數(shù) 據(jù) 位 數(shù) 及 與 此 相 關(guān) 的 部 分 邏 輯 稍 有 不 同 外 ， 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 和 基 本性 能 相 同 ， 指 令 系 統(tǒng) 完 全 兼 容 。 在 8086 8088的 設(shè) 計(jì) 中 ， 引 人 了 兩 個(gè) 重 要 的 概 念 ： 指 令 流 水 線(xiàn) 存 儲(chǔ) 器 分 段 這 兩 個(gè) 概 念 在 以 后 升 級(jí) 的 INTEL系 列 微 處 理 器 中 一 直 被 沿 用 和 發(fā) 展 。正 是 這 兩 個(gè) 概 念 的 引 入 ， 使 8086 8088 與 原 來(lái) 的 8位 微 處 理 器

25、 相 比 ， 在運(yùn) 行 速 度 、 處 理 能 力 和 對(duì) 存 儲(chǔ) 空 間 訪(fǎng) 問(wèn) 等 性 能 方 面 有 很 大 提 高 。第 一 節(jié) Intel系 列 微 處 理 器 概 述 8086/8088內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 總 線(xiàn) 接 口 單 元 BIU由 段 寄 存 器 （ CS、 DS、 SS、 ES） 、 指 令 指 針 寄 存 器（ IP） 、 內(nèi) 部 暫 存 器 、 指 令 隊(duì) 列 、 地 址 加 法 器 及 總 線(xiàn) 控 制 電 路 組 成 。 它的 主 要 作 用 是 負(fù) 責(zé) 執(zhí) 行 所 有 的 “ 外 部 總 線(xiàn) ” 操 作 ， 即 當(dāng) EU從 指 令 隊(duì) 列 中取 走 指 令

26、 時(shí) ， BIU即 從 內(nèi) 存 中 取 出 后 續(xù) 的 指 令 代 碼 放 入 隊(duì) 列 中 ； 當(dāng) EU需 要數(shù) 據(jù) 時(shí) ， BIU根 據(jù) EU輸 出 的 地 址 ， 從 指 定 的 內(nèi) 存 單 元 或 外 設(shè) 中 取 出 數(shù) 據(jù) 供EU使 用 ； 當(dāng) 運(yùn) 算 結(jié) 束 時(shí) ， BIU將 運(yùn) 算 結(jié) 果 送 給 指 定 的 內(nèi) 存 單 元 或 外 設(shè) 。指 令 隊(duì) 列 主 要 使 8086/8088的 EU和 BIU并 行 工 作 ， 取 指 令 操 作 、 分 析 指 令操 作 重 疊 進(jìn) 行 ， 從 而 形 成 了 兩 級(jí) 指 令 流 水 線(xiàn) 結(jié) 構(gòu) ， 減 少 了 CPU為 取 指 令 而

27、必 須 等 待 的 時(shí) 間 ， 提 高 了 CPU的 利 用 率 ， 加 快 了 整 機(jī) 運(yùn) 行 速 度 ， 也 降 低 了對(duì) 存 儲(chǔ) 器 存 取 速 度 的 要 求 。執(zhí) 行 單 元 EU 由 通 用 寄 存 器 、 運(yùn) 算 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 、 算 術(shù) 邏 輯 單 元 （ ALU） 及EU控 制 電 路 組 成 。 它 的 主 要 作 用 是 分 析 和 執(zhí) 行 指 令 ， 即 EU控 制 電 路 從 指令 隊(duì) 列 取 出 指 令 代 碼 ， 經(jīng) 譯 碼 ， 發(fā) 出 相 應(yīng) 的 控 制 信 號(hào) ； 數(shù) 據(jù) 在 ALU中 進(jìn)行 運(yùn) 算 ； 運(yùn) 算 過(guò) 程 及 結(jié) 果 的 某 些 特 征 保

28、 留 在 標(biāo) 志 寄 存 器 （ EFLAGS） 中 。 段 寄 存 器 為 8086/8088采 用 存 儲(chǔ) 器 分 段 管 理 提 供 了 主 要 的 硬 件 支 持 。8086/8088可 尋 址 的 存 儲(chǔ) 器 空 間 為 1MB。 通 過(guò) 分 段 管 理 ， 把 1MB的 物 理 存 儲(chǔ)空 間 分 成 若 干 邏 輯 段 ， 每 段 最 大 為 64KB。 段 的 起 始 單 元 地 址 叫 段 基 址 。 存 儲(chǔ) 器 的 分 段 方 式 不 是 唯 一 的 ， 各 段 之 間 可 以 連 續(xù) 、 分 離 、 部 分 重 疊和 完 全 重 疊 。 這 主 要 取 決 于 對(duì) 各 個(gè)

29、段 寄 存 器 的 預(yù) 置 內(nèi) 容 。 一 個(gè) 具 體 的 存 儲(chǔ)單 元 的 物 理 地 址 ， 可 以 屬 于 一 個(gè) 邏 輯 段 ， 也 可 以 同 屬 于 幾 個(gè) 邏 輯 段 。 8086/8088的 4個(gè) 當(dāng) 前 段 分 別 稱(chēng) 為 ： 代 碼 段 、 數(shù) 據(jù) 段 、 堆 棧 段 、 附 加 段 采 用 存 儲(chǔ) 器 分 段 管 理 后 ， 存 儲(chǔ) 器 地 址 有 物 理 地 址 和 邏 輯 地 址 之 分 。 CPU訪(fǎng) 問(wèn) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 地 址 總 線(xiàn) AB上 送 出 的 是 物 理 地 址 。 編 程 時(shí) 則 采 用 邏 輯 地 址 ， 邏 輯 地 址 有 段 基 址 和 段

30、內(nèi) 偏 移 地 址 兩 部 分 組成 ， 兩 者 都 是 16位 。 由 16位 邏 輯 地 址 變 換 為 20位 物 理 地 址 的 關(guān) 系 如 下 ：物 理 地 址 =段 基 址 *16+段 內(nèi) 偏 移 物 理 地 址 的 生 成 是 在 BIU的 地 址 加 法 器 中 完 成 的 。 物 理 地 址 生 成 示 意 圖 二 、 80286微 處 理 器 80286是 一 種 增 強(qiáng) 微 處 理 器 型 標(biāo) 準(zhǔn) 16位 微 處 理 器 。 與 8086/8088相 比 ，結(jié) 構(gòu) 上 的 改 進(jìn) 與 性 能 上 的 提 高 主 要 體 現(xiàn) 在 以 下 幾 個(gè) 方 面 ： 內(nèi) 部 有 執(zhí)

31、行 單 元 （ EU） 、 總 線(xiàn) 單 元 （ BU） 、 指 令 單 元 （ IU） 和 地址 單 元 （ AU） 4個(gè) 獨(dú) 立 的 部 分 并 行 操 作 ， 可 實(shí) 現(xiàn) 4級(jí) 流 水 線(xiàn) 作 業(yè) ， 使 數(shù) 據(jù)吞 吐 率 大 大 提 高 。 地 址 總 線(xiàn) 與 數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn) 完 全 分 開(kāi) 使 用 。 存 儲(chǔ) 空 間 有 兩 種 工 作 方 式 ： 實(shí) 地 址 方 式 和 保 護(hù) 虛 擬 地 址 方 式 （ 保護(hù) 方 式 ） 。 實(shí) 地 址 方 式 有 1MB的 空 間 ； 保 護(hù) 方 式 有 16MB的 空 間 。 在 保 護(hù) 方 式 下 ， 4個(gè) 段 寄 存 器 裝 入 的 不 再

32、 是 段 基 址 ， 而 是 指 向 段 描 述 符 表 中 某 個(gè) 段 描 述 符 的 索 引 值 ， 稱(chēng) 為 段 選 擇 符 。 總 之 ， 80286主 要 是 增 強(qiáng) 了 多 用 戶(hù) 、 多 任 務(wù) 系 統(tǒng) 所 必 須 的 任 務(wù) 轉(zhuǎn) 換 功能 、 虛 擬 存 儲(chǔ) 器 管 理 功 能 和 多 種 保 護(hù) 功 能 ， 不 僅 運(yùn) 算 速 度 大 為 提 高 ， 而且 支 持 多 用 戶(hù) 、 多 任 務(wù) 操 作 。 三 、 80386/80486微 處 理 器 80386/80486是 針 對(duì) 多 用 戶(hù) 和 多 任 務(wù) 的 應(yīng) 用 而 推 出 的 32位 微 處 理 器 ，與 80286

33、相 比 ， 它 在 結(jié) 構(gòu) 和 性 能 上 的 主 要 特 點(diǎn) 如 下 ： 內(nèi) 部 寄 存 器 數(shù) 量 明 顯 增 加 ， 它 具 有 全 32位 數(shù) 據(jù) 處 理 能 力 ， 還 可 以 進(jìn) 行64位 的 數(shù) 據(jù) 運(yùn) 算 。 片 內(nèi) 存 儲(chǔ) 管 理 部 件 可 實(shí) 現(xiàn) 段 頁(yè) 式 存 儲(chǔ) 管 理 ， 比 80286可 提 供 更 大 的 虛 擬存 儲(chǔ) 空 間 和 物 理 存 儲(chǔ) 空 間 。 比 80286新 增 了 一 種 保 護(hù) 模 式 下 的 工 作 方 式 ， 即 虛 擬 8086方 式 。 80486增 加 到 6級(jí) 指 令 流 水 線(xiàn) 。 提 供 了 32位 外 部 總 線(xiàn) 接 口

34、， 最 大 數(shù) 據(jù) 傳 輸 速 率 顯 著 提 高 。 運(yùn) 算 速 度 大 大 加 快 。 四 、 Pentium 微 處 理 器 Pentium 是 一 種 高 性 能 的 64位 微 處 理 器 ， 它 對(duì) 80486作 了 下 列 重 大的 改 進(jìn) ： 采 用 超 標(biāo) 量 體 系 結(jié) 構(gòu) ， 內(nèi) 含 兩 條 指 令 流 水 線(xiàn) 。 內(nèi) 置 的 浮 點(diǎn) 運(yùn) 算 部 件 采 用 超 流 水 線(xiàn) 技 術(shù) 。 增 加 了 分 支 指 令 預(yù) 測(cè) 。 內(nèi) 置 了 指 令 和 數(shù) 據(jù) 兩 個(gè) 獨(dú) 立 的 超 流 水 線(xiàn) 技 術(shù) 。 采 用 64位 外 部 數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn) 。 引 入 了 大 型 計(jì)

35、算 機(jī) 中 采 用 的 內(nèi) 部 錯(cuò) 誤 檢 測(cè) 、 功 能 冗 余 校 驗(yàn) 和 錯(cuò) 誤 報(bào) 告等 自 診 斷 功 能 。 進(jìn) 行 了 更 多 的 可 測(cè) 性 設(shè) 計(jì) 。 提 供 了 獨(dú) 特 的 性 能 監(jiān) 察 功 能 ， 以 利 于 軟 、 硬 件 產(chǎn) 品 的 優(yōu) 化 和 升 級(jí) 。 提 供 了 靈 活 的 存 儲(chǔ) 器 頁(yè) 面 管 理 功 能 。 第 二 節(jié) 80486微 處 理 器 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 一 、 80486的 體 系 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 80486是 32位 高 性 能 處 理 器 ， 它 以 提 高 性 能 和 面 向 多 處 理 器 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu)為 主 要 目 標(biāo) ， 它 具

36、 有 如 下 的 特 點(diǎn) ： 80486采 用 的 是 單 倍 的 時(shí) 鐘 頻 率 ， 即 在 80486CPU的 CLK端 輸 入 的 外 部時(shí) 鐘 頻 率 就 是 其 內(nèi) 部 處 理 器 的 工 作 時(shí) 鐘 頻 率 。 內(nèi) 部 包 含 有 8K字 節(jié) 的 指 令 /數(shù) 據(jù) 合 用 型 高 速 緩 存 器 。 內(nèi) 部 包 含 了 相 當(dāng) 于 增 強(qiáng) 型 80387功 能 的 浮 點(diǎn) 協(xié) 處 理 器 。 對(duì) 使 用 頻 率 較 高 的 基 本 指 令 ， 由 原 來(lái) 的 微 代 碼 控 制 改 為 硬 件 邏 輯 直 接 控 制 ， 并 在 指 令 執(zhí) 行 單 元 采 用 了 RISC技 術(shù)

37、和 流 水 線(xiàn) 技 術(shù) 。 采 用 了 突 發(fā) 式 總 線(xiàn) 傳 輸 方 式 。 內(nèi) 部 數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn) 的 寬 度 有 32位 、 64位 等 多 種 ， 并 分 別 用 于 不 同 單 元 之間 的 數(shù) 據(jù) 通 路 對(duì) 某 些 內(nèi) 部 寄 存 器 中 部 分 位 的 內(nèi) 容 進(jìn) 行 了 變 動(dòng) 和 增 加 。 面 向 多 處 理 器 結(jié) 構(gòu) ， 在 總 線(xiàn) 接 口 部 件 上 增 加 了 總 線(xiàn) 監(jiān) 視 功 能 ， 增 加 了支 持 多 機(jī) 操 作 的 指 令 。 二 、 80486的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 與 內(nèi) 部 寄 存 器 1、 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 總 線(xiàn) 接 口 單 元 主 要 用 于 外

38、部 地 址 、 數(shù) 據(jù) 和 控 制 總 線(xiàn) 管 理 ， 完 成 預(yù) 取 指 令 、 讀 /寫(xiě)數(shù) 據(jù) 等 總 線(xiàn) 操 作 。 指 令 預(yù) 取 單 元 內(nèi) 含 一 個(gè) 32字 節(jié) 的 指 令 預(yù) 取 隊(duì) 列 ， 當(dāng) 指 令 預(yù) 取 隊(duì) 列 不 滿(mǎn) 且 總 線(xiàn) 空閑 時(shí) ， 指 令 預(yù) 取 單 元 通 過(guò) 總 線(xiàn) 接 口 單 元 從 存 儲(chǔ) 器 讀 取 指 令 放 到 隊(duì) 列 中 。 指 令 預(yù) 取 單 元 平 均 可 以 預(yù) 取 10條 指 令 。 指 令 譯 碼 單 元 從 指 令 預(yù) 取 隊(duì) 列 中 讀 取 指 令 ， 進(jìn) 行 預(yù) 譯 碼 后 將 其 送 入 已 譯 碼 的 指 令 隊(duì)列 等

39、待 執(zhí) 行 。 如 果 預(yù) 譯 碼 時(shí) 發(fā) 現(xiàn) 是 轉(zhuǎn) 移 或 調(diào) 用 指 令 ， 可 提 前 通 知 總 線(xiàn) 接 口部 件 去 新 的 目 標(biāo) 地 址 取 指 令 ， 以 刷 新 指 令 預(yù) 取 隊(duì) 列 。 指 令 執(zhí) 行 單 元 完 成 各 種 算 術(shù) 邏 輯 運(yùn) 算 和 變 址 地 址 生 成 。 在 控 制 單 元 中 ， 大 多 數(shù) 指令 采 用 微 程 序 控 制 結(jié) 構(gòu) 執(zhí) 行 ， 常 用 基 本 指 令 采 用 硬 件 邏 輯 控 制 執(zhí) 行 。 段 管 理 單 元用 于 存 儲(chǔ) 器 分 段 管 理 ， 將 邏 輯 地 址 變 換 為 32位 線(xiàn) 性 地 址 。 頁(yè) 管 理 單

40、 元用 于 進(jìn) 行 存 儲(chǔ) 器 分 頁(yè) 管 理 ， 將 線(xiàn) 性 地 址 變 換 為 32位 物 理 地 址 。 高 速 緩 存 單 元 浮 點(diǎn) 運(yùn) 算 單 元用 于 加 速 指 令 /數(shù) 據(jù) 的 訪(fǎng) 問(wèn) 過(guò) 程 。 相 當(dāng) 于 一 個(gè) 增 強(qiáng) 型 浮 點(diǎn) 協(xié) 處 理 器 80387， 專(zhuān) 門(mén) 用 作 浮 點(diǎn) 運(yùn) 算 ， 可 與 ALU的 整 數(shù) 運(yùn) 算 并 行 進(jìn) 行 。 80486的 流 水 線(xiàn) 工 作 示 意 圖 2.內(nèi) 部 寄 存 器 1） 基 本 寄 存 器 通 用 寄 存 器 指 令 指 針 寄 存 器 （ EIP） 有 8個(gè) 32位 的 EAX、 EBX、 ECX、 EDX、 ES

41、I、 EDI、 EBP、 ESP； 它 們 的 低16位 可 以 單 獨(dú) 訪(fǎng) 問(wèn) 被 命 名 為 ： AX、 BX、 CX、 DX、 SI、 DI、 BP、 SP。 其 中AX、 BX、 CX、 DX還 可 以 分 別 分 成 兩 個(gè) 8位 寄 存 器 ： AH、 AL、 BH、 BL、 CH、CL、 DH、 DL。 EIP用 于 保 存 下 一 條 待 預(yù) 取 指 令 相 對(duì) 于 代 碼 段 基 址 的 偏 移 量 。 它 的低 16位 可 以 單 獨(dú) 訪(fǎng) 問(wèn) ， 稱(chēng) 之 為 IP 標(biāo) 志 寄 存 器 （ EFLAGS） ： 32位 標(biāo) 志 寄 存 器 （ EFLAGS） 中 包 含 三 種

42、 標(biāo) 志 ： 狀 態(tài) 標(biāo) 志 （ S） 、 控制 標(biāo) 志 （ C） 和 系 統(tǒng) 標(biāo) 志 （ X） 。 段 寄 存 器 ：狀 態(tài) 標(biāo) 志 （ S） ： 反 映 指 令 執(zhí) 行 過(guò) 程 及 結(jié) 果 的 狀 態(tài) ?？?制 標(biāo) 志 （ C） ： 它 僅 含 一 個(gè) 標(biāo) 志 DF， 用 于 控 制 串 操 作 指 令 的 地 址 改 變 方 向 。系 統(tǒng) 標(biāo) 志 （ X） ： 它 用 于 控 制 I/O、 屏 蔽 中 斷 、 調(diào) 試 、 任 務(wù) 轉(zhuǎn) 換 和 控 制 保 護(hù)方 式 與 虛 擬 8086方 式 間 的 轉(zhuǎn) 換 。 80486有 6個(gè) 段 寄 存 器 （ CS、 SS、 DS、 ES、 FS、

43、 GS） ， 用 于 決 定 程 序 使用 存 儲(chǔ) 器 區(qū) 域 塊 。 其 中 CS指 明 當(dāng) 前 的 代 碼 段 ； SS指 明 當(dāng) 前 的 堆 棧 段 ； DS、ES、 FS和 GS指 明 當(dāng) 前 的 4個(gè) 數(shù) 據(jù) 段 。 在 保 護(hù) 方 式 下 ， 80486段 的 長(zhǎng) 度 可 以 在 1M字 節(jié) 到 4G字 節(jié) 之 間 變 化 ； 而在 實(shí) 地 址 方 式 下 ， 段 的 長(zhǎng) 度 最 大 為 64KB。 基 本 寄 存 器 示 意 圖 2)系 統(tǒng) 級(jí) 寄 存 器 系 統(tǒng) 級(jí) 寄 存 器 包 括 4個(gè) 控 制 寄 存 器 和 4個(gè) 系 統(tǒng) 地 址 寄 存 器 。 這 些 寄 存器 只 能

44、 由 在 特 權(quán) 級(jí) 0上 運(yùn) 行 的 程 序 訪(fǎng) 問(wèn) 。 4個(gè) 控 制 寄 存 器 的 作 用 是 存 放 全 局 特 性 的 機(jī) 器 狀 態(tài) ， 控 制 片 內(nèi) Cache、FPU和 分 段 、 分 頁(yè) 單 元 的 工 作 。 各 個(gè) 控 制 寄 存 器 都 是 32位 。 控 制 寄 存 器 系 統(tǒng) 地 址 寄 存 器 系 統(tǒng) 地 址 寄 存 器 只 在 保 護(hù) 方 式 下 使 用 ， 所 以 又 叫 保 護(hù) 方 式 寄 存 器 。80486用 4個(gè) 寄 存 器 把 在 保 護(hù) 方 式 下 常 用 的 數(shù) 據(jù) 基 地 址 、 界 限 和 其 他 屬 性 保存 起 來(lái) ， 以 確 保 其

45、快 速 性 。 全 局 描 述 符 表 寄 存 器 （ GDTR） 和 局 部 描 述 符 表 寄 存 器 （ LDTR） 分 別 用 來(lái) 存 放 前 述 的 GDT和 LDT的 32位 線(xiàn) 性 基 地 址 等 內(nèi) 容 。中 斷 描 述 符 表 寄 存 器 （ IDTR） 用 來(lái) 存 放 中 斷 描 述 符 表 的 基 址 和 界 限 。任 務(wù) 寄 存 器 TR用 來(lái) 存 放 任 務(wù) 狀 態(tài) 段 （ TTS） 的 基 址 、 界 限 和 其 它 屬 性 。 調(diào) 試 和 測(cè) 試 寄 存 器 80486提 供 了 8個(gè) 32位 的 可 編 程 寄 存 器 來(lái) 支 持 調(diào) 試 功 能 。 它 還 定

46、 義 了 5個(gè) 測(cè) 試 寄 存 器 ， 測(cè) 試 寄 存 器 實(shí) 際 上 并 不 是 80486體 系 結(jié) 構(gòu) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 部 分 ， 只是 為 了 增 強(qiáng) 系 統(tǒng) 的 可 測(cè) 性 而 引 入 的 附 加 硬 件 。 浮 點(diǎn) 寄 存 器 13個(gè) 浮 點(diǎn) 寄 存 器 ， 8個(gè) 80位 浮 點(diǎn) 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 用 作 固 定 寄 存 器 組 或 硬 件堆 棧 ， 1個(gè) 16位 標(biāo) 記 字 寄 存 器 用 來(lái) 標(biāo) 記 每 個(gè) 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 的 內(nèi) 容 ， 1個(gè)16位 控 制 寄 存 器 用 于 提 供 FPU的 若 干 處 理 選 擇 項(xiàng) ， 1個(gè) 16位 狀 態(tài) 寄 存 器用 于 反 映

47、FPU的 總 狀 態(tài) ， 2個(gè) 48位 的 指 令 、 數(shù) 據(jù) 指 針 寄 存 器 的 作 用 是 為用 戶(hù) 編 寫(xiě) 錯(cuò) 誤 處 理 程 序 提 供 指 令 、 數(shù) 據(jù) 指 針 。 80486的 FPU中 包 含 有 ： 三 、 80486的 三 種 工 作 方 式 及 相 互 轉(zhuǎn) 換 （ 1） 實(shí) 地 址 方 式 ： 它 的 工 作 原 理 與 8086基 本 相 同 ， 主 要 區(qū) 別 是 80486能 借 助 操 作 數(shù) 長(zhǎng) 度前 綴 ， 處 理 32位 數(shù) 據(jù) ， 且 增 加 了 兩 個(gè) 數(shù) 據(jù) 段 寄 存 器 FS和 GS， 提 高 了 運(yùn) 行速 度 。（ 2） 保 護(hù) 虛 地 址

48、方 式 ：（ 3） 虛 擬 8086方 式 ： 它 引 入 了 虛 擬 存 儲(chǔ) 器 的 概 念 。 CPU可 訪(fǎng) 問(wèn) 的 物 理 存 儲(chǔ) 空 間 為 4GB， 程 序可 用 的 虛 擬 地 址 空 間 為 64TB。 段 的 長(zhǎng) 度 在 啟 動(dòng) 頁(yè) 功 能 時(shí) 是 4GB， 不 啟 動(dòng) 頁(yè)功 能 時(shí) 是 1MB。 可 支 持 多 用 戶(hù) 和 單 用 戶(hù) 的 多 任 務(wù) 操 作 ， 并 對(duì) 各 任 務(wù) 提 供 了多 方 面 的 保 護(hù) 機(jī) 制 。 它 是 一 種 既 有 保 護(hù) 功 能 又 能 執(zhí) 行 8086代 碼 的 工 作 方 式 ， 可 以 說(shuō) 是 保 護(hù)方 式 的 一 種 子 方 式

49、。 工 作 原 理 與 保 護(hù) 虛 擬 地 址 方 式 下 相 同 ， 但 是 程 序 指 定的 邏 輯 地 址 解 釋 與 8086相 同 ， 即 可 以 和 實(shí) 地 址 方 式 下 一 樣 執(zhí) 行 8086的 應(yīng) 用程 序 。 80486的 三 種 工 作 方 式 和 相 互 轉(zhuǎn) 換 示 意 圖 四 、 80486的 外 部 引 腳 信 號(hào) 第 三 節(jié) Pentium 微 處 理 器 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 一 、 Pentium 微 處 理 器 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) Pentium 微 處 理 器 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) Pentium微 處 理 器 是 Intel公 司 繼 80486之 后 推

50、 出 的 64位 高 性 能 微 處 理器 ， 它 具 有 超 標(biāo) 量 體 系 結(jié) 構(gòu) 、 分 支 預(yù) 測(cè) 先 進(jìn) 技 術(shù) 的 采 用 ， 分 開(kāi) 的 指 令 、 數(shù)據(jù) 高 速 緩 沖 存 儲(chǔ) 器 ， 以 及 128位 、 256位 內(nèi) 部 數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn) ， 64位 可 成 組 傳 送 的外 部 總 線(xiàn) 等 特 點(diǎn) 。 Pentium微 處 理 器 由 總 線(xiàn) 部 件 、 代 碼 Cache、 指 令 Cache、 預(yù) 取 緩 沖 存儲(chǔ) 器 、 指 令 譯 碼 部 件 、 整 數(shù) 運(yùn) 算 部 件 、 浮 點(diǎn) 運(yùn) 算 部 件 等 功 能 部 件 組 成 。二 、 Pentium 微 處 理 器

51、 的 整 數(shù) 流 水 線(xiàn) Pentium微 處 理 器 的 整 數(shù) 流 水 線(xiàn) 與 80486微 處 理 器 的 非 常 類(lèi) 似 ， 其 流水 線(xiàn) 操 作 由 預(yù) 取 PF、 首 次 譯 碼 DI、 二 次 譯 碼 DI、 執(zhí) 行 EX和 寫(xiě) 回 WB共 5個(gè) 操作 步 驟 組 成 。 它 在 流 水 線(xiàn) 中 增 加 了 一 些 輔 助 性 硬 件 以 加 速 指 令 的 執(zhí) 行 。 （ 1） 超 標(biāo) 量 執(zhí) 行 Pentium微 處 理 器 配 置 的 超 標(biāo) 量 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 允 許 兩 條 指 令 以 并 行 方 式執(zhí) 行 。 采 用 的 技 術(shù) 是 把 生 成 地 址 的 硬 件 和

52、 算 術(shù) 運(yùn) 算 邏 輯 運(yùn) 算 部 件 配 置成 兩 個(gè) 各 自 獨(dú) 立 的 整 數(shù) 流 水 線(xiàn) ， 一 個(gè) 叫 U流 水 線(xiàn) ， 另 一 個(gè) 叫 V流 水 線(xiàn) 。 Pentium微 處 理 器 的 片 內(nèi) Cache是 分 離 式 的 Cache， 即 指 令 代 碼Cache和 數(shù) 據(jù) Cache是 各 自 獨(dú) 立 的 片 內(nèi) Cache。 當(dāng) 執(zhí) 行 部 件 對(duì) 存 儲(chǔ) 器 進(jìn) 行 訪(fǎng) 問(wèn) 時(shí) ， 由 指 令 Cache和 數(shù) 據(jù) Cache分 別 提 供 指 令 代 碼 信 息 和 數(shù) 據(jù) 信 息 ?？?線(xiàn) 接 口 部 件 內(nèi) 包 括 了 各 自 獨(dú) 立 的 32位 地 址 總 線(xiàn)

53、和 64位 數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn) 。Pentium微 處 理 器 的 預(yù) 取 緩 沖 部 件 內(nèi) 包 括 了 指 令 預(yù) 取 和 指 令 譯 碼 兩 個(gè) 子功 能 部 件 。 Pentium微 處 理 器 采 用 了 預(yù) 測(cè) 新 技 術(shù) 。 為 了 支 持 這 項(xiàng) 新 技 術(shù) ， 芯 片內(nèi) 裝 備 有 兩 個(gè) 預(yù) 取 緩 沖 存 儲(chǔ) 器 ， 一 個(gè) 是 以 線(xiàn) 性 方 式 來(lái) 預(yù) 取 代 碼 ， 另 一 個(gè)則 根 據(jù) 轉(zhuǎn) 移 目 標(biāo) 緩 沖 存 儲(chǔ) 器 BTB預(yù) 取 代 碼 。（ 2） 轉(zhuǎn) 移 預(yù) 測(cè) 判 斷 三 、 Pentium 微 處 理 器 的 浮 點(diǎn) 流 水 線(xiàn) （ 1） 浮 點(diǎn) 流 水

54、線(xiàn) 操 作（ 2） 浮 點(diǎn) 流 水 線(xiàn) 微 體 系 結(jié) 構(gòu) Pentium浮 點(diǎn) 流 水 線(xiàn) 由 預(yù) 取 PF、 首 次 譯 碼 D1、 二 次 譯 碼 D2、 取 操 作 數(shù) 、首 次 執(zhí) 行 X1、 二 次 執(zhí) 行 X2、 寫(xiě) 浮 點(diǎn) 數(shù) WF和 出 錯(cuò) 報(bào) 告 ER共 8個(gè) 操 作 步 驟 組 成 。其 中 預(yù) 取 PF和 首 次 譯 碼 Dl這 兩 個(gè) 操 作 步 驟 與 整 數(shù) 流 水 線(xiàn) 中 的 前 兩 個(gè) 操 作 步驟 公 用 同 一 硬 件 資 源 。 對(duì) “ 基 本 ” 浮 點(diǎn) 指 令 來(lái) 說(shuō) ， 也 允 許 單 周 期 通 過(guò) ， 也 就 是 說(shuō) 能 以 每 個(gè) 時(shí)鐘 執(zhí)

55、行 一 條 指 令 的 速 率 執(zhí) 行 。 Pentium微 處 理 器 的 浮 點(diǎn) 流 水 線(xiàn) 由 浮 點(diǎn) 接 口 、 寄 存 器 組 及 控 制 部 件 FIRC、 浮 點(diǎn) 指 數(shù) 功 能 部 件 FEXP、 浮 點(diǎn) 乘 法 部 件 FMUL、 浮 點(diǎn) 加 法 部 件 FADD、浮 點(diǎn) 除 法 部 件 FDIV以 及 浮 點(diǎn) 舍 入 處 理 部 件 PFRND共 7個(gè) 部 件 組 成 。 四 、 Pentium 微 處 理 器 的 片 內(nèi) Cache Pentium采 用 了 代 碼 和 數(shù) 據(jù) 各 自 獨(dú) 立 的 分 離 式 Cache 。 每 一 種 Cache的 規(guī) 模 大 小 均

56、為 8K字 節(jié) ， 采 用 的 是 二 路 相 聯(lián) 的 映 像 技 術(shù) ， 每 個(gè) Cache行 大小 為 32個(gè) 字 節(jié) 。 在 每 一 個(gè) Cache內(nèi) ， 都 裝 備 有 一 個(gè) 專(zhuān) 用 的 轉(zhuǎn) 換 旁 視 緩 沖 存儲(chǔ) 器 TLB， 用 來(lái) 快 速 地 將 線(xiàn) 性 地 址 轉(zhuǎn) 換 成 物 理 地 址 。 它 遵 循 MESI協(xié) 議 ， 既 可 以 將 數(shù) 據(jù) Cache根 據(jù) 寫(xiě) 回 方 案 進(jìn) 行 配 置 ， 也 可 以將 數(shù) 據(jù) Cache根 據(jù) 逐 行 寫(xiě) 貫 穿 方 案 進(jìn) 行 配 置 。 數(shù) 據(jù) Cache的 標(biāo) 記 是 三 端 口 式的 結(jié) 構(gòu) ， 以 支 持 兩 個(gè) 數(shù)

57、據(jù) 的 傳 送 和 所 訪(fǎng) 問(wèn) 的 周 期 是 在 同 一 時(shí) 鐘 周 期 之 內(nèi) 。 指 令 代 碼 Cache是 一 個(gè) 固 有 的 寫(xiě) 保 護(hù) Cache， 指 令 代 碼 Cache的 標(biāo) 記 是三 端 口 式 的 結(jié) 構(gòu) ， 以 便 對(duì) Cache操 作 實(shí) 施 監(jiān) 視 和 對(duì) 分 割 行 的 訪(fǎng) 問(wèn) 提 供 支 持 。 Pentium的 數(shù) 據(jù) Cache支 持 U流 水 線(xiàn) 和 V流 水 線(xiàn) 的 二 元 訪(fǎng) 問(wèn) ， 以 便 支 持輔 助 帶 寬 和 簡(jiǎn) 化 編 譯 程 序 的 指 令 調(diào) 度 算 法 。 五 、 Pentium 微 處 理 器 的 新 型 體 系 結(jié) 構(gòu) Pent

58、ium微 處 理 機(jī) 把 數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn) 增 至 64位 ， 以 改 善 數(shù) 據(jù) 的 傳 送 速 率 ， 同 時(shí)支 持 成 組 讀 周 期 和 成 組 寫(xiě) 回 周 期 ， 除 此 之 外 ， Pentium微 處 理 器 還 增 設(shè) 了 總線(xiàn) 周 期 流 水 線(xiàn) ， 它 允 許 兩 個(gè) 總 線(xiàn) 周 期 同 時(shí) 進(jìn) 行 。 Pentium存 儲(chǔ) 管 理 部 件 還 擁有 可 選 擇 的 體 系 結(jié) 構(gòu) ， 允 許 頁(yè) 的 大 小 達(dá) 到 4M字 節(jié) Pentium微 處 理 器 增 加 了 對(duì) 有 效 數(shù) 據(jù) 的 完 整 性 檢 測(cè) 和 對(duì) 錯(cuò) 誤 的 檢 測(cè) 能 力 ，對(duì) 逐 字 節(jié) 數(shù) 據(jù)

59、奇 偶 校 驗(yàn) 仍 提 供 支 持 。 隨 著 新 異 常 事 故 、 機(jī) 器 校 驗(yàn) 異 常 事 故的 出 現(xiàn) ， Pentium微 處 理 器 還 增 加 了 地 址 奇 偶 校 驗(yàn) 、 內(nèi) 部 奇 偶 校 驗(yàn) 。 除 此 之外 ， 在 Pentium微 處 理 機(jī) 上 還 實(shí) 現(xiàn) 了 功 能 性 冗 余 校 驗(yàn) 。 Pentium微 處 理 器 內(nèi) 的 譯 碼 部 件 的 作 用 是 把 預(yù) 取 到 預(yù) 取 緩 沖 器 中 的 指 令 進(jìn) 行 譯 碼 ， 以 供 Pentium微 處 理 器 執(zhí) 行 。 在 Pentium微 處 理 器 控 制 ROM內(nèi) 保 存著 指 令 的 微 代 碼

60、 ， Pentium微 處 理 器 就 是 利 用 這 些 微 代 碼 控 制 各 種 指 令 的 操作 順 序 。 控 制 ROM部 件 對(duì) V和 U兩 條 指 令 流 水 線(xiàn) 直 接 實(shí) 施 控 制 功 能 。 第 三 章 80486微 處 理 器 指 令 系 統(tǒng) 第 一 節(jié) 80486微 處 理 器 尋 址 方 式第 二 節(jié) 80486微 處 理 器 指 令 系 統(tǒng) 第 一 節(jié) 80486微 處 理 器 的 尋 址 方 式一 、 操 作 數(shù) 尋 址 方 式 要 使 微 處 理 器 能 夠 完 成 指 令 規(guī) 定 的 操 作 ， 則 指 令 中 須 包 含 2種 信息 ， 一 是 執(zhí) 行

61、什 么 操 作 ， 二 是 該 操 作 所 涉 及 的 數(shù) 據(jù) 在 哪 里 和 結(jié) 果 存于 何 處 ， 而 尋 找 操 作 數(shù) 所 在 地 址 的 方 法 即 為 尋 址 方 式 (Addressing Mode)。 80X86的 尋 址 方 式 可 分 為 兩 類(lèi) ： 操 作 數(shù) 的 尋 址 方 式 和 轉(zhuǎn) 移 地址 的 尋 址 方 式 。 由 于 操 作 數(shù) 作 為 指 令 的 操 作 對(duì) 象 ， 可 以 存 儲(chǔ) 在 存 儲(chǔ) 器 中 （ 稱(chēng) 為 存儲(chǔ) 器 操 作 數(shù) ） 、 寄 存 在 寄 存 器 中 （ 稱(chēng) 為 寄 存 器 操 作 數(shù) ） 或 直 接 包 含 在指 令 中 （ 稱(chēng) 為

62、立 即 數(shù) ） ， 因 此 ， 與 之 對(duì) 應(yīng) 有 多 種 尋 址 方 式 。 80X86粗 略 地 劃 分 可 有 3類(lèi) 10種 尋 址 方 式 ， 其 中 訪(fǎng) 問(wèn) 存 儲(chǔ) 器 操 作 數(shù) 有 8種 尋 址 方式 。 （ 1） 立 即 數(shù) 尋 址 在 這 種 尋 址 的 方 式 下 ， 操 作 數(shù) 作 為 立 即 數(shù) 直 接 存 在 指 令 中 ， 可 為8位 ， 16位 和 32位 。例 ： MOV AX， 1234H MOV BL， 78H MOV ECX， 12345678H 以 第 一 條 指 令 為 例 的 立 即數(shù) 尋 址 方 式 的 執(zhí) 行 過(guò) 程 如 圖 。 立 即 尋 址

63、示 意 圖（ 2） 寄 存 器 尋 址在 這 種 方 式 下 ， 操 作 數(shù) 存 放 在 CPU某 個(gè) 8位 、 16位 或 32 位 寄 存 器 中 。 例 ： MOV EAX， EDX INC CL MOV DS， AX 該 尋 址 方 式 指 令 碼 短 ， 且 無(wú) 需 從 存 儲(chǔ)器 取 操 作 數(shù) ， 故 執(zhí) 行 速 度 快 （ 3） 直 接 尋 址 在 這 種 方 式 下 ， 指 令 中 的 操 作數(shù) 部 分 直 接 給 出 了 操 作 數(shù) 的 有 效 地址 EA， 它 和 操 作 碼 一 起 放 在 存 儲(chǔ) 器的 代 碼 段 中 ， 可 以 是 16位 或 32位 整數(shù) 。 但 操

64、 作 數(shù) 一 般 在 數(shù) 據(jù) 段 DS中 。例 ： MOV AX， DS： 1000H； 將 DS段 中 1000H和 1001H單 元 的 內(nèi) 容 送 到 AX中 。應(yīng) 注 意 的 是 ， 指 令 中 的 DS不 能 省 略 。 直 接 尋 址 示 意 圖 （ 4） 寄 存 器 間 接 尋 址這 種 尋 址 方 式 下 ， 操 作 數(shù) 所 在 內(nèi) 存 單 元 的 EA由 規(guī) 定 的 寄 存 器 指 出 。 如 果 操 作 數(shù) 不 在 上 述 規(guī) 定 的 默 認(rèn) 段 ， 而 是 在 其 他 的 段 ， 則 必須 在 指 令 中 相 應(yīng) 的 操 作 數(shù) 前 加 上 段 超 越 前 綴 。 例 如

65、 ：MOV AX， ES： SIMOV AX， DS： BP 16位 尋 址 時(shí) ， EA可 以 由 SI， DI， BP或 BX提 供 。若 以 SI， DI， BX間 接 尋 址 ， 則 默 認(rèn) 操 作 數(shù) 在 DS段 中 。若 以 BP間 接 尋 址 ， 則 默 認(rèn) 操 作 數(shù) 在 SS段 中 。 32位 尋 址 時(shí) ， 8個(gè) 32位 通 用 寄 存 器 均 可 作 間 址 寄 存 器 。 除 ESP，EBP默 認(rèn) 段 寄 存 器 為 SS外 ， 其 余 6個(gè) 通 用 寄 存 器 均 默 認(rèn) 段 寄 存 器 為 DS。 （ 5） 寄 存 器 相 對(duì) 尋 址 方 式 在 這 種 方 式 中

66、 ， 操 作 數(shù) 所 在 內(nèi) 存 單 元 的 有 效 地 址 為 規(guī) 定 的 基 址 寄 存 器或 變 址 寄 存 器 的 內(nèi) 容 與 一 個(gè) 常 量 （ 即 位 移 量 ） 之 和 。 16位 尋 址 時(shí) ， BX和 BP作 為 基 址 寄 存 器 ， BX默 認(rèn) DS為 段 寄 存 器 ， BP默 認(rèn) SS為 段寄 存 器 ； SI和 DI作 為 變 址 寄 存 器 ， 默 認(rèn) DS為 段 寄 存 器 。 位 移 量 可 以 為 8位 或 16位 。 32位 尋 址 時(shí) ， 8個(gè) 32位 通 用 寄 存 器 均 可 作 基 址 /變 址 寄 存 器 ， 其 中 ESP、EBP以 SS為 默 認(rèn) 段 寄 存 器 ， 其 余 6個(gè) 通 用 寄 存 器 均 以 DS為 默 認(rèn) 段 寄 存 器 。 位 移 量 可 以 為 8位 或 32位 。例 如 ：MOV EAX， BX+24 ； 也 可 以 寫(xiě) 成 MOV EAX， 24BXMOV DX ， EAX+1500； 也 可 以 寫(xiě) 成 MOV DX， 1500EAX在 指 令 格 式 中 ， 地 址 表 達(dá) 式 寫(xiě) 成 ： 段 寄 存 器