微机原理第二章1讲述

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1、博学 审问 慎思 明辨 笃行 第二章 16位和32位 微处理器 2.1 16位微处理器8086 2.2 32位微处理器Pentium的先进技术 2.3 Pentium的指令流水线技术 2.4 Pentium的工作方式 2.5 Pentium的原理结构 2.6 Pentium的寄存器和相关机制 2.7 Pentium的主要信号 2.8 Pentium的总线状态 2.9 Pentium的总线周期 2.10 Pentium的中断 2.11 Pentium的保护技术 2.12 Pentium系列微处理器的技术发展 2.13 Itantium微处理器概述 第二章 16位和32位微处理器 第二章 16位和

2、32位微处理器 Date 2 教学重点： 8086的寄存器组； 8086标志寄存器各个标志的含义； 8086的读写时序、总线操作和中断机制； Pentium的先进技术； Pentium的原理结构、寄存器组和描述符； Pentium的中断机制和中断描述符表； Pentium的段页两级保护机制。 第二章 16位和32位微处理器 Date 3 第二章 16位和32位微处理器 2.1 16位微处理器8086 40引脚，双列直插式芯片 16根数据线，20根地址线 可寻址的存储器地址空间容量为220B（约1MB） Date 4 常规数学表达： K (Kilo) = 1000 = 103 M (Mega)

3、= 10002 = 106 (百万 ) G (Giga) = 109 (十亿) T (Tera) = 1012 （万亿) 内存容量 : KB = 1024 Bytes (2 10) MB = 10242 Bytes (2 20) GB = 10243 Bytes (2 30) TB = 10244 Bytes (2 40) PB = 10245 Bytes (2 50) 第二章 16位和32位微处理器 小常识 Date 5 第二章 16位和32位微处理器 什么是分时复用？ 分时复用就是一个引脚在不同的时刻 具有两个甚至多个作用, 最常见的总线复 用是数据和地址引脚复用 , 总线复用的目 的是为

4、了减少对外引脚个数, 8086CPU的 数据地址线采用了总线复用方法. Date 6 2.1.1 8086的编程结构 第二章 16位和32位微处理器 从功能上分： 1. 总线接口部件BIU （Bus Interface Unit ） 2. 执行部件EU ( Execution Unit) （从程序员与使用者角度看到的结构） Date 7 内部暂存器 IP ES SS DS CS 输入/输出 控制电路 外部总线 执行部分 控制电路 ALU 标志寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI 通用 寄存器 地址 加法 器 指令队列 执行部件 （EU)总线接口部件 （

5、BIU) 16位 20位 16位 8位 ALU数据总线 队列总线 1 2 3 4 5 6 8086 的 编 程 结 构 Date 8 高字节 低字节 高地址 低地址 1100 1111B 物理地址 内容 00000H 00001H 00002H 00006H FFFFFH 内存单元的地址和内容 Date 9 内部暂存器 IP ES SS DS CS 输入/输出 控制电路 外部总线 执行部分 控制电路 ALU 标志寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI 通用 寄存器 地址 加法 器 指令队列 执行部件 （EU)总线接口部件 （BIU) 16位 20位 16

6、位 8位 ALU数据总线 队列总线 1 2 3 4 5 6 8086 的 编 程 结 构 1、总线接口部件 BIU （Bus Interface Unit） 1) 功能：负责与 M、I/O 端口传送数据。具体讲： 总线接口部件要从内存 取指令送到指令队列； CPU执行指令时，要配 合执行部件从指定的内存单 元或者外设端口中取数据， 将数据传送给执行部件EU ； 或把执行部件的操作结 果传给指定的M或I/O端口 。 Date 10 内部暂存器 IP ES SS DS CS 输入/输出 控制电路 外部总线 执行部分 控制电路 ALU 标志寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL SP

7、 BP SI DI 通用 寄存器 地址 加法 器 指令队列缓冲器 执行部件 （EU)总线接口部件 （BIU) 16位 20位 16位 8位 ALU数据总线 队列总线 1 2 3 4 5 6 8086 的 编 程 结 构 2）组成 q 4 个段地址寄存器 （CS、DS、ES、SS）， q 16位指令指针寄存器IP ， q 20位的地址加法器 (16d段地址+偏移地址物理地址 ), q 6字节（8086）的指令队列, q总线控制电路: 处理器与外界 总线联系的转接电路。 包括三组总线： 20 位地址总线， 16 位双向数 据总线，一组控制总线。 Date 11 段地址寄存器：4个16位段寄存器CS

8、、DS、SS、ES。 用来存放逻辑段的起始地址，不可互换的使用。 CSCode Segment Register 代码段寄存器 用来识别当前代码段（程序一般放在代码段）。 DSData Segment Register 数据段寄存器 用来识别当前数据段寄存器。 SSStack Segment Register 堆栈段寄存器 用来识别当前堆栈段。 ESExtra Segment Register 附加段寄存器 用来识别当前附加数据段。 第二章 16位和32位微处理器 段地址寄存器 Date 12 堆栈: 一组特别划分出来的存储器存储区， 用来暂存一批需要回避的数据或地址。 存取原则：“后进先出”

9、 第二章 16位和32位微处理器 堆栈是内存开辟的一个特殊数据区，一端固 定一端浮动，严格按照后进先出的工作原则 。 一个堆栈段的最大深度为64KB 堆栈 Date 13 第二章 16位和32位微处理器 IPInstruction Pointer 指令指针寄存器 用来存储代码段中的偏移地址; 程序运行过程中IP始终指向下一次要取出的指令偏移地址。 IP要与CS寄存器相配合才能形成真正的物理地址。 SP和BP在使用上有区别： 执行堆栈指令PUSH和POP时，指令地址是由SP给出 当前栈顶的偏移地址，故将SP称为堆栈指针寄存器。 BP则是用来存放位于堆栈段中的一个数据区基址的偏 移地址的，故将BP

10、称做基址指针寄存器。 Date 14 1 2 3 4 内部暂存器 IP ES SS DS CS 输入/输出 控制电路 外部总线 执行部分 控制电路 ALU 标志寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI 通用 寄存器 地址 加法 器 指令队列 执行部件 （EU)总线接口部件 （BIU) 16位 20位 8位 8位 8086的内部结构 ALU数据总线 队列总线 3 )二点说明 指令队列 8086 的指令队列为6个字节 在执 行指令的同时从内存中取下一条或几 条指令，取来的指令放在指令队列中 ，使 BIU 具有预取指令的功能，是一 种先进先出（FIFO）的数据结

11、构。 指令执行顺序 顺序指令执行：指令队列存放紧接 在执行指令后面的那一条指令。 执行转移指令：BIU 清除指令队列 中的内容，从新的地址取入指令，立 即送往执行单元，然后再从新单元开 始重新填满队列。 1 2 3 4 5 6 Date 15 1 2 3 4 内部暂存器 IP ES SS DS CS 输入/输出 控制电路 外部总线 执行部分 控制电路 ALU 标志寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI 通用 寄存器 地址 加法 器 指令队列 执行部件 （EU)总线接口部件 （BIU) 16位 20位 8位 8位 ALU数据总线 队列总线 地址加法器 用来

12、产生20位的存储单元的地址 8086可用20位地址线寻址1MB的 内存空间，但8086内部寄存器都是16 位的，所以需要用地址加法器来根据 16位的寄存器提供的信息计算出20位 的物理地址。 物理地址 = 段地址 10H + 偏移地 址 = 段地址 16d + 偏移地址 。 1 2 3 4 5 6 Date 16 内部暂存器 IP ES SS DS CS 输入/输出 控制电路 外部总线 执行部分 控制电路 ALU 标志寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI 通用 寄存器 地址 加法 器 指令队列 执行部件 （EU)总线接口部件 （BIU) 16位 20位

13、 8位 8位 ALU数据总线 队列总线 由此可见，8086取指部分与执行部分是分开的。 在一条指令的执行过程中可以取出下一条（或多条）指令 ，指令 在指令队列中排队； 在一条指令执行完成后,就可以立即执行下一条指令，减 少CPU为取指令而等待的时间，提高CPU的利用率和整个 运行速度。 重迭操作技术：一方面提高了整个执行速率， 另一方面降低了与之相配的存储器的存取速度的要求。 1 2 3 4 5 6 Date 17 对于8080与8085及较早的8位微处理器: 程序执行由取指令和执行指令的循环来完成的， 每条指令执行完后CPU必须等待到下条指令取出来 后才能执行。 取指执行取指执行取指执行 时

14、间坐标 第二章 16位和32位微处理器 Date 18 1 2 3 4 内部暂存器 IP ES SS DS CS 输入/输出 控制电路 外部总线 执行部分 控制电路 ALU 标志寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI 通用 寄存器 地址 加法 器 指令队列 执行部件 （EU)总线接口部件 （BIU) 16位 20位 8位 8位 ALU数据总线 队列总线 2、EU （Execution Unit） 1）、 功能：负责指令执行。 2）、 组成： q 4个通用寄存器：AX、BX、CX、DX ， q 4个专用寄存器：BP、SP、SI、DI ， q 标志寄存器（F

15、R）： 9个标志位，其中6个条件标志位用于 存放结果状态， q 算术逻辑单元： 16 位加法器，用于对寄存器和指令 操作数进行算术或逻辑运算， q EU 控制系统： 接受从总线接口单元的指令队列 中取来的指令代码，其译码和向 EU 内各有关部分发出时序命令信号，协 调执行指令规定的操作。 Date 19 通用寄存器：AX、BX、CX、DX 用来暂存计算过程中所用到的操作数，结果或其它信息。 访问形式: 可以用16位的访问; 或者可以用字节（8位）形式访问, 它们的高8位记作 : AH 、 BH 、 CH 、 DH 。 它们的低8位记作 : AL 、BL 、CL 、DL 。 AX（Accumulator）作为累加器。 它是算术运算的主要寄存器， 所有I/O指令都使用这一寄存器与外部设备交换数据。 例： IN AL , 20H OUT 30H , AX 第二章 16位和32位微处理器 通用寄存器 Date 20 BXBase用作基址寄存器使用。 在计算内存储器地址时，经常用来存放基址。 例：MOV AX, BX+03H CXCount可以作计数寄存器使用。 在循环LOOP指令和串处理指令中用作隐含计数器。 例：MOV CX , 8 AGAI