《邮电社十一五规划教材《微机原理》PPT-杨立第2章 典型微处理器及其体系结构课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《邮电社十一五规划教材《微机原理》PPT-杨立第2章 典型微处理器及其体系结构课件（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,本章学习要点 典型微处理器内部结构 微处理器的外部引脚特性和工作方式 存储器和I/O组织 80X86高档微处理器的组成结构和特点 Pentium系列微处理器的典型结构和各部件功能 双核微处理器简介,第2章,典型微处理器及其体系结构,2,本章教学目的及要求 通过学习，使学生掌握8086微处理器的基本应用；熟悉8086微处理器的组成及其寄存器结构；掌握8086微处理器的存储器和I/O组织；然后再引伸到Intel 80X86、Pentium等高档微处理器的组成结构和特点。,第2章,3,2.1 典型微处理器内部结构 8086微处理器字长16位，HMOS工艺制造，芯片集成2.9万晶体管，+5V电源，
2、40条引脚双列直插封装，20根地址线，可寻址地址空间1MB，时钟频率5MHz10MHz，基本指令执行时间0.3ms0.6ms。,第2章,4,2.1.1 8086微处理器的内部结构 Intel 8086微处理器内部安排了两个逻辑单元，即执行部件EU和总线接口部件BIU。,第2章,5,1. 执行部件EU EU 负责指令译码、执行和数据运算，由算术逻辑单元、8个通用寄存器，1个状态标志寄存器、1个数据暂存寄存器和EU控制电路等组成。 EU基本功能：从BIU的指令队列中取指令代码，经译码后执行该指令所规定的操作功能。 EU中各部件通过16位的ALU数据总线连接在一起，在内部可实现快速的数据传输。,第2
3、章,6,2. 总线接口部件BIU BIU包括段地址寄存器、指令指针寄存器、6字节指令队列缓冲器、20位地址加法器和总线控制逻辑电路。 BIU根据EU的请求负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送，包括从存储器指定单元预取指令、访问内存或外设操作数、响应外部中断请求和总线请求等。,第2章,7,8086CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器，按其用途可分为8个通用寄存器、2个控制寄存器和4个段寄存器。,第2章,2.1.2 8086的寄存器及其功能,8,表2-1 通用寄存器的特定用法,第2章,9,2. 控制寄存器 （1）指令指针寄存器IP IP是16位寄存器，存放EU要执行的下一条指令的
4、偏移地址，用以控制程序中指令的执行顺序。 指令序列执行时，每取一次指令IP就自动加1。 需要注意的是： IP是指令代码存放单元的地址指针，不能用指令取出IP或给IP设置给定值，但可以通过转移类指令等来修改IP的内容。,第2章,10,（2）标志寄存器FLAG FLAG是16位寄存器，用于反映指令执行结果或控制指令执行的形式。 共有9个可用的标志位，其中CF、PF、AF、ZF、SF、OF等6个用作状态标志，TF、IF、DF等3个用作控制标志，其余7个位空闲不用，如图2-3所示。,第2章,图2-3 8086标志寄存器FLAG,11,3. 段寄存器 （1）代码段：存放程序和常数。系统在取指时将寻址代码
5、段，其段地址和偏移地址分别由段寄存器CS和指令指针IP给出。 （2） 数据段：数据保存。用户在寻址该段内的数据时，可以缺省段的说明，其偏移地址可通过多种寻址方式形成。,第2章,12,（3）堆栈段：“堆栈”是数据的一种存取方式，按照“先进后出”的方式操作。堆栈指针SP指示栈顶。 （4）附加数据段：用于数据的保存。用户在访问段内的数据时，其偏移地址同样可以通过多种寻址方式来形成，但在偏移地址前要加上段的说明（即段跨越前缀ES）。,第2章,13,2.2 8086微处理器外部引脚功能 8086CPU的40条引脚采用双列直插式的封装形式。 数据总线为16条； 地址总线为20条； 状态线、控制信号线、电源
6、、地线等。,第2章,14,2.3 存储器结构与I/O组织 2.3.1 存储器组织 1. 存储器内部结构及访问 8086CPU将1MB存储空间分成两个512K字节的存储体，与CPU低位字节数据线D7D0相连的称为低字节存储体，该存储体中的每个地址均为偶数； 与CPU高位字节数据线D15D8相连的称为高字节存储体，该存储体中的每个地址均为奇数。两个存储体之间采用字节交叉编址方式，如图2-5所示。,第2章,15,图2-5 8086存储器的分体结构,16,2. 存储器分段 8086采用20条地址线寻址1MB的存储空间，由于CPU内部所有寄存器都只有16位，只能寻址64KB（216字节）。 为此，要把整
7、个存储空间分成若干逻辑段，每个逻辑段容量最大为64KB。各逻辑段在存储空间中浮动，可紧密相连，也可相互重叠，还可分开一段距离。,第2章,17,3逻辑地址（LA）和物理地址（PA） 物理地址：是存储器的实际地址，它是指CPU和存储器进行数据交换时所使用的地址（20位）。 逻辑地址：是在程序中使用的地址，它由段地址和偏移地址两部分组成（16位）。 逻辑地址的表示形式为“段地址偏移地址”。 物理地址=段地址10H偏移地址,第2章,18,4. I/O端口组织 8086CPU和外部设备之间的信息传输通过I/O接口电路进行，数据、命令、状态等信息由各自端口实现传输，微机系统为每个端口分配一个端口地址。 8
8、086CPU用地址总线的低16位作为对8位I/O端口的寻址，可访问65536个8位I/O端口，两个相邻的8位端口可组成一个16位端口。,第2章,19,为了实现对I/O端口的寻址需要确定I/O端口的编址方式，通常有以下两种。 1. 统一编址 将I/O端口地址置于1MB的存储器空间中，每个端口占用一个存储单元地址。 2. 独立编址 独立编址时端口单独编址构成I/O空间，不占用存储器地址，通过专门的I/O指令及接口控制信号访问端口。,第2章,20,2.4 总线操作及时序 CPU经外部总线对存储器或I/O端口进行一次信息输入或输出的过程称为总线操作，执行该操作所需的时间称为总线周期。 8086由外部时
9、钟信号发生器8284A提供主频为5MHz的时钟信号，在时钟节拍作用下顺序执行指令。需要访问存储器或访问I/O端口的操作统一交给BIU的外部总线完成，数据输出时称为“写总线周期”，数据输入时称为“读总线周期”。,第2章,21,2.4.1 8086的总线周期 计算机执行一条指令所需时间称为一个指令周期，由若干个总线周期组成。 8086总线周期至少由4个时钟周期组成，每个时钟周期称为T状态。 时钟周期是CPU的基本时间计量单位，由主频决定，5MHz的主频一个时钟周期为200ns。,第2章,22,2.4.2 8086的工作模式 8086微处理器为了适应不同的工作场合，规定了最小工作模式和最大工作模式两
10、种情况，通过CPU的第33条引脚来控制。 1. 最小工作模式 8086CPU的33引脚接+5V时，系统处于最小工作模式，适用于单微处理器组成的小系统。系统中只有一个微处理器，所有的总线控制信号直接由CPU产生，系统总线控制逻辑电路被减到最少。,第2章,23,2. 最大工作模式 33引脚地时系统处于最大工作模式。此时，系统中存在两个或两个以上的微处理器，其中一个主处理器8086，其他为协处理器。 最大工作模式中，由总线控制器8288产生用于存储器或I/O端口的读写命令等控制信号。,第2章,24,第2章,2.4.3 8086的操作时序 8086的主要操作及时序控制有以下几方面。 （1）系统复位及启
11、动 （2）总线操作 （3）暂停操作 （4）中断响应总线周期操作 （5）总线保持请求/保持响应操作,25,第2章,2.5 32位高档微处理器简介 2.5.1 Intel 80386微处理器 1. 80386的主要特点 （1）32位数据总线和32位地址总线。 （2）流水线和指令重叠技术、虚拟存储技术、片内存储器管理技术、存储器管理分段分页保护技术。 （3）提供32位指令，支持8位、16位、32位数据类型。 （4）片内集成存储器管理部件MMU，可支持虚拟存储和特权保护。 （5）浮点协处理器80387实现数据高速处理，加快浮点运算速度。,26,第2章,2. 80386的工作方式 （1）实地址方式 （2
12、）保护方式 （3）虚拟8086方式 3. 80386的内部结构 由总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件、控制部件、数据部件、保护测试部件、分段部件和分页部件等组成。,27,第2章,2.5.2 Intel 80486微处理器 1. 80486的主要特点 （1）采用精简指令集计算机RISC技术。 （2）浮点运算部件和高速缓冲存储器Cache集成在芯片内。 （3）增加多处理器指令和多重处理系统。 （4）具有机内自测试功能。,28,第2章,2. 80486的基本结构 内部结构包括总线接口部件、片内高速缓冲存储器、指令预取、指令译码、控制/保护、整数、浮点运算、分段和分页等功能部件。,29,第2章,
13、2.5.3 Pentium系列微处理器简介 1. Pentium系列微处理器的主要特点 （1）采用超标量双流水线结构。 （2）采用分立的指令Cache和数据Cache结构。 （3）采用全新设计的增强型浮点运算器。 （4）工作在实地址方式、保护方式、虚拟8086方式以及具有特色的SMM系统管理方式。 （5）常用指令进行了固化及微代码改进。 （6）内部总线为32位，外部数据总线宽度为64位。,30,第2章,2. Pentium微处理器的内部结构 Pentium微处理器内部主要部件包括： 总线接口部件 指令高速缓存器 数据高速缓存器 指令预取部件与转移目标缓冲器 寄存器组 指令译码部件 两条流水线的
14、整数处理部件 具有多用途电路的流水浮点处理部件等。,31,第2章,3. Pentium 4微处理器 Pentium 4微处理器具备以下的处理能力： （1）超级流水线由14级提高到20级。 （2）快速执行引擎。 （3）采用比Pentium 微处理器更快的高速缓存技术。 （4）具备400 MHz的系统总线，可使数据以更快的速度进出微处理器。 （5）增加了多条双精度浮点运送指令和更强的多媒体处理指令。,32,第2章,2.5.4 Pentium微处理器采用的新技术 1. 超标量结构和超级流水线技术 2. 超高速缓存技术 3. 指令预取技术 4. 虚拟存储技术,33,第2章小结,本章小结 8086微处理
15、器从结构上划分为执行部件和总线接口部件。 8086具备40条引脚信号，要熟悉其功能及应用特点，明确信号使用方式，确定信息的流向。 8086有供编程使用的14个16位寄存器，分为通用寄存器、段寄存器、指针和标志寄存器3类。 8086存储器采用分段管理，通过逻辑地址和物理地址的换算来访问具体的内存单元。,典型微处理器,34,I/O端口有统一编址和独立编址两种方式，前者数据存取灵活，后者端口地址空间独立，容易阅读和理解。 CPU经外部总线对存储器或I/O端口进行读写操作，在时钟节拍作用下顺序执行指令。 要理解8086的总线操作和时序的工作原理，明确指令周期、总线周期和时钟周期的定义及相应关系。,典型微处理器,第2章小结,35,第2章内容到此结束,谢谢各位 !,
