《第2章微处理器外部特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章微处理器外部特性（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章,第2章：微处理器结构及外部特性,教学内容及重点 微型计算机的组成及工作原理 8086/8088/80286微处理器* 80386/486微处理器* Pentium级处理器简介,2.1 微型计算机的组成及工作原理,微型计算机的组成主要包括CPU、存储器、I/O设备及其接口电路,2.1 微型计算机的组成及工作原理,2.1.1 微处理器概述（回顾） 微处理器（Micro Processing Unit），即微型化的中央处理器。中央处理器CPU的英文全称是Central Processing Unit。早期微处理器以MPU表示，以区别于大型主机的多芯片CPU。但现在已经不加区分，都用CPU表示
2、。,2.1 微型计算机的组成及工作原理,CPU主要技术参数 CPU的工作频率 CPU外频 前端总线（FSB）频率 CPU主频,2.1 微型计算机的组成及工作原理,计算机工作需要时钟信号： 复杂的计算机系统能够正常工作，就必须按照统一的节奏进行工作，这个节奏发生器就是系统的时钟信号。在微机系统中时钟频率信号一般用CLK标记。 时钟频率的提供： 为CPU提供原始时钟频率的器件是微机主板上的晶振元件。但其产生的脉冲还不够精密，与计算机需要的频率还不匹配，需要将这些原始频率输入到时钟频率发生器集成电路芯片，进行信号的整形和分频。 CPU的外频（系统频率）： 提供CPU外部总线工作的基本频率称为外频。,
3、2.1 微型计算机的组成及工作原理,前端总线频率： 前端总线（FSB）是CPU总线接口单元与主板北桥芯片之间进行数据交换的通道。外频是前端总线的外部时钟频率。外频与前端总线频率不同，在P4以前，每个时钟周期内，北桥芯片与CPU之间传输一个数据，二者相同。P4以后，每个时钟周期可以传输4个数据，这样当外频为100MHz时，FSB频率为400MHz。 倍频系数： 主板上的外部频率输入到CPU内部后，在CPU内部还有一个频率更高的时钟频率发生器，他对输入的时钟信号进行分频。按一定的比例提高输入时钟的信号频率，得到CPU的工作频率。这个比例称为倍频系数,2.1 微型计算机的组成及工作原理,2.1 微型
4、计算机的组成及工作原理,2.1 微处理器概述（回顾）,2.1 微型计算机的组成及工作原理,CPU流水线技术 流水线是允许几条指令同时执行从而全面改善处理器性能的一种技术，而且流水线对用户是透明的。 优点：使得CPU从串行工作变为并行工作。虽然流水线使得指令的执行周期延长了，但却能使CPU在每个时钟周期都有指令执行。 引发的问题 资源冲突。解决办法是加强硬件或推迟执行 指令相关。解决办法是等待法 转移指令。解决办法是分支预测等,2.1 微型计算机的组成及工作原理,超流水线技术 是指CPU内部的流水线工步超过10工步以上。工步越多，完成一条指令的速度越快，仍然是一种流水线技术。 超标量技术 所谓超
5、标量CPU，就是集成了多条流水线结构的CPU，并且每时钟周期内可以完成一条以上的指令，这种设计就为超标量技术。,2.1 微型计算机的组成及工作原理,2.1 微型计算机的组成及工作原理,2.1.2 存储器,组成：内存储器是由半导体存储器芯片组成。 读/写操作：称为CPU访存操作。读就是取，写就是送(存)。读操作原存储单元内容不变，写操作原存储单元内容被改写。,2.1 微型计算机的组成及工作原理,2.1.3 输入/输出设备及其接口电路,输入设备：将程序、原始数据及现场信息以计算机能识别的形式送到计算机中，供计算机自动计算或处理。(健盘、鼠标、数字化仪、扫描仪、A/D等) 输出设备：将计算机处理的结
6、果以人能识别的形式输出来。(显示器、打印机、绘图仪等) 外部存储器：软、硬磁盘即是输入设备也是输出设备，只读光盘是输入设备。 接口电路：是CPU与I/O设备联系的必经之路。起信息统一和联系作用。,2.1.4 总线 各组成部件都通过一组公共的，具有逻辑控制功能的信号线联系起来，这组信号线称为总线。 分类： 数据总线（DB）：用来在CPU和其他部件间传送信息，具有三态控制功能，且是双向的 地址总线（AB）：用于传送CPU要访问的存储单元或I/O接口的地址信号，单向，具有三态功能 控制总线（CB）：是CPU向其他部件传送控制信号，以及其他部件向CPU传送状态信号及请求信号的一组通信线。,2.1 微型
7、计算机的组成及工作原理,2.1.5 微型计算机整机工作原理简述,人 程序 计算机的内存 指令指针控制部件 译码器 指令队列 经DB各执行部件 结果输出转移指令修改指令指针。,2.2 8088/8086及80286CPU的功能结构,2.2.1 8086的编程结构,2.2 8088/8086CPU,总线接口部件 (BIU) 根据物理地址与内存或I/O接口交换数据。 存储器分段及4个段地址寄存器； CS16位的代码段寄存器； DS16位的数据段寄存器； ES16位的扩展段寄存器； SS16位的堆栈段寄存器； 16位的指令指针寄存器IP； 20位的地址加法器，物理地址=段地址*10H+偏移地址； 6字
8、节的指令队列缓冲器。,执行部件EU 执行部件的功能就是负责从指令队列取指令并执行。从编程结构图可见，执行部件由下列几个部分组成： 4个通用寄存器，即AX、BX、CX、DX； 4个专用寄存器： 标志寄存器FR； 算术逻辑单元ALU。,通用寄存器的用法,标志寄存器 标志寄存器（Flag Register）共有16位，其中7位未用。标志寄存器内容如图2-2所示： 条件标志 控制标志,下面请大家观看影片！ 汇编程序顺序执行过程 流水线执行,2.2.2 80286CPU的功能结构,1.CPU主要性能:集成了13.5万只晶体管;68个引脚;四列直插式封装;地址/数据总线分开(16位数据线,24位地址线);
9、时钟频率为8MHz10MHz;增加存储器管理和保护机构.工作方式:1)实地址方式.2)虚地址方式.配80287数学协处理器.,80286CPU的结构框图,地址部件,执行部件,总线接口,指令部件,已译码指令,24,16,24,16,地址,数据,物理,偏移量和数据,存储器操作数请求,1).总线接口部件BIU: 负责处理CPU和系统总线之间的所有通信和数据传输.,2).指令部件IU:从预取队列取出指令字节到指令译码器,译成69位内部码送已译码指令队列. 3).执行部件EU:由ALU;FR;控制电路组成.完成指令的执行操作. 4).地址部件AU:实地址方式:与8086一样.保护方式:AU必须做许可性检查和当前任务的段限制检查.,第4章：周期介绍,
