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1、第第2章章80X86微机系统微机系统计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。2.1计算机硬件系统硬件是指组成计算机的各种物理设备，包括计算机的主机和外部设备，具体由五大功能部件组成，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。中央处理器CPU硬件系统的核心是中央处理器（CentralProcessingUnit，简称CPU）。它主要由控制器、运算器等组成，并采用大规模集成电路工艺制成的芯片，又称微处理器芯片。控制器负责从存储器中取出指令，并对指令进行译码；根据指令的要求，按时间的先后顺序，负责向其它各部件发出控制信号，保证各部件协调一致地工作，一步一步地完成各种操作。控制器主要由指令寄存器
2、、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。运算器又称算术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit，简称ALU）。它是计算机对数据进行加工处理的部件，包括算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或、比较等）CPU是计算机中最重要的一个部分，发展非常迅是计算机中最重要的一个部分，发展非常迅速，个人电脑从速，个人电脑从8088(XT)发展到现在的多核发展到现在的多核CPU时代，时代，只经过了不到四十年的时间。从生产技术来说，最初只经过了不到四十年的时间。从生产技术来说，最初的的8088集成了集成了29000个晶体管，而个晶体管，而Pentium的集成的集成度超过了度超过了2810
3、万个晶体管；万个晶体管；CPU的运行速度，以的运行速度，以MIPS(百万条指令每秒百万条指令每秒)为单位，为单位，8088是，到高能奔是，到高能奔腾时已超过了腾时已超过了1000MIPS。不管什么样的。不管什么样的CPU，其内，其内部结构归纳起来都可以分为控制单元、逻辑单元和存部结构归纳起来都可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，这三个部分相互协调，对命令和数储单元三大部分，这三个部分相互协调，对命令和数据进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工据进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。作。CPU按照其处理信息的字长可以分为：按照其处理信息的字长可以分为：4位微处位微处理器
4、、理器、8位微处理器、位微处理器、16位微处理器、位微处理器、32位微处理器位微处理器以及以及64位微处理器，可以说个人电脑的发展是随着位微处理器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。的发展而前进的。2.1.280X86微处理器结构微处理器结构在微处理器的发展历史中，具有典型代表的在微处理器的发展历史中，具有典型代表的CPU是是16位位8086CPU、32位位80486CPU和和PentiumCPU。18086/8088CPU8086CPU具有具有16位内部总线和位内部总线和16位数据总线。位数据总线。从功能上来看，从功能上来看，8086/8088CPU可分为两部分，即可分为两部分
5、，即总线接口部件总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）和执行部）和执行部件件EU（ExecutionUnit）。）。8086/8088CPU内部功内部功能结构如图能结构如图2-1所示。所示。280486CPU80486微处理器由微处理器由7大部分组成，包括总线接口部分、大部分组成，包括总线接口部分、指令预取部分、译码部分、控制部分、运算部分、存指令预取部分、译码部分、控制部分、运算部分、存储器管理部分和高速缓冲存储器，如图储器管理部分和高速缓冲存储器，如图2-2所示。所示。运算部分包含定点运算部件和浮点运算部件。进行定运算部分包含定点运算部件和浮点运算部件。进行定点运算时需要算
6、术逻辑运算单元（点运算时需要算术逻辑运算单元（ALU）、移位器和）、移位器和寄存器组；进行浮点运算时需要浮点运算单元寄存器组；进行浮点运算时需要浮点运算单元（FPU）和浮点寄存器组。）和浮点寄存器组。80486存储管理部分由分段部件和分页部件两部分组存储管理部分由分段部件和分页部件两部分组成。分段部件管理逻辑地址空间，并把逻辑地址转换成。分段部件管理逻辑地址空间，并把逻辑地址转换为线性地址；分页部件把线性地址转换为物理部件。为线性地址；分页部件把线性地址转换为物理部件。指令预取部件中包含了两个指令预取部件中包含了两个16字节的队字节的队列寄存器。指令预取部件与列寄存器。指令预取部件与cache
7、之间有一之间有一条单向的条单向的128位宽度的通道，因此，每次从位宽度的通道，因此，每次从cache中最多可取中最多可取16字节的信息。指令预取字节的信息。指令预取部件也有一条指向指令译码器的部件也有一条指向指令译码器的24位宽度的位宽度的指令代码流的通路。指令译码器对指令的操指令代码流的通路。指令译码器对指令的操作码进行翻译，并把翻译后的通过指令总线作码进行翻译，并把翻译后的通过指令总线送给控制部件。送给控制部件。80486的寄存器组可以分为的寄存器组可以分为4类，它们是类，它们是基本结构寄存器、系统级寄存器、浮点寄存基本结构寄存器、系统级寄存器、浮点寄存器和调试测试寄存器。应用程序只能访问
8、基器和调试测试寄存器。应用程序只能访问基本结构寄存器和浮点寄存器；而系统程序可本结构寄存器和浮点寄存器；而系统程序可访问所有的寄存器。访问所有的寄存器。基本结构寄存器包括通用寄存器、段寄存器、指令指针寄基本结构寄存器包括通用寄存器、段寄存器、指令指针寄存器和标志寄存器。存器和标志寄存器。通用寄存器是程序设计时可以使用的寄存器，共有通用寄存器是程序设计时可以使用的寄存器，共有8个，个，能进行能进行8位、位、16位和位和32位的运算。位的运算。32位的通用寄存器包括位的通用寄存器包括EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP，16位通用寄存位通用寄存器包括器包括AX、BX、CX
9、、DX、SI、DI、BP、SP，8位通用寄存位通用寄存器包括器包括AH、BH、CH、DH、AL、BL、CL、DL。段寄存器包括代码段寄存器段寄存器包括代码段寄存器CS，堆栈段寄存器，堆栈段寄存器SS，数据，数据段寄存器段寄存器DS、FS、GS，附加段寄存器，附加段寄存器ES，CS用来指示代码用来指示代码的地址空间，其他寄存器用来指示数据区的地址空间。的地址空间，其他寄存器用来指示数据区的地址空间。指令指针寄存器指令指针寄存器IP和扩展的指令指针寄存器和扩展的指令指针寄存器EIP，用于存，用于存放指令代码的偏移量。放指令代码的偏移量。标志寄存器标志寄存器EFLAGS是是32位的寄存器，如图位的寄
10、存器，如图2-3所示，主所示，主要用于控制微处理器操作以及当前指令执行后的状态。标志寄要用于控制微处理器操作以及当前指令执行后的状态。标志寄存器含有两类标志，即状态标志和控制状态。存器含有两类标志，即状态标志和控制状态。（1）C标志（进位标志（进位/借位标志）借位标志）C标志记录了加标志记录了加/减运算之后最高位的进位值减运算之后最高位的进位值/借位值。借位值。（2）A标志（辅助进位标志（辅助进位/借位标志）借位标志）A标志又称为半进位标志又称为半进位/半借位标志。半借位标志。字节加字节加/减时，减时，D3位向位向D4位有进位位有进位/借位，则借位，则A标志标志置置1，否则置，否则置0。字加字
11、加/减时，减时，D7位向位向D8位有进位位有进位/借位，则借位，则A标志置标志置1，否则置，否则置0。双字加双字加/减时，减时，D15位向位向D16位有进位位有进位/借位，则借位，则A标标志置志置1，否则置，否则置0。（3）S标志（符号标志）标志（符号标志）S标志记录了运算结果的最高位位值。对于有符号数标志记录了运算结果的最高位位值。对于有符号数而言，表示运算结果的符号，而言，表示运算结果的符号，0表示结果为正数，表示结果为正数，1表表示运算结果为负数。示运算结果为负数。（4）Z标志（全零标志）标志（全零标志）Z标志表示运算结果全零与否，全零时置标志表示运算结果全零与否，全零时置1，否则置，否
12、则置0。（5）P标志（奇偶标志）标志（奇偶标志）P标志表示运算结果中低标志表示运算结果中低8位二进制数中位二进制数中1的个数为偶数的个数为偶数与否，为偶数与否，为偶数P标志置标志置1，否则置，否则置0。（6）O标志（溢出标志）标志（溢出标志）当运算结果溢出时，当运算结果溢出时，O标志置标志置1，否则，置，否则，置0。（7）方向标志）方向标志DFCPU在执行串操作指令时，控制字符串指针的调整方在执行串操作指令时，控制字符串指针的调整方向，向，DF为为0时，进行增加调整，否则进行减址调整。时，进行增加调整，否则进行减址调整。（8）中断允许标志）中断允许标志IFIF标志控制标志控制CPU是否响应来自
13、引脚是否响应来自引脚INTR的可屏蔽中断的可屏蔽中断请求。请求。IF为为1，CPU响应可屏蔽中断，否则不响应。响应可屏蔽中断，否则不响应。系统级寄存器包括系统级寄存器包括4个控制寄存器和个控制寄存器和4个系统地址寄存器。个系统地址寄存器。4个控制寄存器包括个控制寄存器包括CR0、CR1、CR2和和CR3，如图，如图2-4所示。所示。4个系统地址寄存器包括全局描述符表寄存器（个系统地址寄存器包括全局描述符表寄存器（GDTR）、）、局部描述符表寄存器（局部描述符表寄存器（LDTR）、中断描述符表寄存器）、中断描述符表寄存器（IDTR）和任务寄存器（）和任务寄存器（TR），这），这4个寄存器主要用来
14、保存个寄存器主要用来保存保护方式下的数据基地址、界限和其他属性，以确保形成地保护方式下的数据基地址、界限和其他属性，以确保形成地址快速。址快速。GDTR和和LDTR分别用来保存分别用来保存GDT（全局描述符表）（全局描述符表）和和LDT（局部描述符表）的（局部描述符表）的32位线性基地址等内容。位线性基地址等内容。IDTR用来存放中断描述符表的基址和界限。用来存放中断描述符表的基址和界限。TR用来存放任务状态用来存放任务状态段（段（TSS）的基址、界限和其他属性。）的基址、界限和其他属性。调试和测试寄存器调试和测试寄存器DR0DR7：DR0-DR3存放各断点的线性地址；存放各断点的线性地址；D
15、R4，DR5保留；保留；DR6是断点状态寄存器；是断点状态寄存器；DR7为断点控制寄存器。为断点控制寄存器。80486定义了定义了5个测试寄存器个测试寄存器TR3、TR4、TR5、TR6、TR7。浮点寄存器浮点寄存器FPU：80486的的FPU中包含有中包含有13个浮点寄存器。个浮点寄存器。3PentiumCPUPentium微处理器是微处理器是Intel公司继公司继80486之后推之后推出的出的64位高性能微处理器，采用了超标量体系结构、位高性能微处理器，采用了超标量体系结构、分支预测先进技术，分开的指令、数据高速缓冲存储分支预测先进技术，分开的指令、数据高速缓冲存储器，以及器，以及128位
16、、位、256位内部数据总线，位内部数据总线，64位可成组位可成组传送的外部总线等，使系统的性能进一步提高。传送的外部总线等，使系统的性能进一步提高。Pentium微处理器由总线部件、代码微处理器由总线部件、代码Cache、数据、数据Cache、预取缓冲存贮器、指令译码部件、浮点运算、预取缓冲存贮器、指令译码部件、浮点运算部件组成，具体结构如图部件组成，具体结构如图2-5所示。所示。2.1.380486的工作模式的工作模式80486有三种工作模式：实地址模式、保护虚地址有三种工作模式：实地址模式、保护虚地址模式和虚拟模式和虚拟8086模式。模式。1实地址模式实地址模式在处理器复位后，处理器内部的在处理器复位后，处理器内部的CR0的的PE位为位为0，表示此时，表示此时处理器工作在实地址模式。处理器工作在实地址模式。8086中，段地址：偏移地址形式的地址称为逻辑地址，形成中，段地址：偏移地址形式的地址称为逻辑地址，形成物理地址的方法是段寄存器左移物理地址的方法是段寄存器左移4位加上偏移地址。即物理地位加上偏移地址。即物理地址为：物理地址段寄存器的内容址为：物理地址段寄存器的内容16偏移量。偏
