第3章 微机原理_高档微处理器.ppt

第3章高档微处理器Intel发布其8086微处理器之后近30年，微处理器技术发生了巨大的变化。集成度越来越高，单片硅片上的晶体管数目从几万个发展到几亿个，体系架构从16位发展到64位，主频从4MHz发展到3.8GHz，高速缓存技术、流水线技术、超标量技术、MMX技术、超线程技术等新技术不断加入，从单核到多核，使得微处理器的速度越来越快。表3-1说明了自8086发布之后微处理器的发展状况。
表3-1高档微处理器的发展状况表
80286CPU内部和外部数据总线皆为16位，地址总线24位。80286在多个方面比8086有显著的改进。
80286向下兼容8086微处理器。80286的通用寄存器、段寄存器与8086完全一样，但标志寄存器FR（FlagsRegister）增加了3个标志位，增加了一个16位的机器状态字MSW（MachineStatusWord），用户可使用其中的4位，这些标志位用于存储管理及存储保护等功能。80286还增加了一个16位任务寄存器TR（TaskRegister）、3个描述符表寄存器LDTR（LocialDescriptorTableRegister）、GDTR（GlobalDescriptorTableRegister）和IDTR（InterruptDescriptorTableRegister）和程序不可见的段描述高速缓冲寄存器。
1．80286的主要特性
（1）增加地址线到24根，可寻址16MB内存空间；
（2）具有两种工作方式：实地址方式（RealAddressMode）和虚地址保护方式（VirtualAddressProtectedMode）；
（3）使用虚拟内存；
（4）寻址方式更加丰富（24种）；
（5）可以同时运行多个任务；
（6）三种类型中断：硬件中断、软件中断和异常中断；
（7）增加了高级类指令、执行环境操作类指令和保护类指令。2．80286内部结构
80286内部结构如图3.1所示。与8086相比，80286将总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）分成了总线部件BU（BusUnit）、地址部件AU（AddressUnit）及指令部件IU（InstructionUnit），提高了并行处理速度。图3.180286内部结构图3．80286的运行方式
80286可以运行在实地址方式和虚地址保护方式。
（1）实地址方式：80286加电后即进入实地址方式。在实地址方式下，80286与8086在目标码一级是向下兼容的，它兼容了8086的全部功能，8086的汇编语言源程序可以不做任何修改在80286上运行。
（2）虚地址保护方式：在虚地址保护方式下，把实地址方式、存储器管理、对虚拟存储器的支持以及对地址空间的保护集为一体，从而使80286能支持多用户系统。80286对8086的指令集进行了扩展，不仅提供向下兼容的高级集，还提供存储器管理和保护机构以及有关指令。Intel公司推出的80386是微处理器发展史上一个新的里程碑，它标志微处理器进入了32位时代。80386分为80386SX和80386DX。80386DX是标准的32位CPU，内、外数据总线都是32位，地址线为32根，可寻址4GB空间。80386SX是“准32位”CPU，内部结构和80386DX一样，地址线减少为24根，外部数据总线减少为16根。与8086相比，80386有以下特点：
（1）80386芯片在硬件结构上由6个逻辑单元组成，它们按流水线方式工作，运行速度大大提高，可达到4MIPS（1MIPS=100万条指令/秒），和CPU之间的数据传输速度为32MB/S。
（2）多任务处理更容易，硬件支持多任务，一条指令可以完成任务转换，转换时间在17μS以内。
（3）硬件支持段式管理和页式管理，易于实现虚拟存储系统。
（4）硬件支持DEBUG功能，并可设置数据断点和ROM断点。
（5）4级特权级别：0级的优先级最高，其次为1、2、3级。0、1和2级用于操作系统程序，3级用于用户程序。
（6）具有自动总线（automaticdatabussizing）功能，CPU读/写数据的宽度可以在32位和16位之间自由进行转换。
（7）地址信号线扩充到32根，可以寻址4GB的物理存储器空间。如果利用虚拟存储器，存储空间高达64TB。
（8）采用高性能的具有32位数据总线的协处理器80387，具备了很强的浮点运算能力和很高的运算速度。80386也可以使用80287作为协处理器，但速度低得多。
（9）在每条指令执行期间，CPU需要进行类型、内存越界等保护特性检查。
图3.280386内部结构图3.3.280386的逻辑部件
80386内部分为三大部分：总线接口部件、中央处理部件和存储器管理部件，而中央处理部件又分成指令预取部件、指令译码部件和指令执行部