微机原理第2章 80x86微处理器.ppt

第2章80x86微处理器

教学内容

2.1微处理器的发展
2.28086微处理器
2.2.18086CPU内部功能结构
2.2.28086CPU内部流水线管理工作原理
2.2.28086CPU的存储器组织
2.2.28086CPU总线周期的概念
2.2.28086CPU引脚信号及工作模式
2.2.28086CPU的操作时序

教学目标

1了解80X86微处理器的发展历史。
2理解8086微处理器内部结构、总线周期、操作时序。
3掌握8086存储器组织、引脚及工作模式。
4理解8086操作时序。
重点内容

18086微处理器内部结构。
28086内部流水线工作原理。
38086存储器组织。
48086总线周期概念。
58086引脚及工作模式。
68086操作时序。

难点内容

18086引脚及工作模式。
28086操作时序。

学时数

6学时
2.1微处理器的发展
1、8086：16位处理器。具有16位寄存器和16位外部数据总线、20位地址总线可寻址1MB地址空间。
2、80286：16位处理器。引进了保护方式，24位地址总线，最大物理存储器空间可达16MB。支持虚拟存储器管理和各种保护机制。
3、80386：32位处理器。具有32位寄存器（低16位兼容8086和80286）。32位地址总线，最大物理存储器空间可达1GB。
4、80486：1）5个流水线段；2）芯片上增加了8KB的一级缓存（Cache）；3）处理器上集成了x87（浮点数处理单元）；4）增加了专用的中断脚触发的系统管理模式、允许复杂的系统管理特性、允许处理器在减慢的时钟率下执行。
5、奔腾（Pentium）：1）能实现每个时钟周期执行两条指令；2）芯片上的一级Cache达16KB，8KB用于代码，8KB用于数据；3）使虚拟8086方式更有效；4）内部数据总线128位和256位，外部数据总线64位；5）增加了高级的可编程中断控制器，支持多奔腾处理器系统。
6、PentiumPro：1）允许每个时钟周期执行3条指令；2）芯片上有两个8KB的一级缓存，256KB的二级缓存；3）地址总线扩展为36位，可寻址64GB地址空间。
7、奔腾Ⅱ：第一级数据和指令Cache每个扩展至16KB，支持二级Cache的容量为126KB、512KB和1MB。空闭时支持多种低电源状态。
8、奔腾Ⅲ：SSE扩展把IntelMMX引进的SIMD执行模式扩展为新的128位寄存器和能在包装的单精度浮点数上执行SIMD操作。PentiumⅢXeon处理器采用Intel的0.18μm处理技术的全速高级传送缓存（AdvancedTransferCache）扩展了IA—32处理器的性能。
9、IntelPentiumⅣ：1）快速的指令执行引擎、Hyper流水线技术、高级的动态执行和创新的新Cache子程序；2）128位SIMD整数算术操作、128位SIMD双精度浮点操作、Cache和存储管理操作、进一步增强和加速了视频、语音、加密、影像和照片处理；3）提供3.2GB/S的吞吐率、四倍100MHz可伸缩总线时钟，以达到400MHz有效速度、深度流水线。
2.28086微处理器
2.2.18086CPU内部功能结构
编程结构：就是指从程序员和使用者的角度应该看到的结构。这种结构与CPU内部的物理结构和实际布局是有区别的。
从功能上分：总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）、执行部件EU（ExecutionUnit）。1、总线接口部件BIU
总线接口部件的功能：与CPU外部（存储器、I／O端口）传送指令代码或数据。CPU执行指令的工作分为两个阶段：取指令和执行指令过程。
(1)BIU的组成
4个16位的段地址寄存器(CS、DS、ES、SS)、16位的指令指针寄存器IP、20位的地址加法器、6字节的指令队列缓冲器、16位的内部暂存器和总线逻辑控制器
(2)BIU各部件的作用
1）段地址寄存器
CS：16位代码段寄存器，寄存程序代码段首地址的高16位。
DS：16位数据段寄存器，寄存数据段首地址的高16位。
ES：16位扩展段寄存器，寄存另一个数据段首地址的高16位。
SS：16位堆栈段寄存器，寄存堆栈区数据段首地址的高16位。
2）16位的指令指针寄存器IP：指出当前指令在程序代码段中的16位偏移量。3）20位的地址加法器：用来产生20位物理地址。
段基址：段寄存器提供的16位信息,左移4位。
偏移地址：EU提供的16位信息或者IP提供的16位信息。
4）6字节的指令队列缓冲器：用来存放预取指令的指令队列。
5）16位的内部暂存器：暂存输入/输出信息的寄存器。
6）总线逻辑控制器：以逻辑控制方式实现总线上的信息传送，如信息分时传送等。

2、执行部件EU
执行部件的功能就是负责指令的执行