《微型计算机原理》（王忠民版）ppt电子课件教案第3章80x86微处理器

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1、第3章80x86微处理器3.180x86微处理器简介3.28086/8088微处理器3.38086/8088存储器和I/O组织3.4从80286到Pentium系列的技术发展3.180x86微处理器简介80x86微处理器是美国Intel公司生产的系列微处理器。该公司成立于1968年，1969年就设计了4位的4004芯片，1973年开发出8位的8080芯片，1978年正式推出16位的8086微处理器芯片，由此开始了Intel公司的80x86系列微处理器的生产历史。本节简要介绍Intel公司80x86系列微处理器的发展过程及其

2、特性。表3.1给出了80x86系列微处理器概况。下面通过对表中有关技术数据的分析来说明Intel80x86系列微处理器的发展情况。表中“集成度”是指CPU芯片中所包含的晶体管数。“主频”是指芯片所使用的主时钟频率，它直接影响计算机的运行速度。“数据总线”是计算机中各个组成部件间进行数据传送时的公共通道，“内数据总线宽度”是指CPU芯片内部数据传送的宽度（位数），“外数据总线宽度”是指CPU与外部交换数据时的数据宽度，显然，数据总线位数越多，数据交换的速度就越快。“地址总线”是在对存储器或I/O端口进行访问时，传送 由CPU

3、提供的要访问的存储单元或I/O端口的地址信息的总线，其宽度决定了处理器能直接访问的主存容量大小。如8086有20根地址线，使用这20根地址线上不同地址信息的组合，可直接对220=1M个存储单元进行访问；PentiumII有36根地址线，因此它可直接寻址的最大地址范围为236=64G。高速缓冲存储器Cache的使用，大大减少了CPU读取指令和操作数所需的时间，使CPU的执行速度显著提高。为了满足微型计算机对存储器系统高速度、大容量、低成本的要求，目前，微型计算机系统采用如图3.1所示的三级存储器组织结构，即由高速缓冲存储器C

4、ache、主存和外存组成。表3.180x86系列微处理器概况当前正在执行的程序或要使用的数据必须从外存调入主存后才能被CPU读取并执行，主存容量通常为MB级（理论上可达GB级，如PentiumII可配置的内存最大容量可达236=64G，但事实上，基于成本和必要性考虑，目前，微型计算机内存配置一般都不会达到其理论允许值）；当前没有使用的程序可存入外存，如硬盘、软盘、光盘等，外存的容量通常很大，可达GB甚至TB级；而高速缓冲存储器的最大特点是存取速度快，但容量较小，通常为KB级，将当前使用频率较高的程序和数据通过一定的替换机制

5、从主存放入Cache，CPU在取指令或读取操作数时，同时对Cache和主存进行访问，如果Cache命中，则终止对主存的访问，直接从Cache中将指令或数据送CPU处理，由于Cache的速度比主存快得多，因此，Cache的使用大大提高了CPU读取指令或数据的速度。高速缓冲存储器（Cache）微处理器CPU主存储器（主存）外存储器（外存）图3.1存储器三级结构80386之前的CPU都没有Cache。80386CPU内无Cache，而由与之配套使用的Intel82385Cache控制器实现CPU之外的Cache管理。80486之

6、后的CPU芯片内部都集成了一至多个Cache。需要说明的是，80x86CPU在发展过程中，存储器的管理机制发生了较大变化。8086/8088CPU对存储器的管理采用的是分段的实方式；80286CPU除了可在实方式下工作外，还可以在保护方式下工作；而80386CPU之后的处理器则具有三种工作方式：实方式、保护方式和虚拟8086方式。在保护方式下，机器可提供虚拟存储管理和多任务管理机制。虚拟存储的实现，为用户提供了一个比实际主存空间大得多的程序地址空间，从而可使用户程序的大小不受主存空间的限制。多任务管理机制的实现，可允许多个

7、用户或一个用户的多个任务同时在机器上运行。从80386开始，微处理器除支持实方式和保护方式外，又增加了一种虚拟8086方式。在这种方式下，一台机器可以同时模拟多个8086处理器的工作。有关存储器管理机制的详细介绍，请参阅3.4.2“80x86存储器管理”一节。3.28086/8088微处理器8086是Intel系列的16位微处理器。使用HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万个晶体管，用单一的+5V电源供电，封装在标准的40引脚双列直插式管壳内，时钟频率5MHz10MHz。8086有16条数据总线，可以处理8位或16位数据

8、。有20条地址总线，可以直接寻址1M（220）字节的存储单元和64K个I/O端口。在8086推出后不久，为方便原8位机用户，Intel公司很快推出了8088微处理器，其指令系统与8086完全兼容，CPU内部结构仍为16位，但外部数据总线是8位的，这样设计的目的主要是为了与原有的8位外围接口芯片兼容。并以