0405硬件基础2.2.2

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1、2.2Intel80486微处理器体系结构表2.1给出了Intel的CPU，从4004到PⅢ，486是主流机种中代表性、典型性、上下兼容性都很好的CPU。原则：宜粗不宜细。不讲实际结构，只能讲编程结构，即：站在程序员和用户的角度来看结构，这样得到了与实际布局有差异的，但简单得多的框图；不会影响我们使用计算机，否则这样的编程结构是无意义的。2.2.1结构特点80486是32位高性能处理器，它以提高性能和面向多处理器系统结构为主要目标，它具有如下的特点：①80486采用的是单倍的时钟频率，即在80486C

2、PU的CLK端输入的外部时钟频率就是其内部处理器的工作时钟频率。②内部包含有8K字节的指令/数据合用型高速缓存器。③内部包含了相当于增强型80387功能的浮点协处理器。④对使用频率较高的基本指令，由原来的微代码控制改为硬件逻辑直接控制，并在指令执行单元采用了RISC(ReducedInstructionSetComputing精简指令集计算，整体提高CPU性能)技术和流水线技术。⑤采用了突发式总线传输方式（有效地解决CPU与存储器之间的数据交换问题）。⑥内部数据总线的宽度有32位、64位等多种，并分别

3、用于不同单元之间的数据通路⑦对某些内部寄存器中部分位的内容进行了变动和增加。⑧面向多处理器结构，在总线接口部件上增加了总线监视功能，增加了支持多机操作的指令。2.2.280486的内部结构与内部寄存器1．内部结构8个逻辑部件：总线接口部件；指令预取部件；指令译码部件；指令执行部件；段管理部件；页管理部件；高速缓存部件；浮点运算部件各单元的功能图2.3的简化结构图（实验讲义P1）指令译码部件指令预取部件高速缓存部件总线接口部件外部数据总线32位控制总线外部地址总线32位内部控制线内部数据总线物理地址物理

4、地址段管理部件浮点数部件页管理部件执行部件线性地址逻辑地址（1）总线接口部件：完成CPU与外部总线上各种信号的交换，管理486CPU的168条引脚。通过地址驱动器输出地址信号，以选择外部的存储单元或者I/O口；通过数据总线收/发器，完成内部数据外送，把外部的数据或指令代码取回。通过总线接口单元的相关部件，实现对各种控制信号、状态信号的管理（1）指令预取部件：完成译码前期工作——指令取入、排队分析、分解总线接口单元对片外存储器的代码段发出地址信号，从中取出代码，经数据总线进入指令预取单元。486有32字

5、节的代码队列，平均可存放10条指令（486的指令平均长度是3.2字节）（2）指令译码部件：完成指令译码对指令预取队列的指令代码流进行预译码，然后送入已译码的指令队列等候执行。预译码的好处？在8086中，没有这一环节，译码时发现是转移或调用子程序指令，则清空指令队列，重新提取指令和装入指令，再译码和执行，花费CPU时间。而486是在执行指令的同时完成这些动作。（3）指令执行部件：完成指令的执行算术、逻辑运算，数据传送，位操作等（4）段管理部件：实施存储器管理从286开始，引入了虚拟存储器概念，但虚拟地址

6、最终要转换成为实际地址（物理地址），段管理功能部件的主要任务就是把虚拟地址转化为线性地址，以便由页管理单元转换为物理地址；在不采用页管理的情况下，“线性地址”就是“物理地址”。（5）页管理部件：把线性地址转化为物理地址486的分页管理是在分段管理的基础上进行的，486的物理存储器可以分为若干个大小固定为4K的页面（用来存放即将运行的程序的指令代码和数据），这是一种功能很强的存储器管理方式。分页的目的是把处理器的地址空间映像到磁盘，以便使内存以页为单位与磁盘进行交换，从而实现虚拟存储器系统中的物理存储器

7、管理。虚拟主内存物理主内存外部存储器页：：：：：：：：主内存：：：：段CacheCPU：：：：存储管理机制（1）Cache：集成在486芯片中的片内Cache速度更快。片内片外2级（2）浮点运算部件：低档计算机为了提高运算速度，专门用一片CPU来完成计算8086配8087；80286配80287片外配置80386配80387486把协处理器集成在芯片中8个部分的功能概述，见P33①②③④⑤⑦⑧。486的流水线工作示意：P33图2.4，每一条指令分为6个步骤完成。一个专门部件只完成个一步骤；这样，从第六

8、个时钟开始，每一个时钟周期，就有一条指令执行完成。学习CPU，重点学寄存器1．内部寄存器重中之重按功能分为四类：基本寄存器；系统寄存器；调试和测试寄存器；浮点寄存器。（1）基本寄存器包括：通用寄存器；指令指针寄存器；标志寄存器；段寄存器。①通用寄存器8个32位通用寄存器8086/8088:(8个16位)AX，BX，CX，DX，SI，DI，BP，SP。80486：(8个32位)EAX，EBX，ECX，EDX，ESI，EDI，EBP，ESP。其中，AX，BX