内部结构及引脚功能

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时间:2019-06-28

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1、M/《微型计算机原理与接口技术》第5版第2章8086CPU本章主要内容§2.18086CPU的内部结构(内部组成、寄存器结构)§2.28086/8088CPU的引脚功能(引脚特性和作用)§2.38086的存储器组织§2.48086的工作模式和总线操作3典型微处理器的主要性能指标主频:CPU的时钟频率外频:系统总线的工作频率(系统时钟频率)倍频:主频与外频之比的倍数;主频=外频×倍频内存总线速度:CPU与二级高速缓存和内存之间的通信速度扩展总线速度:CPU和外部设备交换数据的速度地址总线宽度:CPU可直接寻址的内存空间大小数据总线宽度:一次传输的数据位数高速缓存:介于中

2、央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。微处理器性能简介Intel系列的CPU采用向下兼容的策略,每一种新的CPU都对原有的系列产品保持兼容,从而使此前的软件都能继续运行。CPU的性能指标最主要有以下两个:1.字长:指CPU能同时处理的数据位数,也称为数据宽度。字长越长,计算能力越高,速度越快,但集成度也要求越高,工艺越复杂。8080(8位),8086(16位),80286/386/Pentium(32位),Itanium(64位)。2.主频:即CPU的时钟频率。主频越高,运算速度越快。8086(10MHz),P4(目前最高3GHz)。为了使大家深入了解CPU的基本

3、原理和关键技术,并且了解CPU设计的创新点,本课程先以8086为例,介绍CPU的基本原理和关键技术,然后再介绍80386的主要技术,最后介绍Pentium的技术要点。16位和32位微处理器5微处理器的基本功能(1)指令控制(2)操作控制(3)时间控制(4)数据加工微处理器性能简介68086CPU的基本性能指标(1)16位微处理器;(2)采用高速运算性能的HMOS工艺制造,芯片上集成了2.9万只晶体管;(3)使用单一的+5V电源,40条引脚双列直插式封装;(4)时钟频率为5MHz~10MHz,基本指令执行时间为0.3ms~0.6ms(5)16根数据线和20根地址线,可寻

4、址的地址空间达1MB(6)8086可以和浮点运算器、输入/输出处理器或其他处理器组成多处理器系统,从而极大地提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。Intel8086微处理器内部组成结构8086微处理器从功能上可以划分为两个逻辑单元:(1)执行部件EU(ExecutionUnit)(2)总线接口部件BIU(BusInterfaceUnit)8086微处理器的寄存器结构8086可供编程使用的有14个16位寄存器,按其用途可分为3类:(1)通用寄存器(2)段寄存器(3)指针和标志寄存器8088的内部结构与8086基本相同,不同点:(1)8086的指令队列为6字节,8088

5、为4字节;(2)8086BIU的外部数据总线为16位,而8088为8位。8086的结构8086CPU内部结构框图如下页图2.1所示。8.1.18086CPU内部结构及工作过程8086内部结构8086CPU由两部分组成:总线接口单元(BusInterfaceUnit,BIU)BIU负责CPU与内存和I/O端口间的数据交换。BIU先从指定内存单元中取出指令,送到指令队列中排队,等待执行。执行指令时所需的操作数,也可由BIU从指定的内存单元或I/O端口中获取,再送到EU去执行。执行完指令后,可通过BIU将数据传送到内存或I/O端口中。8086内部结构BIU的特点:8086/

6、8088的指令队列分别为6/4个字节,在执行指令的同时,可从内存中取出后续的指令代码,放在指令队列中,可以提高CPU的工作效率。地址加法器用来产生20位物理地址。8086可用20位地址寻址1M字节的内存空间,而CPU内部的寄存器都是16位,因此需要由一个附加的机构来计算出20位的物理地址,这个机构就是20位的地址加法器。例如:CS=0FE00H,IP=0400H,则表示要取指令代码的物理地址为0FE400H。8086内部结构指令执行单元(ExecutionUnit,EU)EU负责执行指令:指令执行部件完成指令译码和指令执行的工作。它先从BIU的指令队列中取出指令,送到

7、EU控制器,经译码分析后执行指令。EU的算术逻辑单元(ArithmeticLogicUnit,ALU)完成各种运算。BIU与EU的动作协调原则总线接口部件(BIU)和执行部件(EU)按以下流水线技术原则协调工作,共同完成所要求的信息处理任务。2.8086CPU的工作过程大致分以下几步:1)先执行读存操作,从给定地址单元中取出指令,送到先进先出的指令队列中等待执行。存储器的物理地址=CS16+IP,在地址加法器中形成。2)执行单元EU从指令队列中取走指令,经EU控制器译码分析后,向各部件发控制命令,以完成执行指令的操作。此时EU不需要使用外部总线,

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