微机原理--第2章_80x86系列结构微处理器与8086.ppt

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1、第2章80x86系列结构微处理器与8086复习（8A）H=（）D微处理器、微型计算机和微型计算机系统的区别是什么？奔腾系列的微处理器的字长是多少？后期进一步掌握：CPU的内部结构、程序的执行过程和寻址方式第2章80x86系列结构微处理器与8086本章讲述：2.180x86系列微处理器是8086的延伸2.28086的功能结构2.38086微处理器的执行环境2.180x86系列微处理器是8086的延伸功能扩展从16位扩展为32位，目前正向64位转移32位地址的寻址空间为4GB，大于主流计算机实际内存配置，尚有应用余地从实模式至保护模式实现操作系统核心

2、程序和应用程序的严格隔离，多任务之间完全隔离虚拟内存：匀出一部分硬盘空间来充当内存使用。当内存耗尽时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存流水线：在CPU中把一条指令分解成多个可单独处理的操作，使每个操作在一个专门的硬件站（stage）上执行，这样一条指令需要顺序地经过流水线中多个站的处理才能完成，但是前后相连的几条指令可以依次流入流水线中，在多个站间重叠执行，因此可以实现指令的并行处理。2.180x86系列微处理器是8086的延伸80x86性能的提高：流水线、超标量与CACHE2.180x86系列微处理器是8086的延伸五级流水线：PF(预取)：处理

3、器从代码cache中预取指令D1(译码阶段1)：处理器对指令译码确定操作码和寻址信息。D2(译码阶段2)：产生访问存储器的地址EX(执行)：处理器或者访问数据cache，或者利用ALU等功能单元计算结果WB(写回)：利用指令运行结果更新寄存器和标志寄存器80x86性能的提高：流水线、超标量与CACHE2.180x86系列微处理器是8086的延伸80486的指令分PF、D1、D2、EX、WB五个操作步骤012345687时间i1PFD1D2EXWBPFD1D2EXWBPFD1D2EXWBPFD1D2EXWBi2i3i42.180x86系列微处理器是

4、8086的延伸2、超标量：配置多个执行部件和指令译码电路，能同时执行多条指令。Pentium由三个执行单元组织而成，一个执行浮点指令，另两个执行整型指令（U流水线和V流水线），这意味着Pentium同时可以执行三条指令超标量2.180x86系列微处理器是8086的延伸3、CACHE存储器的集成度和工作速度相对于CPU差一个数量级减少存储器中取指令和数据的时间，利用指令执行的局部性原理，把近期可能用到的指令与数据放在工作速度比存储器更高的缓存中2.28086的功能结构指令的执行过程取指令指令译码指令执行在指令执行时根据需要在存储器中存取操作数。在8

5、位微处理器中指令都是直接从存储器中取出处理器串行工作2.28086的功能结构串行工作方式1）CPU执行指令时总线处于空闲状态2）CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成取指执行取指执行取指执行…..时间缺点：CPU无法全速运行解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立刻得到2.28086的功能结构从功能上来说分成两大部分，总线接口单元BIU（BusInterfaceUnit)和执行单元EU（ExecutionUnit).BIU:负责与存储器接口，即8086与存储器之间的信息传送，都是由BIU负责进行的,即：(1)BIU从内存

6、的指定部分取出指令，送至指令队列排队。(2)从内存的指定部分取出执行指令时所需的操作数，送至EU部分EU:负责指令的执行内部暂存器IPESSSDSCS输入/输出控制电路外部总线执行部分控制电路123456∑ALU标志寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDI通用寄存器地址加法器指令队列缓冲器执行部件（EU)总线接口部件（BIU)16位20位16位8位2.28086的功能结构AXBXCXDX•算术逻辑单元负责各种算术和逻辑运算。•地址加法器将左移4位的段寄存器的内容与偏移地址相加，形成20位的物理地址，以便对1兆空间的存储器寻址。•指令

7、队列指令队列中包含若干个（8086—6个）8位寄存器，用于顺序存放从存储器中取出的指令，供执行单元执行。•输入/输出控制电路提供系统总线的控制信号，实现数据、地址和状态信息的分时传送。•执行单元控制电路控制、定时与状态逻辑电路。用于控制执行单元中各部件按指定的要求协调工作。2.28086的功能结构并行工作方式取指取指取指取指取指得到数据取指…..BIU等待执行执行执行执行8086微处理器的执行顺序EU8086的并行流水线操作CPU包括两大部分：EU和BIUBIU不断地从存储器取指令送入IPQ，EU不断地从IPQ取出指令执行EU和BIU构成了一个简

8、单的2工位流水线指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键（类似于工厂流水线的传送带）新型CPU将一条指令划分成更多的阶段，以便可以同时执