微机原理课件第二章 IA-32结构微处理器.ppt

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1、第2章80x86系列结构微处理器与80862.180x86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2.1x86系列微处理器是8086的延伸x86系列结构微处理器的增长基本上按摩尔定律发展，已经经历许多代。但从使用者（包括程序员）的角度来看，它是以8086处理器为基础，是一个兼容的微处理器系列，是8086在功能上和性能上的延伸。2.1.18086功能的扩展1.从16位扩展为32位8086是16位微处理器。它的内部寄存器的主体是16位的。它的主要用于存放操作数的数

2、据寄存器是16位的。它的主要的用作为地址指针的指针寄存器也是16位的。依赖分段机制，用20位段基地址加上16位的偏移量形成了20位的地址，以寻址1MB的物理地址。16位，无论作为数的表示，它能表示的数的范围是十分有限的。用16位作为地址，它只能表示64KB，更是一个十分小的地址范围，远远不能满足应用的需要。因而，于1985年，Intel公司推出了第一个32位的微处理器--80386，开创了微处理器的32位时代。目前，计算机正从32位向64位转移，但主流仍是32位机。32位，无论从能表示的数的范围，还是能

3、寻址的物理地址，特别是能寻址的物理地址都极大的扩展了。使得微处理器能取代以前的所谓“大型机”，能应用于各种领域，从而极大地促进了计算机在各行各业中的应用。32位地址能寻址4GB物理地址。到目前，仍远大于主流计算机的实际内存配置，仍有广阔的应用余地。2.从实模式至保护模式当1981年，IBM公司刚推出IBM-PC时，主频是5MHz，内存是64KB-128KB，没有硬盘，只有单面单密度的软盘，到了PC/XT，才有10MB硬盘。在这样的硬件资源下，采用的操作系统是PC-DOS（MS-DOS）。这是单用户、单任

4、务的磁盘操作系统。操作系统本身没有程序隔离、没有保护。这是DOS遭受病毒泛滥的内因。随着PC机的大量普及，随着硬件性能的迅速提高。要求有能保护操作系统核心软件的多任务操作系统。为使这样的操作系统能在微型计算机系统中应用与普及，要求微处理器本身为这样的操作系统提供支持。于是，从80286开始，在80386中真正完善保护模式。在保护模式下，程序运行于四个特权级。这样，可以实现操作系统核心程序与应用程序的严格的隔离。保护模式支持多任务机制，任务之间完全隔离。3.片内存储管理单元-MMU32位地址，可寻址4GB

5、物理地址。但大多数PC机的物理内存配置远小于4GB。但应用程序却需要庞大的地址空间。因此，在操作系统中提供了虚拟存储器管理机制，而这要求硬件支持。因而，在80386中提供了片内的MMU。提供了4K页、页表等支持。以上三点是80386相对于8086的主要功能扩展。4.浮点支持工程应用、图形处理、科学计算等要求浮点支持（实数运算）。因此，自80486芯片开始，在x86系列微处理器中集成了x87（及其增强）浮点单元。5.MMX技术为支持多媒体技术的应用，如音乐合成、语音合成。语音识别、音频和视频压缩（编码）和

6、解压缩（译码）、2D和3D图形（包括3D结构映像）和流视频等等。x86系列处理器中增加MMX技术及相应的指令6.流SIMD扩展（SSE）自PentiumIII处理器开始，在x86系列微处理器中引进了流SIMD（单指令多数据）扩展（SSE）技术。SSE扩展把由IntelMMX引进的SIMD执行模式扩展为新的128位XMM寄存器和能在包装的单精度浮点数上执行SIMD操作。奔腾4处理器又进一步扩展为流SIMD扩展2（SSE2）：—用144条新指令扩展IntelMMX技术和SSE扩展，它包括支持：•128位SI

7、MD整数算术操作。•128位SIMD双精度浮点操作。2.1.28086性能的提高x86系列系列芯片的发展的一个重要方面是提高性能。1.利用流水线技术提高操作的并行性一方面是利用超大规模集成电路的工艺与制造技术提高芯片的主频。即减少一个时钟周期的时间。另一方面是缩短执行指令的时钟周期数。在8086中，利用流水线把取指令与执行指令重叠，减少了等待取指令的时间，从而使大部分指令的执行为四个时钟周期。80386利用芯片内由6个能并行操作的功能部件组成，从而使执行一条指令缩短为两个时钟周期。80486将80386

8、处理器的指令译码和执行部件扩展成五级流水线，进一步增强了其并行处理能力，在五级流水线中最多可有五条指令被同时执行，每级都能在一个时钟周期内执行一条指令，80486微处理器最快能够在每个CPU时钟周期内执行一条指令。总之，x86系列系列处理器芯片就是沿着这样的思路发展的。因此，8086是x86系列系列处理器的基础。而且，任一种x86系列处理器芯片在上电后，就是处在8086的实模式。根据需要，用指令进入各种操作模式。所以，学习x86系列处理器必