《指令系统层》PPT课件.ppt

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1、计算机系统结构系统的层次结构★★面向问题语言层汇编语言层操作系统层指令系统层微体系结构层5层4层3层2层1层硬件---机器语言机器与人的界面符号化的机器语言面向用户的语言硬件/固件(微程序)翻译(编译器)翻译(汇编器)部分解释(操作系统)直接执行/解释(微程序)一台计算机所能执行的全部指令，称为该机的指令系统或指令集，具体内容包括指令格式、寻址方式、指令类型与功能。相对微体系结构层，指令系统层是一个抽象的层次，它是硬件和软件之间的接口，其主要特征就是指令系统。本章将以80x86为背景讨论指令系统层，主要内容包括：•80x86系列CPU的结构特点；•80x86主存储器和寄存器组织

2、；•80x86指令系统。第4章指令系统层典型CPU漫谈从Intel4004－PentiumIV:4004－8008－8086/8088－80286－80386－80486－（IA－32位结构）Pentium－PentiumPro－PentiumMMX－PentiumII－PentiumIII－Celeron－PentiumIV－（IA－准64位结构）PentiumD（2005-4发布）Pentium64702.4G3.8G4.180x86CPU80x86CPU概况如下表所示：型号发布年代字长（位）晶体管数（万个）主频（MHz)内部数据总线宽度（位）外部数据总线宽度（位）地址总线

3、宽度（位）寻址空间片内高速缓存80861978162.94.771616201MB无80881979162.94.77168201MB无8028619821613.46~2016162416MB无8038619861627.512.5~333232324GB无80486198916120~16025~503232324GB8KB型号发布年代字长（位）晶体管数（万个）主频（MHz)内部数据总线宽度（位）外部数据总线宽度（位）地址总线宽度（位）寻址空间片内高速缓存Pentium(586)199332310~33060~1666464324GB8KB数据8KB指令PentiumPro

4、(P6)199532550+1550160~20064643664GB8KB数据8KB指令256KB二级高级缓存PentiumII199732750233~33364643664GB32KB512KB二级高速缓存，有独立封装和独立总线4.1.18086/8088CPU8086是16位，即CPU的内外数据总线为16位，一个总线周期可以传送一个字（16位）数据。8088是准16位，内部总线为16位，外部为8位，因此一个总线周期只能传送一个字节。地址20位，可寻址1MB主存空间。8086/8088的指令系统完全相同，完全兼容.1．8086/8088CPU内部结构模型机CPU指令串行执

5、行。在CPU执行指令时，系统总线与主存可能空闲，因此程序执行效率不高。8086/8088CPU采用指令流水线结构总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）取指令（或取操作数）执行部件EU（ExecuteUnit）执行指令EU和BIU两个部件并行工作,指令的读取与执行部分重叠，从而提高了指令的执行速度。8086CPU内部结构如下图所示:下面讨论EU和BIU的功能:（1）执行部件EU：执行指令从指令队列中取出指令代码，由EU控制器进行译码后产生对应的控制信号到各部件以完成指令规定的操作。对操作数进行算术和逻辑运算，并将运算结果的特征状态存放在标志寄存器中。由于EU不直接

6、与系统总线连接，因此当需要与主存储器或I/O端口传送数据时，EU向BIU发出命令，并提供给BIU16位有效地址与传送的数据。（2）总线接口部件BIU：完成CPU与主存或I/O端口之间的信息传送从主存取出指令送到指令队列中排队。从主存或I/O端口取操作数或存放运算结果。计算并形成访问主存的20位物理地址。2.8086/8088主存地址的形成段基址：将1MB主存空间划分为若干段，每个段的最大长度为64KB。段的20位段起始地址称为段基址。段基值：20位段起始地址的高16位偏移地址（偏移量）：一个主存单元与所在段的段基址之间的字节距离。逻辑地址:(段基址:偏移地址)物理地址:将16位

7、段基值左移4位后与16位偏移地址相加，形成20位主存单元。有效地址??4.1.280386/80486CPU(过渡产品)1．Intel8038632位地址，寻址空间为4GB。具有片内存储管理部件，使虚拟存储空间（逻辑地址空间）可达64TB。字长32位，系统总线的数据通路宽度32位。采用多级流水线结构。平均运算速度约为4MIPS。2．Intel804864.1.3Pentium系列CPU(PentiumCPU的功能结构图)4.2.180x86CPU的寄存器1．80x86CPU的寄存器分类(3大