第 2 章 80x86系列结构微处理器与课件.ppt

《第 2 章 80x86系列结构微处理器与课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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系列结构微处理器与808680x86系列结构微处理器是以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。从16位扩展为32位从实模式至保护模式片内存储管理单元–MMU浮点支持MMX技术流SIMD扩展（SSE）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。但依赖分段机制，

2、基地址+偏移量形成了20位的地址，以寻址1MB的物理地址。1985年，Intel公司推出了第一个32位的微处理器—80386，目前主流仍是32位机。32位地址能寻址4GB物理地址。2.从实模式至保护模式1981年，IBM公司刚推出IBM-PC时，采用的是MS-DOS系统，操作系统本身没有程序隔离、没有保护，易遭受病毒。从80286开始，在80386中真正完善保护模式。在保护模式下，可以实现操作系统核心程序与应用程序的严格的隔离，多任务之间完全隔离。3.片内存储管理单元–MMU32位地址，可寻址4G

3、B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。4.浮点支持工程应用、图形处理、科学计算等要求浮点支持。因此，自80486芯片开始，在80x86系列微处理器中集成了80x87（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）和解压缩（译码）、2D和3D图形（包括3D结构映

4、像）和流视频等等。80x86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。Pentium4处理器又进一步扩展为流SIMD扩展2（SSE2）。2.1.28086性能的提高1.利用流水线技术提高操作的并行性提高性能的两个方面：（1）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。（2）缩短执行指令的时钟周期数。执行指令时钟周期的缩短：8086，

5、流水线技术，一条指令占用4个时钟周期。80386，并行处理，执行一条指令缩短为2个时钟周期。80486，扩展成五级流水线，最快能够在每个CPU时钟周期内执行一条指令。奔腾处理器，增加了第二个执行流水线，实现每个时钟执行两条指令。IntelPentium4处理器，可以在一个时钟周期中可以执行多条指令。2.引入片内缓存（CACHE）为了减少取指令与数据的时间，把近期可能要用到的指令与数据放在工作速度比主存储器更高的缓存中，在处理器芯片中实现了缓存。目前，通常在处理器芯片上有指令和数据分开的一级缓存与指

6、令与数据混合的二级缓存。且缓存的容量越来越大。从而进一步提高了处理器的性能。2.28086的功能结构图：8086的功能结构图BIU负责CPU与存储器之间的信息传送。即BIU负责从内存的指定单元取出指令，送至指令流队列中排队；在执行指令时所需的操作数，也由BIU从内存的指定区域取出，传送给EU部分去执行。EU部分负责指令的执行。主要由数据寄存器、指针寄存器与算术逻辑单元（ALU）组成。8086CPU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（Exe

7、cutionUnit）。BIU负责负责从内存的指定单元取出指令和执行指令时所需的操作数。EU负责指令的执行。取指部分与执行指令部分是分开的，于是在一条指令的执行过程中，就可以取出下一条或多条指令，在指令流队列中排队。在一条指令执行完以后就可以立即执行下一条指令，减少了CPU为取指令而等待的时间，提高了CPU的利用率，提高了整个运行速度。在8080与8085以及标准的8位微处理器中，程序的执行是由取指和执行指令的循环来完成的。CPU必须等待到下一条指令取出来以后才能执行。如图所示。图：8位微处理器俄

8、执行顺序但在8086中，由于BIU和EU是分开的，所以，取指和执行可以重叠进行。执行顺序如图所示。这种重叠的操作技术，称为流水线。图：8086的执行顺序2.38086微处理器的执行环境执行环境描述处理器如何执行指令及如何存储和操作数据。包括内存（地址空间）、通用数据寄存器、段寄存器、标志寄存器（FLAGES）和指令指针寄存器等。2.3.1基本执行环境概要地址空间1MB的线性地址空间。基本程序执行寄存器8个通用寄存器、4个段寄存器、标志寄存器FLAGS和IP（指令指针）寄存器。堆栈（