第2章 80x86系列结构处理器与ppt课件.ppt

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1、第2章80x86系列结构处理器与8086IA-32微处理器是8086的延伸2.18086的功能结构2.28086微处理器的执行环境2.32.180x86系列是8086的延伸80x86系列结构微处理器,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。存放操作数的数据寄存器是16位的。作为地址指针的指针寄存器是16位的。80386相对于8086的主要功能扩展

2、8086的主要功能扩展依赖分段机制，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。20根地址线可以寻址220字节单元即1M字节空间16位作为地址，只能表示64KB，远远不能满足应用的需要。1985年，Intel公司推出了第一个32位的微处理器80386。(目前，计算机正从32位向64位转移，但主流仍是32位机。)80386相对于8086的主要功能扩展32位，无论从能表示的数的范围，还是能寻址的物理地址，特别是能寻址的物理地址都极大的扩展了。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

3、配置，仍有广阔的应用余地。80386相对于8086的主要功能扩展2.从实模式至保护模式当1981年，IBM公司刚推出IBM-PC时(8086)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。采用的操作系统是PC-DOS（MS-DOS）单用户、单任务的磁盘操作系统。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。80386相对于8086的主要功能扩展在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隔离。

4、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IA-32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

5、，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结构映像）和流视频等等。IA-32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IA-32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

6、括支持：•128位SIMD整数算术操作。•128位SIMD双精度浮点操作。128位指令设计以支持媒体和科学应用。由这些指令所用的向量操作数允许应用程序在多个向量元素上并行操作。元素能是整数（从字节至四字）或浮点数（单精度或双精度）。算术运算产生有符号的、无符号的和/或混合的结果。1.利用流水线技术提高操作的并行性提高芯片的主频。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。8086性能的提高流水线：在CPU中把一条指令分解成多个可单独处理的操作，使每

7、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。80486的指令分PF、D1、D2、EX、WB五个操作步骤012345687时间i1PFD1D2EXWBPFD1D2EXWBPFD1D2EXWBPFD1D2EXWBi2i3i480486将80386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，

8、80486微处理器最快能够在每个CPU时钟周期内执行一条指令。整数流水线五个阶段的整数流水线：PF(预取)：处理器从代码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