X86 CPU体系机构系列课件.ppt

《X86 CPU体系机构系列课件.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、第二章80X86微处理器的结构本章主要内容是介绍80X86系列微处理器(从8086到PentiumⅢ)的结构特点，详细讨论80X86微处理器的编程结构、引脚信号功能及总线时序。2.1从8086到Itanium(P7)80X86系列微处理器是PC系列机中处理器的主流产品，处理器是微型计算机的心脏，其性能的优劣直接影响整机的性能，了解80X86微处理器各代芯片的结构特点可以看出当代微处理器的发展趋势。本节从介绍16位微处理器8086的基本结构开始，按其发展历程逐个介绍从80286到PentiumⅢ微处理器的结构特点，通过介绍

2、归纳出当代微处理器发展的趋势。2.1.1Intel8086微处理器的基本结构(P7)8086微处理器是Intel公司于1978年6月推出的第三代微处理器——16位微处理器，它集成了29000个晶体管，采用40条引脚的DIP(双列直插)封装，时钟频率有3种：5MHz(8086)、8MHz(8086—1)和10MHz(8086—2)。为了提高程序的执行速度，充分使用总线，8086微处理器被设计为两个独立的功能部件：执行部件（EU）和总线接口部件（BIU），请看教材8页图2—1所示。8页图2—1给出了8086微处理器的基本框图

3、在图2—1中右半边为控制器部分；主要包括地址总线、数据总线、总线控制逻辑、内部通信寄存器、指令队列；左半边为运算器；主要包括通用寄存器；EU控制系统、标志寄存器、暂存寄存器。一、总线接口部件BIU(BusInterfaceUnit)总线接口部件由段寄存器、指令指针、地址形成逻辑、总线控制逻辑和指令队列等组成。总线接口部件负责从内存储器的指定区域中取出指令送到指令队列中去排队；执行指令时所需要的操作数(内存储器操作数和I／O端口操作数)也由总线接口部件从相应的内存区域或I／O端口中取出，传送给执行部件EU。如果指令执行的

4、结果需要存入内存储器，也是由BIU写入相应的内存区域。总之，总线接口部件BIU同外部总线连接，为执行部件EU完成全部的总线操作，并且计算、形成20位的内存储器的物理地址。也就是说：总线接口部件既要同外部总线连接，又要同执行部件EU完成全部的总线操作。二、执行部件EU(ExecutionUnit)从8页的图2-1看出：执行部件由通用寄存器、标志寄存器、运算器(ALU)和EU控制系统等组成。EU从BIU的指令队列中获得指令，然后执行该指令，完成指令所规定的操作。EU用来对寄存器内容和指令操作数进行算术和逻辑运算，以及进行内

5、存有效地址的计算。EU负责全部指令的执行，向BIU提供数据和所需访问的内存或I／O端口的地址，并对通用寄存器、标志寄存器和指令操作数进行管理。提高速度的方法由于EU和BIU这两个功能部件能相互独立地工作，在大多数情况下，能使大部分的取指令和执行指令同时进行。这样EU执行的是BIU在前一时刻取出的指令，与此同时，BIU将取出EU在下一时刻要执行的指令。所以，在大多数情况下，取指令所需的时间“消失”了(隐含在上一指令的执行之中)，大大减少等待取指令所需的时间，提高了微处理器的利用率和整个系统的执行速度。BIU与EU取指令和执

6、行指令同时进行请看8页图2—18086微处理器的基本框图对于8页图2—1需要说明的是8086的指令预取队列为6个字节，8088的指令预取队列为4个字节。2.1.2Intel80286微处理器的基本结构80286在微型计算机的发展史上，具有划时代意义。80286是美国Intel公司于1982年推出的一种高性能的16位微处理器，片内集成了存储管理和保护机构，能用四层特权支持操作系统和任务的分离，同时也支持任务中的程序和数据的保密。80286是8086向上兼容的微处理器，80286具有两种工作方式——实方式(又称实地址方式)和

7、保护方式(又称保护虚地址方式)。在实方式中（也就是我们通常所说的DOS方式），80286兼容了8086的全部功能，8086的汇编语言源程序不做任何修改便可以在80286中运行，在保护方式中，80286把实方式的能力和存储器管理，对虚拟存储器的支持以及对地址空间的保护集为一体，使80286能可靠地支持多用户和多任务系统。80286的特点80286具有24条地址线，在实方式下只使用20条地址线，有220字节(1MB)的寻址能力，这与8086相同；在保护方式下，使用24条地址线，有224字节(16MB)寻址能力，它能将每个任务

8、的230字节(1024MB即1GB)的虚地址映射到224字节的物理地址中去。80286微处理器的内部结构如9页图2—2所示。请看9页图2—280286的内部结构框图从9页图2—2可见，80286微处理器内部有4个功能部件，即地址部件AU、指令部件IU、执行部件EU和总线部件BU。比8086多了2个即AU、IU。一、地