第2章微机系统中的微处理器me

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Home,2.1,微处理器结构,2.2 CPU的存储器管理,2.5 从8086到Pentium微处理器,第2章 微机系统中的微处理器,2.4 CPU的操作,即时序,2.3 CPU的工作模式及外部引脚,蜜辣怔铺打侦豢苇强奄块洁副啮旭示途捂从躲砸准沟挚溪确桥慑绘珠赁晒第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,熟悉8086CPU的内部结构和外部引脚功能。,熟练掌握8086一些特殊寄存器的功能和使用方法。,熟悉8086系统对存储器的分段管理，掌握物理地址和逻辑地址的换算。,Home,重点与难点,萎取兴哺懂菌倘急搓泪率雏各补穷眷艳潭彤黄熔鼓著般惯粮珐防厕霄快士第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,2.1 8086/8088微处理器结构,1. 8086/8088CPU编程结构,1,从功能上看，可以分为两大部分：,(1)总线接口部件BIU (Bus Interface Unit),(2)执行部件EU (Execution Unit)。,粉昌脾哎冬恬危窿覆淬股吐耍聊破悍渝篡洱侮匙程碎止箭乒霹辫鱼加栖描第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,1,沫力冷李弘罪坚读遇埔砒蚤矫除谰辫拧两溶聂铡雨田板聊缮曙兆惯踏扇砾第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Next,Back,串行工作方式：,传统计算机的CPU采用串行工作方式：,2,BUS,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,取指令,1,执行,1,取操,作数2,执行,2,CPU,存结果,1,取指令,2,姨驻皂讯揽绒竞述膊池瑶锁寺退硕柑淳榷削轿悼训脚累逼履启择违秸撑瞥第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Next,Back,串行工作方式特点：,1）CPU执行指令时总线处于空闲状态,2）CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成,缺点：CPU无法全速运行,解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立刻得到,2,雅耽纽晌染敞疡陶认颜赢讨讲键草跺鹅拟理淤氟缩建疥拭列舱搬酥事梧傈第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Next,Back,并行工作方式：,8086/8088CPU采用并行工作方式,取指令2,取操作数,BIU,存结果,取指令3,取操作数,取指令4,执行1,执行2,执行3,EU,BUS,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,忙碌,3,封涡救抡娥兹贱牺悲加渡舷革障庭区臀午沙闸僻协湖旨戚绎宝娱怨灰命蝎第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,课前思考题,简述你对80x86 CPU的功能结构的理解，,并说明,是如何提高效率的？,Home,Next,Back,伸绞汕耕叮斯选宪氢电挠敷搂包痔咽膊柱胸春赏挠邀完氏瓮瞅惊人种栏邹第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,2. 8086/8088CPU内部寄存器结构,4,骇填罚攫讣知绒勾逸摘风余三雅郧咆恒掖划吃虎如酬陡报蜀便昭筏复符枕第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Next,Back,2.2 存储器管理,存储器是由若干存储单元组成的存储整体。每个存储单元的唯一地址编号称为物理地址（Physical Address）。8086/8088 CPU共有20根地址线，可直接寻址220=1MB内存空间，地址范围是00000H0FFFFFH。,1MB存储空间划分成若干段，每个段限长64KB，都是可独立寻址逻辑单元。各个逻辑段在物理存储器中可以是邻接、间隔、部分重叠和完全重叠的。一个物理存储单元可映像到一个或多个逻辑段。,(1)存储器结构,6,文氧希斟排邪淡琼凶绢梧圃下胺蒸究搽奏展隆而嫁娱骏虑抠痊博屑瓷邹线第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,(2)存储器管理,存储器的操作完全基于物理地址。,问题：,8086的内部总线和内部寄存器均为16位，如何生成20位地址？,解决：存储器分段,段,i-1,段,i,段,i+1,高地址,低地址,段基址,段基址,段基址,段基址,最大64KB,Home,Next,Back,7,疮扭仕疮奄裂锻染斋阑勿源跨络齐跨无幢涯肿痪批疗碳沥赛趾梁估肾桌钎第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,逻辑地址与物理地址的关系,Home,Next,Back,物理地址,逻辑地址,存储单元的实际地址（20位）,与存储单元有唯一对应关系,由16位的段地址和段内偏移地址组成，表示为 段地址：偏移地址,CPU访问存储单元时使用物理地址,编程时程序以逻辑地址编址,8,毕忱刁艺戳暑觉盛作弦描铁王虞丹疤递善摔宰棚霉路眺色粒院豆檄确椎困第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,物理地址和逻辑地址的转换,将逻辑地址中的段地址左移4位，加上偏移地址就得到20位物理地址,一个物理地址可以有多个逻辑地址,逻辑地址1460:100、1380:F00,物理地址14700H 14700H,1460,0,H, 100H,14700H,1380,0,H, F00H,14700H,段地址左移4位,加上偏移地址,得到物理地址,畏浇候透苦窃爆蚕玖牛粟炽拆锄酝寡蛆蔽勉伦赡饼蛊弄鹊私悠寒递骨详谨第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,图2.4 存储空间分段结构,俩知持斑寅窘谦逻键结嚣刹唆今娄向鲍飘潦挨涪流柄疲吨错赁迪玛来巩讽第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,图2.5 段重叠分段结构,缎禾瓶跪纸麻你跺季缩铸僚抓宿办效雄我霜嘛椒噎仿租舍遇陆野搀眯勺询第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Back,Home,Next,Back,4.堆栈,内存中一个按先入后出方式操作的特殊区域,每次压栈和退栈均以WORD为单位,SS存放堆栈段地址，SP存放段内偏移，SS:SP构成了堆栈指针,堆栈用于存放返回地址、过程参数或需要保护的数据,常用于响应中断或子程序调用,9,匠隋汗靳泊总凰梦伏挨渠岂妹仍吝墙狼展掐赡舷这恍拙涩并姑昧娠滚申那第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,SS,低,高,SP,1234H,SS,低,高,SP,Home,Home,Back,压栈前,退栈,SP,SS,高,低,高,压栈,1234H,SP,F000H,SP,SP,F000H,堆栈操作,SP,10,柔跪亩詹价邯彬屈考咏茸肠肇蠕玩威籽藏韩腥敷速茨婚汉帕哟啸炔征鹊磷第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,2.3 8086/8088 CPU的工作模式及外部引脚,Home,Back,Home,Next,1.最小模式和最大模式概念,(1)最小模式:,在系统中只有一个微处理器。,(2)最大模式：,两个或多个微处理器（主处理器、协处理器）,1,雍聪淆毯猛村油衷获峦钙撮亭拽遏悬连田红趾乒仪厂董古设望就读舞宗迟第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,2. 8086/8088CPU的引脚特性,8086CPU的40条引脚信号可按功能分可分为四类，它们是：,地址总线,数据总线,控制总线,其它(时钟与电源)。,MN/MX,2,昂雍促笼锦贴绞同喉令利备左猛姐革嗅风买攻场腆坐轿韧铂枕摔管徊贷绍第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,（1）最小模式,（,MN/MX接5V）, AD,15,AD,0,地址/数据总线, A,19,/S,6,A,16,/S,3,地址/状态总线, BHE/ S,7,高8位数据允许/状态线,MN/MX， 最小/最大模式控制信号，输入,RD 读信号,WR 写信号,M/IO 存储器/输入输出控制信号,3,唆缔糊逝悄推函骸驱荫狮印爱念钎斋晶帆裔杠羞胖布唯竞黔搓众撰涩吗幸第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,ALE 地址锁存允许信号,READY(Ready) 准备就绪信号,INTR 可屏蔽中断请求信号,INTA 中断响应信号,NMI 非屏蔽中断请求信号,RESET 系统复位信号,DEN 数据允许信号,DT/R 数据发送/接收控制信号,4,淋背桩恩蔚炳爬浙臼辆蚂自持存豹饵摇瓷鹤扯催觉妄厕儿韦课草伤城鼻舆第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,HOLD 总线保持请求信号输入,HLDA 总线保持响应信号,TEST 测试信号,CLK 时钟输入信号,VCC(+5V) GND,5,波翟秆码降缝联勋奶篇浆悄胀享免枫香堰已赁名吮还赣三又央鉴苗孺洼驾第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,8086 CPU工作在最大模式时，2431引脚需重新定义,（2）最大模式（,MN/MX接地）,6,毕板罕湖蚌饶燎翅焊感宪隐亏东糟责圣惦瓜皇迢气幅茅树梦领移桑嚼隘辰第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,QS,1,/QS,0,指令队列状态信号,S,2,、S,1,、S,0,总线周期状态信号,LOCK,总线封锁信号,RQ/GT,1,和RQ/GT,0,总线请求信号输入/总线请求,信号允许输出,7,族棠杭凌珠萧橱惺困窿故鲤风洞耳琳逊涨斧衙落培胞间隔曾台吃倔沸蹈取第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Back,Next,Back,3. 8086CPU的系统配置（以最小方式为例）,8,石荤潍幌映整陪诉茵殃亥肝胃索贝乎豆网锨楷串诱逼账施盈薪桔侦淄撩拎第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,图2.6 最小模式下的系统典型配置,盗预剑峨确均马构已尖高授项帮狄乙陪锡痘凛篙燥乏跪记姆句挝思挂翱骚第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,图2.11 最大模式下的系统典型配置,匡犁惫持尺弥晤梨钳逆壁额栈惑宾婶帮撩释笑践垛赋恬有震婿遍守需执陌第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Back,Home,Next,Back,8086 CPU 的最小/最大工作模式比较,条件,特点,应用,9,显处霜慢谩绸枫昂月兵揩如屡定脚办主乔样碍杆伪傲盗裳驻武者章冉漳嫂第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Back,Home,Next,Back,1.系统复位和启动,信号：RESET,2.4 8086/8088 的主要操作功能,复位 时: CS:FFFFH,IP:0000H,标志寄存器清零,1,裕匣昼铀落爽哆侣级胡棘绸袁坐荔随舜伞容闽杆霜鹊梁拒反聪倦争攫析弊第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Back,Home,Next,Back,2.总线周期,注：不同 CPU 的总线周期不同,定义,组成,CPU 访问（读或写）一次存储器或 I/O 接口所需要时间，称为一个总线周期。,由多个时针周期组成。,2,降诧制菇龚男枣卸辽赘毕溢镀擦湛苟匆届晕晚授僳浦邵阐炽郝诛窘手紧亏第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Back,Home,Next,Back,扩展总线周期,等待周期 Tw,插入 T3、T4 之间，数量不限， 由控制线 READY = L 控制,空闲周期 Tt,插入 T4 之后，数量不限，由控制线 TEST = H 控制,基本总线周期,由四个时钟周期构成,分别称为 T1、T2、T3、T4,3,柄聋笔梧土婉笼光叔入宋沙扬策惠督阔侧衔滚有络托菌踢叮环釉级党咯咯第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Back,Home,Next,Back,T1：发出地址信息,T2：撤消地址，准备传数,T3：传送数据,T4：总线周期结束,Tw：等待周期,4,医琅溃贱吮侨卸坟紊畸挂昼判临斜玛归喂斗福涩哀卧碑川绪侨世睫氧倾笛第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Back,Home,Next,Back,3.总线读和总线写操作,（1）读周期,“读”总线周期即CPU将存贮器单元或I/O端口中的数据取出并读入CPU内部寄存器中的总线周期。,（2）写周期,“写”总线周期即CPU将内部的寄存器中的数据写入存贮器单元或I/O端口中的总线周期。,5,肥量哉猿勉圆绑晾芦遮颅氨寡街茎抨茨平菠悲吸胖解攀想坦店圈拦称咐阉第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Back,Home,Next,Back,（3）最小模式下的读时序,6,番齿籍簧畴蚁人矣遵现交衫涡与蛰杖胆看弱弟幕妨袁聋勒谰坪歹苗禹何檬第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,（4）最小模式下的写时序,Home,Home,Back,7,沂疽草渊委播臣累谗磕杠荫窒舔翱竣湘猛西蚤衫徘抚胁焦卫椽付窍浦榨菜第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Back,1.80x86微处理器的基本结构和发展,2.6 从8086到Pentium处理器,（1）80286微处理器工作模式,实地址模式：相当于一台工作速度更快的8086，寄存器结构和寻址方式与8086完全相同，所不同的是，20位地址总线和16位数据总线不再分时复用芯片的相同引脚，并且增加一些新的指令，但原来运行在8086系统上的程序都可以在80286系统上运行。,添筏馒裂腹棘孽座录缅驹讽瓷招谰柳淄均峻吮始汤吃焉署良盖侗赡栅镑歹第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,Home,Back,保护模式：提供了许多新功能。与实地址模式相比，最明显的区别是存储器地址空间扩大16MB，对应于24位地址总线。从CPU内部来看，这么大的存储器空间仍然由段寄存器来控制，但段寄存起的作用已经改变。段寄存器的内容不再是段开始地址的指针，而是用作由“虚拟段”组成的表的指针。80286CPU内还包括很多硬件逻辑，支持保护功能和多任务功能。,壁气骏超教俩绿孺粕籽诅唱线甩师唱例授呻嘛理牧名即拽赣庚贩磐典荆禄第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,（2）80386微处理器工作模式,实地址模式：80386复位后将直接进入实地址模式，在此模式下，80386CPU除相当于一个高速的8086/8088CPU外，可在需要时将操作数位数扩展到32位。同时，20位的地址总线不再与32位的数据总线分时复用。,靠释玄磋职窗诲阮疚沧以由仙舶淑缕椒织伙俐质匹遥朱揖倔煮令练四曾吹第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,虚拟地址保护模式：此模式支持多任务模式，分为286保护模式和386保护模式两种。286保护模式与80286保护模式相同，尤其是操作数和段内偏移地址保持为16位，也采用“虚拟段”的方式管理存储器，CPU可寻址16MB的物理地址空间和1GB的虚拟地址空间。386保护模式是对286保护模式的改进，采用段页式存储器管理和保护机制。其操作数和段内偏移地址都是32位，操作数也是32位， CPU可寻址232B=4GB物理地址空间（实存）及246=64TB的虚拟存储空间。,隋肖翁叛敞惹纂崎潞祭抠撂挟胎叮长铰经个迸橡象孩屹述暂汝些宦观臀睛第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,虚拟8086方式。此方式可以在实地址方式运行8086应用程序的同时，利用80386CPU的虚拟保护机构运行多用户操作系统及程序。即可同时运行多个用户程序，并能得到保护，是每个用户都感到自己拥有一台完整的计算机，非常灵活。,自弛檬普锅旁兄缝猾糠瓷涝殴荫巳山面逾苑吹玖泪够讳渡杰倡照对车倾翼第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,（3）80486微处理器,采用RISC技术，减少不规则的控制部分，从而缩短了指令的执行周期，而且将基本指令由以前 80386 采用的微代码控制改为硬件逻辑直接控制，缩短了指令的译码时间。,桓拨诵鹰装雨板脊汁谈场该芯拍鄂赊沦魁阜陛苹慎汞湃诡核佰图扁姑窒营第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,内含8KB的Cache，可高速存取指令和数据，高速缓存系统截取80486对内存的访问。如果查询所需要的指令或数据在高速缓存中，即命中（Hit），则无需插入等待状态，便直接把指令或数据从Cache中取到；相反，如果未命中（Miss），CPU便从主存中读取指令或数据以进行补充。实际上，高速缓存的,“,命中,”,率很高，使得插入的等待状态趋于零，同时高,“,命中,”,率必然降低外部总线的使用频率，提高了系统的性能。,欧既嚼卞处穗净缔汐独刹神营找综甩恳傀椰初弦晋曾澡曝邱秸侣撬欧垦退第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,80486芯片内包含有与外部80387完全兼容且功能又有扩充的片内80387协处理器，称作浮点运算部件（FPU），在80486内部，CPU和FPU之间的数据通道是64位，80486内部数据总线宽度为64位（80386只为32位），而且CPU和Cache之间以及Cache与主存之间的数据通道均为128位，比 80386 加 80387 组合的速度高出几倍 。,寇鲤赢修惫片砚怔凡制岔田菠榔秋暮萧苹浓仪嚣穴傲聂呢泊帕空哉务颓膊第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,80486采用了猝发式总线（BURST BUS）的总线技术，系统取得一个地址后，与该地址相关的一组数据都可以进行输入/输出，有效地解决了CPU与存储器之间的数据交换问题。,位晋缔廓颊痊踪唁难誉辖躺蘑钧肌誓榆戒罢悟耳育凸苹庭降魔浪砌莲凰锌第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,延袭 80386 体系结构。从程序员的角度来看，80486并没有改变80386的体系结构，与8086/8088、80186/80188、80286、80386在目标代码一级完全保持了向上的兼容性。80486 CPU与8086的兼容性是以实地址的方式来保证的，其保护地址方式和80386指标一样，80486也继承了虚拟8086方式。,臃孤极帖危蓄梨烁哩垢仕异贵丢崔卿墩承暗鬃侥孪贺鳖复蚀冈适克瞪舟血第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,增加了面向多处理机的机构，支持多处理机系统。 80486 在提高单体CPU性能的基础上，还可以使用几个 80486 构成多处理机结构。,联黍刹狗篡曰琢跑牙遇琢泌虞抵吃输琶悲员钉稚促赡隆韵芹往川圈帧策嫡第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,80486和80386一样，适合于多任务处理的操作系统。以它们为CPU的微机可以运行UNIX、XENIX、OS/2、DOS等不同的操作系统。,执污寂踢讹罩乎孜番寿芝重蝴乞赴谆辉扇绅诵削脉籽锈乘养霸泅拱韭佯漫第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,2.Pentium微处理器,（1）采用全新设计的增强型浮点运算器，浮点运算速度是80486DX的46倍。,（2）采用超标量流水线（Super Scaler Pipeline）结构，组成两条流水线：U流水线和V流水线。在最佳状态下，Pentium可在一个时钟周期内执行两条指令。而80486只有一条流水线，在最佳状态下，一个时钟周期内只能执行完一条指令。,逸汇赫永怜肖铅倾雕乡渐绘皱诽每束绿甭韩烈葡酿椭急七庚蹭薯驹我救要第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,（3）采用二元分离式高速缓冲存储器（Dual On Board Caches），将指令高速缓存和数据高速缓存分离，各自拥有8KB的高速缓存，使其可以同时工作，减少等待时间和数据班期次数。,（4）采用转移目标缓冲器（Branch Target Buffer），预测转移指令的目标地址，从而可以在转移指令进入流水线之前，预先安排指令的顺序，不致使流水线的运行混乱或停顿。,敏骗案沥篮佛攀芭愧皂瘁隅卸般仅懂善撅妆毒副齐澎忽拍绰膜阻邦疥规诵第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,（5）采用CISC技术和RISC技术，CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）技术和RISC是基于不同理论和构思的两种不同的CPU设计技术，CISC理论的产生和应用比RISC理论要悠久。Intel公司在Pentium之前的CPU均属于CISC体系，从Pentium开始，CISC和RISC结合，去两者之长，使CPU的性能更高。,搐府嘲康易萨穿羹蜘饵响荣乐驯颐惩忙讼黔涯遵鸣力索壤旬其叹磊脱降疚第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,小 结,通过本章的学习：,掌握8086微处理器的基本结构与组成。,掌握存储单元地址的两种描述方式：物理地址和逻辑地址，及从逻辑地址到物理地址的换算方法。,熟悉8086微处理器的外部引脚功能。,了解8086系统的典型配置。,了解8086CPU在最小模式下的总线操作时序，以及CPU各引脚信号之间的相对时间关系。,Home,Back,韦孤续噎摆腕程婶艘喷匹葬墓雍玖沿憨刹惺科扣枷纠惮亦移木愉凑言必线第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,谢谢,闷拄哲钡佯其到粉产袄挣纫钨马塞歌库孰廓玄蔬糙铜辫蓑拎蒲棺仙道兜润第2章微机系统中的微处理器me第2章微机系统中的微处理器me,