《微机系统组成》PPT课件

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,*,*,*,第二章 微型计算机系统组成,8086,存储器组织,8086,CPU,内部结构,80,X86,微处理器的寄存器结构,(80,X86,微处理器引脚功能),系统总线,(输入/输出接口),10/6/2024,1,1,.冯,诺依曼型计算机的基本组成,“,存储程序,”,+,“,程序控制,”,1945年，美籍匈牙利,数学家,John Von Neumann,提出,冯,诺依曼型计算机,CPU,输,入,设,备,控制器,输,出,设,备,存储器,运算器ALU,基本工作原理,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.0 微型计算机系统硬件组成,10/6/2024,2,存,储,器,I/O,接,口,输,入,设,备,I/O,接,口,数据总线 DB,控制总线 CB,地址总线 AB,输,出,设,备,微机的硬件由,CPU,、,存储器,、,输入/输出设备,构成,；,输入/输出设备通过,输入/输出接口,与系统相连,；,(输入/输出接口简称I/O接口),各部件通过,总线,连接,。,构成部件,微处理器,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.微机系统组成(系统总线),10/6/2024,3,第二章 80X86系列微机的系统组成,一.,8086,系统存储器结构,关于,8086:,8086有20,根地址信号线，可以寻址的地址空间为,2,20,字节，即,1,M,字节。,8086是16,位的,CPU，,有16,根数据总线。,8086,的存储器以字节为单位进行编址。,字节,00000,H,00001,H,00002,H,FFFFE,H,FFFFF,H,24,H,12,H,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.1 8086存储器组织,10/6/2024,4,2.1 8086存储器组织,一.,数据在,存储器中的存放,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.对准存放方式与非对准存放方式,对准存放方式,:,存放字（或双字）数据时，从偶地址开始存放。,非对准存放方式,:,存放字（或双字）数据时，从奇地址开始存放。,对准存放方式比非对准存放方式在访问时速度更快,1.存放原则：字节数据顺序存放;多字节数据存放在连续的单元中,且,高地址存数据高字节,10/6/2024,5,2.1 8086存储器组织,第二章 80X86系列微机的系统组成,二.,存储器的分段,3.分段原则：,1.问题的提出,2.解决办法,各段起始单元的,20,位地址能被,16,整除。,低四位为0,每段长度,64,K（2,16,）,字节,段与段之间相对位置可任意。,10/6/2024,6,2.1 8086存储器组织,第二章 80X86系列微机的系统组成,三.,存储器的分段,4.段的类型：,代码段：,数据段：,堆栈段：,附加段：,放程序代码,放程序运行所需要的数据,特殊的数据区，存取数据按,先进后出,的顺序,辅助的数据区,当前正在使用的段称为,当前段,当前段:,段寄存器:,存放当前段起始地址的高十六位（称为,段基址,）。,CS、DS、SS、ES,10/6/2024,7,2.1 8086存储器组织,第二章 80X86系列微机的系统组成,三.,存储器的分段,5.物理地址与逻辑地址的关系：,物理地址：,逻辑地址：,段基址,：,存储单元的真实地址，20位。,程序中涉及的地址，16位。,包括段基址和偏移地址,该单元相对于该段起始单元的偏移量,偏移地址,:,该单元所在段的起始物理地址的高十六位。,物理地址=段基址,2,4,偏移地址,20位,16位,16位,10/6/2024,8,2.8086存储器组织,四.存储器的层次结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,高速缓存器,Cache,1.程序访问的局部性,2.Cache及原理,介于主存和CPU之间设置的一个高速小容量的存储器,CPU,主存,Cache,Cache控制器,SRAM,DRAM,10/6/2024,9,高速缓存器,Cache,3.高性能微机存储系统的层次结构,CPU内部寄存器,片内高速缓存,片外高速缓存,主存储器(内存),外部存储器,快,慢,速度,小,大,容量,80386,系统的,Cache,在片外，从,486,开始增加了片内,Cache,从,Pentium,开始，片内,Cache,被分离为代码,Cache,和,数据,Cache(,双路,Cache,结构），可以同时存取。数据,Cache,与,两条独立工作的流水线相连，能同时接受两条流水线的访问。,2.8086存储器组织,四.存储器的层次结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,10/6/2024,10,虚拟存储器,Vitural,Memory,1.物理存储器和虚拟存储器,物理存储器:,微机中实际配置的内存。,虚拟存储器:,程序员编程可用的地址空间。,虚拟地址到物理地址的转换由MMU完成。,通过存储管理机制将速度较快容量较小的,内存,与速度较慢但容量很大的,外存,有机灵活地结合在一起。以满足运行大容量存储器要求的程序。,虚拟存储技术,2.8086存储器组织,四.存储器的层次结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,10/6/2024,11,2.从80286开始,实现了虚拟存储管理，CPU支持对虚拟存储器的访问。,虚拟存储器,Vitural,Memory,80286CPU支持两种工作模式：,实地址模式,保护模式（保护虚拟地址模式）,同8086，寻址能力1M 字节 （2,20,）,寻址能力,物理空间：16M字节,虚拟空间：1G字节,（2,24,）,（2,30,）,2.8086存储器组织,四.存储器的层次结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,10/6/2024,12,3.80386486的三种工作模式,虚拟存储器,Vitural,Memory,(1)实地址模式,寻址能力及物理地址的计算同8086，相当于一个可进行32位操作的8086。,2.8086存储器组织,四.存储器的层次结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,10/6/2024,13,3.80386486的三种工作模式,虚拟存储器,Vitural,Memory,(2)保护模式,32,根地址线有效,可寻址,4,G,字节,的物理地址空间，,64,TB,字节,的虚拟地址空间,采用分段管理和分页管理机制为程序的共享和保护以及虚拟存储器提供了硬件支持,“,保护”主要是指在多任务系统中对存储空间的保护，通过多种措施形成各任务之间以及用户程序与操作系统之间的隔离和保护。,2.8086存储器组织,四.存储器的层次结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,10/6/2024,14,3.80386486的三种工作模式,虚拟存储器,Vitural,Memory,(3)虚拟8086模式（V86模式）,保护模式下，一个或若干个8086任务在非8086处理器上按8086的方式运行，这种操作方式称为V86。,2.8086存储器组织,四.存储器的层次结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,10/6/2024,15,4.分段和分页,虚拟存储器,Vitural,Memory,段是一个被保护的独立的存贮地址空间。,段是利用程序的模块化性质按程序的逻辑结构划分的，它的长度是可变的。,分页管理是将物理存贮器按每,4,KB,为一页的长度进行划分。页在逻辑上不独立。,2.8086存储器组织,四.存储器的层次结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,10/6/2024,16,5.存储器管理部件（MMU）,虚拟存储器,Vitural,Memory,存储器管理部件（MMU）包括：,分段部件（SU）,分页部件（PU）,完成保护模式下逻辑地址到物理地址的转换。,逻辑地址,(虚拟地址）,物理地址,线性地址,分段部件,分页部件,(可选择）,2.8086存储器组织,四.存储器的层次结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,10/6/2024,17,DS,ES,SS,CS,IP,数据暂存器,PSW标志,寄存器,执行部件控制电路,AX,BX,CX,DX,AH,BH,CH,DH,SI,DI,BP,SP,AL,BL,CL,DL,寄存器组,指,令,队,列,总线,接口控制电路,运,算,器,地址加法器,BIU,EU,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.2 8086CPU内部结构,一.,8086,CPU的内部结构,BIU+EU,总线接口单元,执行单元,10/6/2024,18,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.2 8086CPU内部结构,一.,8086,CPU的内部结构,1.总线接口部件 BIU,组成,段寄存器,(,CS，DS，ES，SS),指令指针寄存器,IP,地址加法器,指令队列,总线控制电路,功能,负责所有的总线操作,10/6/2024,19,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.2 8086CPU内部结构,一.,8086,CPU的内部结构,2.执行单元,EU,组成,通用寄存器组,EU,控制电路,标志寄存器,FLAGS,算术逻辑单元,ALU,功能,执行指令,10/6/2024,20,2.3 80X86微处理器的寄存器结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.3 8086微处理器的寄存器结构,一.,8086CPU寄存器,结构,DS,ES,SS,CS,IP,数据暂存器,标志,寄存器,执行部件控制电路,AX,BX,CX,DX,AH,BH,CH,DH,SI,DI,BP,SP,AL,BL,CL,DL,寄存器组,指,令,队,列,总线,接口控制电路,运,算,器,地址加法器,BIU,EU,1.分类:,14个16,位寄存器,其中：,分为通用寄存器、段寄存器、专用寄存器,AX、BX、CX、DX,又可各分成两个 8 位寄存器。其它10个只能作为16位寄存器,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.3 8086微处理器的寄存器结构,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.3 8086微处理器的寄存器结构,10/6/2024,21,（1）通用寄存器：,通用数据寄存器：,AX、BX、CX、DX,指针寄存器：,BP、SP,变址寄存器：,SI、DI,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.3 8086微处理器的寄存器结构,10/6/2024,22,（2）段寄存器：,CS、DS、SS、ES,一个程序可以各有多个代码段、数据段、堆栈段、和附加段，但当前段各只有一个，即,CS、DS、SS、ES,指向的段。,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.3 8086微处理器的寄存器结构,10/6/2024,23,（3）专用寄存器：,指令指针寄存器,IP,存放8086要执行的,下一条指令,的,有效地址,。程序员,不能,修改它的值，只能由,8086CPU,中的,BIU,自动修改。,标志寄存器,FLAGS,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.3 8086微处理器的寄存器结构,10/6/2024,24,2.标志寄存器FLAGS格式及各位意义,一.,8086CPU寄存器,结构,用来指示微处理器的状态,并控制其操作,【格式】,说明：,在8086,中，有意义的有,9,位，其余,7,位无意义,其中,CF、PF、AF、ZF、SF、OF,六位为,状态标志位,，用来表示运算结果的特征。,常作为后续转移指令的控制条件。,TF、IF、DF,三位为,控制标志位,，用来控制,CPU,的操作。,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.3 8086微处理器的寄存器结构,10/6/2024,25,2.标志寄存器FLAGS格式及各位意义,一.,8086CPU寄存器,结构,【各位意义】,反映运算过程中，最高位是否产生进位/借位。,CF,：,进位标志,(,Carry Flag),当本次运算最高位有进位（加法运算）或有借位（减法运算）时CF1，否则CF0。,第二章 80X86系列微机的系统组成,2.3 8086微处理器的寄存器结构,10/6/2024,26,2.标志寄存器FLAGS格式及各位意义,一.,8086CPU寄存器,结构,【各位意义】,反映运算结果中，1的