微型计算机结构与微处理器.ppt

第二章 微型计算机结构 与微处理器,2.3 Pentium 微处理器,计算机的基本部件中，运算器与控制器是系统的核心，称为中央处理单元（CPU，Central Processing Unit ）。,2.1 微型计算机的构成,微处理器与存储器、输入输出设备等部件结合在一起组成微型计算机系统（Micro-computer System），简称微型计算机（Micro-computer）。,2.1,图2-1 微型计算机的结构,2.1,一、微型计算机的外部结构,CPU、存储器、外围接口与设备、系统总线。,系统总线：,地址总线（Address Bus） 数据总线（Data Bus） 控制总线（Control Bus）,2.1,二、微型计算机的内部结构,一个典型的8 位微处理器：,累加器 算术逻辑运算单元(ALU，Arithmetic and Logic Unit ) 状态标志寄存器 寄存器阵列 指令寄存器 指令译码器和定时 及各种控制信号的产生电路。,2.1,8 位微处理器的结构图：,2.2 Intel 8086微处理器的结构,Intel公司于1978年推出的16位微处理器芯片,8086 CPU有20条地址线，可直接寻址1MB的存储空间。8086内部有8个通用寄存器、1个指令指针寄存器、1个标志寄存器和4个段寄存器。,2.2,一、8086的基本结构与功能,总线接口单元 （BIU，Bus Interface Unit） 执行单元（EU，Execution Unit）,BIU的功能是负责CPU与存储器、I/O端口之间的信息传送。,EU则主要负责分析和执行指令，并产生相应的控制信号。,2.2,图2-3 8086的基本结构图,2.2,1. 总线接口单元 （BIU）,总线接口单元负责从内存取指令送到指令队列， 也对I/O接口进行读写操作。,各部分组成：,（1）4个16位段地址寄存器。代码段寄存器CS（Code Segment）；数据段寄存器DS（Data Segment）；堆栈段寄存器SS（Stack Segment）；附加段寄存器ES（Extra Segment）。 （2）16位的指令指针寄存器IP，用于存放下一条要执行的指令的偏移地址。 （3）20位的地址加法器，将段地址与偏移地址合成为20位的物理地址。 （4）指令队列。用来存放预先从主存取出的指令，通过总线接口单元中的指令队列实现流水操作。,2.2,2. 执行单元（EU）,执行单元EU主要由算术逻辑单元ALU、通用寄存器、指针寄存器、标志寄存器、暂存寄存器、指令译码器和控制电路等组成。,其功能是执行指令。执行指令的过程首先是指令译码，即从BIU的指令队列中取出指令码，在执行单元EU中翻译成可直接执行的微指令码。,2.2,图2-4 流水线工作方式,总线接口单元和执行单元大部分的操作可以并行的，实现流水线操作，提高了微处理器的利用率和整个系统的效率。,2.2,二、8086的内部寄存器,通用寄存器、控制寄存器和段寄存器等。,2.2,1. 通用寄存器,8个16位的寄存器： AX、BX、CX、DX、SP、BP、DI及SI。,其中AX、BX、CX、DX又称为通用数据寄存器。通用数据寄存器既可以用来暂存16位的操作数，也可分为8位的独立寄存器 AL、AH、BL、BH、CL、CH、DL和DH。可以存放指令所需的操作数，也可存放运算后的结果，具有通用性。,其中SP、BP、SI、DI四个16位寄存器，主要的工作是提供偏移地址。也称为指针寄存器和变址寄存器。,2.2,2. 指令指针IP,IP是一个16位的专用控制寄存器，用来存放下一条将要执行的指令的偏移地址，与代码段寄存器CS联用。,CS存放代码段的基地址，IP存放段内偏移量。当BIU从内存中取出一个字节的指令代码后，IP自动加1，指向下一条指令代码。,2.2,3. 标志寄存器FR,状态标志位：CF、PF、AF、ZF、SF、OF。,控制标志位：TF、IF、DF。,2.2,4. 段寄存器,四个专门的段寄存器，用来保存段地址。,CS代码段寄存器，用来存放当前正在运行的程序代码所在段的段基址，而下一条将要执行的指令的偏移地址则由IP提供。 DS数据段寄存器，存放当前使用数据所在数据段的段基址。 SS堆栈段寄存器，存放当前栈的段基址。 ES附加段寄存器，存放当前使用的附加数据段的段基址。,2.2,三、8086 CPU的引脚功能,1. 数据总线和地址总线,2. 控制信号线,3. 电源、地、时钟等,2.3 Pentium 微处理器,Pentium是Intel公司1993年推出的第五代x86架构微处理器,Pentium芯片集成了310万个晶体管，引脚全部被封装在一个大型的237针PGA中，集成度和运算速度大为提高，使全球的微处理器技术步入了一个崭新的Pentium时代。,2.3,一、Pentium 微处理器结构与功能,2.3,Pentium处理器在80x86体系结构基础上， 采用了新的超标量指令流水线结构等新技术 。,164位外部数据总线,2超标量流水线,3独立的指令cache和数据cache,4浮点运算流水线,5分支转移的动态预测,2.3,二、Pentium微处理器寄存器结构,三、Pentium微处理器的引脚功能,习 题 二,18086CPU有哪两部