《微处理器x》PPT课件.ppt

2.5 80x86微处理器简介,主要内容 180286微处理器 -内部结构、工作方式 2. 80386、80486微处理器 -内部结构、工作方式 3. Pentium微处理器（重点） Pentium的内部结构（包含先进技术） Pentium的工作方式,80286微处理器,1、80286的特征 相对8086微处理器，是高性能的16位微处理器 向上兼容8086/8088的软件 集成了存储管理和存储保护机构 引入虚拟存储器的概念 任务切换及保护功能，适用于多用户、多任务系统 工作时钟频率：8-12MHz 24根地址线（保护方式下最大寻址16MB物理内存空间）、16根数据线,80286微处理器,2、80286的内部结构 有15个16位寄存器（14个与8086相同） 将8086微处理器中的BIU和EU进一步分离成四个处理单元（形成“取指-指令译码-指令执行”并行流水线）：,8086的BIU,与8086的EU相同,地址转换,取指令,译码,执行指令,80286微处理器,3、80286的工作方式 有两种工作方式：实地址方式和保护方式（虚地址方式）。 实地址方式 即8086方式或DOS方式，兼具8086的全部功能。 如：内存寻址最大空间为1MB 保护方式 对内存地址空间的保护（防止程序间访存冲突） 多任务切换 虚地存储器的管理 系统初始化后为实地址方式（可用软件设置机器状态字寄存器的PE标志使之进入保护方式）,80386微处理器,1、与80286相比主要改进（80386特征） 80386微处理器是32位的微处理器 引进线性地址和分页管理的概念 采用流水线结构 引入高速缓冲存储器（Cache） 数据线32条，地址线32条（最大支持4GB的物理内存空间） 兼容8086和80286，可处理8位、16位和32位数据 时钟频率：16MHz、20MHz、33MHz,80386微处理器,2、内部结构 8个32位通用寄存器（如EAX、EBX等） 由3大部件（独立芯片）组成：中央处理部件（CPU）、总线接口部件（BIU）、存储管理部件（MMU）。细分为8个功能部件，形成并行流水线方式：,总线接口 部件BIU,预取部 件PEU,指令译码 部件IDU,控制部 件CU,分段管理 部件SU,数据处理 部件DU,保护测试 部件PTU,分页管理 部件PGU,取指令（队列）,控制ROM,ALU,MMU芯片,BIU芯片,CPU芯片,80386微处理器,3、工作方式 有三种工作方式：实地址模式、保护模式、虚拟8086模式 实地址模式： 内存寻址（分段）及物理地址形成同8086 保护模式 逻辑地址（48位）形式： 段选择子（16位）+偏移地址（32位） 分段部件：逻辑地址（48位）线性地址 分页部件：线性地址内存物理地址 虚拟8086模式 是一种在32位保护模式（多任务）下支持16位实模式应用程序运行的特殊保护模式，简称V86模式,80486微处理器,1、与80386相比的改进 包括了80386完全兼容的硬件部件、功能更强的32位微处理器 将80386微处理器（3个部件）及与其配套的芯片（如80387数字协处理器、8KB的Cache等）集成在一块芯片上 时钟频率高达132MHz 采用精简指令系统计算机技术（RISC） 采用猝发式总线技术，提高了处理速度,80486微处理器,2、内部结构 包含了80386微处理器完全兼容的硬件部件，在结构上与80386相同（无显著变化），如： 寄存器32位 内部由3大功能部件组成 中央处理器CPU、存储管理部件MMU（实现页式、段页式虚拟存储管理）、总线接口部件BIU 也细分为8个功能部件且各部件并行工作，使指令操作按流水线方式进行,80486微处理器,3、工作方式 与80386微处理器相同，也具有3种工作方式，即 实地址方式 保护方式 虚拟8086方式,Pentium微处理器,1、与80486微处理器相比的基本特征 在80486基础上作了很大改进：增加了片内集成度；采用了新的体系结构 集成度高，片内集成有310万个晶体管 数据总线宽度增加。外部数据总线宽度为64位（注：内部寄存器为32位） 地址总线为36位，可寻址的物理内存空间可达64GB 时钟频率高。早期的Pentium为66200MHZ，目前已发展到2.8GHz 采用分立的指令Cache和数据Cache结构，可无冲突地同时完成指令预取和数据读写 仍保持与8086、80286、80386、80486兼容,Pentium微处理器内部结构,包括12个主要部件，其中的核心部件是两个流水线执行部件和浮点处理部件。 总线接口部件（教材：总线单元） U流水线和V流水线 代码Cache 数据Cache 指令预取部件 指令译码部件 控制ROM 控制部件 浮点处理部件 分支目标缓冲器 分段部件和分页部件 寄存器组,Pentium微处理器内部结构框图,Pentium微处理器结构的先进技术（主要特点）,与80486相比，采用了新的（先进的）体系结构： 1）超标量流水线技术 U流水线和V流水线并行执行指令，每个都有独立的取址、译码、ALU 平均每个时钟周期执行2条指令（比80486快1倍） 2）独立的指令Cache和数据Cache 可无冲突地同时完成指令预取和数据读写 3）重新设计的浮点运算单元 按流水线机制（8级）执行浮点运算指令（前4级在U中执行） 加、乘、除采用专门硬件电路，速度快（需1个时钟周期） 支持32位单精度、64位双精度、80位扩展精度、三倍精度浮点运算 4）（先进的）分支预测技术 分支目标缓冲器Cache（1KB）：预测指令转移分支并提供预取指令地址,Pentium微处理器三种工作方式，,实地址方式 保护方式 虚拟8086方式,实地址方式的特点, 寻址机构、存储器管理、中断处理机构均和8086一样。 操作数默认长度为16位。 存储器容量最大为1MB，采用分段方式，每段大小固定为64KB。 存储器中保留两个固定区域 FFFF0HFFFFFH， 00000003FFH。,保护方式的特点, 存储器用逻辑地址空间、线性地址空间和物理地址空间三种方式来描述。 借助映像机制将磁盘的存储空间有效地映像到内存，使逻辑地址空间大大超过实际的内存空间，使主存容量似乎很大 既能进行16位运算，也能进行32位运算。,虚拟8086方式特点, 可以执行8086的应用程序。 段寄存器的用法和实地址方式时一样，即段寄存器内容左移4位加上偏移量为线性地址。 存储器寻址空间为1MB，在分段基础上又分页，每页4KB。 即在多任务环境下，可使各个任务转换到物理存储器的不同位置，并以8086方式运行8086虚拟机,实地址方式和虚拟8086方式区别：, 多任务问题 实地址方式下，CP