Intel32位CPU-西北工业大学微机原理.ppt

第二章 Intel 32位CPU,2.1 CPU的基本结构 2.2 寄存器 2.3 指令流水线操作,2.1 CPU的基本结构,2.1.1 几种典型Intel CPU简介 1、8086 （16位CPU） 16位内部体系结构 16位外部数据总线，20位地址总线 （寻址范围220B=1MB） 2、80386 （32位CPU） 32位内部体系结构 32位外部数据总线，32位地址总线 （实内存232B=4GB，虚拟空间=64TB） 三种工作方式：实方式、保护方式、虚拟8086方式 采用流水线技术和指令预取技术,3、80486 （32位CPU） 32位内部体系结构 32位外部数据总线，32位地址总线 三种工作方式：实方式、保护方式、虚拟8086方式 采用流水线技术和指令预取技术 片内含8KB高速缓存（Cache） 片内含浮点运算单元（FPU） 4、Pentium系列 （32位CPU） （1）1993年3月，推出Pentium（经典奔腾） 双执行部件/超标量流水技术/分离的程序和数据Cache/64位数据总线 （2）1995年11月，推出Pentium Pro（高能奔腾） 动态分支预算/更大的流水线深度/增加的Cache容量 （3）1997年1月，推出Pentium MMX （多能奔腾） 主要增加了处理多媒体数据的MMX指令集,2.1.2 CPU的内部结构 80486CPU内部由八大部件组成：总线接口部件、高速缓存部件、代码预取部件、指令译码部件、浮点数部件、执行部件、段部件、分页部件。,2.1.3 CPU的外部引脚,2.1.4 CPU的工作方式 1、实地址方式 （Real Address Mode） 2、保护方式 （Protected Mode） 3、虚拟8086方式 （Virtual 8086 Mode）,2.2 寄存器,2.2.1 通用寄存器 31 15 7 0 031 015 815 07 EAX AX AH AL EBX BX BH BL ECX CX CH CL EDX DX DH DL EBP BP ESP SP ESI SI EDI DI,2.2.2 指令指针寄存器 EIP （32位） IP （EIP的低16位） 内容：下一条要取入CPU的指令在内存中的偏移地址。 2.2.3 标志寄存器 EFLAGS （32位） FLAGS （EFLAGS的低16位） 31 18 17 16 15 14 1312 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,各标志位的含义： 1、CF（进位标志） =1 算术操作最高位产生了进位或借位 =0 最高位无进位或借位 2、PF（奇偶标志） =1 数据最低8位中1的个数为偶数 =0 数据最低8位中1的个数为奇数 3、AF（辅助进位标志） =1 D3D4位产生了进位或借位 =0 D3D4位无进位或借位 4、ZF（零标志） =1 操作结果为0 =0 结果不为0,5、SF（符号标志） =1 结果最高位为1 =0 结果最高位为0 6、OF（溢出标志） =1 此次运算发生了溢出 =0 无溢出 7、DF（方向标志） =1 地址自动按减量变化 =0 地址自动按增量变化 8、TF（陷阱标志） =1 调试按单步方式 =0 非单步 9、IF（中断允许标志） =1 允许响应外部可屏蔽中断 =0 禁止响应,10、IOPL（输入/输出特权级标志） I/O特权级：0级3级 11、NT（嵌套任务标志） =1 当前任务被嵌套于前一任务 =0 不嵌套 12、RF（恢复标志） =1 遇到调试故障也不产生异常中断 =0 当指令顺利进行后自动清零 13、VM（虚拟8086模式标志） =1 CPU工作在虚拟8086方式 =0 否 14、AC（对准检查标志） =1 如果进行未对准的地址访问，则产生异常中断 =0 否,2.2.4 段寄存器 16位（编程可见） 64位（编程不可见） 选择器寄存器 描述符寄存器,一、实方式或虚拟8086方式下 段寄存器为16位，存放内存段的段基址。 CS-代码段的段基址 DS-数据段的段基址 SS-堆栈段的段基址 ES-附加数据段的段基址 逻辑地址由段基址：偏移地址组成 （段基址为段首地址的高16位。段首地址的低4位为0。） 物理地址（20位）=段首地址（20位）+偏移地址（16位） =段基址（16位）10H+偏移地址（16位）,二、保护方式下 段寄存器有CS、DS、SS、ES、FS、GS，包括选择器寄存器和描述符寄存器。 逻辑地址由选择器寄存器：偏移地址组成。 选择器寄存器的低2位为特权标志，D2位为描述符表类型标志，高13位是选择码。 描述符寄存器的作用是为了加速运行。 保护方式下： 段基址32位 偏移地址32位 线性地址32位 物理地址32位,2.2.5 系统地址寄存器 1、GDTR （48位） 全局描述符表寄存器 2、LDTR （16位）（local：局部） 局部描述符表寄存器 3、IDTR（48位）（describe:描述） 中断描述符表寄存器 4、TR（16位） 任务状态寄存器,2.3 指令流水线操作,在80486CPU中设有8KB的内部高速缓存器、32字节的预取指令队列、指令译码器、控制器及执行部件，这就从硬件上支持了指令流水线操作。80486使用5个步骤的流水线技术，即指令预取PF、译码D1、 译码D2、执行EX和结果写回WB