微机硬件基础概要.ppt

第一章绪论 微机硬件基础1 发展概况 CPU 第一代 4位 Intel4004 第二代 8位 Intel8080等 第三代 16位 Intel8086 80186 80286等 第四代 32位 Intel80386 80486等 第五代 64位 Intel586 Pentium PowerPC等 第六代 64位 PentiumPro Pentium2及以上 第一章绪论 微机硬件基础2 微机系统组成 硬件 CPU 存储器 I O接口 I O设备 微机组成 硬件 第一章绪论 微机硬件基础2 微机系统组成 硬件微处理器CPU 由运算器 控制器 寄存器3部分组成 实现运算和控制功能 存储器 由CPU之外的半导体存储器芯片组成 存放程序 操作数 运算的中间结果和最终数据 I O设备及其接口电路 输入设备将程序 原始数据和现场信息送给计算机 输出设备将计算机的计算和处理结果或回答信号以各种形式表现出来 外设与CPU间的硬件连线和信息交换要经接口电路 第一章绪论 微机硬件基础2 微机系统组成 硬件接口电路 是微处理器与I O设备联系的必经之路 具有协调和转换功能 种类很多 总线 连结微机的各个部件 具有逻辑控制功能 数据总线DB 装载数据和指令代码 总线宽度 总线中信号线的条数 地址总线AB 装载地址信号 宽度由CPU所能直接访问的存储空间容量而定 控制总线CB CPU向其他部件传送控制信号 其他部件向CPU传送状态信号和请求信号 宽度各异 第一章绪论 微机硬件基础2 微机系统组成 软件 软件 系统软件 应用软件 系统应配置的软件 操作系统 编译程序 汇编程序 调试程序 诊断程序 标准程序库等 第一章绪论 微机硬件基础3 地址地址 辨识存储器和I O寄存器内的存储单元 地址空间 所有地址的组合 字节 存储器和I O寄存器的单位 1字节 8bit 地址线的多少 决定了地址空间的大小 n 2 n 第一章绪论 微机硬件基础4 计算机基本操作过程 CPU结构 控制单元 I O控制逻辑 工作寄存器组 ALU 暂存数据和结果 算术和逻辑运算 分析和执行指令PCIRPSWSP 第一章绪论 微机硬件基础4 计算机基本操作过程 CPU结构PC 程序寄存器 保存下一条指令地址 自动加1 IR 指令寄存器 存储当前正在译码 执行的指令 PSW 状态字寄存器 存储前一时刻指令执行的状态标志 SP 堆栈指针 保存断点地址和现场信息 第一章绪论 微机硬件基础4 计算机基本操作过程 指令执行流程指令执行过程 取指 分析指令 执行指令 ABPCPCPC 1 IRID 指令执行流程 启动 CPU发指令地址 CPU取指令 CPU将指令存IR并译码 分支 条件分支 检查PSW 分支条件满足 设置PC至分支地址 执行指令 设置下一个顺序指令地址 T F F T T F 第二章微处理器的工作模式 一 80386CPU的内部结构总线接口部件BIU指令译码部件IDU指令预取部件CPU执行部件EU段管理部件SU页管理部件PU上述部件实行流水线作业 提高了CPU性能和总线利用率 第二章微处理器的工作模式 总线接口部件BIU 用于访问CPU片外的存储器和I O口 提供所需地址 数据总线 控制与命令信号 此外 控制协处理器 第二章微处理器的工作模式 指令预取部件CPU 80386的CPU中 含有16个字节的指令队列 存放预取指令 按 先进先出 原则进行管理 第二章微处理器的工作模式 指令译码部件IDU 对指令的操作码进行译码 并将其存放在指令队列里 第二章微处理器的工作模式 指令执行部件EU 80386的EU 含有8个32位通用寄存器 1个64位的移位器 用于数据处理 地址计算 第二章微处理器的工作模式 存储器管理部件MMU 分段部件 通过提供寻址器件对逻辑地址空间进行管理 把逻辑地址变换成线形地址 分页部件 将线形地址转换成物理地址 虚地址 由内 外存共同构成的存储空间 实地址 与地址总线直接相连的内存空间 第二章微处理器的工作模式 二 80386CPU的寄存器结构通用寄存器段寄存器指令指针和标志寄存器控制寄存器系统描述符表寄存器调试寄存器测试寄存器 第二章微处理器的工作模式 二 80386CPU的寄存器结构1 通用寄存器 暂存中间结果 加速CPU运行速度 累加器A 基址寄存器B 数据寄存器 计数寄存器C 数据寄存器D 可做32位双字操作 E标识如 EAX16位单字操作 X标识如 AX8位字节操作 H或L标识如 AH 高 AL 低 第二章微处理器的工作模式 二 80386CPU的寄存器结构1 通用寄存器 暂存中间结果 加速CPU运行速度 变址寄存器ESI 用于存放存储器的偏移地址 变址寄存器EDI 指针寄存器EBP 指针寄存器ESP 所访问的存储单元相对一个段的起始地址的偏移量 第二章微处理器的工作模式 二 80386CPU的寄存器结构2 段寄存器 存放一个存储段的起始地址 代码段CS堆栈段SS数据段DS ES FS GS均为16位寄存器 2 64K 所以一个段为64K 用户可直接访问 即可通过软件来改变段寄存器中的值 各段间可连续 相邻 间断或重叠 16 第二章微处理器的工作模式 二 80386CPU的寄存器结构3 指令指针EIP 存放下一条要取出的指令偏移量 确定下一条要访问的地址 IP值自动加1 第二章微处理器的工作模式 二 80386CPU的寄存器结构4 标志寄存器FR 31 17161514131211109876543210 CF 进位或退位标志 PF 奇偶标志 ZF 零标志 SF 符号标志 OF 溢出标志 第二章微处理器的工作模式 二 80386CPU的寄存器结构5 系统描述符表寄存器 GDTRIDTRLDTRTR 选择子 选择子 属性基地址边界 属性基地址边界 基地址边界 基地址边界 全局 第二章微处理器的工作模式 二 80386CPU的寄存器结构6 控制寄存器 4个32位的控制寄存器CR0 32位 存放机器状态字 CR1 保留 保存影响系统任务的机器状态 CR2 页故障线形地址 CR3 页目录基地址 第二章微处理器的工作模式 二 80386CPU的寄存器结构7 调试寄存器8 测试寄存器 第二章微处理器的工作模式 三 80386CPU的接口信号 80386微处理器方框图 80386DXMPU HOLDHLDAINTRNMIRESETPEREQBUSYERROR DMA接口 中断接口 协处理接口 A2 A31 BE0 BE3 D0 D31 BS16W RD CM IOADSREADYNALOCK M IO接口 存储器I O接口 地址线A字节选通线BE数据线D数据总线宽度切换BS16读写信号W R数据 命令控制信号D C存储器 IO控制信号M IO地址状态ADS传输确认READY地址请求NA总线锁定信号LOCK 中断接口 可屏蔽中断请求INTR非屏蔽中断请求NMI系统复位RESET DMA接口 总线请求HOLD总线响应HLDA 协处理器接口 协处理请求PEREQ协处理忙信号BUSY协处理出错ERROR 四 80386非流水线和流水线总线周期1 外部输入时钟CLK2 时钟电路产生 2 内部CPU时钟PLCK的信号频率是外部输入时钟的一半 3 内部CPU时钟的信号周期是外部输入时钟的一倍 例如 CLK2 40MHZ 则 T2 25ns 时钟周期 T 50ns CPU时钟周期 4 总线周期非流水线和流水线 五 80386存储器地址空间的硬件结构1 物理存储空间 FFFFFFFFHFFFFFFFEHFFFFFFFDH4GB物理地址空间 保护方式 00000002H00000001H00000000H