《微处理器内部结构》PPT课件.ppt

第2章微处理器内部结构 2 1微处理器功能结构2 2IA 32微处理器寄存器 本章内容 2 1微处理器功能结构2 1 1微处理器基本结构2 1 28086的功能结构2 1 3IA 32的功能结构2 2IA 32微处理器寄存器2 2 1整数寄存器2 2 2浮点及多媒体寄存器2 3微处理器存储器组织2 3 1IA 32工作方式2 3 2实方式的逻辑段2 3 3保护方式的段页管理 2 1微处理器功能结构 功能 结构观察角度程序员和使用者目的掌握一个CPU的工作性能和使用方法注意差别 CPU的物理结构和实际布局 2 1 1微处理器基本结构 8位为例 算术逻辑单元ALU累加器标志寄存器 可编程寄存器Programmable通用寄存器专用寄存器 指令处理单元CPU控制器指令执行过程 读取指令 指令译码 执行指令 2 1 28086 8088的功能结构 8086 8088CPU的结构框图 执行指令 取指令 读操作数 写结果 指令流 数据流 8088 8086的内部结构 EU控制器 标志寄存器 8位队列总线 总线控制逻辑 ALU数据总线16位 内部总线 20位地址总线 8 8088 16 8086 位数据总线 执行部件EU 总线接口部件BIU 8086的功能结构 运算 取数 CPU执行指令的过程 过程1 取指 fetch 2 译码 decoding 3 计算有效地址 EA EffectiveAddress 4 取操作数5 执行指令6 存储运算结果 关键寄存器地址寄存器AR AddressRegister 数据寄存器DR DataRegister 指令寄存器IR InstructionRegister 指令译码器ID InstructionDecoder 指令预取 手段 指令队列 Queue 作用BIU顺序预取后续指令 指令队列实现流水线 InstructionPipeline 操作取指 属BIU 并行于指令译码和执行 属EU 预取条件指令队列中有1个 2个 8088 8086 以上的字节空间 且EU未申请读写存储器 总线周期 CPU访问一次存储器或I O接口所需的时间 例如 若要求机器把两个数7和10相加 预先 把一条条指令写入存储器中在执行时 机器把这些指令一条条地取出来 加以翻译和执行 例 程序指令的执行过程 第一条指令的取指过程 00000000 00000000 10110000 O I2 ALU I1 AL BL PLA ID IR10110000 DB A B 1 E AB C AR D 读 F DR 0001020304 G PC 取第一条指令的操作示意图 00 00 10110000 PC的内容 00H 送AR AddressRegister PC 1 PC 01H 00H经AB送至存储器 经地址译码器选中00H单元 CPU给出读命令 00H B0H读至DB DataBus 10110000 B0H送至DR DataRegister DR把B0H送IR经ID译码发出对应操作 取指令第二字节的过程如下图所示 00000001 01 00000111 O I2 ALU I1 AL00000111 BL PLA ID IR 00000111 DB A B 1 E AB C AR D 读 F DR G PC 1000000001 取立即数的操作示意图 PC的内容01H送AR PC 1 PC 02H 01H经AB送至存储器 经地址译码选中01H单元 CPU发出读命令 01H 07H读至DB 00000111 07H送DR AL00000111 07H由DR通过内部DB送至AL 2 1 3IA 32的功能结构 英特尔32位结构 IA 32 IntelArchitecture 32 80X86系列微处理器标准IA 32微处理器 80386 80486 Pentium系列 80386的功能结构 6个功能部件可以并行工作 进行流水线处理 EU ExecutionUnit BIU BusInterfaceUnit AU AddressUnit IU InstructionUnit Pentium的功能结构 2 2 1IA 32的整数寄存器 1 通用寄存器2 指令指针4 标志寄存器结合2 3微处理器存储器组织讲解3 段寄存器5 其他寄存器 8088 8086的全部寄存器 寄存器组 RegisterSet 1 IA 32的通用寄存器 存取16位寄存器 高16位不受影响存取8位寄存器 16 32位寄存器其他位不受影响 通用寄存器的命名 EAX 累加器 Accumulator EBX 基址寄存器 Base ECX 计数器 Counter EDX 数据寄存器 Data ESI 源变址寄存器 SourceIndex EDI 目的变址寄存器 DestinationIndex EBP 基址指针 BasePointer ESP 堆栈指针 StackPointer 2 指令指针EIP 专用寄存器 程序计数器PC作用 指向将要执行的指令在主存的位置位置 当前代码段内的偏移地址长度在IA 32的32位环境中EIP 32位在80 x86的16位工作方式IP 16位EIP的高16位为0 4 标志寄存器 作用反映指令执行结果或控制指令执行形式分类状态标志位 记录程序运行结果的状态控制标志位 控制处理器执行指令的方式表示方法用一个或多个二进制位表示一种标志 Flag 位数8086 16位IA 32微处理器 32位 32位FLAG 主要标志位的含义 运算对状态标志位的影响 符号标志SF SignFlag 最高位 D15或D7 为1则SF 1 否则SF 0进位标志CF CarryFlag 最高位 D15或D7 进位或借位则CF 1 否则CF 0 溢出标志OF OverflowFlag 当n位带符号数的运算结果超出 2n 1 2n 1 1 时溢出 OF 1 否则OF 0 如何判断溢出 有符号数和无符号数判别方法的差别 无符号数超范围判断 有符号数超范围判断 有符号数运算的溢出判别和大小判别 有符号数运算溢出判别Cs最高位进位 Cp次高位进位Cs Cp 1 有溢出产生 1 a 0 b 0 a b0 3 a 0 b0 a b 0Cs Cp 0 无溢出产生有符号数a和b大小判别a bOF SF 0 a bOF SF 1 a b 零标志ZF ZeroFlag 结果为0则ZF 1 否则ZF 0奇偶标志PF ParityFlag 结果低8位中 1 的个数为偶数则PF 1 否则 PF 0辅助进位标志AF AuxiliaryFlag 8位或16位数运算时低4位向高4位 D3向D4 有进位或借位则AF 1 否则AF 0 运算结果最高位为1 SF 1 例1 这是有符号数运算还是无符号数运算 第三位向第四位有进位 AF 1 次高位向最高位有进位 最高位向前没有进位 OF 1 0 1 最高位没有进位 CF 0 低8位中1的个数为偶数个 PF 1 运算结果本身 0 ZF 0 例2 执行2345H 3219H 分析对PSW的影响 标志 运算结果最高位为0 SF 0 运算结果本身 0 ZF 0低8位中1的个数为奇数个 PF 0 最高位没有进位 CF 0 第3位向第4位无进位 AF 0 次高位向最高位没有进位 最高位向前没有进位 OF 0 控制标志位的作用 方向标志DF DirectionFlag 串操作时1 地址自动减0 地址自动增中断允许标志IF InterruptEnableFlag 是否允许响应外部可屏蔽中断IF 1 允许IF 0 屏蔽追踪标志TF TraceFlag TF 1 进入单步方式 程序调试方式 控制标志一旦设置后 便对后边的操作产生控制作用 2 2 2 浮点数据寄存器 科学计算等工程领域需要使用实数IA 32微处理器支持三种浮点数据类型32位单精度64位双精度80位扩展精度浮点数浮点处理单元 2 2 2 多媒体寄存器 Pentium4支持多媒体指令 整数MMX 浮点数SSEMMX含有8个64位的MMX寄存器 MM0 MM7 SSE新增8个128位的SIMD浮点数据寄存