Intel系列微处理器第一节Intel系列微处理器概述

1、Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 第二章第二章 IntelIntel系列微处理器系列微处理器 第一节第一节 IntelIntel系列微处理器概述系列微处理器概述 第二节第二节 8048680486微处理器的体系结构微处理器的体系结构 第三节第三节 PentiumPentium微处理器的体系结构微处理器的体系结构( (自学自学) ) Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 一、一、808680868088 8088 微处理器微处理器 第一节第一节 IntelIntel系列微处理器概述系列微处理器概述 处理器处理器 位数位数 （字长）（字长） 内部总内部总

2、 线位数线位数 外部总线位外部总线位 数数 地址线位地址线位 数数 808680861616161616162020 80888088161616168 82020 80286802861616161616162424 80386DX80386DX3232323232323232 80486804863232323232323232 PentiumIVPentiumIV6464323264643636 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 一、一、808680868088 8088 微处理器微处理器 在在8086808680888088的设计中，引入了两个重要的概念：的设计

3、中，引入了两个重要的概念： 指令流水线指令流水线 存储器分段存储器分段 第一节第一节 IntelIntel系列微处理器概述系列微处理器概述 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 8086/80888086/8088内部结构示意图内部结构示意图 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 总线接口单元总线接口单元BIUBIU由段寄存器（由段寄存器（CSCS、DSDS、SSSS、ESES）、指令指）、指令指 针寄存器（针寄存器（IPIP）、内部暂存器、指令队列、地址加法器及总）、内部暂存器、指令队列、地址加法器及总 线控制电路组成。它的主要作用是负责执行所有的线控

4、制电路组成。它的主要作用是负责执行所有的“外部总外部总 线线”操作。操作。 指令队列主要使指令队列主要使8086/80888086/8088的的EUEU和和BIUBIU并行工作，取指令操作、并行工作，取指令操作、 分析指令操作重叠进行，从而形成了两级指令流水线结构。分析指令操作重叠进行，从而形成了两级指令流水线结构。 执行单元执行单元EU EU 由通用寄存器、运算数据寄存器、算术逻辑单由通用寄存器、运算数据寄存器、算术逻辑单 元（元（ALUALU）及）及EUEU控制电路组成。它的主要作用是分析和执行控制电路组成。它的主要作用是分析和执行 指令。指令。 Intel系列微处理器第一节Intel系列

5、 微处理器概述 对存储器分段的理解对存储器分段的理解 设有设有10001000个座位个座位, ,编号为编号为0-9990-999 (1)(1)如果要找某个座位号的人如果要找某个座位号的人, ,或把一个人安排到某个或把一个人安排到某个 座位号去座位号去, ,可以直接给出这个座位号可以直接给出这个座位号(0-999(0-999之一之一),),称称 为物理地址为物理地址 (2)(2)如果这如果这10001000个座位不同区域坐不同年龄的人个座位不同区域坐不同年龄的人, ,如如0-0- 9999为老年人为老年人,100-199,100-199坐中年人坐中年人,200-299,200-299坐青年人坐青

6、年人 就可以将这些座位分组就可以将这些座位分组: : 0-99 0-99 第第0 0组的第组的第0 0个到第个到第9999个个 100-199 100-199 第第1 1组的第组的第0 0个到第个到第9999个个 200-299 200-299 第第2 2组的第组的第0 0个到第个到第9999个个 这样这样, ,任何一个号就可以由组号和组内的相对偏移号确任何一个号就可以由组号和组内的相对偏移号确 定定, ,如如899899为第为第8 8组第组第9999个个 实际号实际号( (物理地址物理地址)=)=组号组号* *100+100+偏移号偏移号 组号组号: :偏移号偏移号 称为逻辑地址称为逻辑地址

7、 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 对存储器分段的理解对存储器分段的理解 (3)(3)上面定义的组的长度上面定义的组的长度(100)(100)和组与组之间的间隔和组与组之间的间隔 (100)(100)相同相同, ,组间无重叠号组间无重叠号, ,现在给出新的定义现在给出新的定义: :组的组的 长度仍为长度仍为100,100,但组的间隔为但组的间隔为10:10: 0-99 0-99 第第0 0组的第组的第0 0个到第个到第9999个个 10-109 10-109 第第1 1组的第组的第0 0个到第个到第9999个个 20-119 20-119 第第2 2组的第组的第0 0个

8、到第个到第9999个个 900-999 900-999 第第9090组的第组的第0 0个到第个到第9999个个 这样这样, ,组之间就可以重叠组之间就可以重叠, ,一个号可以属于不同的组一个号可以属于不同的组, ,如如 1111号可以是号可以是0 0组第组第1111个个, ,也可以是也可以是1 1组第组第1 1个个 其实际号其实际号( (物理地址物理地址) )仍可由组号和组内的相对偏移号仍可由组号和组内的相对偏移号 确定确定 实际号实际号( (物理地址物理地址)=)=组号组号* *10+10+偏移号偏移号 组号组号: :偏移号偏移号 称为逻辑地址称为逻辑地址, ,对一个物理地址对一个物理地址,

9、 ,其逻辑其逻辑 地址不是唯一的地址不是唯一的. . Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 对存储器分段的理解对存储器分段的理解 (3)(3)现在用十六进制思维方式现在用十六进制思维方式, ,把一个组长度定义为把一个组长度定义为64K,64K, 即即0:ffffH,0:ffffH,组之间的间隔为组之间的间隔为16,16,即即10h,10h,则则 实际号实际号( (物理地址物理地址)=)=组号组号* *16+16+偏移号偏移号 或或: :实际号实际号( (物理地址物理地址)=)=组号组号* *10h+10h+偏移号偏移号 或或: :实际号实际号( (物理地址物理地址)=)=组

10、号左移组号左移4 4位位+ +偏移号偏移号 这就是存储器分段的概念这就是存储器分段的概念, ,组号就称为段地址组号就称为段地址, ,偏移号偏移号 称为偏移地址称为偏移地址, ,段地址段地址: :偏移地址称为逻辑地址偏移地址称为逻辑地址 编写程序时使用的是逻辑地址编写程序时使用的是逻辑地址, ,此时此时, ,段地址和偏移地段地址和偏移地 址分别用段寄存器和偏移地址寄存器给出址分别用段寄存器和偏移地址寄存器给出. . 相应地相应地: :每个座位就是一个存储单元每个座位就是一个存储单元, ,座位号就是存储座位号就是存储 单元的地址单元的地址, ,座位上坐的人就是该存储单元存放的数座位上坐的人就是该存

11、储单元存放的数 据内容据内容, ,存取存取( (访问访问) )一个存储单元必须要先给出定位一个存储单元必须要先给出定位 该存储单元的地址该存储单元的地址, ,然后再读写数据然后再读写数据. . Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 存储器分段示意图存储器分段示意图 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 段寄存器为段寄存器为8086/80888086/8088采用存储器分段管理提供了主要的采用存储器分段管理提供了主要的 硬件支持。硬件支持。8086/80888086/8088可寻址的存储器空间为可寻址的存储器空间为1MB1MB。通过分段管。通过分段管 理，

12、把理，把1MB1MB的物理存储空间分成若干逻辑段，每段最大为的物理存储空间分成若干逻辑段，每段最大为64KB64KB。 段的起始单元地址叫段基址。段的起始单元地址叫段基址。 存储器的分段方式不是唯一的，各段之间可以连续、分离、存储器的分段方式不是唯一的，各段之间可以连续、分离、 部分重叠和完全重叠。这主要取决于对各个段寄存器的预置内部分重叠和完全重叠。这主要取决于对各个段寄存器的预置内 容。一个具体的存储单元的物理地址，可以属于一个逻辑段，容。一个具体的存储单元的物理地址，可以属于一个逻辑段， 也可以同属于几个逻辑段。也可以同属于几个逻辑段。 8086/80888086/8088的的4 4个当

13、前段分别称为：代码段、数据段、堆栈个当前段分别称为：代码段、数据段、堆栈 段、附加段段、附加段 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 采用存储器分段管理后，存储器地址有物理地址和逻辑地采用存储器分段管理后，存储器地址有物理地址和逻辑地 址之分。址之分。CPUCPU访问存储器时，地址总线访问存储器时，地址总线ABAB上送出的是物理地址。上送出的是物理地址。 编程时则采用逻辑地址，逻辑地址有段基址和段内偏移编程时则采用逻辑地址，逻辑地址有段基址和段内偏移 地址两部分组成，两者都是地址两部分组成，两者都是1616位。位。 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述

14、由由1616位逻辑地址变换为位逻辑地址变换为2020位物理地址的关系如下：位物理地址的关系如下： 物理地址物理地址= =段基址段基址* *16+16+段内偏移段内偏移 物理地址的生成是在物理地址的生成是在BIUBIU的地址加法器中完成的。的地址加法器中完成的。 物理地址生成示意图物理地址生成示意图 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 二、二、8028680286微处理器微处理器 80286 80286是一种增强微处理器型标准是一种增强微处理器型标准1616位微处理器。与位微处理器。与 8086/80888086/8088相比，结构上的改进与性能上的提高主要体现在相比，结构

15、上的改进与性能上的提高主要体现在 以下几个方面：以下几个方面： 内部有执行单元（内部有执行单元（EUEU）、总线单元（）、总线单元（BUBU）、指令单元）、指令单元 （IUIU）和地址单元（）和地址单元（AUAU）4 4个独立的部分并行操作，可实现个独立的部分并行操作，可实现4 4 级流水线作业，使数据吞吐率大大提高。级流水线作业，使数据吞吐率大大提高。 地址总线与数据总线完全分开使用。地址总线与数据总线完全分开使用。 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 二、二、8028680286微处理器微处理器 存储空间有两种工作方式：实地址方式和保护虚拟地存储空间有两种工作方式：实

16、地址方式和保护虚拟地 址方式（保护方式）。实地址方式有址方式（保护方式）。实地址方式有1MB1MB的空间；保护方式的空间；保护方式 有有16MB16MB的空间。的空间。 在保护方式下，在保护方式下，4 4个段寄存器装入的不再是段基址，而个段寄存器装入的不再是段基址，而 是指向段描述符表中某个段描述符的索引值，称为段选择符。是指向段描述符表中某个段描述符的索引值，称为段选择符。 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 三、三、80386/8048680386/80486微处理器微处理器 80386/80486 80386/80486是针对多用户和多任务的应用而推出的是针对多用户

17、和多任务的应用而推出的3232 位微处理器，与位微处理器，与8028680286相比，它在结构和性能上的主要特点相比，它在结构和性能上的主要特点 如下：如下： 内部寄存器数量明显增加，它具有全内部寄存器数量明显增加，它具有全3232位数据处理能力，位数据处理能力， 还可以进行还可以进行6464位的数据运算。位的数据运算。 片内存储管理部件可实现段页式存储管理，比片内存储管理部件可实现段页式存储管理，比8028680286可提供可提供 更大的虚拟存储空间和物理存储空间。更大的虚拟存储空间和物理存储空间。 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 三、三、80386/8048680

18、386/80486微处理器微处理器 比比8028680286新增了一种保护模式下的工作方式，即虚拟新增了一种保护模式下的工作方式，即虚拟 80868086方式。方式。 80486 80486增加到增加到6 6级指令流水线。级指令流水线。 提供了提供了3232位外部总线接口，最大数据传输速率显著提高。位外部总线接口，最大数据传输速率显著提高。 运算速度大大加快。运算速度大大加快。 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 各种模式下物理地址生成各种模式下物理地址生成 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 各种模式下段长与容量各种模式下段长与容量 说明说明: 8

19、0286: 80286保护模式保护模式, ,段描述符段描述符4848位位:24:24位段基址位段基址,16,16位段边位段边 界界,8,8位访问权限位访问权限 8048680486保护模式保护模式, ,段描述符段描述符6464位位:32:32位段基址位段基址,20,20位段边位段边 界界,12,12位属性位属性 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 第二节第二节 8048680486微处理器的体系结构微处理器的体系结构 一、一、8048680486的流水线的流水线 8048680486的流水线工作示意图的流水线工作示意图 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器

20、概述 1 1）基本寄存器）基本寄存器 通用寄存器通用寄存器 指令指针寄存器指令指针寄存器 （EIPEIP） 有有8 8个个3232位的位的EAXEAX、EBXEBX、ECXECX、EDXEDX、ESIESI、EDIEDI、EBPEBP、 ESPESP；它们的低；它们的低1616位可以单独访问被命名为：位可以单独访问被命名为： AXAX、BXBX、CXCX、 DXDX、SISI、DIDI、BPBP、SPSP。其中。其中AXAX、BXBX、CXCX、DXDX还可以分别分成还可以分别分成 两个两个8 8位寄存器：位寄存器：AHAH、ALAL、BHBH、BLBL、CHCH、CLCL、DHDH、DLDL

21、。 EIP EIP用于保存下一条待预取指令相对于代码段基址的偏用于保存下一条待预取指令相对于代码段基址的偏 移量。它的低移量。它的低1616位可以单独访问，称之为位可以单独访问，称之为IPIP 二、二、8048680486的内部寄存器的内部寄存器 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 1 1）基本寄存器）基本寄存器 标志寄存器标志寄存器 （EFLAGSEFLAGS）：）： 32 32位标志寄存器位标志寄存器 （EFLAGSEFLAGS）中包含三种标志：状态标）中包含三种标志：状态标 志（志（S S）、控制标志（）、控制标志（C C）和系统标志（）和系统标志（X X）。）。

22、状态标志（状态标志（S S）：反映指令执行过程及结果的状态。）：反映指令执行过程及结果的状态。 控制标志（控制标志（C C）：它仅含一个标志）：它仅含一个标志DFDF，用于控制串操作指令，用于控制串操作指令 的地址改变方向。的地址改变方向。 系统标志（系统标志（X X）：它用于控制）：它用于控制I/OI/O、屏蔽中断、调试、任务转、屏蔽中断、调试、任务转 换和控制保护方式与虚拟换和控制保护方式与虚拟80868086方式间的方式间的 转换。转换。 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 1 1）基本寄存器）基本寄存器 段寄存器段寄存器： 8048680486有有6 6个段寄存器

23、（个段寄存器（CSCS、SSSS、DSDS、ESES、FSFS、GSGS），用于），用于 决定程序使用存储器区域块。其中决定程序使用存储器区域块。其中CSCS指明当前的代码段；指明当前的代码段；SSSS指指 明当前的堆栈段；明当前的堆栈段；DSDS、ESES、FSFS和和GSGS指明当前的指明当前的4 4个数据段。个数据段。 在保护方式下，在保护方式下，8048680486段的长度可以在段的长度可以在1M1M字节到字节到4G4G字节之字节之 间变化；而在实地址方式下，段的长度最大为间变化；而在实地址方式下，段的长度最大为64KB64KB。 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概

24、述 基本寄存器示意图基本寄存器示意图 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 2)2)系统级寄存器系统级寄存器 系统级寄存器包括系统级寄存器包括4 4个控制寄存器和个控制寄存器和4 4个系统地址寄存器。个系统地址寄存器。 这些寄存器只能由在特权级这些寄存器只能由在特权级0 0上运行的程序访问。上运行的程序访问。 4 4个控制寄存器的作用是存放全局特性的机器状态，控个控制寄存器的作用是存放全局特性的机器状态，控 制片内制片内CacheCache、FPUFPU和分段、分页单元的工作。各个控制寄存和分段、分页单元的工作。各个控制寄存 器都是器都是3232位。位。 控制寄存器控制寄存

25、器 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 系统地址寄存器系统地址寄存器 系统地址寄存器只在保护方式下使用，所以又叫保护方式寄存器。系统地址寄存器只在保护方式下使用，所以又叫保护方式寄存器。 8048680486用用4 4个寄存器把在保护方式下常用的数据基地址、界限和其他属性保个寄存器把在保护方式下常用的数据基地址、界限和其他属性保 存起来，以确保其快速性。存起来，以确保其快速性。 全局描述符表寄存器（全局描述符表寄存器（GDTR48GDTR48位）和局部描述符表寄存器（位）和局部描述符表寄存器（LDTR80LDTR80位）位） 分别用来存放分别用来存放GDTGDT和和LDT

26、LDT的的3232位线性基地址等内容。位线性基地址等内容。 中断描述符表寄存器（中断描述符表寄存器（IDTRIDTR）用来存放中断描述符表的基址和界限。）用来存放中断描述符表的基址和界限。 任务寄存器任务寄存器TRTR用来存放任务状态段（用来存放任务状态段（TTSTTS）的基址、界限和其它属性。）的基址、界限和其它属性。 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 调试和测试寄存器调试和测试寄存器 80486 80486提供了提供了8 8个个3232位的可编程寄存器来支持调试功能。它还定义了位的可编程寄存器来支持调试功能。它还定义了5 5 个测试寄存器，测试寄存器实际上并不是个测

27、试寄存器，测试寄存器实际上并不是8048680486体系结构的标准部分，只体系结构的标准部分，只 是为了增强系统的可测性而引入的附加硬件。是为了增强系统的可测性而引入的附加硬件。 Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述 浮点寄存器浮点寄存器 1313个浮点寄存器，个浮点寄存器，8 8个个8080位浮点数据寄存器用作固定寄存器组或硬件位浮点数据寄存器用作固定寄存器组或硬件 堆栈，堆栈， 1 1个个1616位标记字寄存器用来标记每个数据寄存器的内容，位标记字寄存器用来标记每个数据寄存器的内容，1 1个个 1616位控制寄存器用于提供位控制寄存器用于提供FPUFPU的若干处理选择项，的若干处理选择项，1 1个个1616位状态寄存器位状态寄存器 用于反映用于反映FPUFPU的总状态，的总状态，2 2个个4848位的指令、数据指针寄存器的作用是为位的指令、数据指针寄存器的作用是为 用户编写错误处理程序提供指令、数据指针。用户编写错误处理程序提供指令、数据指针。 8048680486的的FPUFPU中包含有：中包含有： Intel系列微处理器第一节Intel系列 微处理器概述