[工学]微机原理第二章ppt课件

1、2.1 微处置器的开展历史微处置器的开展历史2.1.1 微处置器的开展微处置器的开展 1971年年10月，美国月，美国Intel公司首先推出公司首先推出Intel 4004微处置器。这微处置器。这是实现是实现4位并行运算的单片处置器，构成运算器和控制器的一切位并行运算的单片处置器，构成运算器和控制器的一切元件都集成在一片大规模集成电路芯片上，是第一片微处置器。元件都集成在一片大规模集成电路芯片上，是第一片微处置器。 从从1971年第一片微处置器推出至今年第一片微处置器推出至今30多年的时间里，微处多年的时间里，微处置器阅历了四代的开展。置器阅历了四代的开展。 第一代，1971年开场，是4位微处

2、置器和低档8位微处置器的时期。典型产品有：1971年10月，Intel 4004(4位微处置器)；1972年3月，Intel 8008(8位微处置器) 第二代，1973年开场，是8位微处置器的时期。典型产品有：1973年，Intel 8080(8位微处置器)；1974年3月，Motorola的MC6800；19751976年，Zilog公司的Z80；1976年，Intel 8085。 第三代，1978年开场，是16位微处置器的时期。典型产品有：1978年，Intel 8086；1979年，Zilog公司的Z8000 第四代，1981年开场，是32位微处置器的时期。典型产品有：1983年，Zil

3、og公司的Z80000；1984年，Motorola的MC68020等 自Intel 80386芯片推出以来，又出现了许多高性能的32位及64位微处置器，如Intel的80486、Pentium、Pentium、Pentium、Pentium 4等。2.1.2 Intel 8086微处置器微处置器 8086微处置器是美国微处置器是美国Intel公司公司1978年推出的一种高性能的年推出的一种高性能的16位微处置器，位微处置器，特点：特点： 采用硅栅采用硅栅HMOS工艺制造，在工艺制造，在1.45 cm2单个硅片上集成了单个硅片上集成了29 000个晶体管。个晶体管。 丰富的指令系统，采用多级中

4、断技术、多重寻址方式、多重数丰富的指令系统，采用多级中断技术、多重寻址方式、多重数据处置方式、段式存储器构造和硬件乘除法运算电路，添加了预据处置方式、段式存储器构造和硬件乘除法运算电路，添加了预取指令的队列存放器等。取指令的队列存放器等。 8086的内部构造规模较小，仍采用的内部构造规模较小，仍采用40引脚的双列直插式封装。引脚的双列直插式封装。8086的一个突出特点： 是多重处置才干， 与8086配套的各种外围接口芯片非常丰富，方便用户开发各种系统。2.1.3 Intel 80386微处置器微处置器 1985年，年，Intel公司推出了第一个公司推出了第一个32位微处置器位微处置器80386

5、DX，它的数据总线和内存地址都是它的数据总线和内存地址都是32位的，寻址空间可达位的，寻址空间可达4 GB。 1988年，年，Intel公司推出了外部总线为公司推出了外部总线为16位的微处置器位的微处置器80386SX， 1995年，年，Intel公司推出了公司推出了80386EX，2.1.4 Intel 80486微处置器微处置器 80486是是Intel公司公司1989年推出的一种与年推出的一种与80386完全兼容但功完全兼容但功能更强的能更强的32位微处置器，它采用了一系列新技术来加强微处置位微处置器，它采用了一系列新技术来加强微处置功能。功能。特点：特点： 采用采用RISC(精简指令系

6、统计算机精简指令系统计算机)技术来加快指令的执行速度；技术来加快指令的执行速度； 加强总线接口部件，加快加强总线接口部件，加快CPU从主存中存取信息的速度；从主存中存取信息的速度； 把浮点运算协处置器部件、高速缓存及其控制器部件集成到把浮点运算协处置器部件、高速缓存及其控制器部件集成到主处置器芯片内加快信息的传送与处置性能。主处置器芯片内加快信息的传送与处置性能。 在Intel 80486微处置器系列中，拥有不同档次的产品： (1) Intel 80486DX。 (2) Intel 80486SX。 (3) Intel 80486DX2。 (4) Intel 80486DX4。2.1.5 In

7、tel 奔腾奔腾(Pentium)微处置器微处置器 Pentium微处置器是微处置器是Intel公司公司1993年推出的年推出的80 x86系列微处系列微处置器的第五代产品，其性能有较大幅度的提高，坚持与置器的第五代产品，其性能有较大幅度的提高，坚持与8086、80286、80386、80486兼容。兼容。 特点：特点：Pentium微处置器芯片集成了微处置器芯片集成了16 KB的高速缓存和浮的高速缓存和浮点协处置器，集成度高达点协处置器，集成度高达310万个晶体管。万个晶体管。芯片管脚添加到芯片管脚添加到270多条，其中外部数据总线为多条，其中外部数据总线为64位，在一个总位，在一个总线周期

8、内，数据传输量比线周期内，数据传输量比80486添加了一倍；添加了一倍；地址总线为地址总线为36位，可寻址的物理地址空间可达位，可寻址的物理地址空间可达64 GB。 Pentium微处置器是第一个实现系统管理方式的高性能微处置器，它能很好地实现PC机系统的能耗与平安管理。2.1.6 Intel Pentium微处置器微处置器 Pentium系列系列CPU是是Intel公司在推出公司在推出Pentium MMX系列系列后又一个新的系列产品，它是后又一个新的系列产品，它是Pentium Pro的改良型。的改良型。它的中心是它的中心是Pentium Pro+MMX，它支持，它支持MMX技术，同时将技

9、术，同时将L1 Cache 提高到提高到32 KB，并采用了独立双重总线构造，并采用了独立双重总线构造采用了新的采用了新的Slot1插槽接口、插槽接口、SEC板卡封装，也使其他产品无法板卡封装，也使其他产品无法与其兼容。与其兼容。2.1.7 Intel Pentium微处置器微处置器 Pentium CPU是是Intel公司公司1999年第一季度新产品，首批年第一季度新产品，首批产品代号为产品代号为“Katmai，产品设计上仍坚持了，产品设计上仍坚持了0.25 m、半速、半速512 KB Cache和和Slot1接口技术。接口技术。 进入2000年后，Intel发布了新一代代号为“Willam

10、ette的IA-32系列终极处置器特点：CPU采用0.18 m铜技术制造工艺，其L1 Cache为64 KB，L2 Cache从256512 KB不等，其主频可达1.5 GHz。Willamette的最大改良是运用了SSE2指令集。 此外，还推出了以Coppermine为中心的FC-PGA封装的Socket370处置器。特点：采用100 MHz总线频率，运用了与Celeron Socket370构造类似的接口，但并不兼容Celeron Socket370接口，需接一个特殊的衔接器转接后才干运用。2.1.8 Intel Pentium 4微处置器微处置器 Intel公司于公司于2000年年11月

11、月20日正式推出日正式推出Pentium 4微处置器。微处置器。特点：特点： Pentium 4的运转速度提升到的运转速度提升到3.0 GHz以上。以上。 Pentium 4采用采用0.18 m工艺的半导体制造技术，晶体管数为工艺的半导体制造技术，晶体管数为4200万个，是万个，是Pentium 的的1.5倍。倍。 是针对互联网运用而设计的，其是针对互联网运用而设计的，其L1 Cache为为8 KB，L2 Cache为为256 KB，采用，采用423针的新型针的新型PC-BGA封装。封装。采用了被称为“Net Burst的新构造。新添加了144条称为SSE2的指令集，使浮点运算的准确度提高了一

12、倍。Pentium 4可以提供更好的视频、音频及三维图形功能。236=64GB间。间。图2.1 微处置器的典型构造累加器(16位)锁存器(16位)暂 存寄存器标 志寄存器算术逻辑单元(ALU)十进制调整指 令寄存器指 令译码器中断请求INT写WR读RD请求IORQ请求MREQ等待WAIT时钟定时与控制寄存器选择通用寄存器阵列堆线指针SP(16)指令指针IP(16)加1减1地址锁存器地址缓冲器A19A0地址总线多路转换开关内部数据总线数据总线缓冲器/锁存器D15D0双向数据总线RESETEU控控制制器器ALU暂暂 存存 器器标志存放器标志存放器8位队位队列总线列总线总线控制逻辑内部总线内部总线1

13、6位位地址加法器地址加法器20位地位地址总线址总线16位位数数据据总总线线执执行行部部件件EU总总线线接接口口部部件件BIU1 2 3 4 5 6指令队列指令队列通用存放器通用存放器A X A H ALB X B H BLC X C H CLD X D H DL SP BP DI SICSDSSSESIP暂存器暂存器CS左移4位20位+地址加法器CS16位物理地址20位原来CPU是取指和执行指令是串行操作，8086/8088取指BIU完成和执行指令EU完成是相对独立的并行重叠任务称流水线任务，大大提高运算速度 数据存放器数据存放器地址指针及地址指针及变址存放器变址存放器控制存放器组控制存放器组

14、段存放器组段存放器组AX AH AL 累加器累加器BX BH BL 基址存放器基址存放器CX CH CL 计数存放器计数存放器DX DH DL 数据存放器数据存放器通用存放器组通用存放器组 SP 堆栈指针堆栈指针 BP 基址指针基址指针 SI 源变址指针源变址指针 DI 目的变址指针目的变址指针 IP 指令指针指令指针 FLAG 标志存放器标志存放器 CS 代码段存放器代码段存放器 DS 数据段存放器数据段存放器 SS 堆栈段存放器堆栈段存放器 ES 附加段存放器附加段存放器 15 8 7 0AXBXCXDX目的变址指针(Destination Index)DI源变址指针(Source Ind

15、ex)SI基址指针(Base Pointer)BP堆栈指针(Stack Pointer)SP数据存放器(Data)DLDHDX计数存放器(Count)CLCHCX基址存放器(Base)BLBHBX累加器(Accumulator)ALAHAX数据存放器数据存放器 可可分为两个分为两个8 8位，位，主要用于数据主要用于数据操作操作地址指针地址指针主要用于主要用于地址操作地址操作 段存放器共有4个CS、DS、SS、ES。 段存放器 2、堆栈段存放器SS指定当前堆栈的起始地址； 1、代码段存放器CS表示当前运用的指令代码可以从该段存放器指定的存储器段中获得，相应的偏移值那么由IP提供； 3、附加段存放

16、器ES那么指出当前程序运用附加段地址的起始位置，该段普通用来存放原始数据或运算结果。 4、数据段存放器、数据段存放器DS指示当前程序运用的数据所存指示当前程序运用的数据所存放段的起始地址；放段的起始地址；OF DF IF TF SF ZF AF PF CF D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 10 00 00 01 11 10 01 10 00 01 11 10 01 11 10 00 00 01 11 10 00 01 10 00 00 00 01 11 10 00 01 1+ +0 01 11 10 00 01 11

17、 10 01 10 01 10 01 10 00 01 1运算结果最高位为运算结果最高位为1SF=1；低四位向高四位有进位低四位向高四位有进位 AF=1；次高位向最高位有进位次高位向最高位有进位 ，最高位向前没有进位，最高位向前没有进位，OF=10=1最高位没有进位最高位没有进位 CF=0；低低8位中位中1的个数为偶数个的个数为偶数个 PF=1；运算结果本身运算结果本身0 ZF=0；1 10 00 00 01 11 10 01 10 00 01 11 10 01 11 10 00 00 01 11 10 00 01 10 00 00 00 01 11 10 00 01 1- -0 00 01

18、10 01 11 10 00 01 10 00 00 01 11 10 00 0运算结果最高位为运算结果最高位为0SF=0；低四位向高四位没有借位低四位向高四位没有借位 AF=0；次高位向最高位没有借位次高位向最高位没有借位 ，最高位向前没有借位，最高位向前没有借位，OF=00=0最高位没有借位最高位没有借位 CF=0；低低8位中位中1的个数为奇数个的个数为奇数个 PF=0；运算结果本身运算结果本身0 ZF=0；标志名标志名标志为标志为1 1标志为标志为0 0OFOF溢出溢出( (是是/ /否否OVOVNVNVDFDF方向减量方向减量/ /加量加量) )DNDNUPUPIFIF中断中断( (允

19、许允许/ /封锁封锁) )EIEIDIDISFSF符号符号( (负负/ /正正) )NGNGPLPLZFZF零零( (是是/ /否否ZRZRNZNZAFAF辅助进位辅助进位( (是是/ /否否ACACNANAPFPF奇偶标志奇偶标志( ( 偶偶/ /奇奇) )PEPEPOPOCFCF进位标志进位标志( (是是/ /否否CYCYNCNC12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRC

20、LKGNDVCCAD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6BHE/S7MN/MXRDHOLD*HLDA*WR*M/IO*DT/R*DEN*ALE*INTA*TESTREADYRESET8086BHERDTESTS4S3当前正在运用的段存放器当前正在运用的段存放器00ES01SS10CS或未运用任何段存放器或未运用任何段存放器11DS内存单元既可以存放数据，也可以存放地址指针内存单元既可以存放数据，也可以存放地址指针包括偏移地址和段地址，此时地址也可以看成包括偏移地址和段地址，此时地址也可以看成是数据是数据 地址地址 内容内容 19H 0CH 1AH 1FH 1BH 01H 1CH

21、 23H 1DH 74H 1EH ABH 1FH 41H 20H 42H 21H 43H 22H 44H 23H 45H地址为地址为1AH的的字节数据字节数据1FH1AH 1FH地址为地址为1BH的非的非规那么字数据规那么字数据2301H1BH 01H1CH 23H地址为地址为1EH的规的规那么字数据那么字数据41ABH1EH ABH1FH 41H首地址为首地址为1FH的的字符串字符串“ABCDE 21H 43H 23H 45H20H 42H22H 44H1FH 41H地址为地址为1AH的双字数的双字数据据7423011FH；如解释为指针数据，如解释为指针数据，那么段基址为那么段基址为7423

22、H，偏移量为，偏移量为011FH1AH 1FH1BH 01H1CH 23H1DH 74Ha存储器地址空间分配存储器地址空间分配D7 D0D 1 5 D8A0A19 A1DBABb存储体与总线的衔接存储体与总线的衔接BHED7 D0奇地址存储体奇地址存储体SEL A18 A0D7 D0偶地址存储体偶地址存储体SEL A18 A0BHEA0操 作数据引脚00从偶地址开场读/写一个字(规那么字)AD15AD010从偶地址开场读/写一个字节AD7AD001从奇地址开场读/写一个字节AD15AD80110从奇地址开场读写一个字(非规那么字)，第一总线周期高8位数据有效，第二总线周期低8位数据有效AD15

23、AD8AD7AD0表表2-1 和和A0的代码组合对应的存取操作的代码组合对应的存取操作BHE 较 低 地 址 偶 数 地 址 奇 数 地 址 M 偶 数 地 址 奇 数 地 址 偶 数 地 址 奇 数 地 址 偶 数 地 址 奇 数 地 址 偶 数 地 址 奇 数 地 址 (a) 读 偶 地 址 中 的 字 节 读 的 字 节 被 8086 CPU (b) 读 奇 地 址 中 的 字 节 忽 略 的 字 节N 忽 略 的 字 节N 字 节N 读 的 被 被 读 字 的 (c) 读 偶 地 址 中 的 字 忽 略 的 字 节N 字 节N 读 的 被 第 一 个 被 读 的 第 二 个 字N 节N 忽 略 的 字 节N (d) 读 奇 地 址 中 的 字 ， 需访 问 存 储 器 两 次 字 字 字 加法器加法器8086物理地址物理地址PA的构成，的构成，其中的其中的16位偏移量也称为有位偏移量也称为有效地址效地址EA(出如今指令中出如今指令中) 段存放器段存放器15016位偏移量位偏移量01520位物理地址位物理地址019段基址段基址1123H偏移量偏移量13H段基址段基址1124H偏移量偏移量03H物理地址物理地址PA与逻辑地址与逻辑地址LA的对应的对应存储单元存储单元 物理地址物理地址 11230H 11231H 11232H