第2章 8086和奔腾系列微处理器原理初步

1、汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 2 . 8086 8086和奔腾系列微处理器原理初步和奔腾系列微处理器原理初步2.1 8086 8086的编程结构的编程结构 2.2 8086 8086的引脚信号和工作模式的引脚信号和工作模式 2.3 8086 8086的存储器编址的存储器编址2.4 奔腾系列微处理器特点奔腾系列微处理器特点 微微第第2章章汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 本章学习要求本章学习要求1 1、掌握、掌握8086CPU8086

2、CPU的内部结构的内部结构3 3、掌握、掌握8086CPU8086CPU的两种工作模式的两种工作模式2 2、掌握、掌握8086CPU8086CPU对存储器的分段管理的基对存储器的分段管理的基本概念本概念4 4、了解奔腾系列微处理器的特点、了解奔腾系列微处理器的特点汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 2.1 8086CPU 8086CPU的内部结构（编程结构）的内部结构（编程结构）从功能上看，从功能上看，CPUCPU可以分为两大部分：可以分为两大部分：1 1、总线接口部件、总线接口部件BIU (Bus Interfac

3、e Unit) BIU (Bus Interface Unit) 2 2、执行部件、执行部件EU (Execution Unit)EU (Execution Unit) 8086CPU8086CPU内部结构框图如下所示：内部结构框图如下所示：汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 8086CPU8086CPU的的内部结构框图内部结构框图汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 一一. 总线接口部件总线接口部件总线接口部件负责与存储器、总线接口部件负责

4、与存储器、I/O接口传送数接口传送数据，包括物理地址的形成、预取指令、指令队列据，包括物理地址的形成、预取指令、指令队列排队、读排队、读/写操作数和总线控制等写操作数和总线控制等。总线接口部件。总线接口部件由下列由下列4部分组成：部分组成： 4 4个段地址寄存器个段地址寄存器（CSCS、DSDS、ESES、SSSS） 1616位的指令指针寄存器位的指令指针寄存器 IP(InstructionIP(Instruction Pointer) Pointer) 20 20位的地址加法器位的地址加法器 6字节的指令队列缓冲器字节的指令队列缓冲器汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与

5、单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 二二. 执行部件执行部件 执行部件负责指令的执行。执行部件负责指令的执行。由下列由下列4部分组成：部分组成： 4 4个通用寄存器，即个通用寄存器，即AXAX、BXBX、CXCX、DXDX； 4 4个专用寄存器，即个专用寄存器，即 基数指针寄存器基数指针寄存器BPBP（base pointerbase pointer） 堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器SP(stack pointer)SP(stack pointer) 源变址寄存器源变址寄存器SI(source index)SI(source index) 目的变址寄存器目的变址寄存器DI(d

6、estination index)DI(destination index)； 标志寄存器；标志寄存器； 算术逻辑部件算术逻辑部件ALU(arithmetic logic unit)。 汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 80868086内部寄存器有：内部寄存器有：v 4 4个通用寄存器和个通用寄存器和4 4个专用寄存器个专用寄存器v 1 1个指令指针寄存器个指令指针寄存器v 1 1个标志寄存器个标志寄存器v 4 4个段寄存器个段寄存器汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 201

7、4-2015 春季学期春季学期 1 1、4 4个个1616位的通用寄存器位的通用寄存器AXAX、BXBX、CXCX、DXDXn它们还可以分成高它们还可以分成高8 8位和低位和低8 8位两个独立的寄位两个独立的寄存器：存器：AHAHBHBHCHCHDHDHALALBLBLCLCLDLDLn对其中某对其中某8 8位的操作，并不影响另外对应位的操作，并不影响另外对应8 8位位的数据的数据n每个寄存器又有它们各自的专用目的：每个寄存器又有它们各自的专用目的：nAXAX累加器累加器( (AccumulatorAccumulator) )，使用频度最高，使用频度最高，用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等

8、用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 nBXBX基址寄存器，常用做存放存储器地址基址寄存器，常用做存放存储器地址nCXCX计数器，作为循环和串操作等指令中的隐计数器，作为循环和串操作等指令中的隐含计数器含计数器nDXDX数据寄存器，常用来存放双字长数据的高数据寄存器，常用来存放双字长数据的高1616位，或存放外设端口地址。位，或存放外设端口地址。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 2 2、变址寄存器、变址

9、寄存器SISI、DIDIn变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址：变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址：nSISI是源变址寄存器（是源变址寄存器（source indexsource index）nDIDI是目的变址寄存器（是目的变址寄存器（destination indexdestination index）n串操作类指令中，串操作类指令中，SISI和和DIDI具有特别的功能。具有特别的功能。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 3 3、指针寄存器、指针寄存器SPSP、BPBPn指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据。指针

10、寄存器用于寻址内存堆栈内的数据。nSPSP为堆栈指针寄存器为堆栈指针寄存器(Stack Pointer)(Stack Pointer)，指示，指示栈顶的偏移地址。栈顶的偏移地址。nSPSP不能再用于其他目的，具有专用目的。不能再用于其他目的，具有专用目的。nBPBP为基址指针寄存器为基址指针寄存器(Base Pointer)(Base Pointer)，表示数，表示数据在堆栈段中的基地址。据在堆栈段中的基地址。nSPSP和和BPBP寄存器与寄存器与SSSS段寄存器联合使用以确定堆段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址。栈段中的存储单元地址。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及

11、应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 4 4、段寄存器、段寄存器CSCS、DSDS、ESES、SSSSDS DS 数据段寄存器数据段寄存器 (Data Segment) (Data Segment) CS CS 代码段寄存器代码段寄存器 (Code Segment) (Code Segment) ES ES 附加段寄存器附加段寄存器 (Extra Segment) (Extra Segment) SS SS 堆栈段寄存器堆栈段寄存器 (Stack Segment) (Stack Segment) 这些段寄存器的内容与有效地址一起，这些段寄存器的内容与有效地址一起，用

12、于确定内存的物理地址。通常用用于确定内存的物理地址。通常用CSCS、DSDS、ESES以及以及SSSS用于确定代码段、数据段、附加用于确定代码段、数据段、附加段以及堆栈段的基地址。段以及堆栈段的基地址。 汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 5 5、指令指针寄存器、指令指针寄存器IPIP（Instruction PointerInstruction Pointer）n指令指针寄存器指令指针寄存器IPIP，指示代码段中下，指示代码段中下一条要执行指令的偏移地址。一条要执行指令的偏移地址。n它与代码段寄存器它与代码段寄存器

13、CSCS联用，确定下一联用，确定下一条指令的物理地址。条指令的物理地址。n计算机通过计算机通过CSCS和和IPIP寄存器来控制指令寄存器来控制指令序列的执行流程。序列的执行流程。nIPIP寄存器是一个专用寄存器。寄存器是一个专用寄存器。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 6 6、标志寄存器、标志寄存器FLAGSFLAGSn标志（标志（FlagFlag）用于反映指令执行结果）用于反映指令执行结果或控制指令执行形式。或控制指令执行形式。n80868086处理器的各种标志形成了一个处理器的各种标志形成了一个1616位的标志

14、寄存器位的标志寄存器FLAGSFLAGS。OF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0 程序设计需要利用标志的状态程序设计需要利用标志的状态标志寄存器中共有标志寄存器中共有9 9个位用作标志，个位用作标志，7 7个位未作使用个位未作使用汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 标志的分类：分为状态标志和控制标志n6 6个状态标志：用来记录程序运行结果个状态标志：用来记录程序运行结果的状态信息，许多指令的执行都将相应的状态信息，许多指令的执行都将相应地设置它的状态。共有地设置它的状态。共有6 6

15、个状态标志位：个状态标志位：CF ZF SF PF OF AFCF ZF SF PF OF AFn3 3个控制标志：可由程序根据需要用指个控制标志：可由程序根据需要用指令设置，用于控制处理器执行指令的方令设置，用于控制处理器执行指令的方式式DF IF TFDF IF TFOF1115 12DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 进位标志进位标志CF（Carry Flag）n当运算结果的最高有效位有进位（加法）或当运算结果的最高有效位有进位（加法）或借位（减法）时，进

16、位标志置借位（减法）时，进位标志置1 1，即，即CF = 1CF = 1；否则否则CF = 0CF = 0。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 零标志零标志ZF（Zero Flag）n若运算结果为若运算结果为0 0，则，则ZF = 1ZF = 1；否则否则ZF = 0ZF = 0注意：注意： ZFZF为为1 1表示的运算结果是表示的运算结果是0汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 符号标志符号标志SF（Sign Flag）n运算结果最高位为运

17、算结果最高位为1 1，则，则SF = 1SF = 1；否则；否则SF = 0SF = 0有符号数据用最高有效位表示数据的符号有符号数据用最高有效位表示数据的符号所以，最高有效位就是符号标志的状态所以，最高有效位就是符号标志的状态汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 奇偶标志奇偶标志PF（Parity Flag）n当运算结果的低当运算结果的低8 8位位( (最低字节最低字节) )中中“1”1”的个的个数为偶数时，数为偶数时，PF = 1PF = 1；否则；否则PF = 0PF = 0PFPF标志仅反映最低标志仅反映最低8

18、 8位中位中“1”1”的个数是的个数是偶或奇，即使是进行偶或奇，即使是进行1616位字操作位字操作汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 溢出标志溢出标志OF（Overflow Flag）n若算术运算的结果有溢出，若算术运算的结果有溢出， 则则OFOF1 1；否则；否则 OFOF0 0汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 什么是溢出？什么是溢出？n处理器内部以补码表示有符号数处理器内部以补码表示有符号数n8 8位补码表达的整数范围是：位补码表达的

19、整数范围是：127127128128n1616位补码表达的范围是：位补码表达的范围是：32767327673276832768n如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出如果运算结果超出这个范围，就产生了溢出n有溢出，说明有符号数的运算结果不正确有溢出，说明有符号数的运算结果不正确汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 溢出和进位的区别：溢出和进位的区别：n溢出标志溢出标志OFOF和进位标志和进位标志CFCF是两个意义不同的是两个意义不同的标志。标志。n进位标志表示无符号数运算结果是否超出范进位标志表示无符号数运算结果是否超

20、出范围，运算结果仍然正确。围，运算结果仍然正确。n溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围，运算结果已经不正确。围，运算结果已经不正确。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 溢出和进位的对比：溢出和进位的对比：汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 溢出的判断：溢出的判断：判断运算结果是否溢出有一个简单的规则：判断运算结果是否溢出有一个简单的规则：n只有当两个相同符号数相加（包括不同符号只有当两个相同符号数相

21、加（包括不同符号数相减），而运算结果的符号与原数据符号数相减），而运算结果的符号与原数据符号相反时，产生溢出，因为，此时的运算结果相反时，产生溢出，因为，此时的运算结果显然不正确。显然不正确。n其他情况下，则不会产生溢出其他情况下，则不会产生溢出汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 辅助进位标志辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）这个标志主要由处理器内部使用，用这个标志主要由处理器内部使用，用于十进制算术运算调整指令中，用户于十进制算术运算调整指令中，用户一般不必关心。一般不必关心。n若算术运算

22、时若算术运算时D D3 3位位( (低半字节低半字节) )有进位有进位或借位，则或借位，则AFAF1 1；否则；否则AFAF0 0汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 方向标志方向标志DF（Direction Flag）n用于串操作指令中，控制地址的变化用于串操作指令中，控制地址的变化方向：方向：n设置设置DFDF0 0，存储器地址自动增加；，存储器地址自动增加；n设置设置DFDF1 1，存储器地址自动减少。，存储器地址自动减少。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-20

23、15 春季学期春季学期 中断允许标志中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）n用于控制外部可屏蔽中断是否可以被用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器响应：处理器响应：n设置设置IFIF1 1，则允许中断；，则允许中断；n设置设置IFIF0 0，则禁止中断。，则禁止中断。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 跟踪标志跟踪标志TF（Trap Flag）n用于控制处理器进入单步操作方式：用于控制处理器进入单步操作方式：n设置设置TFTF0 0，处理器正常工作；，处理器正常工作；n设置设置TFTF1 1，

24、处理器单步执行指令。，处理器单步执行指令。单步执行指令：单步执行指令：处理器在每条指令执行结束处理器在每条指令执行结束时，便产生一个编号为时，便产生一个编号为1 1的内部中断的内部中断这种内部中断称为单步中断这种内部中断称为单步中断所以所以TFTF也称为也称为单步标志单步标志n利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试n这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 一、8086CPU的引脚及其功能 8086CPU808

25、6CPU的的4040条引脚信条引脚信号按功能可分为四类，它号按功能可分为四类，它们是：们是：地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线其它其它( (时钟与电源时钟与电源) ) 2.2 8086CPU 8086CPU的引脚和工作模式的引脚和工作模式汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 1、最小模式和最大模式概念、最小模式和最大模式概念(1)(1)最小模式最小模式: : 在系统中只有一个微处理器。在系统中只有一个微处理器。(2)(2)最大模式：最大模式： 两个或多个微处理器（主处理器、协处理器）两个或多个微处理器（主

26、处理器、协处理器） 为了尽可能的适应各种应用场合，设计为了尽可能的适应各种应用场合，设计8086CPU8086CPU时，时，使其能具有两种工作模式，即最小模式和最大模式。使其能具有两种工作模式，即最小模式和最大模式。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 2、8086的引脚信号的引脚信号（1）最小模式（）最小模式（ MN/MX接接5V） AD AD1515ADAD0 0，地址，地址/ /数据总线数据总线 A A1919/S/S6 6A A1616/S/S3 3，地址，地址/ /状态总线状态总线 BHE/ S BHE/ S

27、7 7，高，高8 8位数据允许位数据允许/ /状态线状态线 MN/MX MN/MX，最小，最小/ /最大模式控制信号，输入最大模式控制信号，输入 RD RD，读信号，读信号 WR WR，写信号，写信号 M/IO M/IO，存储器，存储器/ /输入输出控制信号输入输出控制信号 汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 ALEALE，地址锁存允许信号，地址锁存允许信号READY(Ready)READY(Ready)，准备就绪信号，准备就绪信号INTRINTR，可屏蔽中断请求信号，可屏蔽中断请求信号INTAINTA，中断响应信号

28、，中断响应信号 NMINMI，非屏蔽中断请求信号，非屏蔽中断请求信号RESETRESET，系统复位信号，系统复位信号 DENDEN，数据允许信号，数据允许信号 DT/RDT/R，数据发送，数据发送/ /接收控制信号接收控制信号 汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 HOLDHOLD，总线保持请求信号输入，总线保持请求信号输入 HLDAHLDA，总线保持响应信号，总线保持响应信号 TESTTEST，测试信号，测试信号 CLKCLK，时钟输入信号，时钟输入信号 V VCCCC(+5V)(+5V)，GNDGND 汕头大学工学

29、院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 （2）最大模式（）最大模式（ MN/MX接地接地）8086 CPU8086 CPU工作在最大模式时，其工作在最大模式时，其24243131引脚需重新定引脚需重新定义，如表义，如表2-42-4所示：所示： 汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 QSQS1 1/QS/QS0 0，指令队列状态信号。，指令队列状态信号。 S S2 2、S S1 1、S S0 0 ，总线周期状态信号。，总线周期状态信号。 LOCK LOCK ，

30、总线封锁信号。，总线封锁信号。RQ/GTRQ/GT1 1和和RQ/GTRQ/GT0 0 ，总线请求信号输入，总线请求信号输入/ /总线请求信号允许输出。总线请求信号允许输出。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 一、一、 主存储器的分段机制主存储器的分段机制n原因：原因：由于由于CPUCPU地址线数地址线数(20(20位位) )与寄存器位数、数与寄存器位数、数据线数据线数(16(16位位) )的差异。为了提高主存储器容量，必须的差异。为了提高主存储器容量，必须采用分段机制采用分段机制n8086CPU8086CPU有有2

31、020条地址线条地址线n最大可寻址空间为最大可寻址空间为2 220201MB1MBn物理地址物理地址范围从范围从00000H00000HFFFFFHFFFFFHn8086CPU8086CPU将将1MB1MB空间分成许多逻辑段（空间分成许多逻辑段（SegmentSegment）n每个段最大限制为每个段最大限制为64KB (264KB (21616B)B)n每个段首个单元物理地址的低每个段首个单元物理地址的低4 4位为位为00000000n这样，一个存储单元除具有一个唯一的这样，一个存储单元除具有一个唯一的物理地址物理地址外，外，还具有多个还具有多个逻辑地址逻辑地址( (在不同的段中在不同的段中)

32、 )2.3 8086CPU 8086CPU的存储器编址的存储器编址汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 n对应每个物理存储单元都有一个唯一的对应每个物理存储单元都有一个唯一的2020位编号，就是位编号，就是物理地址物理地址，从，从00000H00000HFFFFFHFFFFFH。n分段后在用户编程时，采用分段后在用户编程时，采用逻辑地址逻辑地址( (即段即段首地址加段内偏移地址首地址加段内偏移地址) )，其形式为：，其形式为：段基地址段基地址 : : 段内偏移地址段内偏移地址分隔符分隔符二、二、 物理地址和逻辑地址物理

33、地址和逻辑地址汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 逻辑地址：逻辑地址：n段基地址段基地址( (段首地址段首地址) )说明逻辑段在主存中的起始位说明逻辑段在主存中的起始位置。置。( (但起始位置不是任意的但起始位置不是任意的) )n80868086规定段地址必须是模规定段地址必须是模1616地址：地址：xxxx0Hxxxx0H。n省略低省略低4 4位位00000000，段地址就可以用，段地址就可以用1616位数据表示，就位数据表示，就能用能用1616位位段寄存器段寄存器表达段地址。表达段地址。n偏移地址说明主存单元距离

34、段起始位置的偏移量。偏移地址说明主存单元距离段起始位置的偏移量。n每段不超过每段不超过64KB64KB，偏移地址也可用，偏移地址也可用1616位位数据表示。数据表示。段基地址段基地址 : 段内偏移地址段内偏移地址汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 物理地址和逻辑地址的转换物理地址和逻辑地址的转换n将逻辑地址中的段地址左移将逻辑地址中的段地址左移4 4位，加上偏移地位，加上偏移地址就得到址就得到2020位物理地址。位物理地址。n一个物理地址可以有多个逻辑地址一个物理地址可以有多个逻辑地址逻辑地址逻辑地址 1460:10

35、01460:100、1380:F001380:F00物理地址物理地址 14700H 14700H14700H 14700H146014600 0H H 100H100H14700H14700H138013800 0H H F00HF00H14700H14700H段地址左移段地址左移4 4位位加上偏移地址加上偏移地址得到物理地址得到物理地址汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 三、三、8086对存储器的访问对存储器的访问汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学

36、期春季学期 n2.4.1、Pentium的的性能与先进技术性能与先进技术n2.4.2、Pentium的原理结构的原理结构n2.4.3、Pentium的寄存器的寄存器n2.4.4、Pentium的技术发展的技术发展2.4 奔腾系列微处理器特点介绍奔腾系列微处理器特点介绍汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 2.4.1 Pentium的的性能与先进技术性能与先进技术 19931993年年3 3月月IntelIntel公司推出了第五代微处理器公司推出了第五代微处理器Pentium, Pentium, PentiumPenti

37、um是微处理器本质上的一次创新。是微处理器本质上的一次创新。n Pentium Pentium采用了采用了0.8m0.8m双极性互补金属氧化半导体双极性互补金属氧化半导体（BiCMOSBiCMOS）技术，它属于单芯片技术，它属于单芯片超标量流水线超标量流水线微处理器，微处理器，片内集成了多达片内集成了多达310310万个晶体管，工作电压万个晶体管，工作电压+5V+5V，功耗，功耗15W15W。片内时钟频率（微处理器主频）与片外总线的时。片内时钟频率（微处理器主频）与片外总线的时钟频率相等，均为钟频率相等，均为60MHz60MHz或或66MHz66MHz两种。两种。 汕头大学工学院汕头大学工学院

38、 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 n Pentium Pentium通往外部存储器的通往外部存储器的数据总线为数据总线为6464位位，CPUCPU内部总线的宽度为内部总线的宽度为3232位位（属于（属于3232位微处理位微处理器）。外部器）。外部6464位位数据总线（数据总线（D D6363- -D D0 0）每次可同时）每次可同时传输传输8 8字节字节的二进制信息，若选用主总线时钟频的二进制信息，若选用主总线时钟频率率66MHz66MHz计算，即存储器总线的时钟频率也为计算，即存储器总线的时钟频率也为66MHz66MHz，则，则Pentiu

39、mPentium与主存储器交换数据的速率可与主存储器交换数据的速率可为为528MB/S528MB/S。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 一、一、Pentium CPUPentium CPU内部的主要部件内部的主要部件总线接口部件总线接口部件BIUBIUU U流水线和流水线和V V流水线流水线指令高速缓冲存储器指令高速缓冲存储器CacheCache数据高速缓冲存储器数据高速缓冲存储器CacheCache指令预取部件指令预取部件指令译码器指令译码器浮点处理部件浮点处理部件FPUFPU分支目标缓冲器分支目标缓冲器BTBB

40、TB微程序控制器中的控制微程序控制器中的控制ROMROM寄存器组寄存器组2.4.2 Pentium的的原理结构原理结构执行部件执行部件EU汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 二、二、Pentium CPUPentium CPU的原理结构图的原理结构图汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 Pentium的寄存器可以分为三组：的寄存器可以分为三组：基本寄存器组：基本寄存器组：包括通用寄存器、指令指针包括通用寄存器、指令指针寄存器、标志寄存器以及段

41、寄存器。寄存器、标志寄存器以及段寄存器。系统寄存器组：系统寄存器组：包括地址寄存器、控制寄存包括地址寄存器、控制寄存器、调试寄存器和测试寄存器。器、调试寄存器和测试寄存器。浮点寄存器组：浮点寄存器组：包括数据寄存器、控制字寄包括数据寄存器、控制字寄存器、状态寄存器、指令指针寄存器和数据指存器、状态寄存器、指令指针寄存器和数据指针寄存器以及标记字寄存器。针寄存器以及标记字寄存器。2.4.3 Pentium的的寄存器寄存器汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 Pentium CPUPentium CPU的基本寄存器组包括的

42、基本寄存器组包括通用寄存器、通用寄存器、段寄存器、指令指针寄存器和标志寄存器段寄存器、指令指针寄存器和标志寄存器：1、通用寄存器、通用寄存器一、基本寄存器组一、基本寄存器组汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 Pentium通用寄存器如图所示，它兼容通用寄存器如图所示，它兼容8086 CPU原来的原来的8个个16位通用寄存器以及原来的位通用寄存器以及原来的8个个8位的寄存器，而且将原来的位的寄存器，而且将原来的8个个16位通用寄存器位通用寄存器AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP均扩展成均扩展成32位的寄存器

43、位的寄存器EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。既可以使用保留的既可以使用保留的8位和位和16位寄存器，还可以使用位寄存器，还可以使用32位寄存器。位寄存器。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 2、段寄存器及其段描述符高速缓存器、段寄存器及其段描述符高速缓存器汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 段寄存器及段描述符高速缓存器段寄存器及段描述符高速缓存器如图所示，如图所示，PentiumPentium系列系列CPUCP

44、U有有6 6个个1616位段寄存器位段寄存器，每个段寄存器对，每个段寄存器对应有一个应有一个6464位的描述符位的描述符，用户不可见。，用户不可见。6 6个段寄存器的个段寄存器的长度均为长度均为1616位。除位。除CSCS和和SSSS分别是代码段寄存器和堆栈段分别是代码段寄存器和堆栈段寄存器之外，其余的寄存器之外，其余的DSDS、ESES、FSFS、GSGS都是数据段寄存器。都是数据段寄存器。 汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 每个段对应一个段描述符（每个段对应一个段描述符（8 8个字节），个字节），6 6个段描个

45、段描述符存放在述符存放在CPUCPU内的段描述符高速缓存器中，它们均由内的段描述符高速缓存器中，它们均由内存的描述符表中拷贝而成，以便内存的描述符表中拷贝而成，以便CPUCPU访问某一段时，访问某一段时，均按存放在均按存放在CPUCPU内该段的段描述符所描述的信息进行操内该段的段描述符所描述的信息进行操作。作。段描述符：段描述符：汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 段描述符的组成：段描述符的组成：汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 Pent

46、ium CPU Pentium CPU中有一个中有一个3232位的指令指针寄存器（位的指令指针寄存器（EIPEIP）和一个和一个3232位的标志寄存器（位的标志寄存器（EFLAGSEFLAGS），如图），如图3-63-6所示：所示：3、指令指针寄存器和标志寄存器、指令指针寄存器和标志寄存器汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 nEIPEIP保存下一条待执行指令所在代码段内的偏保存下一条待执行指令所在代码段内的偏移值，也就是偏离代码段首地址的字节地址移值，也就是偏离代码段首地址的字节地址数值。数值。EIPEIP的低的低1

47、616位为位为IPIP。nEFLAGSEFLAGS在在8086 168086 16位位FLAGSFLAGS基础上扩充了高基础上扩充了高1616位，其中，位，其中，FLAGS b11b0FLAGS b11b0中保留了中保留了8086 CPU8086 CPU中中6 6个状态标志和个状态标志和3 3个控制标志，增加了个控制标志，增加了NTNT与与IOPLIOPL，高，高1616位中新增了位中新增了6 6个标志位。这些扩充个标志位。这些扩充标志位的含义参考课本。标志位的含义参考课本。汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 Pen

48、tiumPentium的系统寄存器组包括的系统寄存器组包括4 4个表所对应的个表所对应的4 4个基地址寄存器个基地址寄存器GDTRGDTR、IDTRIDTR、LDTRLDTR、TRTR，也称，也称为为4 4个表寄存器，还包括个表寄存器，还包括5 5个控制寄存器个控制寄存器CRCR0 0、CRCR1 1、CRCR2 2、CRCR3 3、CRCR4 4。系统寄存器组中的所有寄。系统寄存器组中的所有寄存器都不可能被用户访问，只能由特权级为存器都不可能被用户访问，只能由特权级为0 0的的操作系统程序访问。操作系统程序访问。二、系统寄存器组二、系统寄存器组 汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统

49、及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 4个表寄存器个表寄存器如图所示：如图所示： 1、表基地址寄存器、表基地址寄存器汕头大学工学院汕头大学工学院 微机与单片机系统及应用微机与单片机系统及应用 2014-2015 春季学期春季学期 （1 1）GDTRGDTR（Global Descriptor Table RegisterGlobal Descriptor Table Register）：）：全局描全局描述符表寄存器。共有述符表寄存器。共有4848位，其中，高位，其中，高3232位保存全位保存全局描述符表的线性基地址，低局描述符表的线性基地址，低1616位是表限字段，位是表限字段，即限制表的最大长度为即限制表的最大长度为64KB64KB。（2 2）IDTRIDTR（Interrupt Descriptor Table RegisterInterrupt Descriptor Table Register）：中断中断描述符表寄存器。共有描述符表寄存器。共有4848位，其中高位，其中高3232位用于保位用于保存中断描述符表存中断描述符表IDTIDT的的3232位线性基地址，低位线性基地址，低1616位位是表限字段，表的最大长度也是是表限字段，表的最大长度也是64KB64KB。汕头大学工学院汕头大