第2章80X86微处理器.

1、微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章80X86微处理器微处理器 第二章第二章微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 8086/8088微处理器微处理器 80386微处理器微处理器 80486微处理器微处理器 从从Pentium到到Pentium 4 微处理器微处理器微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.1 8086/8088微处理器微处理器2.1.1 8086/8088的内部结构的内部结构 图2.1 8086/8088CPU内部结构示意图微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章从功能结构看，8086/8088CPU分两部分： 执行部件执行部件EU (Execution Un

2、it) 总线接口部件总线接口部件BIU (Bus Interface Unit)微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章1. 执行部件执行部件EU负责指令的执行：译码指令并利用内部寄存器和ALU来处理数据。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章组成及功能组成及功能 四个数据寄存器：AX，BX，CX，DX 四个地址寄存器：BP，SP，SI，DI 标志寄存器FR（PSW） 算术逻辑单元ALU 存放数据或地址 存放不同寻址方式下的地址偏移量，也可作16位 通用寄存器 存放ALU运算结果特征 内部控制逻辑电路（EU） 从指令队列取指令、译码、产生控制信号 算术逻辑运算微机原理与应用微机原理与应用

3、 第二章第二章2. 总线接口部件总线接口部件BIU负责微处理器内部与外部（存储器和I/O接口）的信息传输：取指令、指令排队、传送数据（读/写操作数）、形成物理地址和总线控制。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章组成及功能组成及功能 四个段寄存器：CS，DS，SS，ES 地址加法器 指令队列 总线控制逻辑 存放段地址，与偏移地址配合，寻址1MB空间 将16位逻辑地址变换成20位物理地址 预放指令代码：6字节/8086；4字节/8088 发出总线控制信号，控制CPU与外部数据的交换 指令指针寄存器IP 存放下一条要取出指令的地址微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章流水线操作流水线操作B

4、IU 取指1取指2取指3 取指4 取数据 取指5EU等待执行1执行2执行3执行4指令队列缓冲器存放预取指令，使CPU取指令与执行指令能并行工作，即在一条指令的执行过程中，可以取出下一条或多条指令，在指令队列中排队，减少微处理器的等待时间，提高运行效率。这种结构称为流水线结构。图2.2 BIU与EU并行操作示意微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.1.2 8086/8088的寄存器结构的寄存器结构 158 70AHBHCHDHALBLCLDLSPBPSIDIIPFRCSDSSSESAXBXCXDX代码段寄存器数据段寄存器堆栈段寄存器附加段寄存器段寄存器指令指针状态标志控制寄存器累加器基数

5、寄存器计数寄存器数据寄存器堆栈指针基数指针源变址目的变址数据寄存器地址寄存器通用寄存器微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 数据寄存器：AX，BX，CX，DX。四个数据寄存器AX，BX，CX，DX可以作为16位寄存器使用，也可以分别作为 两个8位寄存器使用。内部设置较多通用数据寄存器的好处： 提高数据的处理速度； 减小指令存放的内存空间。BHAHCHDHALBLCLDLAXBXCXDX 隐含用途：AX 累加器； BX 基址/变址； CX 计数器；DX 字乘/除和 I/O的间址。1. 通用寄存器组通用寄存器组微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 地址寄存器：BP，SP，SI，DI。

6、BP、SP、SI 和DI 专门用于存放特定段的偏移地址，除此以外，还可作为通用数据寄存器用。 SP 堆栈指针寄存器：栈顶地址。 BP 基数指针寄存器：间接寻址中的基址，也可用作 堆栈的一个附加指针，访问堆 栈中任意单元的数据。 SI 源变址寄存器 ：间接寻址/变址；串操作中源地址。 DI 目的变址寄存器：间接寻址/变址；串操作中目的 地址。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 标志寄存器FR（PSW）FR共有16位，其中7位未用，各位的定义如下：15014 13 12 11 10 987654321DF IF TF SF ZFAFPFCFOF两类标志状态标志：CF/PF/AF/ZF/SF

7、/OF控制标志：DF/IF/TF状态标志反映EU执行算术/逻辑运算后结果的状态；控制标志控制CPU操作。2. 控制寄存器控制寄存器微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章存放下一条要取出的指令的偏移地址。 16位指令指针寄存器IP 中断或调用子程序时，IP内容（断点地址） 自动入栈保护；返回时，断点地址弹出到IP， 继续主程序运行。 跳转指令时，新的跳转目标地址送入IP，原 指令队列内容作废。 微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章CS：代码段寄存器 DS：数据段寄存器SS ：堆栈段寄存器 ES：附加段寄存器 8086最大寻址空间达1MB（20位地址） 8086内部寄存器均为16位，16

8、位地址只可寻址64KB 8086采用分段技术解决16位地址寄存器寻址1MB存储 空间的问题： 一个逻辑地址由两部分组成：段地址、段内偏移量 段地址存放在段寄存器中 实际地址（20位物理地址）= 段地址16 + 偏移量3. 段寄存器段寄存器微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章20位物理地址的形成位物理地址的形成1200 H (CS) 2450H ( IP)+14450H20位物理地址 = 段地址(CS)16 + 偏移量(IP)微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.1.4 8086/8088的工作模式及引脚功能的工作模式及引脚功能 根据不同的应用环境，8086可以工作在两种模式：1.

9、 工作模式工作模式系统中只有8086一个微处理器，所有的总线控制信号均由8086产生，系统的总线控制信号被减至最少。 最小模式最小模式 最大模式最大模式系统中除8086作为主微处理器以外，还有其它的微处理器协助工作：数值运算的协处理器8087，输入/输出 (I/O) 协处理器8089。最大模式用于中规模或大型的8086系统中。8086工作在何种模式，完全由硬件决定：MN / MX。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.4 8086最小模式系统典型配置最小模式系统最小模式系统微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章最大模式系统最大模式系统图2.5 8086最大模式系统典型配置微机原理

10、与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.6 总线控制器8288与8086的连接微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.7 多处理器系统微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2. 引脚功能引脚功能 地址/数据总线 地址/状态总线 控制总线 电源/地线 其它控制线五类引脚线五类引脚线图2.5 8086引脚微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.6 8088引脚微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章（1）地址）地址/数据总线数据总线AD15 AD0(双向双向/三态三态)分时复用：在一个总线周期的第一个时钟周期，AD15 AD0 传送地址信号，在其它的时钟周期，作数据总线使用。

11、地 址锁存器STBABDBAD15 AD0ALE微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章（2）地址）地址/状态线状态线A19 / S6 A16 / S3(输出输出/三态三态)在一个总线周期的T1，输出地址信号的最高4位A19 A16，在其他的时钟周期，输出状态信号S6 S3。同样，这4个引脚信号也要用外电路将地址信号锁存。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 S4、S3 的组合指出当前使用的段码寄存器情况1S4S3意义100当前正在使用ES附加段01当前正在使用SS堆栈段10当前正在使用CS或者未使用任何寄存器当前正在使用DS数据段 S6为低，表示8086当前与总线相连 S5 IF系统

12、处于DMA，CPU让出总线， A19 / S6 A16 / S3进入浮空状态。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章（3）控制总线）控制总线 BHE/S7 高高8位数据总线允许位数据总线允许/ 状态线状态线(输出输出/三态三态)在其他的总线周期，为S7状态信号，8086 中 S7未作定义。 CLK系统时钟输入信号系统时钟输入信号最大时钟频率为8MHZ，占空比1/3。在总线周期的T1，为BHE信号，表示高8位数据线D15 D8 上的数据有效。 微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章BHEA0数据传送格式00110101同时传送高、低字节 (AD0 AD15)奇数地址的高位字节 (AD8

13、AD15)偶数地址的低位字节 (AD0 AD7)无效BHE 和 A0 结合控制CPU与存储器之间数据传送的格式（因为存储器是按字节组织的）。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 MN / MX 最大最大/最小模式控制信号最小模式控制信号 RD 读信号读信号(输出输出/三态，低电平有效三态，低电平有效)RD = 0，读存储器或I/O，DMA时浮空。 INTR可屏蔽的中断请求信号可屏蔽的中断请求信号(输入输入/高电平有效高电平有效)外设向CPU提出的中断请求信号，若FR中IF=1，CPU在当前指令后即响应。不受FR中IF的影响，CPU在当前指令后响应。 NMI非屏蔽中断请求信号非屏蔽中断请求

14、信号(输入输入/上升沿上升沿 有效有效)微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 READY 准备就绪信号准备就绪信号(输入，高电平有效输入，高电平有效)CPU访问存储器或外设时，READY有效，表示存储器或外设已准备好传送数据。 TEST 测试信号测试信号 (输入，低电平有效输入，低电平有效)WAIT指令 TEST 有效？执行后续指令YesNo与等待指令WAIT配合使用。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章4T复位重新启动后，第一条指令地址FFFF0H。 RESET系统复位信号系统复位信号(输入，高电平有效输入，高电平有效)RESET使CPU复位结束现行操作，初始化内部寄存器。复位信

15、号必须保持4个时钟周期高电平。CPU中的部分内容标志位清除指令指针(IP)0000HCS寄存器FFFFHDS寄存器0000HSS寄存器0000HES寄存器0000H指令队列空微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章（4）电源和地线）电源和地线VCC电源电源(5V10%) GND地线地线(两条两条)微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 M/IO 存储器存储器/输入输出控制信号输入输出控制信号(输出输出/三态三态)RD与M/IO组合对应的操作M/IORD操 作1000读存储器读I/O端口（5）其它控制总线）其它控制总线24 31#引脚信号的定义依8086的工作模式而定，以下是在最小模式配置

16、时这些引脚的定义。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 WR 写信号写信号(输出输出/三态，低电平有效三态，低电平有效)WR与M/IO组合对应的操作M/IOWR操 作1000写存储器写I/O端口 INTA中断响应信号中断响应信号(输出输出/三态，低电平有效三态，低电平有效)CPU响应INTR后，用INTA读取外设提供的中断类型号，以取得中断服务程序的入口地址。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章在每一总线周期的T1状态，ALE都输出有效电平，表示当前地址/数据复用总线上输出的是地址信息，供地址锁存器对地址进行锁存。 ALE地址锁存允许信号地址锁存允许信号(输出输出/三态，高电平有效

17、三态，高电平有效) DEN 数据允许信号数据允许信号(输出输出/三态，低电平有效三态，低电平有效)控制CPU外接的数据收发器。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 DT/R 数据收发方向控制信号数据收发方向控制信号(输出输出/三态三态)DT/R = 1, 即T = 1，A B (CPU 内存或外设)DT/R = 0, 即T = 0，B A (内存或外设 CPU) 82862AOETAD0 AD15D0 D15DENDT/RB控制数据总线驱动器的数据传送方向。DMA方式下，DT/R 浮空微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 HOLD总线保持请求信号总线保持请求信号(输入，高电平有效输

18、入，高电平有效) HLDA总线保持响应信号总线保持响应信号(输出，高电平有效输出，高电平有效)系统中其它总线主设备（如DMA）通过该总线向CPU申请对总线的控制权。CPU响应HOLD 信号，让出总线控制权。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.1.5 8086/8088的操作和时序的操作和时序 CPU为完成预定功能的操作是在时钟节拍的同步下，按时序一步一步执行的，这就构成了CPU的操作时序。了解CPU的操作时序，是设计微机系统的重要基础，也有助于进一步了解系统总线的功能。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章8086CPU的主要操作有：的主要操作有： 系统的复位和启动 总线读/写操

19、作 中断操作 总线保持或总线请求/允许/释放操作 暂停操作微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章1. 系统的复位和启动系统的复位和启动图2.7 8086复位操作时序7 T复位操作CPU开始执行程序微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章CPU经总线接口部件BIU，读/写存储器或访问I/O接口，称为总线操作；执行一次总线操作所花的时间，称为一个总线周期。图2.3 典型的BIU总线周期波形图2. 总线读总线读/写操作写操作微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 最小模式下的总线读操作最小模式下的总线读操作 最小模式下的总线写操作最小模式下的总线写操作 最大模式下的总线读操作最大模式下的总

20、线读操作 最大模式下的总线写操作最大模式下的总线写操作 8086的总线读的总线读/写操作有以下四种写操作有以下四种:微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.8 最小模式下总线读操作时序微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.9 最小模式下总线写操作时序微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.10 最大模式下总线读操作时序微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.11 最大模式下总线写操作时序微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章3. 暂停操作暂停操作当CPU执行一条暂停命令HLT时，就停止一切操作，进入暂停状态。暂停状态一直保持到发生中断或对系统进行复位为止。

21、在暂停状态下，CPU可接收HOLD线上（最小模式）或RQ/GT线上（最大模式）的保持请求。当保持请求消失后，CPU仍回到暂停状态。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章4. 中断响应操作中断响应操作图2.12 中断响应周期时序微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章5. 最小模式下的总线保持操作最小模式下的总线保持操作图2.13 最小模式下总线保持请求/保持响应时序微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章6. 最大模式下的总线请求最大模式下的总线请求/允许允许/释放操作释放操作图2.14 最大模式下总线请求/允许/释放时序微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.1.6 8086/

22、8088的存储器及的存储器及I/O组织组织 1. 8086的存储器组织的存储器组织（1）存储器地址）存储器地址8086/8088CPU由20条地址线，存储器地址的编址范围：00000H FFFFFH（1MB）微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章（2）存储器结构）存储器结构8086系统将1MB存储空间分成两个512KB存储体（库），一个只包含偶数地址偶数地址，与数据总线D7 D0相连，所以又称低位库低位库；另一个只包含奇数地址奇数地址，与数据总线D15 D8相连，所以又称高位库高位库。地址A0和控制线BHE用于库选择，其余19位地址码（A19 A1）用于访问任何一个库（219 = 512K

23、）。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.7 存储体地址 空间分配图2.8 存储体与总线的连接微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章（3）对存储器中数据的操作）对存储器中数据的操作 字节数据按序存放 字数据：高位字节放高地址 低位字节放低地址规则字：字数据的低位字 节从偶地址开始非规则字：字数据的低位 字节从奇地址 开始微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.9 CPU往存储器写一个字或一个字节过程示意图微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 对规则字的存取可在一个总线周期内完成， 对非规则字的存取则需两个总线周期才能 完成。 8088因外部数据总线为8位，其1MB存

24、储空 间不分高低位库。每个总线周期均只能完 成一个字节的存取操作。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章（4）存储器分段）存储器分段 1MB存储空间分成存储空间分成 若干个逻辑段，每若干个逻辑段，每 一段一段 64K(216)。逻辑段164KB逻辑段264KB逻辑段364KB逻辑段4, 564KB00000逻辑段1起点逻辑段2起点逻辑段3起点逻辑段4, 5起点FFFFF 每个每个段的起始地址段的起始地址 称为段基址称为段基址(首址首址)， 由软件设定。由软件设定。 段与段之间可以连段与段之间可以连 续排列，部分重叠，续排列，部分重叠， 断续排列。断续排列。图2.10 存储器段结构微机原理与

25、应用微机原理与应用 第二章第二章 逻辑段首地址由段码寄存器确定逻辑段首地址由段码寄存器确定64KB64KB64KB64KB堆栈段0000010550250A08FFB0EFF00FFFFF代码段数据段附加段EFF08FFB250A1055CSDSESSS微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章（5）堆栈）堆栈 可以有多个堆栈同时存在，由各自的段名 区分，但只有一个堆栈段为当前堆栈段。 堆栈深度最大64KB。 堆栈操作均为字操作，SP始终指向实栈顶。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 操作数地址：操作数地址：DS(ES)16+偏移地址 （其中的偏移地址取决于指令的寻址方式） 堆栈操作地

26、址：堆栈操作地址：SS16+SP（6）存储器（内存）地址的一般情况）存储器（内存）地址的一般情况 指令地址：指令地址：CS16+IP微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2. 8086的的I/O组织组织 I/O端口地址 两种I/O端口编址方式 8086采用独立编址方式 专用的输入/输出指令：IN/OUT 独立编址 统一编址 端口地址空间：64KB（0000 FFFFH） 两个相邻的8位端口和组成一个16位端口一个端口对应I/O芯片内部的一个或一组寄存器，端口号即端口地址。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.1.7 8086和和8088CPU的比较的比较 8088CPU内部数据总线

27、16位，外部数据总线8位，为准16位微处理器。在内部结构及外部引脚功能上，与8086相比，有以下不同： 指令队列长度4个字节，且只要出现一个空闲字节， 即取指令补充。 16位存储器读/写操作均需两个连续的总线周期。 A15 A8不再与D15 D8复用。 BHE（34#）信号不需要，改为SS0。 用IO/M（28#）代替IO/M。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.2 80386微处理器微处理器2.2.1 80386概况概况 1. 80386的主要特点的主要特点 时钟频率最高达50MHz。 数据总线32位 三种工作方式：实地址方式、保护的虚地 址方式、虚拟8086方式。 地址总线32位

28、，可直接寻址4GB(232)内存 支持内存分段管理和分页管理。 支持虚拟内存，虚拟内存空间64TB。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2. 80386的几种型号的几种型号 80386SX（准32位） 80386DX（标准32位） 80386SL 80386DL 80386EX数据总线32/16位，地址总线24位SX芯片的低功耗、节能型，主要用于便携机DX芯片的低功耗、节能型。数据总线32/16位，地址总线26位。一般不作为微机的CPU，主要用于操作环境较恶劣的场合。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.2.2 80386的内部结构的内部结构 图2.11 80386内部结构框图微

29、机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章预取部件IPU执行部件EU分页部件PU总线部件BU译码部件IDU分段部件SU线性地址物理地址数据（操作和结果）译码指令指令指令字节系统总线图2.12 80386的流水线结构微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.2.3 80386的工作方式的工作方式 实地址方式 系统启动后，80386自动进入实地址方式 保护方式 系统执行多任务操作时，对不同任务使用的虚拟 存储空间完全隔离，保证每个任务顺利执行。 虚拟8086方式 80386被模拟成多个8086微处理器工作。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.13 80386三种工作方式的切换微机原理

30、与应用微机原理与应用 第二章第二章 实地址方式的特点实地址方式的特点 寻址方式、存储器管理、中断处理与8086一样 操作数默认长度16位，指令前加前缀，可访问 32位寄存器 操作数默认长度16位，指令前加前缀，可访问 32位寄存器 存储器中保留初始化程序区：FFFFFHFFFF0H 和中断向量表：003FFH00000H。 程序在最高特权级0级上执行，指令集中大多数 指令均有效。 微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 保护地址方式的特点保护地址方式的特点 存储器采用虚拟地址空间、线性地址空间和物理 地址空间三种方式来描述。 寻址空间：4GB内存空间/64TB虚拟地址空间。 使用4级保护功

31、能，实现程序与程序、用户与用户、 用户与操作系统之间的隔离和保护，为多任务操 作系统提供优化支持。 可进行16/32位运算。 支持存储器分段和分页管理。 微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 虚拟虚拟8086方式的特点方式的特点 可执行8086源程序。 段寄存器用法与实地址方式相同。 可使用分页方式，应用程序能在80386现有 实际内存的任何地方执行。 微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 实地址方式与虚拟实地址方式与虚拟8086方式的主要区别方式的主要区别 实地址方式下的存储器管理：分段管理； 虚拟8086方式下的存储器管理：分段/分页。 实地址方式下的最大寻址空间为1MB； 虚

32、拟8086方式下每个任务可在整个内存空间寻址。 实地址方式不支持多任务操作； 虚拟8086方式既可以运行8086程序，又支持多任 务操作。 微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.2.4 80386的的寄存器结构寄存器结构 1. 通用寄存器通用寄存器 数据寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX可作为32/16/8位寄存器用。 地址寄存器：ESP、EBP、ESI、EDI共有34个寄存器：通用寄存器、段寄存器、状态和控制寄存器、系统地址寄存器（描述符表寄存器）、调试寄存器、测试寄存器。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2. 状态和控制寄存器状态和控制寄存器 标志寄存器EFLAGS9位

33、与8086相同，增加4个标志位，其余无定义。 IOPL I/O特权标志（D13-12）：表示指定的I/O 操作处于特权层的哪一层。0层最高，一般为 操作系统的核心程序使用。 NT 嵌套标志（D14）：表示当前执行的任务是 否嵌套于另一任务中。 VM 虚拟方式位（D17）：保护方式下，VM=1， 80386工作在虚拟8086方式。 RF 恢复标志（D16）：当断点/单步调试失败， 利用RF（RF=1）强迫使程序恢复执行。同8086含义相同IOPLNTRFVM0111213141516171831与8086相同微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 控制寄存器CR0 CR3 页目录表基址寄存器

34、CR3 机器控制寄存器CR0主要用于控制选择80386的操作环境（实方式、保护方式、分页保护环境）、协处理器的使用控制以及作为线性地址的故障页保护和页目录表的基址保护。其中，CR1无定义。 页故障线性地址寄存器CR2 指令指针寄存器：EIP微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章3. 段寄存器段寄存器 代码段寄存器CS 堆栈段寄存器SS 数据段寄存器DS 扩展数据段寄存器ES、GS、FS段寄存器的内容在保护方式下称为段选择子段选择子。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章4. 描述符表寄存器与描述符缓冲寄存器描述符表寄存器与描述符缓冲寄存器 描述符与描述符表寄存器80386段基址是由一个

35、8个字节的段描述符确定。相关的描述符存放在内存的某个区域，称为描述符表：全局描述符表（GDT）、局部描述符表（LDT）和中断描述符表（IDT）。用来寻址这三个描述符表的寄存器称为描述符表寄存器： GDTR：存放GDT 32位基地址和16位界限值。 LDTR：存放LDT 16位选择子。 IDTR：存放IDT 32位基地址和16位界限值。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章每个段寄存器都有与之对应的段描述符缓冲寄存器。当选择子装入段寄存器后，段描述符自动装入描述符缓冲寄存器，以提高再次访问该段存储器的速度。段寄存器是可见的，而段描述符缓冲寄存器是不可见的，其中内容自动装入。 描述符缓冲寄存器

36、微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.2.5 80386的存储器寻址方式的存储器寻址方式 实地址方式下，80386寻址与16位处理器相同。但80386可以处理32位数据，新增加的两个段寄存器 FS和GS在实地址方式下也能使用。1. 实地址方式实地址方式微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.14 80386实方式的地址变换微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2. 保护地址方式保护地址方式（1）物理存储空间）物理存储空间 80386可直接寻址物理存储空间232 B = 4GB 段长度 带有选页功能： 232 B = 4GB 不带选页功能： 220 B = 1MB 微机原理与

37、应用微机原理与应用 第二章第二章（2）虚拟存储器）虚拟存储器物理存储器（内存）是CPU可以访问的存储器，其大小有CPU 的地址总线位数确定。虚拟存储器是程序可以占有的空间，由磁盘等外部存储器的支持来实现，其大小由CPU的体系结构决定。存放在外部存储器上的程序，执行时必须加载到物理存储器上。这时，要将虚拟地址变换成物理地址，存储器管理就是要解决这个问题。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章（3）描述符与描述符表）描述符与描述符表 16位的段寄存器不能获得32位的段基址。80386段基址由一个8个字节的段描述符确定，其中包括32位段基地址、20位段界限、8位访问权和4位80386特有的属性。

38、相关的描述符存放在内存的某个区域，称为描述符表：全局描述符表（GDT）、局部描述符表（LDT）、中断描述符表（IDT）和任务状态段TSS。 由段描述符确定段基址微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 80386可寻址虚拟地址空间 2132232 = 246 = 64TB 段选择子RPLTI描述符偏移地址 INDEX012315INDEX（13位）：寻址213（8K）个描述符。RPL（2位）：请求特权级。TI（1位，描述符表指示器）0局部描述符表1全局描述符表微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章（4）地址转换）地址转换保护方式下，存储器管理采用分段管理与分页管理，分别由分段部件SU和分

39、页部件PS完成。 SU：逻辑地址转换为线性地址 PU：线性地址转换为物理地址仅采用分段管理，线性地址就是物理地址。采用段/页管理，线性地址需经过分页部件转换，获得实际的物理地址。只有在保护方式和V86方式下，分页部件才发挥作用。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.15 逻辑地址到线性地址的转换微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.16 逻辑地址到线性地址的转换微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.2.6 80386引脚与总线周期引脚与总线周期 1. 引脚引脚132根引出线，包括32条数据线、32条地址线、17条控制线和其它信号线。封装形式为PGA和PQFP(四边引

40、出扁平封装)。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2. 总线周期总线周期 80386共有七种总线操作：存储器读/写、 I/O读/写、取指、中断响应、停止/关闭。 采用双频时钟，两个时钟周期称为一个 总线状态，最快的总线周期需要两个总 线状态。 读/写总线周期有两种定时方式 流水线方式地址定时：总线周期一个接一个 执行。 非流水线方式地址定时：一个总线周期和另 一个总线周期完全分开。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.3 80486微处理器微处理器80486内部集成120万个晶体管，168引脚，PGA封装，5级流水线，采用1m工艺。起跳频率25MHz，最高100MHz。80486

41、 高性能高性能8038680387 8KBCache微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.3.1 80486的主要特点的主要特点 首次在80X86系列中采用RISC技术，缩短 了每条指令的执行时间，达到1条指令/ T。 可以模拟多个80286处理器 总线采用突发传输方式与内存交换数据。 内部数据宽度64位 内部包含一个8KB Cache。 内部包含一个浮点运算器（FPU）80387。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.3.2 80486微处理器的结构微处理器的结构 图2.17 80486功能结构简图9个功能单元并行工作：总线接口单元、高速缓存(Cache)、指令预取单元、指令

42、译码单元、控制单元、整数和数据通路单元、浮点单元、分段单元、分页单元。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章图2.17 80486内部结构微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.3. 80486的指令流水线与总线周期的指令流水线与总线周期 图2.18 80486的5级流水线微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.4 从从Pentium到到Pentium 4微处理器微处理器 1993：Pentium（P5） 1995：Pentium Pro（P6 高能奔腾） 1997.1：MMX Pentium（多能奔腾） 1997.5：Pentium II（PII） 1999.2：Pentiu

43、m III（PIII） 2000：Pentium 4（P4） 微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.4.1 Pentium微处理器微处理器 1. 主要特点主要特点 与80X86系列微处理器兼容 RISC型超标量结构 高性能浮点运算器 双重分离式高速缓存 增强了错误检测与报告功能 64位内部数据总线 分支指令预测 常用指令固化及微代码改进 系统管理方法微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2. 内部结构及工作原理内部结构及工作原理图2.19 Pentium微处理器内部结构微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 超标量结构 超标量是指微处理器内部含多个指令执行部件和 多条指令流水线

44、，从而使连续的多条指令分别释 放在这些独立的流水线上并行执行。 Pentium有2条流水线U流水线和V流水线。其 中U流水线可以执行X86指令集中的所有指令，V 流水线只能执行简单指令。这种结构使Pentium能 在一个时钟周期内执行两条指令。 超标量整数处理 超标量浮点处理微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 分离Cache 分支预测8KB指令Cache + 8KB数据Cache，可扩展至12KB。 转移指令由于产生分支，可能使预取和预译码的指令作废，从而造成流水线一时失去应有的效能。Pentium内部有2个预取指令缓冲队列，一个以顺序方式预取指令，另一个则以转移方式预取指令，后者也称

45、为分支目标缓冲器。通过这种动态预测程序分支技术，所需要的指令都在执行前预先已取好，有效避免了条件转移指令引起流水线效能的损失。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章 存储器地址方式 实地址方式 保护方式 虚拟86方式 系统管理方式（SMM）与8086相同。与80386/80486基本相同，但分页管理时有两种页面可选：4KB/4MB。主要包括电源管理以及为操作系统和正在运行的程序提供安全性。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.4.2 Pentium Pro微处理器微处理器 3路发布超级标量微结构，14级超流水线，使 一个时钟周期内可同时执行三条简单指令 5个并行处理单元：两个整数运

46、算部件，一个 装入，一个存储，一个浮点运算部件（FPU） 8KB两路组相关指令高速缓存 8KB四路组相关数据高速缓存 256KB SRAM二级高速缓存通过专用全速总线 与CPU相连 事务处理I/O总线和非封锁高速缓存分级结构 错序执行，动态分支预测和推理执行 集成550万只晶体管，0.6m结构，2.9V电压微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.4.3 MMX Pentium微处理器微处理器 MMX Multi-Media eXtended（多媒体扩展技术）（多媒体扩展技术）增加支持多媒体的指令集（57条指令）： SIMD型指令 积和运算 饱和运算一条指令可并行处理8个8位数据或4个16位数据或2个32位数据。用于向量计算和矩阵计算运算发生溢出时使用的处理方法：溢出值作最大值处理。微机原理与应用微机原理与应用 第二章第二章2.4.4 Pentium II微处理器微处理器 与Pentium Pro相同的内核，增加了对多媒体的支持和对16位代码优化，能同时处理两条 MMX指令。 双重独立总线（DIB）体系结构 多重跳转分支预测 数据流分析 指令推测执行 采用MMX技术 0.25m工艺，32KB L1/512KB L2 Cache Slot 1封装（单边连接盒独立接插件标准）。微机原理与应用微