微机原理第二章Intel32位CPU

第2章Intel32位微处理器2.1微处理器的基本结构2.2寄存器2.3指令流水线操作2.1微处理器的基本结构2.1.1几种典型微处理器简介1、16位微处理器Intel808616位内部体系结构16位外部数据总线，20位地址总线（寻址范围220B=1MB）2、32位微处理器Intel8038632位内部体系结构32位外部数据总线，32位地址总线（实内存232B=4GB，虚拟空间246B=64TB）三种工作方式：实方式、保护方式、虚拟8086方式采用流水线技术和指令预取技术Intel8048632位内部体系结构32位外部数据总线，32位地址总线三种工作方式：实方式、保护方式、虚拟8086方式采用流水线技术和指令预取技术片内含8KB高速缓存（Cache）片内含浮点运算单元（FPU）Intel

Pentium系列经典奔腾高能奔腾多能奔腾奔腾二代奔腾三代奔腾四代AMDK5、K6、K73、64位微处理器Intel

Pentium4双核Core酷睿系列AMDK8、K10趋势：1、多核2、更快的主频3、更大的缓存4、更小的制作工艺执行部件EU8位指令队列段寄存器ALU数据总线16位数据总线16位地址总线20位系统总线

暂存寄存器

FLAGSEU控制单元AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISIAXBXCXDX通用寄存器组

CS

DS

SS

ES

IP内部通信寄存器总线控制逻辑1234地址加法器总线接口部件BIUALU2.1.2微处理器的内部结构1.8086微处理器由执行部件EU和总线接口部件BIU构成数据段代码段堆栈段附加段存储器2.80486微处理器的内部结构80486微处理器内部由八大部件组成：总线接口部件、高速缓存部件、代码预取部件、指令译码部件、浮点数部件、执行部件、段部件、分页部件。

2.1.3微处理器的外部引脚

地址总线数据总线中断信号总线控制信号27262524232221201286432168421215214213212211210292832,76816,3848,1924,0962,0481,0245122562232222212202192182172168M4M2M1,048,576524,288262,144131,07265,5362312302292282272262252242G1G512M256M128M64M32M16M32K16K8K4K2K1K1M512K256K128K64K2.2寄存器2.2.1通用寄存器

311570

31～015～015～87～0EAXAXAHALEBXBXBHBLECXCXCHCLEDXDXDHDLEBPBPESPSPESISIEDIDI累加器基址计数器数据基址指针堆栈指针源变址目标变址2.2.2指令指针寄存器

EIP（32位）

IP（EIP的低16位）

内容：下一条要取入微处理器的指令在内存中的偏移地址。2.2.3标志寄存器

EFLAGS（32位）FLAGS（EFLAGS的低16位）311817161514131211109876543210ACVMRF0NTIOPLOFDFIFTFSFZF0AF0PF1CF部分基本标志位的含义：1、CF（进位标志）=1算术操作最高位产生了进位或借位=0最高位无进位或借位2、PF（奇偶标志）=1数据最低8位中1的个数为偶数=0数据最低8位中1的个数为奇数3、AF（辅助进位标志）=1D3→D4位产生了进位或借位=0D3→D4位无进位或借位

4、ZF（零标志）=1操作结果为0=0结果不为05、SF（符号标志）=1结果最高位为1=0结果最高位为06、OF（溢出标志）=1此次运算发生了溢出=0无溢出7、DF（方向标志）=1地址自动按减量变化=0地址自动按增量变化8、TF（陷阱标志）=1调试按单步方式=0非单步9、IF（中断允许标志）=1允许响应外部可屏蔽中断=0禁止响应10、AC（对准检查标志）=1如果进行未对准的地址访问，则产生异常中断=0否2.2.4段寄存器

16位（编程可见）64位（编程不可见）选择器寄存器描述符寄存器CSDSSSESFSGSCSDSSSESFSGS

1、实方式或虚拟8086方式下段寄存器为16位，存放内存段的段基址。CS------代码段的段基址DS------数据段的段基址SS------堆栈段的段基址ES------附加数据段的段基址（1）内存分段的基本思想8086有20条地址线，可直接寻址220=1MB个地址编码。80X86的32位CPU有32条地址线，可直接寻址空间为232=4GB个地址编码。称作物理空间，内存或主存。在内存中占据相对独立的内存区间—内存分段。一个程序拥有多个段、不同程序占据不完全相同的几个段。系统要管理内存，必须知道每个段的信息，包括：段在物理空间的开始地址、段大小、是数据型还是程序型、或是系统管理信息等。（2）实模式下存储器管理：1）一个段的长度为1～64K字节内；2）段寄存器（16位）直接存放某一段的段基地址（20位段起始地址的高16位，低4位默认为0000B，即段的起始地址必须是16的倍数）；3）编程时，程序给出指令或者数据的逻辑地址，包括段基地址（16位）和偏移地址（16位，相对于段基地址的段内偏移量）。

在存储器寻址时，将逻辑地址转换为存储器存储单元的物理地址（实际地址或者绝对地址），1M存储空间物理地址为20位。物理地址（20位）=段首地址（20位）+偏移地址（16位）=段基址（16位）×10H+偏移地址（16位）段基址为段首地址的高16位。段首地址的低4位为0。逻辑地址的表示方法：

段基地址：偏移地址例：CS：EA1D24:0100

例：2.

保护方式下段寄存器有CS、DS、SS、ES、FS、GS，

16位（编程可见）64位（编程不可见）选择器寄存器描述符寄存器

CSDSSSESFSGSCSDSSSESFSGS选择器寄存器的低2位为特权标志，D2位为描述符表类型标志，高13位是选择码。描述符寄存器的作用是为了加速运行。逻辑地址由选择器寄存器：偏移地址组成。保护方式下：段基址32位偏移地址32位线性地址32位物理地址32位INDEXTIRPL153210选择器寄存器格式2.2.5系统地址寄存器1、GDTR（48位）全局描述符表寄存器2、LDTR（16位）局部描述符表寄存器3、IDTR（48位）中断描述符表寄存器4、TR（16位）任务状态寄存器2.3微处理器的工作方式

1、实地址方式（RealAddressMode）2、保护方式（ProtectedMode）3、虚拟8086方式（Virtual8086Mode）保护方式虚拟8086实方式2.4指令流水线操作在80486微处理器中设有8KB的内部高速缓存器、32字节的预取指令队列、指令译码器、控制器及执行部件，这就从硬件上支持了指令流水线操作。80486使用5个步骤的流水线技术，即指令预取PF、译码D1、译码D2、执行EX和结果写回WB。其过程如图所示。图80486指令执行过程流水线过程示