第十一章32位微处理器

第11章32位微处理器李响课时安排及课程目标课时安排：1学时课程目标了解80286-Pentium微处理器的结构了解80286-Pentium微处理器的寄存器发展了解80286-Pentium微处理器的工作模式80286-Pentinum微处理器

概述一、80286微处理器80286的特点：AB=24条，DB=16条芯片引脚增至68根，地址和数据信息传输不采用分时复用引脚时钟频率提高，总线周期缩短为2个时钟周期具有两种工作模式（实地址模式/保护虚地址模式）支持虚拟存储器管理二、80386微处理器80386的特点：AB=32条，DB=32条，寄存器扩展到32位。存储器管理功能增强，除保留存储器分段管理，还增加了内存分页管理。运算速度提高，采用六级并行流水线技术。有三种工作模式（实地址模式/保护虚地址模式/虚拟8086模式）三、80486微处理器80486的特点：AB=32条，DB=32条80486有三个部件组成：采用80386体系结构的主处理器，数学协处理器80387，8K的Cache(高速缓冲存储器)四、Pentium微处理器Pentium的特点：AB=36条，DB=64条采用分支预测技术提高流水线效能内部采用2个彼此独立的8KB的代码/数据高速缓存采用超标量双流水线结构补充：超标量技术所谓超标量就是微处理器内含有多个指令执行部件和多条指令流水线，从而使微处理器的运行速度成倍提高。采用超标量技术的CPU集成了多个ALU、多个FPU、多个译码器，以并行方式处理指令来提高CPU的性能80286-Pentium微处理器的内部结构一、80286的内部结构组成：总线部件(BU)：负责CPU与总线的一切信息交换工作。指令部件(IU)：接收BU送来的指令，对其译码，送入译码缓冲器。执行部件(EU)：从IU获得已译码的指令加以执行。地址单元(AU)：负责对地址进行计算。80286内部并行操作二、80386的内部结构组成：总线接口部件(BIU)：负责80386与其外部器件的高速接口指令预取部件：预取指令填入指令队列指令译码部件：从预取队列取出指令将其译为微码执行部件：执行指令（桶型移位器）分段部件：把逻辑地址转换为线性地址分页部件：将线性地址转换为物理地址MMU(存储器管理部件)线性地址（LinearAddress）是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。在分段部件中逻辑地址是段中的偏移地址，然后加上基地址就是线性地址。线性地址是一个32位无符号整数，可以用来表示高达4GB的地址，也就是，高达4294967296个内存单元。线性地址通常用十六进制数字表示，值的范围从0x00000000到0xffffffff）。程序代码会产生逻辑地址，通过逻辑地址变换就可以生成一个线性地址。如果启用了分页机制，那么线性地址可以再经过变换以产生一个物理地址。当采用4KB分页大小的时候，线性地址的高10位为页目录项在页目录表中的编号，中间十位为页表中的页号，其低12位则为偏移地址。如果是使用4MB分页机制，则高10位页号，低22位为偏移地址。如果没有启用分页机制，那么线性地址直接就是物理地址。三、80486的内部结构组成：总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件、执行部件、分段部件、分页部件高速缓存（Cache）浮点运算部件（FPU）四、Pentium的内部结构组成：两条指令流水线，“U”流水线和“V”流水线。“U”、“V”流水线都可以执行整数指令，但只有“U”流水线才能执行浮点指令。每条流水线都有自己的独立的地址生成逻辑部件、算术逻辑部件和数据超高速缓存接口。两个独立的超高速缓存，即一个指令超高速缓存和一个数据超高速缓存。80286-Petinum微处理器的寄存器一、综述80286的寄存器具有8086CPU中全部寄存器16位的机器状态字寄存器MSW16位任务寄存器TR3个描述符表寄存器(LDTR-局部描述符表寄存器、GDTR-全局描述符表寄存器和IDTR-中断描述符表寄存器)段描述符高速缓冲器80386、80486和Pentium包括80286所有寄存器通用寄存器扩展为32位（EAX）指令指针寄存器和标志寄存器也都扩展为32位的EIP和EFLAG段寄存器仍然是16位，但增加了两个数据段寄存器FS和GS机器状态字(MSW)扩展为32位的控制寄存器6个排错寄存器DR0、DR1、DR2、DR3、DR6和DR7测试寄存器二、标志寄存器8086（9个标志位）80286IOPL：I/O特权标志位(两位)

规定了能使用I/O敏感指令的特权级NT：嵌套任务标志位

NT=1时，表示当前执行的任务正嵌套在另一任务中，否则，NT=0。80386VM:虚拟8086方式标志位

VM=1，表示80386工作在虚拟8086方式下RF:恢复标志位在处理断点之前，若在断点和前一条指令之间检查到RF为1时，则下一条指令执行的调试故障被忽略。80486AC:地址对齐检测标志位

AC=1时，若发现地址不对齐就会发生异常。地址不对齐是指：若访问一个字时，地址为奇地址；若访问双字时，地址不处在双字边界上；若访问8个字节操作数时，地址不对齐在64位的边界上PentiumVIF:虚拟中断标志VIP:虚拟中断挂起标志ID:鉴别标志该标志用以指示Pentium处理器是否支持CPU的ID指令三、控制寄存器80286PE：实地址方式与保护方式转换位MP：监控处理器位EM：协处理器仿真状态位TS：任务转换位80386/80486/Pentium例：80386的寄存器80X86的工作方式80x86主要有两种工作方式：

实地址方式

保护虚地址方式。实地址方式：为与8086相兼容而设置的工作方式，此方式下限制了80X86的功能。保护虚地址方式：此方式下能充分发挥80X86的功能，支持虚拟存储器功能。虚拟8086方式：此方式下CPU既具有8086的功能，又具有80X86的功能。80x86实地址方式是为了与8086兼容而设置的工作方式。在实地址方式下，具有32条地址线的80x86只有低20条地址线起作用，能寻址1MB的物理地址，高12根地址线系统强迫置1。在此工作方式下，80x86相当于一个快速的8086。实地址方式1、实地址方式的进入在处理器复位后，处理器内部的CR0的PE位为0，表示此时处理器工作在实地址模式。复位后的启动地址应为段基地址+EIP，即FFFF0000H+0000FFF0H=FFFFFF0H。FFFFFFF0H—FFFFFFFFH共16个字节，为专用存储区，存放无条件转移指令，指向初始化程序的入口。2、实地址方式下段的概念在此方式下，段的概念与8086相同。物理地址的计算：在实地址方式下，段寄存器的内容会自动乘16，并放在段描述符寄存器的基地址中，取出后加上偏移地址，即为物理地址。在此方式下，全部32条地址线都有效，故可寻址高达4GB的物理存储器。在此方式下，80x86支持虚拟存储器的功能，一个任务可运行多达16KB个段，每个段最大可为4GB，故一个任务最大可达64TB的虚拟地址。在保护虚地址方式下运行的程序分为4个特权等级。保护虚地址方式在保护虚地址方式下，一个存储器单元的地址也是由段基地址（32位）和段内偏移量（32位）两部分组成。描述符：8个字节，记录一个段的基本信息，包括段的段基址、大小、权限等。一个段对应一个描述符，多个描述符组成一个描述符表。段寄存器的作用：用于存放某一个段的描述符在描述符表中的索引值，段寄存器又称为段选择符保护虚地址方式下的寻址机构由描述符中所规定的段基地址再加上32位的段内偏移量就可以寻址一个存储单元由段基地址(32位)和段内偏移量(32位)形成的地址称为线性地址(32位)（1）描述符段描述符：8个字节，描述段的基本信息系统描述符：8个字节，定义了特殊的系统数据段和控制转移机构控制转移描述符：4个字节，定义了一个代码段的保护入口，这类描述符通常称为门描述符，简称门，门描述符包括调用门、任务门、中断门、自陷门。描述符与描述符表（2）描述符表局部描述符表LDT（多个）中断描述符表IDT（唯一）全局描述符表GDT（唯一）在系统中，每个描述符表都有一个与之对应的寄存器全局描述符表寄存器GDTR局部描述符表寄存器LDTR中断描述符表寄存器IDTR分类全局描述符表GDTGlobalDescriptorTable

含有系统中每一个任务都可以访问的段描述符，一般包括操作系统使用的代码段、数据段和堆栈段、各任务状态段、系统中所有的局部描述符表的描述符等。局部描述符表（LDT）

LocalDescriptorTable