第3章：CPU 系统应用结构

微型计算机原理与应用易先清本课程教学计划（29次×2=58学时）课次目录页码备注154.3.3~4.3.7265~27911.1~1.2.21~15164.4~4.5.4279~29121.3~1.5.315~28174.5.4.~4.5.5291~30631.5.4~1.5.828~48185.1~5.3.3307~32141.6~1.7.248~60195.4~5.5.2321~33652.1~2.1.761~81205.5.3~5.5.3.5336~35762.2~2.2.781~101215.5.3.6~5.5.4.3357~37372.2.8~2.2.14101~118225.5.5~5.5.5.4373~38582.3~2.4.5119~132236.1~6.2.2386~39592.4.6~2.4.10132~150246.2.3~6.2.5395~415103.1~3.2.9151~184自学为主257.1~7.1.1416~426113.3~3.3.11184~202267.1.2426~443123.5~3.5.12210~232277.1.3~7.1.4443~463134.1~4.2.4.1244~253287.1.5463~474144.2.4.2~4.3.2.2253~265297.2~7.2.3474~489第三章CPU系统应用结构讲述本章需要5次课（共10学时）但课堂讲述时只讲3次课（共6学时）本章内容

现代微处理器带外表现的系统级应用结构；

结合“图3.1系统级寄存器与数据结构”进行说明：工作模式、标志寄存器、存储器管理寄存器、控制寄存器、系统级指令现代微处理器对存储空间的系统级管理；

分段管理、物理地址空间、逻辑与线性地址、系统描述符、分页管理、TLB、物理地址空间扩展、段页映射现代微处理器的主要工作模式—保护模式；

段页保护、段界限（类型、特权级、页面）检查、特殊操作指令、分段与分页

实模式与虚拟8086模式；（自学）

（实地址）模式、地址转换、工作寄存器、指令；虚拟8086模式（进入与退出、输入输出）中断与异常处理；

描述、矢量、异常分类、禁止、优先级、IDT（IVT）、过程描述、实模式与虚拟8086模式下的中断与异常任务管理；（自学）

描述、数据结构、转换、连接、地址空间、任务状态段本章授课计划课次授课内容课次授课内容一ξ3.1系统结构ξ3.1.1综述ξ3.1.2操作模式 ξ3.1.3系统标志与标志寄存器ξ3.1.4存储器管理寄存器ξ3.1.5控制寄存器ξ3.1.6系统级指令简述ξ3.2存储器系统级管理ξ3.2.1综述ξ3.2.2分段管理 ξ3.2.3物理地址空间 ξ3.2.4逻辑与线性地址 ξ3.2.5系统描述符类型ξ3.2.6分页管理ξ3.2.7转换旁视缓冲器组TLBξ3.2.8物理地址空间的扩展ξ3.2.9从段到页的映射二ξ3.3保护模式下的操作

ξ3.3.1段页保护的允许与禁止ξ3.3.2段级与页级保护采用的控制位与标志ξ3.3.3段界限检查ξ3.3.4类型检查 ξ3.3.5特权级ξ3.3.6访问数据段时的特权级检查ξ3.3.7两代码段间控制程序转换特权级检查ξ3.3.8用于特权级的操作指令ξ3.3.9指针的有效性ξ3.3.10页面级的保护ξ3.3.11分页与分段保护的综合考虑三自学ξ3.4实模式与虚拟8086模式下的操作

ξ3.4.1实地址模式综述

ξ3.4.2实模式下的地址转换ξ3.4.3实模式下支持的寄存器ξ3.4.4实模式下支持的指令ξ3.4.5虚拟8086模式ξ3.4.6虚拟8086模式下的进入与退出ξ3.4.7虚拟8086模式下的输入输出I/O

本章授课计划（续）课次授课内容课次授课内容四ξ3.5中断与异常处理

ξ3.5.1综述ξ3.5.2异常与中断矢量ξ3.5.3异常分类ξ3.5.4程序与任务的重新启动ξ3.5.5中断的允许与禁止ξ3.5.6中断与异常的优先级ξ3.5.7中断描述符表IDTξ3.5.8异常与中断的处理ξ3.5.9错误代码ξ3.5.10实模式下中断与异常的处理ξ3.5.11虚拟8086模式下中断与异常的处理ξ3.5.12保护模式下的虚拟中断

自学ξ3.7处理器的管理与初始化

五自学ξ3.6任务管理

ξ3.6.1综述

ξ3.6.2任务管理的数据结构

ξ3.6.3任务转换

ξ3.6.4任务连接

ξ3.6.5任务地址空间

ξ3.6.616位任务状态段TSS

自学ξ3.8存储器高速缓存Cache的控制

第一次课授课要点ξ3.1系统结构

ξ3.1.1综述

结合“图3.1系统级寄存器与数据结构”进行说明：全局与局部描述符表；系统段、段描述符以及门；任务状态段与任务门；中断与异常处理；存储器管理；系统寄存器组等资源

ξ3.1.2操作模式

保护模式；实地址模式；系统管理模式(SMM)；虚拟8086模式（类模式）ξ3.1.3系统标志与标志寄存器

结合“图3.3标志寄存器”进行说明ξ3.1.4存储器管理寄存器

全局描述符表寄存器GDTR；（局部）LDTR；（中断）IDTR；（任务）TRξ3.1.5控制寄存器

结合“图3.5控制寄存器CR0～CR4”进行说明；ξ3.1.6系统级指令简述

结合“表3－2装载与存储系统寄存器的指令”进行说明；续接下页…ξ3.2存储器系统级管理

ξ3.2.1综述

结合“图3.6分段与分页”进行说明：ξ3.2.2分段管理

基本平台模式；受保护的平台模式；多段模式；分页与分段ξ3.2.3物理地址空间

物理地址空间的大小2N决定于微处理器地址总线的宽度Nξ3.2.4逻辑与线性地址

结合“图3.10逻辑地址到线性地址的转换”进行说明；

概念：段选择子、段寄存器、段描述符、代码段与数据段描述符类型ξ3.2.5系统描述符类型

概念：局部描述符表LDT的段描述符；任务状态段TSS描述符；调用门描述符；中断门描述符；自陷门描述符；任务门描述符合

结合“图3.13全局描述符表GDT和局部描述符表LDT”说明GDT与LDT的关系；ξ3.2.6分页管理

页属性、页表与目录、页目录的基地址、页目录与页表入口；

结合“图3.15～17”进行说明ξ3.2.7转换旁视缓冲器组TLBξ3.2.8物理地址空间的扩展

结合图3.19、图3.20、图3.21、图3.22进行说明ξ3.2.9从段到页的映射

第一次课授课要点（续）ξ3.3保护模式下的操作ξ3.3.1段页保护的允许与禁止

(CR0.PE与CR0.PG)ξ3.3.2段级与页级保护时所采用的控制位与标志

(对段描述符进行设置)

ξ3.3.3段界限检查（地址防止程序或过程寻址到段之外的存储器区域)

ξ3.3.4类型检查 （检测程序错误)ξ3.3.5特权级(特权级用于防止较低特权级程序访问较高特权级的段)

ξ3.3.6访问数据段时的特权级检查

(按“图3.25”进行说明)ξ3.3.7在两个代码段之间控制程序转换时对特权级的检查

直接调用或跳转到代码段；通过调用门访问一个代码段

；堆栈直接切换

；从一个调用过程返回ξ3.3.8用于特权级的操作指令(按“表3-7”进行说明)ξ3.3.9指针的有效性

检查访问权限(LAR指令)；检查读/写权限(VERR和VERW指令)；检查位于段界限内的指针偏移量(LSL指令)；检查调用者的访问特权级(ARPL指令)；对齐检查

ξ3.3.10页面级的保护

页面保护标志；对可寻址区域的约束；页面类型；页表的两级保护；页面保护的重复ξ3.3.11分页与分段保护的综合考虑

第二次课授课要点第三次课授课要点(自学)ξ3.4实模式与虚拟8086模式下的操作

ξ3.4.1实地址模式综述

处理器执行环境定义成8086处理器执行环境ξ3.4.2实模式下的地址转换

各代微处理器的实模式地址转换

ξ3.4.3实模式下支持的寄存器

8086处理器中所定义的所有寄存器和在后来几代处理器中引入的某些新型寄存器

ξ3.4.4实模式下支持的指令

按“表3-10”进行说明ξ3.4.5虚拟8086模式

运行在保护模式下任务的一种特定的类8086模式

ξ3.4.6虚拟8086模式下的进入与退出

按“图3.32”进行说明ξ3.4.7虚拟8086模式下的输入输出I/O

第四次课授课要点ξ3.5中断与异常处理

ξ3.5.1综述

中断源（外部中断、硬件中断、软件中断）；

异常源（程序错误、软件产生、机器检查）ξ3.5.2异常与中断矢量

(按“表3-9”进行说明)ξ3.5.3异常分类ξ3.5.4程序与任务的重新启动ξ3.5.5中断的允许与禁止

屏蔽可屏蔽硬件中断请求INTR(EFLAGS.IF-STI-CLI)；屏蔽指令断点；屏蔽转换堆栈段时的中断与异常）ξ3.5.6中断与异常的优先级(按“表3-10”进行说明)ξ3.5.7中断描述符表IDTξ3.5.8异常与中断的处理

（重点）ξ3.5.9错误代码

ξ3.5.10实模式下中断与异常的处理

中断表IVT；NMI的处理；中断与异常的处理；“图3.39”说明与理解；ξ3.5.11虚拟8086模式下中断与异常的处理

中断与异常的处理；可屏蔽硬件中断的处理；软件中断的处理

ξ3.5.12保护模式下的虚拟中断

第五次课授课要点（自学）ξ3.6任务管理

ξ3.6.1综述

任务结构、任务状态、任务执行

ξ3.6.2任务管理的数据结构

任务状态段TSS、任务门描述符、TS