微机计算机原理

2024/9/21微机计算机原理第一节微机慨况1.

芯片时间时钟DBR(位)AB寻址空间K个数(每片)技术备注808678年4.771616201MB2900个引入实模式808879年4.77816201MB2900个第一用于2BMP8028681年616162416MB13万个引入保护模式80386DX85年12.53232324096MB25万个多任务8086模式80386SX88年1616322416MB25万个8048689年203232324096125万个内含协处理器和8KB缓存奔腾93年603232324096310万个分支预测16K缓存流水线和超标量结构高能95年1503232324096550万个指令优化调度执行奔腾

P797年30064643240961400万个超流指令体系结2024/9/22微机计算机原理2.Intel公司微处理机系列的发展性能功能197219741976197819801982198519891993

19954004800880808085808680286803868048680586808880186804880228049805180968098Intel公司微处理器单片机奔腾2024/9/23微机计算机原理第二节微型计算机基本结构1.框图I/O设备I/O

接口存储器ALU控制器取指读程序数据结果程序数据结果取存I/O命令操作命令写存2024/9/24微机计算机原理2.DATA在CPU中的流动。二.微型计算机的体系结构CPU定时电路接口接口ROMRAMI/O接口输出设备输入设备DMA并行接口串行接口定时/计数中断控制器地址总线数据总线控制总线2024/9/25微机计算机原理说明:一.总线

1.内总线:单机内各部件之间通信总线.2.外总线:多机之间.微机与受控对象和其他设备进行通行总线.二.采用技术

1.堆栈技术堆栈–

存在于主存贮器中的一内存区域:子底向下,子顶向下.

工作原则–

后进先出顶点-SP的内容,最后进栈信息所在存贮单元16/32位.

作用:皙存信息-断点,现场信息.

2024/9/26微机计算机原理2.中断技术使CPU处于主动状态下与外部交换信息.3.DMA技术使I/O设备与M直接交换信息,而无须CPU干预.4.多寄存器结构使执行指令时间缩短,提高运行速度,CPU内部M(通用RFRIPSP系统地址R调试R测试RCR)5.流水线技术多个部件并行操作.地址流水线操作.2024/9/27微机计算机原理微型计算机工作流程。1.取指令2.取源操作数3.取目的操作数4.执行指令取指令PC+1译码送地址

AR取出地址送操作数执行操作取下一条指令PC+1开始取指令阶段执行指令阶段一个CPU周期一个CPU周期一个CPU周期一个CPU周期2024/9/28微机计算机原理1.取指令阶段

第一条指令的取指令阶段于图.程序以装入内存中,因在此阶段内,CPU的动作如下:(1).程序计数器PC的内容(8进制)被装入地址寄存器AR.(2).程序计数器PC的内容加1,变成22,为取下一条指令做好准备.(3).地址寄存器的内容被放到地址总线上.(4).所选寄存器单元21的内容经过数据总线,传送到数据缓冲寄存器DR.(5).缓冲寄存器内容传送到指令寄存器IR.(6).指令寄存器中的操作码被译码或测试.(7).CPU识别指令ADD,至此,取指令阶段即告结束.

2024/9/29操作控制器时序产生器指令译码器000022000021

ALU执行指令控制时钟状态反馈ADD30ADDA30

地址内容存储器21ADDA30缓冲寄存器DR000000

指令寄存器IR程序计数器

PC地址寄存器AR(1)(2)+1累加器A（3）（4）地址总线ABUS数据总线DBUS（5）30000006图片12024/9/210微机计算机原理2.取源操作数

第二个CPU周期主要完成送取源作数.(6).将指令寄存器IR中地址码部分(30)送入地址寄存器.(7).地址寄存器的内容被放到地址总线上.(8).存储器地址30中内容经数据线上送到缓冲寄存器DR中.(9).将缓冲寄存器DR内容送到ALU中.2024/9/211操作控制器时序产生器指令译码器000022000030

ALU时钟状态反馈ADDA30006

地址内容存储器21ADD30缓冲寄存器DR000000

指令寄存器IR程序计数器

PC地址寄存器AR累加器A数据总线DBUS图片2(6)(7)(8)(9)300000062024/9/212微机计算机原理3.取目的操作数第三个CPU周期主要完成送取目的操作数.(10).将指令寄存器IR中地址码部分(A)送入缓冲寄存器DR中.(11).缓冲寄存器DR内容（地址）指向累加器A.

2024/9/213操作控制器时序产生器指令译码器000022000030

ALU时钟状态反馈ADDA30A地址

地址内容存储器21ADD30缓冲寄存器DR000000

指令寄存器IR程序计数器

PC地址寄存器AR累加器A图片32024/9/214微机计算机原理4.执行指令第四个CPU周期加操作:微程序控制器发出读操作命令将累加器A内容与ALU另一端操作数(6)经ALU相加.产生0+6=6.这个结果放回累加器,替换了累加器中原先的数.程序计数器PC值加1.2024/9/215操作控制器时序产生器指令译码器000023000030

ALU时钟状态反馈ADDA3030

地址内容存储器21ADD30缓冲寄存器DR000000

指令寄存器IR程序计数器

PC地址寄存器AR累加器A图片4(12)(13)(14)+1300000062024/9/216微机计算机原理⒈

CPU：CPU集成了运算器、控制器和寄存器组。

PC系列机CPU主要型号有

8086/8088/80286、80386/80486,奔腾/奔Ⅱ/奔Ⅲ/奔4，分别为16位机、32位机、

64位机。每一主型号CPU还有若干种分类号，如：PⅢ/750M、P4/1.2G，750M和1.2G表示CPU主频速率,其单位1G=1000M、1M=1000HZ。

⒉

总线：总线是连接CPU与存储器、I/O接口的公共导线，是各部件信息传输的公共通道。微机系统有地址总线、数据总线和控制总线。2024/9/217微机计算机原理②

数据总线传输数据，用来与存储器单元和I/O接口交换数据。

8088CPU内部数据线是16位，外部数据线是8位，称为准16位机。

8086/80286CPU内/外数据线都是16位。

80386/80486CPU数据线是32位。

奔腾CPU数据线是64位。

③

控制总线对于不同的CPU来讲，其条数是不一样的。控制线向系统各部件发出(或接收)控制信号。2024/9/2188086微处理器

8086微处理器按功能可分为执行部件和总线接口部件。执行部件负责指令执行，它由寄存器、算逻部件、标志寄存器组成。总线接口部件执行所有的总线操作，如20位地址形成、与主存储器或I/O设备交换数据。2024/9/219微机计算机原理①

地址总线传输地址信息，用来寻址存储器单元和I/O接口。地址总线”宽度”决定系统内存的最大容量。8086/8088有20根地址线，可寻址1M内存。80286有24根24根地址线，可寻址16M内存。80486/奔腾有32根地址线，可寻址4G内存。存储容量单位

1TB=1024GB1GB=1024MB1MB=1024KB1KB=1024字节

1字节=二进制8位2024/9/220微机计算机原理2024/9/221微机计算机原理三

80486微处理器简介浮点运算及寄存器定点运算及寄存器存储器段页管理指令译码与控制指令队列高速缓存管理8KCACHE系统总线管理2024/9/222微机计算机原理⒈

基本部件运算部分：进行定点运算时需要算术逻辑运算单元、移位器和寄存器组；进行浮点运算时需要浮点运算单元和浮点寄存器组。高速缓存：用来存放最近运行程序所需要的指令代码和数据。减少访问内存次数从而提高CPU运行速度。存储器段页管理：为实现虚以存储器而设置。指令译码与控制：根据指令的信息产生微指令对CPU内部进行控制。80486外部地址线有32根，主存空间为4GB。数据线有32根，同时可访问4个字节的内存数据。2024/9/223微机计算机原理⒉

基本结构寄存器8个32位的通用寄存器，6个16位的段寄存器，1个32位的指令指针，1个32位的标志寄存器⒈

80486的工作模式

80486有两种工作模式，一种是实地址模式，一种是保护虚拟模式。80486实地址模式与它的前辈16位的8086完全兼容，在8086和80286编写的程序不需作任何修改，就可以在80486的实地址模式下运行。保护虚拟模式为多用户操作系统的设计提供必要条件，在保护虚拟模式下，80486可为每一个任务提供4GB的物理空间，并允许程序在64TB的虚拟空间内运行。

80486虚地址、线性地址和物理地址的关系图：2024/9/224段描述符GDT段描述符LDT基地址边界描述符高速缓冲器描述符索引号段选择器TITI=0TI=1M基地址边界153210段选择器和描述符缓冲器作用2024/9/225

分页物理地址150310段选地址偏移地址310线性地址31000000000HFFFFFFFFH000000000FFF属性段基地址段边界段边界80X86在虚拟模式下的地址变换实存空间2024/9/