1、123計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心總線接口部件總線接口部件BIU 形成訪問存儲(chǔ)器和形成訪問存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備的地址，完成指令設(shè)備的地址，完成指令預(yù)取，存放運(yùn)算結(jié)果。包括預(yù)取，存放運(yùn)算結(jié)果。包括：u地址加法器地址加法器u專用寄存器組專用寄存器組u指令隊(duì)列指令隊(duì)列u總線控制電路總線控制電路執(zhí)行部件執(zhí)行部件EU 負(fù)責(zé)執(zhí)行指令。包括負(fù)責(zé)執(zhí)行指令。包括：u算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元ALU4計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心u標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器FRu通用寄存器組通用寄存器組uEU控制器控制器EU和BIU可并行工作，以提高系統(tǒng)的處理速度5計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)

2、構(gòu)中心AXBXCXDXSPBPDISI暫存器暫存器ALU標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器EUEU控制器控制器CSDSSSESIP內(nèi)部寄存器內(nèi)部寄存器總線總線控制控制邏輯邏輯指令隊(duì)列指令隊(duì)列BIUEUData Bus16 bitAddress Bus20 bit外部總線通用寄存器組專用寄存器組6計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心從從CS:IP指向的地址取指令，然后指向的地址取指令，然后CS:IP指向下指向下一條指令一條指令執(zhí)行該指令執(zhí)行該指令例：例：ADD AX，BX； AXAX+BX（1）取指：取指：BIU將指令從內(nèi)存取到指令隊(duì)列將指令從內(nèi)存取到指令隊(duì)列（2）譯碼：譯碼：EU控制器發(fā)出控制信號(hào)

3、，將控制器發(fā)出控制信號(hào)，將AX，BX寄存器的內(nèi)容送到寄存器的內(nèi)容送到ALU的兩個(gè)輸入端的兩個(gè)輸入端（3）執(zhí)行：執(zhí)行：ALU執(zhí)行加法運(yùn)算，置標(biāo)志寄存器執(zhí)行加法運(yùn)算，置標(biāo)志寄存器的相關(guān)位的相關(guān)位（4）寫回：寫回：在控制信號(hào)的作用下，將加法結(jié)果在控制信號(hào)的作用下，將加法結(jié)果送入送入AX78計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心通用寄存器通用寄存器段寄存器段寄存器專用（控制）寄存器專用（控制）寄存器對(duì)匯編語言程序員來說，必須熟悉處對(duì)匯編語言程序員來說，必須熟悉處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)- -寄存器組寄存器組9計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心 0781531AHALAXEAXB

4、HBLBXEBXCHCLCXECXDHDLDXEDXSPESPBPEBPDIEDISIESI累加器計(jì)數(shù)器基址指針數(shù)據(jù)堆棧指針基址指針目的變址源變址區(qū)域：對(duì)8086、8088和80286處理器不可用10計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心AX：累加器，是算術(shù)運(yùn)算的主要寄存器，累加器，是算術(shù)運(yùn)算的主要寄存器，I/O指令使用該寄存器與外設(shè)傳送信息指令使用該寄存器與外設(shè)傳送信息BX：通用寄存器，常用作基址寄存器通用寄存器，常用作基址寄存器CX：通用寄存器，在循環(huán)時(shí)作為隱含的計(jì)數(shù)通用寄存器，在循環(huán)時(shí)作為隱含的計(jì)數(shù)器器DX：通用寄存器，可以和通用寄存器，可以和AX一起存儲(chǔ)雙字，一起存儲(chǔ)雙字，DX

5、存放高位存放高位SP：用來指示棧頂?shù)钠频刂酚脕碇甘緱ｍ數(shù)钠频刂稡P：常用作堆棧區(qū)中的基地址指針常用作堆棧區(qū)中的基地址指針SI：源變址寄存器，具有自動(dòng)增源變址寄存器，具有自動(dòng)增/減功能減功能DI：目的變址寄存器，具有自動(dòng)增目的變址寄存器，具有自動(dòng)增/減功能減功能11計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心CS代碼DS數(shù)據(jù)ES附加SS堆棧FSGS區(qū)域：對(duì)8086、8088和80286處理器不可用12計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心CS：存放代碼段的段基址或段選擇字。存放代碼段的段基址或段選擇字。DS：存放數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。存放數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。ES：存放附加

6、數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。存放附加數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。SS：存放堆棧段的段基址或段選擇字存放堆棧段的段基址或段選擇字FS：存放附加數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字存放附加數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。GS：存放附加數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。存放附加數(shù)據(jù)段的段基址或段選擇字。 除非特別指定，一般情況下，各段的分配由操除非特別指定，一般情況下，各段的分配由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)，獨(dú)立占有作系統(tǒng)負(fù)責(zé)，獨(dú)立占有64K，可以重疊。可以重疊。13計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心IP：指令指針寄存器。存放代碼段中的偏移地指令指針寄存器。存放代碼段中的偏移地址，它始終指向下一條指令的首地址，與址，它始終指向下一

7、條指令的首地址，與CS一一起確定下一條指令的物理地址。起確定下一條指令的物理地址。PSW：程序狀態(tài)字寄存器。由條件碼標(biāo)志和控程序狀態(tài)字寄存器。由條件碼標(biāo)志和控制標(biāo)志構(gòu)成。制標(biāo)志構(gòu)成。 FLAGS（PSW）EFLAGS標(biāo)志寄存器IPEIP程序指針寄存器14計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心CF：進(jìn)位標(biāo)志。最高有效位的進(jìn)位進(jìn)位標(biāo)志。最高有效位的進(jìn)位PF：奇偶標(biāo)志。操作結(jié)果的奇偶標(biāo)志。操作結(jié)果的最低字節(jié)中最低字節(jié)中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)置的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)置1， 否則置否則置0。AF：輔助進(jìn)位或借位標(biāo)志。即半字節(jié)進(jìn)位或借位。輔助進(jìn)位或借位標(biāo)志。即半字節(jié)進(jìn)位或借位。ZF：零標(biāo)志。結(jié)果為零標(biāo)志。結(jié)果為

8、0時(shí)時(shí)ZF置置1。SF：符號(hào)標(biāo)志。最高有效位為符號(hào)標(biāo)志。最高有效位為1，SF=1；否則，否則，SF=0TF：陷阱標(biāo)志。當(dāng)陷阱標(biāo)志。當(dāng)TF置置1，每條指令執(zhí)行完后產(chǎn)生，每條指令執(zhí)行完后產(chǎn)生單單步中斷。步中斷。IF：中斷標(biāo)志。中斷標(biāo)志。IF=1，響應(yīng)可屏蔽中斷；否則，禁止中斷。響應(yīng)可屏蔽中斷；否則，禁止中斷。DF：方向標(biāo)志。方向標(biāo)志。DF=0，串操作自動(dòng)遞增；否則，自動(dòng)遞減。串操作自動(dòng)遞增；否則，自動(dòng)遞減。OF：溢出標(biāo)志。運(yùn)算結(jié)果超出了機(jī)器能表示的范圍，則溢出標(biāo)志。運(yùn)算結(jié)果超出了機(jī)器能表示的范圍，則OF=115 14 13 12OF11DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0IOP

9、LNT15計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心80286處理器處理器IOPL：I/O特權(quán)層。在保護(hù)模式下，用于控制對(duì)特權(quán)層。在保護(hù)模式下，用于控制對(duì)I/O地址空間地址空間的訪問。特權(quán)級(jí)（高）的訪問。特權(quán)級(jí)（高）0，1，2，3（低）。當(dāng)任務(wù)的當(dāng)前特權(quán)（低）。當(dāng)任務(wù)的當(dāng)前特權(quán)級(jí)級(jí)CPL高于或等于高于或等于IOPL時(shí)，執(zhí)行輸入輸出指令、時(shí)，執(zhí)行輸入輸出指令、STI、CLI和和LOCK前綴時(shí)，才不產(chǎn)生異常中斷前綴時(shí)，才不產(chǎn)生異常中斷13。NT：嵌套任務(wù)。在保護(hù)模式下，當(dāng)某系統(tǒng)任務(wù)通過嵌套任務(wù)。在保護(hù)模式下，當(dāng)某系統(tǒng)任務(wù)通過CALL指指令調(diào)用另一個(gè)任務(wù)時(shí)，置令調(diào)用另一個(gè)任務(wù)時(shí)，置NT為為1。1

10、5 14 13 12OF11DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0IOPLNT16計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心80386處理器處理器RF：重新開始（重新開始（Resume）。）。在調(diào)試時(shí)用于選擇性的屏蔽一些異在調(diào)試時(shí)用于選擇性的屏蔽一些異常（常（exceotions)VM： 在保護(hù)模式下，當(dāng)在保護(hù)模式下，當(dāng)VM置置1時(shí)，時(shí)，32位處理器進(jìn)入虛擬位處理器進(jìn)入虛擬8086模模式。式。80486處理器處理器 AC：進(jìn)行字、雙字或四字的邊界對(duì)齊檢查進(jìn)行字、雙字或四字的邊界對(duì)齊檢查Pentium處理器處理器VIF：虛擬中斷標(biāo)志。中斷標(biāo)志位的虛擬映像虛擬中斷標(biāo)志。中斷標(biāo)

11、志位的虛擬映像VIP：虛擬中斷掛起標(biāo)志。表示虛擬中斷是否掛起。虛擬中斷掛起標(biāo)志。表示虛擬中斷是否掛起。ID：為為1時(shí)，允許使用時(shí)，允許使用CPU標(biāo)識(shí)指令標(biāo)識(shí)指令CPU ID。3122 211917 16ID VIP20VIF AC18VM RF17計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心CR（03）4個(gè)個(gè)32位控制位控制寄存器，用于分頁、寄存器，用于分頁、Caching、保護(hù)。保護(hù)。DR（07）8個(gè)個(gè)32位調(diào)試位調(diào)試寄存器，用于設(shè)置斷點(diǎn)。寄存器，用于設(shè)置斷點(diǎn)。CR0031CR1CR2CR3DR0031DR1DR2DR3DR4DR5DR6DR7CR418GDTR：全局描述符基地址及限值（描

12、述符表全局描述符基地址及限值（描述符表長(zhǎng)度）長(zhǎng)度）IDTR：中斷描述符基地址及限值中斷描述符基地址及限值LDTR：局部描述符的段選擇字局部描述符的段選擇字TR：任務(wù)狀態(tài)表的段選擇字任務(wù)狀態(tài)表的段選擇字計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心基地址限值047基地址限值LDTRTR1516GDTRIDTR19計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心TR（37）5個(gè)個(gè)32位測(cè)試位測(cè)試寄存器，用于測(cè)試寄存器，用于測(cè)試TLB和和Cache。TR3031TR4TR5TR6TR720計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心21計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元ROM

13、，RAM地址控制數(shù)據(jù)對(duì)比對(duì)比: :p 寄存器是微處理器芯片內(nèi)部存放數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，用名稱寄存器是微處理器芯片內(nèi)部存放數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，用名稱區(qū)別區(qū)別p 存儲(chǔ)器是微處理器外部存放程序和數(shù)據(jù)的空間，用地址尋存儲(chǔ)器是微處理器外部存放程序和數(shù)據(jù)的空間，用地址尋址址22內(nèi)存是由許多存儲(chǔ)單元組成，為了區(qū)分不同的內(nèi)存是由許多存儲(chǔ)單元組成，為了區(qū)分不同的內(nèi)存單元，必須對(duì)計(jì)算機(jī)中的每個(gè)內(nèi)存單元進(jìn)內(nèi)存單元，必須對(duì)計(jì)算機(jī)中的每個(gè)內(nèi)存單元進(jìn)行編號(hào)，內(nèi)存單元的編號(hào)稱之為內(nèi)存單元的地行編號(hào)，內(nèi)存單元的編號(hào)稱之為內(nèi)存單元的地址。址。計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心英特爾英特爾x86x86處理器規(guī)定的存放方式處理

14、器規(guī)定的存放方式23計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心在物理存儲(chǔ)器中：低字節(jié)存放在前面，高字節(jié)存放在后在物理存儲(chǔ)器中：低字節(jié)存放在前面，高字節(jié)存放在后面，稱為面，稱為L(zhǎng)ittle EndianLittle Endian。與之相反的是。與之相反的是Big EndianBig Endian。24計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心實(shí)模式：使用實(shí)模式：使用20位物理地址、單任務(wù)工作方式、位物理地址、單任務(wù)工作方式、獨(dú)占系統(tǒng)所有資源。存儲(chǔ)器空間為獨(dú)占系統(tǒng)所有資源。存儲(chǔ)器空間為00000HFFFFFH。 DOS系統(tǒng)要求實(shí)模式系統(tǒng)要求實(shí)模式保護(hù)模式：工作在系統(tǒng)所提供地址、多任務(wù)方保護(hù)

15、模式：工作在系統(tǒng)所提供地址、多任務(wù)方式下，根據(jù)本任務(wù)的特權(quán)級(jí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)資源式下，根據(jù)本任務(wù)的特權(quán)級(jí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)資源25計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心物理地址：每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一物理地址：每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)唯一的個(gè)唯一的20位地址位地址邏輯地址：由段基址和偏移地址邏輯地址：由段基址和偏移地址構(gòu)成構(gòu)成段基址：每一段的起始地址，其段基址：每一段的起始地址，其低低4位為位為0。每一段最大為。每一段最大為64KB。偏移地址：在段內(nèi)相對(duì)于段基址偏移地址：在段內(nèi)相對(duì)于段基址的偏移值的偏移值26計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心2020位物理地址變位物理地址變= = 段地址（段

16、地址（1616位）位）1616d + d + 偏移地址（偏移地址（1616位）位）最大64KB段基址所選存儲(chǔ)單元00000FFFFF10000015F000015+1F000段內(nèi)偏移段寄存器段的起始地址必須從一小段（段的起始地址必須從一小段（paragraphparagraph）的首地址開始，的首地址開始， 即最低即最低4 4bitbit為為0 0分段與偏移邏輯地址27計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 體系結(jié)構(gòu)中心體系結(jié)構(gòu)中心分段尋址允許數(shù)據(jù)和地址的重定位分段尋址允許數(shù)據(jù)和地址的重定位OSOS能夠在運(yùn)行時(shí)刻分配段地址能夠在運(yùn)行時(shí)刻分配段地址00000FFFFF100001520F0段寄存器34004900

17、1000020F003400049000存儲(chǔ)器CSDSSSES存儲(chǔ)器分段28計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備入出接口和總線入出接口和總線外存設(shè)備外存設(shè)備主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器高速緩存高速緩存控控 制制 器器運(yùn)運(yùn) 算算 器器29存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中用來存放程序和數(shù)據(jù)的部件，存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中用來存放程序和數(shù)據(jù)的部件，是是Von Neumann結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的重要組成。結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的重要組成。1937年，圖靈提出存儲(chǔ)程序概念，圖靈機(jī)使計(jì)年，圖靈提出存儲(chǔ)程序概念，圖靈機(jī)使計(jì)算機(jī)走向通用。算機(jī)走向通用。程序和數(shù)據(jù)的特點(diǎn)程序和數(shù)據(jù)的特點(diǎn)u源程序、匯編程序、機(jī)器語言程序源程序、匯

18、編程序、機(jī)器語言程序u各種類型的數(shù)據(jù)各種類型的數(shù)據(jù)u其共同點(diǎn)是：二進(jìn)制數(shù)串其共同點(diǎn)是：二進(jìn)制數(shù)串計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心30能夠有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)來表示二進(jìn)制中的能夠有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)來表示二進(jìn)制中的“0”和和“1”容易識(shí)別容易識(shí)別兩個(gè)狀態(tài)能方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換兩個(gè)狀態(tài)能方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換幾種常用的存儲(chǔ)介質(zhì)幾種常用的存儲(chǔ)介質(zhì)u磁介質(zhì)、觸發(fā)器、電容、光盤磁介質(zhì)、觸發(fā)器、電容、光盤計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心31是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)正處在運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)正處在運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)(或或一部分一部分) 的部件，的部件，通過地址、數(shù)據(jù)、控制三類總線與通過地址、數(shù)據(jù)、控制三類總線與CPU或與其或與其它部件連接它部件連接計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心CPUMainMainMemoryMemory主主 存存ReadData Bus k位位Address Bus