2023/12/61微機計算機原理第一節(jié)微機慨況1.

芯片時間時鐘DBR(位)AB尋址空間K個數(shù)(每片)技術(shù)備注808678年4.771616201MB2900個引入實模式808879年4.77816201MB2900個第一用于2BMP8028681年616162416MB13萬個引入保護模式80386DX85年12.53232324096MB25萬個多任務(wù)8086模式80386SX88年1616322416MB25萬個8048689年203232324096125萬個內(nèi)含協(xié)處理器和8KB緩存奔騰93年603232324096310萬個分支預(yù)測16K緩存流水線和超標(biāo)量結(jié)構(gòu)高能95年1503232324096550萬個指令優(yōu)化調(diào)度執(zhí)行奔騰

P797年30064643240961400萬個超流指令體系結(jié)2023/12/62微機計算機原理2.Intel公司微處理機系列的發(fā)展性能功能197219741976197819801982198519891993

19954004800880808085808680286803868048680586808880186804880228049805180968098Intel公司微處理器單片機奔騰2023/12/63微機計算機原理第二節(jié)微型計算機基本結(jié)構(gòu)1.框圖I/O設(shè)備I/O

接口存儲器ALU控制器取指讀程序數(shù)據(jù)結(jié)果程序數(shù)據(jù)結(jié)果取存I/O命令操作命令寫存2023/12/64微機計算機原理2.DATA在CPU中的流動。二.微型計算機的體系結(jié)構(gòu)CPU定時電路接口接口ROMRAMI/O接口輸出設(shè)備輸入設(shè)備DMA并行接口串行接口定時/計數(shù)中斷控制器地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線2023/12/65微機計算機原理說明:一.總線

1.內(nèi)總線:單機內(nèi)各部件之間通信總線.2.外總線:多機之間.微機與受控對象和其他設(shè)備進行通行總線.二.采用技術(shù)

1.堆棧技術(shù)堆棧–

存在于主存貯器中的一內(nèi)存區(qū)域:子底向下,子頂向下.

工作原則–

后進先出頂點-SP的內(nèi)容,最后進棧信息所在存貯單元16/32位.

作用:皙存信息-斷點,現(xiàn)場信息.

2023/12/66微機計算機原理2.中斷技術(shù)使CPU處于主動狀態(tài)下與外部交換信息.3.DMA技術(shù)使I/O設(shè)備與M直接交換信息,而無須CPU干預(yù).4.多寄存器結(jié)構(gòu)使執(zhí)行指令時間縮短,提高運行速度,CPU內(nèi)部M(通用RFRIPSP系統(tǒng)地址R調(diào)試R測試RCR)5.流水線技術(shù)多個部件并行操作.地址流水線操作.2023/12/67微機計算機原理微型計算機工作流程。1.取指令2.取源操作數(shù)3.取目的操作數(shù)4.執(zhí)行指令取指令PC+1譯碼送地址

AR取出地址送操作數(shù)執(zhí)行操作取下一條指令PC+1開始取指令階段執(zhí)行指令階段一個CPU周期一個CPU周期一個CPU周期一個CPU周期2023/12/68微機計算機原理1.取指令階段

第一條指令的取指令階段于圖.程序以裝入內(nèi)存中,因在此階段內(nèi),CPU的動作如下:(1).程序計數(shù)器PC的內(nèi)容(8進制)被裝入地址寄存器AR.(2).程序計數(shù)器PC的內(nèi)容加1,變成22,為取下一條指令做好準備.(3).地址寄存器的內(nèi)容被放到地址總線上.(4).所選寄存器單元21的內(nèi)容經(jīng)過數(shù)據(jù)總線,傳送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR.(5).緩沖寄存器內(nèi)容傳送到指令寄存器IR.(6).指令寄存器中的操作碼被譯碼或測試.(7).CPU識別指令A(yù)DD,至此,取指令階段即告結(jié)束.

2023/12/69操作控制器時序產(chǎn)生器指令譯碼器000022000021

ALU執(zhí)行指令控制時鐘狀態(tài)反饋ADD30ADDA30

地址內(nèi)容存儲器21ADDA30緩沖寄存器DR000000

指令寄存器IR程序計數(shù)器

PC地址寄存器AR(1)(2)+1累加器A（3）（4）地址總線ABUS數(shù)據(jù)總線DBUS（5）30000006圖片12023/12/610微機計算機原理2.取源操作數(shù)

第二個CPU周期主要完成送取源作數(shù).(6).將指令寄存器IR中地址碼部分(30)送入地址寄存器.(7).地址寄存器的內(nèi)容被放到地址總線上.(8).存儲器地址30中內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)線上送到緩沖寄存器DR中.(9).將緩沖寄存器DR內(nèi)容送到ALU中.2023/12/611操作控制器時序產(chǎn)生器指令譯碼器000022000030

ALU時鐘狀態(tài)反饋ADDA30006

地址內(nèi)容存儲器21ADD30緩沖寄存器DR000000

指令寄存器IR程序計數(shù)器

PC地址寄存器AR累加器A數(shù)據(jù)總線DBUS圖片2(6)(7)(8)(9)300000062023/12/612微機計算機原理3.取目的操作數(shù)第三個CPU周期主要完成送取目的操作數(shù).(10).將指令寄存器IR中地址碼部分(A)送入緩沖寄存器DR中.(11).緩沖寄存器DR內(nèi)容（地址）指向累加器A.

2023/12/613操作控制器時序產(chǎn)生器指令譯碼器000022000030

ALU時鐘狀態(tài)反饋ADDA30A地址

地址內(nèi)容存儲器21ADD30緩沖寄存器DR000000

指令寄存器IR程序計數(shù)器

PC地址寄存器AR累加器A圖片32023/12/614微機計算機原理4.執(zhí)行指令第四個CPU周期加操作:微程序控制器發(fā)出讀操作命令將累加器A內(nèi)容與ALU另一端操作數(shù)(6)經(jīng)ALU相加.產(chǎn)生0+6=6.這個結(jié)果放回累加器,替換了累加器中原先的數(shù).程序計數(shù)器PC值加1.2023/12/615操作控制器時序產(chǎn)生器指令譯碼器000023000030

ALU時鐘狀態(tài)反饋ADDA3030

地址內(nèi)容存儲器21ADD30緩沖寄存器DR000000

指令寄存器IR程序計數(shù)器

PC地址寄存器AR累加器A圖片4(12)(13)(14)+1300000062023/12/616微機計算機原理⒈

CPU：CPU集成了運算器、控制器和寄存器組。

PC系列機CPU主要型號有

8086/8088/80286、80386/80486,奔騰/奔Ⅱ/奔Ⅲ/奔4，分別為16位機、32位機、

64位機。每一主型號CPU還有若干種分類號，如：PⅢ/750M、P4/1.2G，750M和1.2G表示CPU主頻速率,其單位1G=1000M、1M=1000HZ。

⒉

總線：總線是連接CPU與存儲器、I/O接口的公共導(dǎo)線，是各部件信息傳輸?shù)墓餐ǖ?。微機系統(tǒng)有地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。2023/12/617微機計算機原理②

數(shù)據(jù)總線傳輸數(shù)據(jù)，用來與存儲器單元和I/O接口交換數(shù)據(jù)。

8088CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)線是16位，外部數(shù)據(jù)線是8位，稱為準16位機。

8086/80286CPU內(nèi)/外數(shù)據(jù)線都是16位。

80386/80486CPU數(shù)據(jù)線是32位。

奔騰CPU數(shù)據(jù)線是64位。

③

控制總線對于不同的CPU來講，其條數(shù)是不一樣的。控制線向系統(tǒng)各部件發(fā)出(或接收)控制信號。2023/12/6188086微處理器

8086微處理器按功能可分為執(zhí)行部件和總線接口部件。執(zhí)行部件負責(zé)指令執(zhí)行，它由寄存器、算邏部件、標(biāo)志寄存器組成?？偩€接口部件執(zhí)行所有的總線操作，如20位地址形成、與主存儲器或I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)。2023/12/619微機計算機原理①

地址總線傳輸?shù)刂沸畔?，用來尋址存儲器單元和I/O接口。地址總線”寬度”決定系統(tǒng)內(nèi)存的最大容量。8086/8088有20根地址線，可尋址1M內(nèi)存。80286有24根24根地址線，可尋址16M內(nèi)存。80486/奔騰有32根地址線，可尋址4G內(nèi)存。存儲容量單位

1TB=1024GB1GB=1024MB1MB=1024KB1KB=1024字節(jié)

1字節(jié)=二進制8位2023/12/620微機計算機原理2023/12/621微機計算機原理三

80486微處理器簡介浮點運算及寄存器定點運算及寄存器存儲器段頁管理指令譯碼與控制指令隊列高速緩存管理8KCACHE系統(tǒng)總線管理2023/12/622微機計算機原理⒈

基本部件運算部分：進行定點運算時需要算術(shù)邏輯運算單元、移位器和寄存器組；進行浮點運算時需要浮點運算單元和浮點寄存器組。高速緩存：用來存放最近運行程序所需要的指令代碼和數(shù)據(jù)。減少訪問內(nèi)存次數(shù)從而提高CPU運行速度。存儲器段頁管理：為實現(xiàn)虛以存儲器而設(shè)置。指令譯碼與控制：根據(jù)指令的信息產(chǎn)生微指令對CPU內(nèi)部進行控制。80486外部地址線有32根，主存空間為4GB。數(shù)據(jù)線有32根，同時可訪問4個字節(jié)的內(nèi)存數(shù)據(jù)。2023/12/623微機計算機原理⒉

基本結(jié)構(gòu)寄存器8個32位的通用寄存器，6個16位的段寄存器，1個32位的指令指針，1個32位的標(biāo)志寄存器⒈

80486的工作模式

80486有兩種工作模式，一種是實地址模式，一種是保護虛擬模式。80486實地址模式與它的前輩16位的8086完全兼容，在8086和80286編寫的程序不需作任何修改，就可以在80486的實地址模式下運行。保護虛擬模式為多用戶操作系統(tǒng)的設(shè)計提供必要條件，在保護虛擬模式下，80486可為每一個任務(wù)提供4GB的物理空間，并允許程序在64TB的虛擬空間內(nèi)運行。

80486虛地址、線性地址和物理地址的關(guān)系圖：2023/12/624段描述符GDT段描述符LDT基地址邊界描述符高速緩沖器描述符索引號段選擇器TITI=0TI=1M基地址邊界153210段選擇器和描述符緩沖器作用2023/12/625

分頁物理地址150310段選地址偏移地址310線性地址31000000000HFFFFFFFFH000000000FFF屬性段基地址段邊界段邊界80X86在虛擬模式下的地址變換實存空間2023/12