计算机硬件第四章ppt.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第4章,8086,微处理器,1,本章重点:,CPU,的逻辑结构,CPU,的总线周期,CPU,的中断分类和中断响应,32,位微型机的三种工作方式,Pentium,采用的,CISC,和,RISC,技术,2,微处理器的性能指标,：,字长,定义,：指,CPU,能同时处理的数据位数。,特点,：字长越长，计算能力越高，速度越快，但集成度要求越高，工艺越复杂,主频,定义,：,CPU,的时钟频率。,特点,：主频越高，运算速度越快,3,从功能上，,8086,分为两部分,总线接口部件,(,bus interface unit,，,BIU),执行部件,(,execution unit,，,EU),4.1,16,位,8086,微处理器,4,8086,逻辑结构,5,1,总线接口部件,总线接口部件负责与,存储器、,I/O,端口,传送数据,，由下列4部分组成：,4个段地址寄存器,（,CS、DS、ES、SS）,16位的指令指针寄存器,IP(Instruction Pointer),20,位的地址加法器,6,字节的指令队列缓冲器,6,2,执行部件,执行部件负责指令的执行,，由下列4部分组成：,4个通用寄存器，即,AX、BX、CX、DX；,4,个专用寄存器，即,基数指针寄存器,BP,堆栈指针寄存器,SP,源变址寄存器,SI,目的变址寄存器,DI,标志寄存器；,算术逻辑部件,。,7,3,总线周期,时钟周期,：,CPU,的基本时间计量单位，由主频决定,如主频为,5MHz,的,8086,的时钟周期为,200ns,总线周期,：一般由,4,个时钟周期组成，即,T1,T2,T3,T4,8,3,总线周期,T1,状态，发地址信息,T2,状态，为传输作准备,T3,状态，传输数据,T3,之后，可能插入,T,W,在,T4,状态，结束。,9,3,8086,的总线周期的概念,典型的8086总线周期序列：,10,4.1.2 8086工作模式,1,最小模式和最大模式的概念,(1)最小模式:系统中只有一个微处理器。,(2)最大模式：系统中有两个或多个微处理器（主处理器、协处理器）,11,2,8086/8088,的引脚信号和功能,总共有,40,个引脚信号,注意点：,8086/8088,的数据线和地址线复用,8086,有,16,根数据线,第,21,脚,(,RESET),为输入复位信号,第,22,引脚为“准备好”,(,READY),信号,高,4,位地址和状态线复用,12,4.1.3 8086的操作和时序,8086,的主要操作,:,系统的复位和启动操作；,暂停操作；,总线操作；,中断操作；,最小模式下的总线保持；,最大模式下的总线请求,/,允许。,13,1,系统的复位和启动操作,复位,：通过触发,RESET,引脚信号实现,特点,：,复位后，CS=FFFFH,，,IP=0000H,，即从内存,FFFF0H,处开始执行，因此，,FFFF0H,处一般存放转移指令，指向系统引导和装配程序的入口处。,注意,：状态标志寄存器将被清零,14,2,总线操作,总线操作：读操作和写操作,15,3,中断操作和中断系统,中断：,指调用系统程序的过程,分类：,硬件中断,（非屏蔽中断和可屏蔽中断）,软件中断,硬件中断：通过外部的硬件产生的，也称外部中断,软件中断：,CPU,根据软件中某条指令或标志的设置而产生的，与硬件无关。,16,17,(2),中断向量和中断向量表,中断向量,：中断程序的入口地址。,每个中断对应一个中断向量,中断向量表,：存放所有中断向量的表格 一般位于内存,0,段的,0-3FFH,区域,如何计算中断向量地址？,假设类型,20H,的中断所对应的中断向量存放在,0080H,开始的,4,个单元，且其值分别为,10H,，,20H,，,30H,和,40H,，那么,20H,的中断向量为,4030H:2010H,18,(3),硬件中断,非屏蔽中断,：,NMI,类型号：,2H,存放地址：,0008H,0009H,000AH,000BH,特点,：,CPU,立即响应中断请求，并进入响应的中断处理。用于处理系统的重大故障。,可屏蔽中断,：,INTR,一般外部设备发出的中断都是从,CPU,的,INTR,端引入的可屏蔽中断,特点,：收到请求后，,CPU,执行完当前指令后响应中断请求。,19,(4),硬件中断的响应和时序,可屏蔽中断的响应过程：,读取中断类型码,将标志寄存器的值推入堆栈,把标志寄存器的,IF,和,TF,清零,将断点保护到堆栈中。,寻找中断向量，转入中断处理程序,20,21,(5),中断处理子程序,进一步保护中断现场,开放中断,中断处理的具体内容,弹出堆栈指令,中断返回指令,22,(6),软件中断,特点,：,用一条指令进入中断处理子程序，并且，中断类型码由指令提供。,不受中断允许标志,IF,的影响,执行过程中可响应外部硬件中断,软件中断没有随机性,23,4.1.4 8086的存储器和,I/O,编址,1.8086,的存储器编址24,CS,、,DS,、,SS,和其他寄存器组合指向存储单元的示意图,：,25,2,.8086的,I/O,编址,允许有65535(64,K),个8位的,I/O,端口，两个编号相邻的8位端口可以组合成一个16位端口。,26,4.2 32位微处理器80386,32位数据、地址总线：直接寻址能力达4,GB,从体系结构设计上有了概念性的改变和革新,普遍采用了流水线,指令重叠执行技术,虚拟存储技术,片内存储管理技术,存储体管理分段分页技术,27,6个功能部件,指令预取部件,指令译码部件,执行部件,分段部件,分页部件,总线接口部件,28,4.2.2 80386的三种工作方式,实地址方式,保护虚拟地址方式即保护方式,虚拟,8086,方式,29,实地址方式,寻址机构、存储器管理、中断处理机构均和8086一样。,操作数默认长度为16位，但允许访问80386的32位寄存器组。,存储器容量最大为1,MB；,采用分段方式，每段最长为64,KB。,存储器中保留两个固定区域，一个为初始化程序区，另一个为中断向量区。前者为,FFFF0H,FFFFFH,，,后者为,00000,003,FFH,。,30,保护方式,存储器用虚拟地址空间、线性地址空间和物理地址空间三种方式来描述,借助于存储器管理部件,MMU,的功能将磁盘等存储设备有效地映射到内存，使逻辑地址空间大大超过实际的物理地址空间。,既能进行,16,位运算也能进行,32,位运算。,31,虚拟8086方式,可执行8086的应用程序。,段寄存器的作用和实地址方式时一样，即段寄存器内容左移4位加上偏移量为物理地址。,存储器寻址空间为,1,MB,，,将,1,MB,分为,256,个页面，每页,4,KB,。,32,4.3 32位微处理器,Pentium,4.3.1,Pentium,采用的先进技术,1,CISC,技术和,RISC,技术,2 超标量流水线技术,3,分支预测技术,33,CISC,（复杂指令系统）技术,指令系统中包含常用指令和使用较少的复杂指令，其中复杂指令码较长，功能复杂,访问内存是采用多种寻址方式,多采用微程序控制,微程序机制：,CPU,控制,ROM,中存放众多微程序,34,RISC,（简化指令系统）技术,指令系统只含简单而常用指令，指令码较短，且长度相同,采用流水线机制执行指令,大多数指令利用内部寄存器来执行,35,超标量流水线技术,超标量：一个处理器中有多条指令流水线,Pentium,：包含,U,和,V,流水线，并行执行,36,