2第二章 微处理器结构及微机工作原理

第二章微处理器结构及微机工作原理本章重点：微机的组成微机的工作原理8086/8088、80286、80386、80486、Pentium微处理器结构Intel系列微处理器微处理器基本结构内部数据总线控制总线数据总线地址总线暂存器累加器ALU标志寄存器指令寄存指令译码时序和控制逻辑通用寄存器组地址寄存器组地址总线控制数据总线控制8088/8086的功能结构8088的内部结构从功能上分成两个单元1.总线接口单元BIU管理8088与系统总线的接口负责CPU对存储器和外设进行访问2.执行单元EU负责指令的译码、执行和数据的运算两个单元相互独立，分别完成各自操作，还可以并行执行，实现指令预取（指令读取和执行的流水线操作）80286是Intel公司于1982年推出的，它是更加先进的16位处理器，内部操作和寄存器均是16位的。1、芯片内集成了13.5万个晶体管，68只引脚，具有独立的16条数据线和24条地址线（16MB），内部时钟频率为8MHZ到10MHZ。2、增加了存储器管理和虚地址保护机构，对存储器采用分段管理，每段最大64KB，并支持虚拟存储器。80286微处理器80286的基本结构1、1985年10月Intel公司推出了80386，集成了32万个晶体管，片内集成了存储管理部件和保护机构，内部操作和寄存器都是32位的。2、芯片有132只引脚，数据线、地址线各32条3、80386存储管理部件可进行段页式存储管理，支持虚拟存储器。80386微处理器4、1986年后Intel推出了多种型号的80386：80386SX，外部数据总线只有16位80386DX，标准8038680386SL，低功耗、节能芯片80386DL，低功耗、节能型的80386DX80386EX，基于80386SX，但地址总线是26位，且低功耗、节能型。80386的基本结构1、80386的功能结构80386由中央处理部件CPU、存储管理部件MMU和总线接口部件BIU组成。⑴中央处理部件由指令部件和执行部件组成，包括预取、译码、执行三个部件。⑵MMU分为分段部件和分页部件。分段部件对逻辑地址空间进行管理，分页部件对物理地址空间进行管理。⑶BIU负责与存储器、I/O端口传送数据。80386的预取、译码、执行、分段、分页、总线接口这6个部件可以并行操作，从而加快指令执行速度。CPUBIUMMU2、80486微处理器体系结构特点1）80486CPU在1989年推出，集成120万晶体管，168引脚。2）数据线32条，地址线32条。最高工作频率133MHz。3）采用突发总线（BurstBus）同内存进行高速数据交换。4）片内带有高速缓存（Cache），为8KB的数据指令统一缓存。5）带有浮点运算功能。6）指令执行单元采用RISC技术和流水线技术，大部分基本指令执行时间为1个时钟周期。7）芯片内有存储管理部件（分段部件和分页部件）。8）与80386一样有三种工作方式，并提供4级保护机制。9）软件向下兼容。4、80486的内部结构80486基本寄存器组1、基本结构寄存器80486微处理器的地址空间1、存储地址空间虚拟空间：应用程序员编写程序的空间，其相应的地址称作虚拟地址或逻辑地址。246字节物理空间：计算机中主存储器的实际空间，相应的地址称作物理地址或主存地址。232字节80486微处理器通过分段部件把虚拟空间变换为32位的线性空间，如果分段不见未被选用，线性地址就是物理地址。分段部件分页部件存储器虚拟地址线性地址３２位物理地址３２位地址变换２、输入／输出地址空间80486微处理器有两个独立的物理空间，一个是存储空间，另外一个是I/O空间。4GBFFFFFFFFH00000000H物理存储空间64KB0000FFFFH00000000H可访问不可访问物理I/O空间80486微处理器的I/O空间由216（64K）个地址组成。它与存储地址不重叠，这是因为80486微处理器芯片的M/IO引脚把它们从逻辑上给区分开来了80486的工作模式介绍实地址模式：80486具有与8086同样的基本体系结构1、存储空间及实地址模式下的编址。220在实地址方式下分页功能是不允许的，线性地址就是物理地址。物理地址的形成：段寄存器内容左移4位加上有效地址，因此在实地址模式下，所有的段总是起始于16字节的边界。2、保留的地址空间地址0000，0000H~0000，03FFH是中断向量区，每一中断向量占用4个字节。地址FFFF，FFF0H~FFFF，FFFFH为系统初始化区。存储空间：在保护方式下，80486可为每一个任务提供232字节的物理空间，并允许程序在246字节的物理空间内运行。CPU—MEMORY连接逻辑图2、存储器构成原理存储器接口特性——信号线——作用和时序——信号线和总线的连接时序CPUCACHE主存（内存）辅存（外存）金字塔结构：