CPU基本结构与内存组织

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1、第二讲CPU基本结构与内存组织一、CPU基本结构二、内存组织一、CPU内部结构1、各型号CPU的数据总线与地址总线地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力CPU型号地址线宽度内存寻址能力8086/8088201M802862480386—Pentiumpro32PentiumII、pentiumIII3616M4G64G2、8086内部结构框图（P36）执行部件总线接口部件通用寄存器四个专用寄存器SP：堆栈指针，其内容与堆栈段寄存器SS的内容一起，提供堆栈操作地址。BP：基址指针：构成段内偏移地址的一部分.SI:（SourceIndex）：SI含有源地址意思,产生

2、有效地址或实际地址的偏移量。DI:（DestinationIndex）：DI含有目的意思,产生有效地址或实际地址的偏移量。算术逻辑单元ALU：主要是加法器。大部分指令的执行由加法器完成。标志寄存器：16位字利用了9位。标志分两类：状态标志（6位）:反映刚刚完成的操作结果情况。控制标志（3位）:在某些指令操作中起控制作用。20位地址加法器四个段寄存器：CS、DS、SS、ESCS管理代码段;DS管理数据段SS管理堆栈段;ES管理附加段.16位的指令指针寄存器IP：IP中的内容是下一条指令对现行代码段基地址的偏移量，6字节的指令队列指令队列共六字节，总线接口部件BI

3、U从内存取指令，取来的总是放在指令队列中；执行部件EU从指令队列取指令，并执行。由两个独立的工作部件组成EU——执行单元（负责指令的执行）总线接口单元——BIU（完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据交换）算术逻辑单元（ALU）、标志寄存器（FLAG）、数据暂存寄存器、通用寄存器AX、BX、CX、DXSP、BPSI、PI指令队列缓冲器、指令指针寄存器（IP）、地址产生器、段寄存器、总线控制器对于8080与8085及较早的8位微处理器:程序执行由取指令和执行指令的循环来完成的，每条指令执行完后CPU必须等待到下条指令取出来后才能执行。取指令1执行1取操作数2执

4、行2CPUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌存结果1取指令21）CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成2）CPU执行指令时总线处于空闲状态缺点：CPU无法全速运行解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立刻得到8086/8088微处理器:BIU和EU分开，取指和执行可以重迭，大大减少了等待取指所需的时间，提高CPU的利用率。重迭操作技术：一方面提高了整个执行速率，另一方面降低了与之相配的存储器的存取速度的要求。取指令2取操作数BIU存结果取指令3取操作数取指令4执行1执行2执行3EUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌Pentium内部结构框图指令指针控

5、制ROM控制部件地址生成(U流水线)地址生成(V流水线)ALU(U流水线)ALU(V流水线)整数寄存器组桶形移位器8K字节数据高速缓存TLB浮点部件控制寄存器组加法除法乘法总线部件页面部件预取缓冲器指令译码器8K字节代码高速缓存TLB分支目标缓冲器分支检验与目标地址预取地址控制64位数据总线32位地址总线32位地址总线64位数据总线256323232323232IA-32结构微处理器的功能结构由五个能并行操作的功能部件组成：总线接口部件代码预取部件指令译码部件存储器管理部件指令执行与控制部件能够实现至少５级流水3、8086/8088CPU内部的寄存器1）、通用

6、寄存器•可分为两个8位寄存器使用AX累加器BX基址CX计数DX数据SP堆栈指针（始终指向堆栈栈顶）•指针与变址P组I组BP基址指针（可指向堆栈内任何位置）SI源变址DI目标变址AHALBHBLCHCLDHDLAXBXCXDX累加器基址计数数据07815AX（Accumulator）——累加器。它是算术运算的主要寄存器，所有I/O指令都使用这一寄存器与外部设备交换数据。例：INAL,20HOUT30H,AXBX（Base）——用作基址寄存器使用。在计算内存储器地址时，经常用来存放基址。例：MOVAX,[BX+03H]（1）数据寄存器CX（Count）——可以作计

7、数寄存器使用。在循环LOOP指令和串处理指令中用作隐含计数器。例：MOVCX,200HAGAIN:…………LOOPAGAIN；（CX)-1(CX),结果0转AGAINDX（Data）——可以作为数据寄存器使用。一般在双字长乘除法运算时，把DX和AX组合在一起存放一个双字长(32位)数，DX用来存放高16位;对某些I/O操作DX可用来存放I/O的端口地址（端口地址256）。例：MULBX;(AX)(BX)(DX)(AX)SP、BP、SI、DI四个16位寄存器。以字为单位在运算过程中存放操作数，经常用以在段内寻址时提供偏移地址。段内偏移地址段地址:只取段

8、起始地址高16位值。偏移地址:指在段内