微机原理第2章-IA32微处理器的功能结构.ppt

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1、2003微型计算机No8：CPU技术内幕之基本计算概念篇2003微型计算机No9：CPU逻辑结构简述推荐文章计算机体系结构=computerarchitecture(计算机系统结构)计算机体系结构是程序员所看到的系统的一些属性：概念性的结构和功能上的表现，这些属性既不同于数据流和控制的组织，也不同于逻辑设计和物理实现。Amdahl,1964计算机体系结构是连接硬件和软件的一门学科，它研究的内容不但涉及计算机硬件，也涉及计算机软件。2.2IA-32微处理器的功能结构计算机体系结构的含义“系统结构”是指概念性结构和功能特性（功能模块），就相当于动物的器官组成及其功能特性，如

2、鸡有胃，胃可以消化食物。至于鸡的胃是什么形状的、鸡的胃部由什么组成就不是“系统结构”研究的问题了，而是“系统组成”研究的问题。所谓“系统组成”就是在逻辑上如何实现这种功能（功能模块的组成器件），比如“上帝”给鸡设计了一个一定大小的胃，这个胃的功能是消化食物，那消化系统的逻辑实现，就是要通过鸡喙吃进食物和砂石,再通过胃的蠕动、依靠砂石的研磨来消化食物。而计算机物理实现，主要着眼于器件技术和微组装技术（器件的物理实现）。拿上面的例子来说，这个胃由哪些组织组成几条肌肉和神经来促使它运动就是"鸡实现"。计算机体系结构（应用）、组成（设计）及物理实现（制造）2.2.1Intel8

3、086微处理器的功能结构总线接口单元BIU由段寄存器（CS、DS、SS、ES）、指令指针寄存器(IP）、地址加法器、内部寄存器、指令队列缓冲器及I/O控制逻辑等部分组成。执行单元部件EU由通用寄存器组、专用寄存器组、算术逻辑运算单元（ALU）、标志寄存器（FR）和内部控制逻辑组成。执行单元AHALBHBLCLCHDHDLSPBPDISI通用寄存器CSDSSSESIP内部暂存器总线控制逻辑1234AXBXCXDX数据总线运运算寄存器ALU标志寄存器外部总线80888位808616位指令对列8086为6字节16位执行控制电路总线接口单元地址加法器20位16位段寄存器指令指针

4、（EU）（BIU）每条指令的执行有取指、译码和执行。早期计算机指令执行过程：指令花费时间＝取指＋指令执行8088CPU指令执行过程：指令的重叠操作指令花费时间＝指令执行2.2.280386的功能结构存储器组织拥有32位数据线和地址线，可以寻址4GB的物理地址；内部执行环境（寄存器组）首次将32位的寄存器组引入80x86体系的微处理器中，32位的低半部分向下兼容；段寄存器仍为16位，段空间为4GB；操作模式实地址；保护模式；虚拟8086模式；80386的主要特点2.3IA-32结构微处理器的执行环境220=1MB，地址由00000-FFFFF(H)编码若存放的信息是字

5、节，则按顺序存放若存放的信息是字，则将字的低位字节存放在低地址，高位字节存放在高地址若存放的信息是双字，则将双字的低位字存放在低地址，高位字存放在高地址2.3.2基本执行环境（1）存储器地址空间（8086）（2）基本程序执行寄存器实地址方式存储器组织四个不同的段：代码段存放机器指令；数据段存放数据信息；堆栈段供堆栈使用；附加段通常用来存放附加数据；8086有四个16位段寄存器：cs代码段;ds数据段；ss堆栈段；es附加段。地址的标准写法为：“段：偏移量”。注意由于位移可以重叠，所以给出的“段：偏移量”不是唯一的。如下列地址均指向同一内存单元：0000：0123

6、0002：01030008：00A30010：00230012：0003段可以位于内存中的任何位置，段的首地址必须能被16整除；若段寄存器存放的是10H，而偏移量是100H，下列步骤说明实际物理地址计算过程：段寄存器：0000000000010000（10H）左偏四位：0000000000010000偏移量：0000000100000000（100H）段加偏移量00000000001000000000（200H）存储器物理地址的形成逻辑地址是程序中使用的地址，它由段基址和段内偏移值所组成，段基址与段内偏移值都为16位的二进制数。物理地址也叫实际地址或绝对地址，是CPU访

7、问存储器时实际使用的地址，为20位地址。物理地址＝段基址×16＋段内偏移地址。【例】各独立段的分配情况示例。设CS=B000H、DS=1CDEH、SS=4200H、ES=0150H,它们分别为代码段、数据段、堆栈段和附加段的段首址。自每个段首址开始，各段均占64KB的范围，各段之间互不重叠。【例】各段相互重叠情况示例。设CS=0200H、DS=0400H、SS=0480H，这样代码段、数据段和堆栈段的物理首地址分别为02000H、04000H和04800H。其中代码段占8KB地址空间，数据段占2KB，堆栈段占256B，SP=0100H。如