汇编与组成第4章.ppt

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1、第4章(1)1计算机的基本工作主要体现为执行指令。一台计算机所能执行的全部指令，称为该机的指令系统或指令集，具体内容包括指令格式、寻址方式、指令类型与功能。相对微体系结构层，指令系统层是一个抽象的层次，它是硬件和软件之间的接口，其主要特征就是指令系统。本章将以80x86为背景讨论指令系统层，主要内容包括：•80x86系列CPU的结构特点；•80x86主存储器和寄存器组织；•80x86指令系统。第4章指令系统层24.180x86CPU80x86CPU概况如下表所示：型号发布年代字长（位）晶体管数（万个）主频（MHz)内部数据总线宽度（位）外部数据总线宽度（位）地址总线宽度（位）寻址空间

2、片内高速缓存80861978162.94.771616201MB无80881979162.94.77168201MB无8028619821613.46~2016162416MB无8038619861627.512.5~333232324GB无80486198916120~16025~503232324GB8KB3型号发布年代字长（位）晶体管数（万个）主频（MHz)内部数据总线宽度（位）外部数据总线宽度（位）地址总线宽度（位）寻址空间片内高速缓存Pentium(586)199332310~33060~1666464324GB8KB数据8KB指令PentiumPro(P6)1995325

3、50+1550160~20064643664GB8KB数据8KB指令256KB二级高级缓存PentiumII199732750233~33364643664GB32KB512KB二级高速缓存，有独立封装和独立总线4本节主要介绍8086/8088、80386/80486、Pentium、PentiumPro和PentiumⅡCPU的内部结构及特点。4.1.18086/8088CPU8086CPU是16位微处理器，即CPU的内外数据总线为16位，一个总线周期可以传送一个字（16位）数据。而8088是准16位微处理器，其CPU的内部总线为16位，外部数据总线为8位，因此一个总线周期只能传送

4、一个字节。但是两者的内部结构基本上是相同的，其地址引脚均为20位，可寻址1MB主存空间。8086/8088的指令系统完全相同，在软件上是完全兼容的。51．8086/8088CPU内部结构模型机CPU的指令之间的衔接采用串行的顺序处理方式，即必须在一条指令执行完后，才能从主存中读取下一条指令。在CPU执行指令时，系统总线与主存可能空闲，因此程序执行效率不高。下图（a）给出了3条指令的执行过程：68086/8088CPU采用了指令流水线结构，将取指令（或取操作数）与执行指令的功能分别由两个独立部件实现，即总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）与执行部件EU（Execute

5、Unit）。因此，当EU执行某条指令时，BIU同时完成从主存中预取后继指令，两个部件并行地工作，使指令的读取与执行可以部分重叠，从而提高了指令的执行速度。8086/8088CPU的指令执行过程如图（b）所示。78086CPU内部结构如下图所示:8下面讨论EU和BIU的功能:（1）执行部件EU包括一个16位算术逻辑运算部件ALU、一组通用寄存器、暂存器、标志寄存器，以及EU控制器。各寄存器和内部数据通路都是16位。EU的主要任务是执行指令，其功能为：从指令队列中取出指令代码，由EU控制器进行译码后产生对应的控制信号到各部件以完成指令规定的操作。对操作数进行算术和逻辑运算，并将运算结果的

6、特征状态存放在标志寄存器中。由于EU不直接与系统总线连接，因此当需要与主存储器或I/O端口传送数据时，EU向BIU发出命令，并提供给BIU16位有效地址与传送的数据。（2）总线接口部件BIU包括一组段寄存器、指令指针、6字节的指令队列（8088是4字节）、20位总线地址形成部件，以及总线控制逻辑。BIU的主要任务是完成CPU与主存储器或I/O端口之间的信息传送，其功能为：从主存取出指令送到指令队列中排队。从主存或I/O端口取操作数或存放运算结果。计算并形成访问主存的20位物理地址。9段基值：20位段起始地址的高16位，称为段基值（SegmentBaseValue），存放在BIU的相应

7、段寄存器中。偏移地址（偏移量）：一个主存单元与所在段的段基址之间的字节距离。当CPU访问某个主存单元时，必须指明由哪个段寄存器提供段基值，同时又给出偏移地址。然后由BIU将16位段基值左移4位后与16位偏移地址相加，形成20位主存单元的物理地址。2.8086/8088主存地址的形成段基址：将1MB主存空间划分为若干段，每个段的最大长度为64KB。段的20位段起始地址称为段基址。104.1.280386/80486CPU1．Intel803861985年In