微机原理与接口技术第2章cpu体系结构课件.ppt

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1、微机原理与接口技术CPU体系结构第二章主要内容2.1CPU的发展2.28086/8088CPU2.380486CPU2.4PentiumCPU2.5ItaniumCPU(略...)2.680486的工作模式2.780486的外部引脚介绍2.8当前CPU所使用的先进技术2.380486CPU80486CPU组成（7大部分）总线接口部分指令预取部分译码部分控制部分运算部分存储器管理部分高速缓冲存储器32根地址总线，寻址范围232=4GB80486内部功能结构框图80486CPU运算部分定点运算部件ALU、移位器和寄存器组浮点运算部件浮点运算

2、单元（FPU）和浮点寄存器组。存储管理部分分段部件(段是信息的逻辑单位，是程序员的需要)管理逻辑地址空间，并把逻辑地址转换为线性地址分页部件(实现内存的离散分配，是系统的需要)把线性地址转换为物理地址。分页与分段1：页是信息的物理单位，分页是为实现物理内存的离散分配方式，提高内存的利用率，分页仅仅是由于系统管理的需要而不是用户的需要。段则是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息，分段的目的是为了更好的满足用户的需要。2：页的大小固定且由系统决定，由系统把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的，因而在系统中只能有一

3、种大小的页面；而段的长度却不固定，决定于系统所编写的程序，通常是编译程序在对源程序进行编译时根据信息的性质来划分的。80486CPU指令预取部件指令预取部件中包含了两个16字节的队列寄存器。指令预取部件与Cache之间有一条单向的128位宽度的通道，因此，每次从Cache中最多可取16字节的信息。指令预取部件也有一条指向指令译码器的24位宽度的指令代码流的通路。指令译码器对指令的操作码进行翻译，并把翻译后指令通过指令总线送给控制部件。80486CPU寄存器组基本结构寄存器通用寄存器32位：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、

4、EBP、ESP16位：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP8位：AH、BH、CH、DH、AL、BL、CL、DL。段寄存器CS、DS、SS、ES、FS、GS指令指针寄存器IP和EIP标志寄存器EFLAGS80486CPUCF：进位/借位标志。AF：辅助进位/借位标志。SF：符号标志。ZF：全零标志。PF：奇偶标志。OF：溢出标志。DF：方向标志。IF：中断允许标志。TF：陷阱标志。I/O特权级标志IOPL任务嵌套标志NT恢复标志RF虚拟标志VM对准检查标志AC80486CPU系统级寄存器4个控制寄存器CR0、CR1、CR2、CR

5、34个系统地址寄存器全局描述符表寄存器（GDTR）、局部描述符表寄存器（LDTR）、中断描述符表寄存器（IDTR）和任务寄存器（TR），80486在结构上的主要特点首次采用了RISC技术的X86CPU。在芯片内部集成了高速缓冲寄存器Cache和浮点运算部件，从而大大提高了CPU的处理速度。内部数据总线是64位。2.4PentiumCPU(不要求)与80486相比，PentiumCPU（64位）主要有以下改进：Pentium具有36位地址线，64位外部数据线，使在一个总线周期内，数据传输量增加了一倍。PentiumCPU的核心技术是超标量

6、流水线（空间换时间）设计，允许Pentium在单个时钟周期内执行两条整数指令，比相同频率的486DXCPU性能提高一倍。Pentium片内采用双重分离式高速缓存Cache，即独立的指令8KBCache和8KB数据Cache。指令和数据使用不同的Cache，提高了指令执行的速度。浮点运算单元功能增强，每个时钟周期能完成一个浮点操作。增加了分支指令预测功能。页尺寸增强。存储器每一页的容量除了与80486兼容的4KB以外，还可以使用更大的存储器页面，使得程序在传送大块数据时，避免频繁的换页操作。PentiumCPU的构成PentiumCPU由

7、总线部件、代码Cache、数据Cache、预取缓冲存储器、指令译码部件、浮点运算部件组成。PentiumCPU采用的新技术超标量执行。转移预测判断。浮点流水线操作。分离式Cache技术。2.680486的工作模式实地址模式在CPU复位后，其内部的CR0的PE位为0，表示此时CPU工作在实地址模式。此时，CS寄存器所对应的描述符寄存器中的基地址为FFFF0000H，限制为FFFFH。在实地址模式下，80486与8086CPU兼容,也称为8086模式。此时80486只使用其32位地址的最低20位，只能访问其4GB内存中的最低的1MB内存。这

8、时的80486CPU只是一个高速的8086CPU。2.680486的工作模式保护虚地址模式保护模式：支持多任务的工作模式，提供了多任务保护机制；内存段的访问受到限制，不能再随意存取数据段。保护模式下的内存访