第五章 中央处理器(2).ppt

5.7 传统的CPU 5.7.1 M6800 CPU 5.7.2 Intel 8088 CPU 5.7.3 IBM 370系列CPU 5.7.4 Intel 80486 CPU 5.7.1 M6800 CPU M6800CPU的逻辑框图如下： 　　M6800CPU是一个比较典型的单总线结构的微理器，它通过内部的一条总线将微处理器内部的各个逻辑部件连接起来，而外部总线将CPU与外面的部件连接起来。这样，它描述了内部总线和外部总线，也描述了本章中讨论的算术逻辑运算部件ALU、各类寄存器和控制部件的关系。 　　M6800CPU是一种8位微处理器，采用单一的5V电源。时钟脉冲采用两相(φ1，φ2)，主频为1MHz，由外面加入CPU。 　　M6800的CPU主要包括8位的ALU，16位的程序计数器、16位的堆栈指示器和16位的变址寄存器，两个8位的累加器和一个8位的状态条件码寄存器，一个8位的指令寄存器以及指令译码与控制部件(即操作控制器)。此外还有一个8位的数据缓冲寄存器和一个16位 的地址缓冲寄存器。 　　ALU部件执行算术运算和逻辑操作，它们包括逻辑“与”、逻辑“或”、逻辑“异或”、求补、比较、加法、减法、十进制调整等。 　　堆栈指示器可以指出主存储器中的任何位置。这意味着在主存中的任何位置，都可设置先进 后出的堆栈。变址寄存器可以用来存储数据，或者用来存储16位地址，以便在变址寻址时使 用。状态码寄存器用来指出在ALU中操作的结果，以便在条件转移时使用。这些标志有负数 (N)、零(Z)、溢出(V)、进位(C) 和半进位(H)。 　　为了与外界交换数据，CPU通过数据缓冲寄存器与双向数据总线D0—D7相连。而地址则是过地址缓冲寄存器送到16位地址总线A15—A0上。由于数据总线、地址总线与CPU相连的缓冲寄存器都是三态的，以后我们将会知道，这种逻辑结构对直接内存访问来说是方便的。其次，在M 6800中，主存地址和外设地址是统一编址的，因此，在65536个地址中有一部分是为外围设备使用的。 5.7.2 Intel 8088 CPU 　　Intel 8088是一种通用的准16位微处理器，其内部结构为16位，与外部交换的数据为8位。它可以处理16位数据(具有16位运算指令，包括乘除法指令)，也可以处理8位数据。它有20条地址线，所以直接寻址能力达到1M字节。采用40条引线封装，单相时钟，电源为5V。 CPU从功能上来说分成两大部分: 总线接口单元BIU： 负责与存储器和外围设备接口; 执行单元EU： 负责指令的执行。 寄存器能处理16位数据，所以最上面4个寄存器是 16位数据寄存器，用以暂存16位的操作数。其中 AH+AL为累加器，其他三个16位寄存器用以存放操作 数。 当处理8位数时，四个16位数据寄存器可变作八个8 位寄存器使用。 堆栈指针SP用来指示堆栈操作时堆栈在主存的 位置，但是SP必须与堆栈段寄存器SS一起使用 。另 外三个16个寄存器BP(基数指针)、SI(源变址)、DI(目 的变址)用来增加几种寻址方式，从而能更灵活的寻找 操作数。 指令指针IP的功能相当于一般机器的程序计数器 PC，但是IP要与代码分段寄存器CS相配合才能形成 真正的物理地址。 状态寄存器PSW由九个标志位组成，以反映操 作结果的某些状态或机器运行状态。 四个16位的段寄存器，用来存放主存段地址(代 码段CS，数据段DS，堆栈段SS，附加段ES)。 通过 把某个段寄存器左移4位低位补零后与16位偏移地址 相加的方法可形成20位长度的实际地址，从而可使主 存具有一兆字节(2的20次方=1M)的寻址能力。 取指令时，CPU自动选择代码分段寄存器CS， 再加上由IP所决定的16位位移量，便得到所取指令的 20位主存物理地址。 进行堆栈操作时，CPU自动选择堆栈分段寄存器 SS，再加上SP所决定的16位偏移量，便得到堆栈操 作所需要的20位物理地址。 涉及到一个操作数时，CPU自动选择数据分段寄 存器DS或附加分段寄存器ES，再加上16位偏移量， 便得到操作数的20位物理地址。此处的16位偏移量， 可以是包含在指令中的直接地址，也可以是某一个16 位地址寄存器的值，又可以是指令中的偏移量加上16 位地址寄存器的值等等，这要取决于指令的寻址方 式。 (在不改变段寄存器值的情况下，寻址的最大范围是64KB) 5.7.3 IBM 370 系列 CPU IBM 370 系列机中使用的CPU结构，字长32位， 如下图所示： ALU部件按功能不同分为如下三个子部件：