河科大微机原理第二章1A.ppt

§2 8086微处理器 微处理器（Micro Processing Unit），即微型化的中央处理器。中央处理器CPU的英文全称是Central Processing Unit。早期微处理器以MPU表示，以区别于大型主机的多芯片CPU。但现在已经不加区分，都用CPU表示。 CPU性能指标 主频：即微处理器时钟频率。如Pentium4 2GHz 同系列的微处理器，主频越高，速度越快。 但主频相同的微处理器，速度不一定都相同，因结构有差异 外频：微处理器外部总线工作频率。如Pentium4 2GHz的外频为400MHz 地址线宽度：决定访存空间。如36位地址线访问236=64GB存储单元 数据线宽度：决定了字长，决定微处理器与外部存储器、输入/输出部件之间一次交换的二进制数据位数。如8、16、32、64位。 高速度缓存(CACHE)：L1/L2 Write-through缓存，只对读有效 write-back缓存，对读写都有效 内置协处理器：加快数值运算 超标量结构：一个时钟周期内执行一条以上的指令。 低标量结构：一条指令至少需要一个以上的时钟周期 工作电压：微处理器正常工作所需要的电压，早期为5V，后来有3.3V,2.8V,1.5V等。 制造工艺：晶体管之间的最小线距， 0.35?m, 0.25?m, 0.18?m, 0.13?m,45nm,32nm等 8086/8088微处理器 §2.1 8086CPU的内部结构 执行部件的组成 （2）地址指针寄存器和变址寄存器 SP、BP、SI、DI，都是16位寄存器，可存放数据，常用来存放逻辑地址的偏移量，是形成20位物理地址的其中一部分。 一般，通用寄存器可以用于任何指令的任意操作，可以相互替换 16位的数据寄存器可分解为2个8位使用，是同一个物理介质 地址寄存器不能分解为8位使用 有些操作规定只能使用某个寄存器，即寄存器的特殊用法 通用寄存器的特殊用法(默认用法) （6）标志寄存器 二、总线接口部件（BIU） BIU负责与 M、I/O 端口传送数据、地址。 访问存储器时，需要生成20位的物理地址； 要不断从内存中取指令并送到指令队列； CPU执行指令时，要配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数据，并将数据传送给执行部件；或把执行部件的操作结果传送给指定的M或I/O口 4个16位段寄存器CS、DS、SS、ES用来识别当前可寻址的四个段，每个段的功能各不相同 CS：Code Segment Register代码段寄存器，指示当前执行程序所在存储器的区域 DS：Data Segment Register数据段寄存器，指示当前程序所用数据的存储器区域。 SS：Stack Segment Register堆栈段寄存器，指示当前程序所用之堆栈位于的存储器区域 ES：Extra Segment Register附加段寄存器，指示当前程序所用数据的另外存储器区域，在字符串操作中常用到 (3)指令队列缓冲器 8088为4字节，8086为6字节。为FIFO(先进先出)结构 指令队列至少保持有一条指令，且只要有一条指令，EU就开始执行； 指令队列只要有空，BIU自动执行取指操作，直到填满为止； 若EU要进行M/IO存取数据，BIU在执行完现行取指操作周期后进行。 当执行转移指令时，EU要求BIU从新的地址中重新取指。队列中原有指令被清除。新取得的第一条指令直接送EU执行，随后取得的指令填入队列 EU与BIU的协同工作 在一条指令的执行过程中可以取出下一条（或多条）指令，指令在指令队列中排队； 在一条指令执行完成后，就可以立即执行下一条指令，减少CPU为取指令而等待的时间，提高CPU的利用率和整个运行速度。 8086/8088的寄存器结构 §2.2 8086/88的引脚与功能 §2.3 8086/8088的存储器结构 2.3.2 存储器的分段 段基址：段的首地址的高16位。段首地址的低4位二进制码总是0000，高16位可变。 偏移地址:指在段内某内存单元物理地址相对段起始地址的偏移值，也称有效地址EA 。 根据信息种类，将段分为代码段、数据段、堆栈段和附加段。当前段的段基址放在相应的段寄存器中，即CS、DS、SS、ES。偏移地址可存放在IP、SP、16位通用寄存器或指令指定。 二、逻辑地址和物理地址 物理地址：存储器的绝对地址（20位的实际地址），范围从00000H～FFFFFH , 是由CPU访问存储器时由地址总线发出的地址。 在1M字节存储器里，每个存储单元都有一个唯一的20位地址作为该存储单元的物理地址。 逻辑地址：由段基址和段内偏移地址组成的地址，段基址和段内偏移地址都是16位的无符号二进制数，在程序设计时使用。不同的逻辑地址可能是同一个物理地址。 逻辑