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第二章 微处理器结构及微机工作原理 本章重点： 微机的组成 微机的工作原理 8086/8088、80286、80386、80486、Pentium微处理器结构 Intel系列微处理器 微处理器基本结构 8088/8086的功能结构 8088的内部结构从功能上分成两个单元 1. 总线接口单元BIU 管理8088与系统总线的接口 负责CPU对存储器和外设进行访问 2. 执行单元EU 负责指令的译码、执行和数据的运算 两个单元相互独立，分别完成各自操作，还可以并行执行，实现指令预取（指令读取和执行的流水线操作） 8088的内部结构 8088的指令执行过程 8088的存储格式 逻辑段的分配 80286是Intel公司于1982年推出的，它是更加 先进的16位处理器，内部操作和寄存器均是16位 的。 1、芯片内集成了13.5万个晶体管，68只引脚，具有独立的16条数据线和24条地址线（16MB），内部时钟频率为8MHZ到10MHZ。 2、增加了存储器管理和虚地址保护机构，对存储器采用分段管理，每段最大64KB，并支持虚拟存储器。 80286的基本结构 1、1985年10月Intel公司推出了80386，集成了32万个晶体管，片内集成了存储管理部件和保护机构，内部操作和寄存器都是32位的。 2、芯片有132只引脚，数据线、地址线各32条 3、80386存储管理部件可进行段页式存储管理，支持虚拟存储器。 4、1986年后Intel推出了多种型号的80386： 80386SX，外部数据总线只有16位 80386DX，标准80386 80386SL，低功耗、节能芯片 80386DL，低功耗、节能型的80386DX 80386EX，基于80386SX，但地址总线是 26位，且低功耗、节能型。 80386的基本结构 1、80386的功能结构 80386由中央处理部件CPU、存储管理部件MMU和总线接口部件BIU组成。 ⑴ 中央处理部件由指令部件和执行部件组成， 包括预取、译码、执行三个部件。 ⑵ MMU分为分段部件和分页部件。分段部件对逻辑地址空间进行管理，分页部件对物理地址空间进行管理。 ⑶ BIU负责与存储器、I/O端口传送数据。 80386的预取、译码、执行、分段、分页、总线接口这6个部件可以并行操作，从而加快指令执行速度。 2、80486微处理器体系结构特点 1）80486CPU在1989年推出，集成120万晶体管，168引脚。 2）数据线32条，地址线32条。最高工作频率133MHz。 3）采用突发总线（Burst Bus）同内存进行高速数据交换。 4）片内带有高速缓存（Cache），为8KB的数据指令统一缓存。 5）带有浮点运算功能。 6）指令执行单元采用RISC技术和流水线技术，大部分基 本指令执行时间为1个时钟周期。 7）芯片内有存储管理部件（分段部件和分页部件）。 8）与80386一样有三种工作方式，并提供4级保护机制。 9）软件向下兼容。 80486基本寄存器组 1、基本结构寄存器 80486微处理器的地址空间 1、存储地址空间 虚拟空间：应用程序员编写程序的空间，其相应的地址称作虚拟地址或逻辑地址。246字节 物理空间：计算机中主存储器的实际空间，相应的地址称作物理地址或主存地址。 232字节 80486微处理器通过分段部件把虚拟空间变换为32位的线性空间，如果分段不见未被选用，线性地址就是物理地址。 ２、输入／输出地址空间 80486微处理器有两个独立的物理空间，一个是存储空间，另外一个是I/O空间。 80486的工作模式介绍 实地址模式：80486具有与8086同样的基本体系结构 1、存储空间及实地址模式下的编址。 220 在实地址方式下分页功能是不允许的，线性地址就是物理地址。 物理地址的形成：段寄存器内容左移4位加上有效地址，因此在实地址模式下，所有的段总是起始于16 字节的边界。 2、保留的地址空间 地址0000，0000H~0000，03FFH是中断向量区，每一中断向量占用4个字节。 地址FFFF，FFF0H~FFFF，FFFFH为系统初始化区。 存储空间：在保护方式下，80486可为每一个任务提供232字节的物理空间，并允许程序在246字节的物理空间内运行。 CPU—MEMORY连接逻辑图 2、存储器构成原理 存储器接口特性——信号线——作用和时序——信号线和总线的连接时序 金字塔结构： * * 内部数据总线 控制总线 数据总线 地址总线 暂存器 累加器 ALU 标志寄存器 指 令 寄 存 指 令 译 码 时序 和 控制 逻辑 通 用 寄存器组 地