第3章计算机的核心部件微处理器.pptx

第3章 计算机的核心部件-微处理器本章主要内容（1）微处理器的工作模式（2）微处理器的编程结构（3）实模式下的存储器寻址（4）微处理器的内部组成结构（5）微处理器的外部引脚信号及操作时序本章主要复习内容PPT第27页——PPT第40页PPT第48页——PPT第54页PPT第55页——PPT第77页PPT第78页——PPT第82页PPT第93页——PPT第96页PPT第111页——PPT第119页PPT第163页——PPT第168页PPT第178页——PPT第182页教材例题本章主要复习内容X86微处理器的工作模式PSW（程序状态字或FLAGE标志寄存器）标志位及分类物理地址、逻辑地址、地址计算存储器分段技术堆栈和堆栈指针的定义、用途；中断响应（可屏蔽请求信号）的基本过程；PUSH、POP与SP变化；堆栈地址空间计算；SS、SP变化画图BTB工作机制画图说明什么是流水线方式微处理器的总线时序指令周期、总线周期及时钟周期写总线周期时序3.1 微处理器的工作模式（1）实模式（2）保护模式（3）虚拟8086模式3.1.1 实模式80286以上的微处理器所采用的8086的工作模式。在实模式下，采用类似于8086的体系结构，其寻址机制、中断处理机制均和8086相同；物理地址的形成也同8086一样：将段寄存器的内容左移4位再与偏移地址相加。 寻址空间为1MB，并采用分段方式,每段大小为64KB(216)；此外，在实模式下，存储器中保留两个专用区域，一个为初始化程序区：FFFF0H～FFFFFH，存放进入ROM引导程序的一条跳转指令；另一个为中断向量表区：00000H～003FFH，在这1K字节的存储空间中存放256个中断服务程序的入口地址，每个入口地址占4个字节，这与8086的情形相同。 实模式是80x86处理器在加电或复位后立即出现的工作方式，即使是想让系统运行在保护模式，系统初始化或引导程序也需要在实模式下运行，以便为保护模式所需要的数据结构做好各种配置和准备。实模式是为建立保护式做准备的工作模式。3.1.2 保护模式保护模式是支持多任务的工作模式。它提供了一系列的保护机制，如任务地址空间的隔离，设置特权级(0～3共4个特权级)，设置特权指令，进行访问权限(如只读、只执行)及段限检查等。 80386以上的微处理器在保护模式下可以访问4G字节的物理存储空间，段的长度在启动分页功能时是4G字节，不启动分页功能时是1M字节，分页功能是可选的。在这种方式下，可以引入虚拟存储器的概念，以扩充编程者所使用的地址空间。3.1.3 虚拟8086模式 虚拟8086模式又称“V86模式”。它是既有保护功能又能执行8086代码的工作模式，是一种动态工作模式。在这种工作模式下，处理器能够迅速、反复进行V86模式和保护模式之间的切换，从保护模式进入V86模式执行8086程序，然后离开V86模式，进入保护模式继续执行原来的保护模式程序。3.2 微处理器的编程结构微处理器的编程结构，即是在编程人员眼中看到的微处理器的软件结构模型。软件结构模型便于人们从软件的视角去了解计算机系统的操作和运行。从这一点上说，程序员可以不必知道微处理器内部极其复杂的电路结构、电气连接或开关特性，也不需要知道各个引脚上的信号功能和动作过程。对于编程人员来说，重要的是要了解微处理器所包含的各种寄存器的功能、操作和限制，以及在程序设计中如何使用它们。进一步，需要知道外部的存储器是如何组织的，处理器如何从存储器中取得指令和数据。3.2.1 程序可见寄存器程序可见(program visible)寄存器，是指在应用程序设计时可以直接访问的寄存器。程序不可见(program invisible)寄存器是指在应用程序设计时不能直接访问，但在进行系统程序设计(如编写操作系统软件)时可以被间接引用或通过特权指令才能访问的寄存器。在80x86微处理器系列中，通常在80286及其以上的微处理器中才包含程序不可见寄存器，主要用于保护模式下存储系统的管理和控制。3.2.2 80x86/Pentium处理器的寄存器模型 图3.2 给出了80x86/Pentium微处理器的寄存器模型。它实际上是一个呈现在编程者面前的寄存器集合，所以也称微处理器的编程结构。03115EAXAXAHALEBXBXBHBLECXCXCHCLEDXDXDHDLESPSPEBPBPESISIEDIDIEIPIPEFLAGSFLAGSCS白色区域：8086/8088，80286所具有的； 阴影区域：80386，80486及Pentium 新增加的。DSESSSFSGS图3.2 80x86/Pentium处理器的寄存器模型 1. 通用寄存器通用寄存器也称多功能寄存器，在图3.3所示的寄存器模型中，共有8个通用寄存器，按它们的功能差别，又