微機(jī)原理及接口技術(shù)(1)ppt課件

1、8086微處置器按功能可分為執(zhí)行部件和總線接微處置器按功能可分為執(zhí)行部件和總線接 口部件?？诓考?。執(zhí)行部件擔(dān)任指令執(zhí)行，它由存放器、算邏部執(zhí)行部件擔(dān)任指令執(zhí)行，它由存放器、算邏部 件、標(biāo)志存放器組成。件、標(biāo)志存放器組成。總線接口部件執(zhí)行一切的總線操作，如總線接口部件執(zhí)行一切的總線操作，如20位地位地 址構(gòu)成、與主存儲(chǔ)器或址構(gòu)成、與主存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)。設(shè)備交換數(shù)據(jù)。第一節(jié)第一節(jié) 8086微處置器微處置器 第二章 80X86微處置器DISIBPSPDLDHCLCHBLBHALAHDISIBPSPDLDHCLCHBLBHALAH算邏部件CSSSDSESCSSSDSES標(biāo)志寄存器執(zhí)行部件控制

2、系統(tǒng)654321654321總線控制邏輯加法器8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)EUBIU數(shù)據(jù)20位地址指令隊(duì)列IP 地址總線傳輸?shù)刂沸畔?，用來尋址存?chǔ)器單元和I/O接口。地址總線寬度決議系統(tǒng)內(nèi)存的最大容量。 8086有20根地址線，可尋址1M內(nèi)存。 80486有32根地址線，可尋址4G內(nèi)存。 奔騰有64根地址線，可尋址內(nèi)存。 存儲(chǔ)容量單位 1TB=1024GB 1GB=1024MB 1MB=1024KB 1KB=1024字節(jié) 1字節(jié)=二進(jìn)制8位 微處置器的三總線 數(shù)據(jù)總線傳輸數(shù)據(jù)，用來與存儲(chǔ)器單元和I/O接口交換數(shù)據(jù)。 8086/80286CPU內(nèi)/外數(shù)據(jù)線都是16位。 80386/80486CPU

3、數(shù)據(jù)線是32位。奔騰CPU數(shù)據(jù)線是64位。 控制總線對(duì)于不同的CPU來講，其條數(shù)是不一樣控制線向系統(tǒng)各部件發(fā)出(或接納)控制信號(hào)。的。控制線向系統(tǒng)各部件發(fā)出(或接納)控制信號(hào)。通通用存放器用存放器有有8個(gè)個(gè)16位通用存放器位通用存放器AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP。這些存放器可以存放數(shù)據(jù)和。這些存放器可以存放數(shù)據(jù)和地址，并能進(jìn)展地址，并能進(jìn)展16位運(yùn)算。其中位運(yùn)算。其中AX、BX、CX、DX的低位字節(jié)或高位字節(jié)也可作為獨(dú)立的的低位字節(jié)或高位字節(jié)也可作為獨(dú)立的8位存位存放器運(yùn)用，低位字節(jié)的存放器分別稱作放器運(yùn)用，低位字節(jié)的存放器分別稱作AL、BL、CL和和DL，高位字節(jié)的存放器分

4、別稱作，高位字節(jié)的存放器分別稱作AH、BH、CH和和DH。 段存放器有4個(gè)16位段存放器 CS、DS、ES、SS。段存放器主要處理20位地址構(gòu)成和程序中指令代碼與數(shù)據(jù)分開存放。此4個(gè)段存放器稱號(hào)為代碼段、數(shù)據(jù)段、附加數(shù)據(jù)段、堆棧段。除CS是用于指示指令代碼的地址空間之外，其它段存放器都用于指示數(shù)據(jù)的地址空間。 指令指針I(yè)P16位的IP總是保管著下一次將要從主存中取出指令的偏移地址，其值為該指令到所在段首址的字節(jié)間隔 標(biāo)志存放器FLAG16位標(biāo)志存放器用來保管在一條指令執(zhí)行之后，CPU所處形狀的信息及運(yùn)算結(jié)果的特征。如有進(jìn)位/借位CF=1、運(yùn)算溢出OF=1、運(yùn)算結(jié)果為零ZF=1等9個(gè)標(biāo)志。 二。

5、8086的物理地址的構(gòu)成 段存放器 CS DS SS ES16偏移地址20位物理地址偏移地址由IP ，SP或?qū)ぶ贩绞教峁┤?。三?80486 80486 微處置器構(gòu)造框圖微處置器構(gòu)造框圖n 根本部件n運(yùn)算部分：進(jìn)展定點(diǎn)運(yùn)算時(shí)需求算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、移位器和存放器組；進(jìn)展浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)需求浮點(diǎn)運(yùn)算單元和浮點(diǎn)存放器組。n高速緩存：用來存放最近運(yùn)轉(zhuǎn)程序所需求的指令代碼和數(shù)據(jù)。減少訪問內(nèi)存次數(shù)從而提高CPU運(yùn)轉(zhuǎn)速度。n存儲(chǔ)器段頁管理：為實(shí)現(xiàn)虛以存儲(chǔ)器而設(shè)置。n指令譯碼與控制：根據(jù)指令的信息產(chǎn)生微指令對(duì)CPU內(nèi)部進(jìn)展控制。n80486外部地址線有32根，主存空間為4GB。數(shù)據(jù)線有32根，同時(shí)可訪問4個(gè)字節(jié)的內(nèi)

6、存數(shù)據(jù)。n 根本構(gòu)造存放器n8個(gè)32位的通用存放器，6個(gè)16位的段存放器，1個(gè)32位的指令指針，1個(gè)32位的標(biāo)志存放器n 80486的任務(wù)方式n80486有兩種任務(wù)方式，一種是實(shí)地址方式，一種是維護(hù)虛擬方式。n80486實(shí)地址方式與它的長(zhǎng)輩16位的8086完全兼容，在8086和80286編寫的程序不需作任何修正，就可以在80486的實(shí)地址方式下運(yùn)轉(zhuǎn)。n維護(hù)虛擬方式為多用戶操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供必要條件，在維護(hù)虛擬方式下，80486可為每一個(gè)義務(wù)提供4GB的物理空間，并允許程序在64TB的虛擬空間內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。n80486虛地址、線性地址和物理地址的關(guān)系圖： 第二節(jié)第二節(jié) Intel80X86微處置器體系

7、構(gòu)造微處置器體系構(gòu)造繼78年8086之后,Intel公司與81年推出了80286CPU,它也是16位微機(jī)，與8086向上兼容。 而在85年和89年，Intel又分別推出了80386和80486CPU，這兩者均為32位微處置器。 80286CPU是在8086的根底上改良和開展而來，其主要特征是： 1. 片內(nèi)具有存貯器管理和維護(hù)機(jī)構(gòu) 2. 正式的在存貯器中引入虛擬地址的概念 3. CPU內(nèi)部的硬件構(gòu)造支持了CPU采用了快速的并行 流水線操作方式。 80286的這些特點(diǎn)在的這些特點(diǎn)在80386/80486中表達(dá)的更加完善和進(jìn)中表達(dá)的更加完善和進(jìn)一優(yōu)化，而奔騰一優(yōu)化，而奔騰CPU的內(nèi)部構(gòu)造又是在的內(nèi)部

8、構(gòu)造又是在80486的根底上的根底上有更進(jìn)一步的開展。有更進(jìn)一步的開展。80X86的體系構(gòu)造特點(diǎn)的體系構(gòu)造特點(diǎn) 一。有關(guān)大型機(jī)的優(yōu)化的體系構(gòu)造 1。片內(nèi)集成有存貯器管理部件MMU可支持對(duì)存貯器進(jìn)展分頁管理：將指令指定的邏輯地址變換為線性地址。 段長(zhǎng)度可變，但不好管理。所以引入了分頁管理 存貯器管理的詳細(xì)含義： 80X86支持多義務(wù)、多道程序運(yùn)轉(zhuǎn)，每個(gè)義務(wù)、每道程序均需占用一定字節(jié)的存貯空間，如何將有限的物理空間有效地分配給多個(gè)義務(wù) 即實(shí)現(xiàn)虛、實(shí)空間的轉(zhuǎn)換，這就是存貯器管理要處理的問題?？芍С謱?duì)存貯器進(jìn)展分頁管理：將線性地址變換為物理地址。由OS進(jìn)展詳細(xì)管理，但CPU內(nèi)部有硬件支持這種管理。 可

9、用于進(jìn)展快速的實(shí)、虛地址轉(zhuǎn)換 一個(gè)段R選擇器 2.片上設(shè)有高速緩沖存放器/存儲(chǔ)器CACHE 對(duì)應(yīng)于一個(gè)64位8個(gè)字節(jié)的段描畫符緩沖存放器。 可用于暫時(shí)存放數(shù)據(jù)和指令于高速緩存中,以加快CPU執(zhí)行指令的速度。 3。采用高速流水線構(gòu)造 CPU由多個(gè)部件組成，各部件在CPU內(nèi)部分別同步的， 相互獨(dú)立 的并 行 操作。 實(shí)現(xiàn)了高效的流水作業(yè)，防止了順序處置，最大限制地發(fā)揚(yáng)了CPU的性能，是總線利用率到達(dá)最正確形狀。 指令流水線技術(shù)：總線接口、指令予取 、指令予譯碼。 地址流水線技術(shù)： 采用流水線地址尋址 兩個(gè)延續(xù)的總線 周期部分重疊。 超標(biāo)量流水線技術(shù):多條指令并行執(zhí)行。 BIU 總線接口部件 EU

10、執(zhí)行部件 SU 段管理部件 CPU 代碼予取部件 PU 頁管理部件 IDU 指令譯碼部件二、80X86是靈敏的全32位微處置器MP VP 數(shù)據(jù)總線DB32位 可處置8位、16位和32位數(shù)據(jù)類型， 通用 存放器及操作數(shù)為32位。 支持動(dòng)態(tài)總線寬度控制動(dòng)態(tài)切換16/32位數(shù)據(jù)總線經(jīng)過引腳 BS16， 由 外部送來信號(hào)通知80X86總線改動(dòng)情況： 0 以16位數(shù)據(jù)總線操作 1 以32位數(shù)據(jù)總線操作三、具有對(duì)存貯器及特權(quán)層的維護(hù)功能 CPU內(nèi)部具有維護(hù)機(jī)構(gòu)： 1。對(duì)特權(quán)層的維護(hù)功能：制止程序的非法操作如：向代碼段進(jìn)展寫入操作，訪問段限以外的存貯區(qū)域等。 2。對(duì)特權(quán)層的維護(hù)功能：特權(quán)層分為4級(jí)：0級(jí)1級(jí)

11、2級(jí)3級(jí)OS核系統(tǒng)效力程序運(yùn)用效力程序運(yùn)用程序運(yùn)用程序四、80X86有大的存貯器空間： 實(shí)地址空間 可直接尋址的地址空間為2 =4千兆4GB 虛擬存貯空間 可直接尋址的地址空間為2 =64MM字節(jié) 14+32= 2 =64MM46 32 80286 68條 AB： 24條 DB：16條 80486 168條 AB： 32條 DB： 32條 Pentium 273條 AB： 32條 DB： 32條46 2 80X86的內(nèi)部構(gòu)造 80X86CPU由多個(gè)部件構(gòu)成多個(gè)部件在CPU內(nèi)部分別同步 獨(dú)立并行地進(jìn)展操作，防止了順序處置，實(shí)現(xiàn)了高效的流水化作業(yè)，最大限制地發(fā)揚(yáng)了CPU的性能，使總線的利用率到達(dá)最

12、正確形狀。一、80X86的內(nèi)部各部件及其功能二、80X86的內(nèi)部存放器 1。通用RD31 D0EAXEBXECXEDXESPEBPESIEDI“E Expand 8086的16位 通用R擴(kuò)展為32位，他們可 以按8 位、16位和32位運(yùn)用。CSDSSSESFSGS80386新添加了兩個(gè)數(shù)據(jù)段，以滿足程序和義務(wù)對(duì)多數(shù)據(jù)段的需求。程序不可訪問 64位留意：在進(jìn)展8位或16位R運(yùn)算操作時(shí)，只影響FR中的相應(yīng)位，如8位加法進(jìn)展，起進(jìn)位不是送到第19位，而是送到FR中的CF位。 1。段位置：由16位的段R和64位的描畫符在高速緩沖存放器中構(gòu)成。 高速緩沖寄器16位FRIPEFREIPCPU可以運(yùn)用它的低

13、16位/32位。3.標(biāo)志存放器 EFR 4。指令指示器EIP 31 15 0 31 15 0關(guān)于標(biāo)志R32位 8086比8位微機(jī)，添加了3個(gè)控制標(biāo)志和1個(gè)算術(shù)運(yùn)算標(biāo)志： 分別為DF、IF和OF。 80286比8086又添加了2個(gè)控制標(biāo)志： NT 嵌套14位 NE 1 表示當(dāng)前義務(wù)嵌套于另一義務(wù)中，執(zhí)行 完當(dāng)前義務(wù)后需前往原義務(wù)。 0 表示無效。 有IOPL 特權(quán)標(biāo)志位12、13 用以指定I/O操作處于03特權(quán)層中的那一層。 80386、80486公運(yùn)用了15個(gè)標(biāo)志，占用16位IOPL占2位 31 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

14、AC VM RF NT IP PL OF DF IF TFSFIFAF DF CS AF D4S CF D0S PF D2S SF D7S IF D6C DF D10C IF D9S OF D11X TF D8X NT D14X IOPL D12X RF D16X VM D17X AC D188080所用標(biāo)志8086所用標(biāo)志80286所用標(biāo)志80386所用標(biāo)志80486所用標(biāo)志一切標(biāo)志位分為三類：S 形狀標(biāo)志C 控制標(biāo)志X系統(tǒng)標(biāo)志 4 。 系統(tǒng)表R： 用于進(jìn)展從虛擬地址向?qū)嵺`物理地址的轉(zhuǎn)換。 1。功能： 主要用于在維護(hù)方式下，管理 4個(gè)系統(tǒng)表，這4個(gè)系統(tǒng)表為： GDTGlobal Descri

15、ptor Table)全局描畫符表 LDTLocal Descriptor Table)部分描畫符表 IDTInterrupt Descriptor Table)中斷描畫符表 TSSTask State Segment)義務(wù)形狀段 系統(tǒng)地址R：表R為 GDTR GDT LDTR 分別用來指定 LDT 的大小在M中的位 IDIR IDT 置。 TR 用以指定TSS義務(wù)形狀段，只用來存放 義務(wù)環(huán)境的，其在M中的位置和大小 由TR指定。 其中： GDTR和IDTR共48位：32位的表基地址字段+16位的表 邊境字段。 31 0 15 0表基址表限 可在實(shí)方式方式下，經(jīng)過編程對(duì)GDTR和IDTR加載，

16、以實(shí)現(xiàn)對(duì)GDT和IDT在維護(hù)方式下的初始化操作。 15 0 15 0 31 0 15 0 選擇器字段 屬性字段 表基址字段 邊境字段LDTR和TSR共80位：32位的表基址字段+20位的邊境字段 +12位的訪問權(quán)字段 +16位的選擇器字段。 對(duì)LDTR和TR的闡明： 這兩個(gè)存放器只能在維護(hù)方式下運(yùn)用。 在維護(hù)方式下程序可訪問字段僅限于段選擇器字段， 即只能用指令加載段選擇器。 用LLDT和LT指令可設(shè)置成改動(dòng)相應(yīng)的選擇器字段，依選擇器字段可 從全局描畫符表中找到指定的基地址描畫符和義務(wù)形狀段描畫符，在將描畫符中的32位段基址和16位的段限及16位的屬性字段加載到 LDTR和TR的64位高速緩沖

17、存放器中。 5?？刂芌CR0CR332位8086CPU中無 其中：CR1 備用 CR3 用于提供頁目錄的基地址 CR2 用于提供頁缺點(diǎn)線性地址。 CR0 其低16位與80286CPU中一樣，是機(jī)器形狀字R。 CR0功能：作為MSW用以表示比FLAG對(duì)CPU 影響更大的標(biāo)志，這些標(biāo)志反映了系統(tǒng) 的任務(wù)形狀。CR0的控制位分為如下五大類： 1。與CPU任務(wù)方式有關(guān)的控制位PG分頁、PG置CPU為 虛 擬地址維護(hù)方式 2。與CPU片內(nèi)的CACHE有關(guān)的控制位：CE、WT 3。與協(xié)處置器或浮點(diǎn)運(yùn)算部件有關(guān)的控制位：TS、EM、MP NE。 4。對(duì)唯控制位：AM 5。頁的寫維護(hù)控制位：WP 實(shí)方式REA

18、LPROTECTED維護(hù)方式VIRTUAL虛擬8086 LMSW指令修正CR0指令RRESET位好修正CR0的PE=0的PE位=1經(jīng)過中斷執(zhí)行IRETD指令RESET信號(hào)RESET對(duì)CPU復(fù)位 三種方式之間的轉(zhuǎn)換見圖：Intel80X86微處器有三種任務(wù)方式： 實(shí)方式、維護(hù)方式和虛擬86方式4.80X86的存貯器規(guī)劃的存貯器規(guī)劃 一、規(guī)劃要點(diǎn) 1、80X86的存貯器有三種任務(wù)方式： 實(shí)地址方式 虛地址維護(hù)方式 虛擬86方式 所以其地址空間分為：物理存貯空間和虛擬存貯空間 實(shí)踐物理地址空間是 CPU可直接訪問存貯空間，其 存貯空間范圍由CPU的地址總線位數(shù)決議。虛擬存貯空間即程序占有的存貯空間，

19、其存貯量由CPU的體系構(gòu)造確定。 義務(wù)N 義務(wù)N-1 義務(wù)X虛擬空間 由磁盤等外 存支撐 義務(wù)1 義務(wù)2存貯器管理部件物理地 址空間 ROR .RAM 義務(wù)XD15 D2 D1 D0 46： 索引值 TI RPL 偏移 2、二者存貯空間表示圖如下： 每個(gè)義務(wù)運(yùn)用64TB字節(jié)的存貯空間(2 )索引值TIRPL32位偏移地址46 3、存貯空間的劃分： 在實(shí)方式下：與8086一樣，以64KB為一個(gè)邏輯地址段，段長(zhǎng)度固定。 在虛地址維護(hù)方式下：?jiǎn)?dòng)頁功能時(shí)，一個(gè)邏輯段最大可分為2的32次 方個(gè)字節(jié)。 不啟動(dòng)頁功能時(shí)，一個(gè)邏輯段最大可分為2的20 次方字節(jié)。 4、CPU在執(zhí)行指令時(shí)，對(duì)存貯器操作數(shù)所在實(shí)

20、踐物理地址的求法： 段基址+偏移地址=PA32位 段基址的提供： 虛擬86方式：實(shí)地址方式 由段R提供 虛地址維護(hù)方式 由段選擇器索引段 二、虛地址維護(hù)方式 1、從實(shí)地址向虛地址維護(hù)方式的轉(zhuǎn)換 運(yùn)用“LMSW指令置位控制存放器CR。的D。位以后即 PE位被置為“1，由CPU內(nèi)部的MMU存儲(chǔ)器管理部件自 動(dòng)完成轉(zhuǎn)換。 由實(shí)地址 虛擬地址 2、虛地址維護(hù)方式下CPU進(jìn)展存貯器尋址時(shí)所采取的數(shù)據(jù)構(gòu)造： 采用了段選擇器與描畫符的數(shù)據(jù)構(gòu)造，使尋址過程有了一個(gè)間接層，為80386內(nèi)部的MMU和維護(hù)機(jī)構(gòu)有了一個(gè)活動(dòng)的空間，使多義務(wù)在80X86中運(yùn)轉(zhuǎn)方便、靈敏、可靠。180X86的段選擇器 即8086中的段存放器，亦是16位，由三個(gè)字段組成： D15 D3 D2 D1 D0索引值 TI RPL 14位 指令操作：AX： 段R：FS XX選擇器字段描畫符描畫表 描畫符緩存器 M2段選擇器的加載及加載的詳細(xì)操作 即段R的初始化操作 例：指令：MOV FS，AX； 380X86的段R的構(gòu)成 15 0 63 0 段選擇器 屬性 段基址 段邊境 描畫符變速緩沖存貯器 二、80X86在虛擬方式下的尋址過程：表示圖見下頁段描畫符GDT段描畫符LDT基地址邊境描畫符高速緩沖器描畫符索引號(hào)段選擇器TITI=0TI=1M基地址邊境1532