第二講指令系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)x86ti xi x

1、x 8 6 體系結(jié)構(gòu)· 慕課計算機組成制作人：林本節(jié)主題x86體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)廠商微處理器型號字長年代x86“x86-16”“IA-16”Intel8086, 8088, 80186, 801888028616位1978年起IA-32Intel80386, 80486, Pentium, Pentium Pro/II/III/4, Core, Atom32位1985年起AMDAm386, Am486, AM5x86, K5,K6, AthlonOthersCyrix 5x86; VIA C3/C7Transmeta Crusoe, Efficeonx86-64AMDOpteron,

2、Athlon 64 Phenom, Phenom II64位2003年起IntelPentium 4 Prescott, Core 2 Core i3/i5/i7OthersVIA NanoIntel 8086（1978年）8086的主要特點內(nèi)部的通用寄存器為16位既能處理16位數(shù)據(jù)，也能處理8位數(shù)據(jù)對外有16根數(shù)據(jù)線和20根地址線可尋址的內(nèi)存空間為1MByte（220）物理地址的形成采用“偏移”的方式總線器CPU地址總線 20-bit數(shù)據(jù)總線 16-bit8086的寄存器模型16位8位AHALAX BX CXDXBHBLCHCL通用寄存器（多功能寄存器）DHDLSPBPSIDI指令指針寄存器

3、IPFLAGS標(biāo)志寄存器CSDSES段寄存器SS模型機的CPU和器電路 指令譯碼CPUIR PC MAR MDRR0內(nèi)Rn部Y總X線BALUFZ0000 01010000 0110邏輯0000 0111地址譯碼器0000 10000000 10010000 1010MAR0000 10110000 1100MDR0000 11010000 11100000 1111存0001 0000儲0001 0001器0001 001000001100001000100000000000001011000001010001101100000110001010110000011100110000000100

4、01.通用寄存器（多功能寄存器）數(shù)據(jù)寄存器，共有4個 均為16位寄存器 每個16位寄存器都可分為兩個8位寄存器使用 適用大多數(shù)算術(shù)運算和邏輯運算指令 除存放通用數(shù)據(jù)外，各有一些專門的用途：16位8位AX BX CXDXAXAccumulator存放乘除等指令的操作數(shù)BXBase存放單元的偏移地址CXCount存放計數(shù)值DXData乘法運算產(chǎn)生的部分積除法運算的部分被除數(shù)AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDIIPFLAGSCSDSESSS模型機的CPU和器電路 指令譯碼CPUIR PC MAR MDRR0內(nèi)Rn部Y總X線BALUFZ0000 01010000 0110邏輯0000 01

5、11地址譯碼器0000 10000000 10010000 1010MAR0000 10110000 1100MDR0000 11010000 11100000 1111存0001 0000儲0001 0001器0001 00100000110000100010000000000000101100000101000110110000011000101011000001110011000000010001.標(biāo)志寄存器標(biāo)志位 FLAGS寄存器中包含若干標(biāo)志位 標(biāo)志位分為兩大類：狀態(tài)標(biāo)志和16位8位AX BX CXDX標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志 反映CPU的工作狀態(tài)例如： 執(zhí)行加法運算時是否產(chǎn)生進(jìn)位 運算結(jié)果是否

6、為零標(biāo)志 對CPU的運行起特定例如： 以單步方式還是連續(xù)方式運行作用 是否響應(yīng)外部中斷請求AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDIIPFLAGSCSDSESSS8086的標(biāo)志位狀態(tài)標(biāo)志進(jìn)位標(biāo)志 奇偶標(biāo)志 半進(jìn)位標(biāo)志零標(biāo)志符號標(biāo)志溢出標(biāo)志方向標(biāo)志中斷標(biāo)志跟蹤標(biāo)志標(biāo)志OFDFIFTFSFZFAFPFCF模型機的CPU和器電路 指令譯碼CPUIR PC MAR MDRR0內(nèi)Rn部Y總X線BALUFZ0000 01010000 0110邏輯0000 0111地址譯碼器0000 10000000 10010000 1010MAR0000 10110000 1100MDR0000 11010000

7、 11100000 1111存0001 0000儲0001 0001器0001 00100000110000100010000000000000101100000101000110110000011000101011000001110011000000010001.8086的指令指針寄存器指令指針寄存器 IP（Instruction Pointer） 保存一個內(nèi)存地址，指向當(dāng)前需要取出的指令 當(dāng)CPU從內(nèi)存中取出一個指令后，IP會自動增加，指向下一指令的地址（注：實際情況會復(fù)雜的多） 程序員不能直接對IP進(jìn)行存取操作 轉(zhuǎn)移指令、過程調(diào)用/返回指令等會改變IP的內(nèi)容16位8位AX BX CXDX

8、IP寄存器的尋址能力： 216=65536(64K)字節(jié)單元8086對外有20位地址線尋址范圍：220=1M字節(jié)單元AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDIIPFLAGSCSDSESSS8086的段寄存器段寄存器（Segment Register）16位8位AX BX CXDX 與其它寄存器生成器地址代碼段寄存器（Code Segment） 數(shù)據(jù)段寄存器（Data Segment） 附加段寄存器（Extra Segment）堆棧段寄存器（Stack Segment）CSDSESSSAHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDIIPFLAGSCSDSESSS8086的物理地址生成邏輯地

9、址段寄存器的內(nèi)容給出的地址2000H移位器3000H物理地址=段基值×16+偏移量20000H地址加法器23000H物理地址物理地址（20位）段基值（16位）0000偏移量（16位）段基值（16位）模型機上的示例電路 指令譯碼CPUIR MOV AX,3000HPC MAR MDR AXDS2000H內(nèi)部Y總X線BALUFZ0000 01010000 0110邏輯0000 0111地址譯碼器0000 10000000 10010000 1010MAR0000 10110000 1100MDR0000 11010000 11100000 1111存0001 0000儲0001 0001

10、器0001 00100000110000100010000000000000101100000101000110110000011000101011000001110011000000010001.x86體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)廠商微處理器型號字長年代x86“x86-16”“IA-16”Intel8086, 8088, 80186, 801888028616位1978年起IA-32Intel80386, 80486, Pentium, Pentium Pro/II/III/4, Core, Atom32位1985年起AMDAm386, Am486, AM5x86, K5,K6, AthlonOther

11、sCyrix 5x86; VIA C3/C7Transmeta Crusoe, Efficeonx86-64AMDOpteron, Athlon 64 Phenom, Phenom II64位2003年起IntelPentium 4 Prescott, Core 2 Core i3/i5/i7OthersVIA NanoIntel 80386（1985年）80386的主要特點 80x86系列中的第一款32位微處理器 支持32位的算術(shù)和邏輯運算，提供32位的通用寄存器 地址總線擴展到32位，可尋址4GB的內(nèi)存空間 改進(jìn)了“保護模式”（例如，段范圍可達(dá)4GB） 增加了“虛擬8086模式”，可以同時

12、模擬多個8086微處理器虛擬8086模式保護模式實模式80386主頻12.533MHz27.5萬個晶體管IA-32的寄存器模型32位16位8位EAX EBX ECX EDX ESP EBP ESIEDIAHALAX BX CXDX通用寄存器（多功能寄存器）BHBLCHCLDHDLSPBPSI指令指針寄存器DIEIPIPEFLAGSFLAGSCS說明標(biāo)志寄存器DSES代表IA-32寄存器模型的新增部分代表8086的寄存器模型SS段寄存器FSGSx86體系結(jié)構(gòu)注：Intel提出的IA-64是于x86的一種新的體系結(jié)構(gòu)，不兼容IA-32體系結(jié)構(gòu)廠商微處理器型號字長年代x86“x86-16”“IA-1

13、6”Intel8086, 8088, 80186, 801888028616位1978年起IA-32Intel80386, 80486, Pentium, Pentium Pro/II/III/4, Core, Atom32位1985年起AMDAm386, Am486, AM5x86, K5,K6, AthlonOthersCyrix 5x86; VIA C3/C7Transmeta Crusoe, Efficeonx86-64AMDOpteron, Athlon 64 Phenom, Phenom II64位2003年起IntelPentium 4 Prescott, Core 2 Core i3/i5/i7OthersVIA Nanox86-64的寄存器模型