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第二章 80x86系列结构微处理器与8086 主要内容 2.180x86系列微处理器是8086的延伸 2.28086的功能结构 2.3 8086微处理器的执行环境 2.1 x86系列 微处理器是8086的延伸 2.1.1 8086功能的扩展 1. 从16位扩展为32位 8086是16位微处理器。寄存器为16位，依赖分段机制，用20位段基地址加上16位的偏移量形成了20位的地址，以寻址1MB的物理地址。 80386 Intel公司推出了第一个32位的微处理器，开创了微处理器的32位时代。 32位地址能寻址4GB物理地址。 2. 从实模式至保护模式 当1981年，IBM公司刚推出IBM-PC时，主频是5MHz，内存是64KB-128KB，没有硬盘，只有单面单密度的软盘，到了PC/XT，才有10MB硬盘。在这样的硬件资源下，采用的操作系统是PC-DOS（MS-DOS）。这是单用户、单任务的磁盘操作系统。操作系统本身没有程序隔离、没有保护。这是DOS遭受病毒泛滥的内因。 随着PC机的大量普及，随着硬件性能的迅速提高。要求有能保护操作系统核心软件的多任务操作系统。为使这样的操作系统能在微型计算机系统中应用与普及，要求微处理器本身为这样的操作系统提供支持。于是，从80286开始，在80386中真正完善保护模式。在保护模式下，程序运行于四个特权级。这样，可以实现操作系统核心程序与应用程序的严格的隔离。保护模式支持多任务机制，任务之间完全隔离。 3. 片内存储管理单元 - MMU 32位可寻址4G，多数PC中物理内存远小于4G，但是应用程序却需要庞大的地址空间。因此，在操作系统中提供了虚拟存储器管理机制，而这要求硬件支持。因而，在80386中提供了片内的MMU。提供了4K页、页表等支持。 以上三点是80386相对于8086的主要功能扩展。 4. 浮点支持 工程应用、图形处理、科学计算等要求浮点支持（实数运算）。因此，自80486芯片开始，在x86系列微处理器中集成了x87（及其增强）浮点单元。 6. 流SIMD扩展（SSE） 自Pentium III处理器开始，在x86系列微处理器中引进了流SIMD（单指令多数据）扩展（SSE）技术。SSE扩展(Streaming SIMD Extensions)把由Intel MMX引进的SIMD执行模式扩展为新的128位MMX寄存器和能在包装的单精度浮点数上执行SIMD操作。 2.1.2 8086性能的提高 1. 利用流水线技术提高操作的并行性 提高性能的一个重要方面是利用超大规模集成电路的工艺与制造技术提高芯片的主频。即减少一个时钟周期的时间。 提高性能的另一重要方面是缩短执行指令的时钟周期数。在8086中，利用流水线把取指令与执行指令重叠，减少了等待取指令的时间，从而使大部分指令的执行为四个时钟周期。 80486具有五级流水，最多可以执行五条指令。 到了奔腾处理器增加了第二个执行流水线以达到超标量性能(两个已知的流水线u和v，一起工作能实现每个时钟执行两条指令)。 Intel Pentium 4处理器是第一个基于Intel NetBurst微结构的处理器。Intel NetBurst微结构是新的32bit微结构，它允许处理器能在比以前的X86系列处理器更高的时钟速度和性能等级上进行操作。Intel Pentium 4处理器有快速的执行引擎、Hyper流水线技术与高级的动态执行。使指令执行的并行性进一步提高，从而做到在一个时钟周期中可以执行多条指令。 2. 引入片内缓存（CACHE） 随着超大规模集成电路技术的发展，存储器的集成度和工作速度都有了极大的提高。但是，相对于CPU的工作速度仍然至少差一个数量级。为了减少从存储器中取指令与数据的时间，利用指令执行的局部性原理，把近期可能要用到的指令与数据放在工作速度比主存储器更高（当然，容量更小）的缓存中。这样的思想，进一步在处理器中实现，即在处理器芯片中实现了缓存。目前，通常在处理器芯片上有指令和数据分开的一级缓存与指令与数据混合的二级缓存。且缓存的容量越来越大。从而进一步提高了处理器的性能。 总之，x86系列系列处理器芯片就是沿着这样的思路发展的。因此，8086是x86系列系列处理器的基础。而且，任一种x86系列处理器芯片在上电后，就是处在8086的实模式。根据需要，用指令进入各种操作模式。所以，学习x86系列处理器必须学习掌握8086，也只能从8086入手。 从指令，从编程来说，几乎没有用汇编语言来使用浮点指