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第二章 80X86微处理器的结构 张德煌 第二章 80X86微处理器的结构 张德煌 2．1 从8086到PentiumⅢ 2.1.1 Intel 8086微处理器的基本结构 1．16位处理器、40脚的DIP(双列直插)封装。 2．时钟频率：5MHz、8MHz和10MHz。 3．20条地址线，有220=1024KB=1MB 寻址能力。 缺口 1脚 20脚 40脚 2．1 从8086到PentiumⅢ 2.1.1 Intel 8086微处理器的基本结构 两个独立的功能部件：执行部件EU、总线接口部件BIU。 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI CS DS SS ES IP 1 2 4 6 5 3 标志寄存器 总线 控制 逻辑 指令队列 EU 控 制 ALU 地址加法器 ∑ BIU单元 EU单元 AX BX CX DX 内存 接口 功能： 外部总线连接，完成EU所需的总线操作，计算形成20位的物理地址。 从内存储器中取出指令送指令队列排队。 按EU的要求读写内存、I/O中的操作数。 组成： 段寄存器(CS、DS、ES、SS) 指令指针（IP） 地址加法器、总线控制 指令队列 CS DS SS ES IP 1 2 4 6 5 3 总线 控制 逻辑 指令队列 地址加法器 ∑ 一、总线接口部件BIU(Bus Interface Unit) 二、执行部件EU(Execution Unit) 组成：通用寄存器、标志寄存器、ALU、EU控制。 功能：从指令队列获得指令，译码、执行指令操作。 译码指令、执行算术运算、逻辑运算。 向BIU提供操作数的内存或I／O端口的地址。 管理标志寄存器和指令操作数。 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP SI DI 标志寄存器 EU 控 制 ALU AX BX CX DX 1 2 4 6 5 3 指令队列 EU和BIU独立并行工作，比其前任8085提高了运行速度。 两种工作方式: 实方式(实地址方式)和保护方式(保护虚地址方式)。 2．1．2 Intel 80286微处理器的基本结构 16位处理器，与8086兼容 时钟频率：最高25MHz， 24条地址线，有224(16MB)寻址能力 集成存储管理和保护机构，四层特权支持操作系统和多任务管理 保护方式：虚拟存储器、地址空间的保护，可靠地支持多用户和多任务系统。有224字节(16MB)寻址能力，任务的230字节(1GB)的虚地址映射到224字节的物理地址中。 实方式：兼容8086的全部功能，20条地址线，有220(1MB)寻址能力。 虚拟存贮空间：即程序占有的存贮空间，其存贮空间范围由CPU的体系结构确定。 2．1．2 Intel 80286微处理器的基本结构 存贮器管理部件 物理 空间 RAM ROM 虚拟空间磁盘等外存支撑 任务1 任务2 任务X 任务N-1 任务N 物理地址空间： CPU可直接访问存贮空间，其存贮空间范围由CPU的地址总线位数决定。 地址部件AU(Address Unit)：从EU的寄存器中取出地址，形成物理地址BU，产生物理存储器地址或I／O端口地址。 总线部件BU(Bus Unit)：读取指令代码和读写操作数据。 M/IO、BHE INTA、…… 寄存器 ALU 控 制 器 地址加法器 段基地址 段容量 段限检查 6字节指令队列 已译码3字 节指令队列 指令译码器 NMI INTR BUSY ERROR D0~D15 A0~A23 总线部件 BU 地址部件 AU 数据收发 地址锁存 总线控制 预取器 协处理 器接口 指令部件IU(Instruction Unit)：从BU取出指令、译码、送入已被译码的指令队列，IU与EU的并行操作。 执行部件EU(Execution Unit)：EU负责执行指令。 四个部件的并行操作，提高了信息吞吐率，加快了处理速度。 增加功能部件，各个部件并行操作，是提高CPU速度的主要方法。 M/IO、BHE INTA、…… 寄存器 ALU 控 制 器 地址加法器 段基地址 段容量 段限检查 已译码3字 节指令队列 指令译码器 NMI INTR BUSY ERROR D0~D15 A0~A23 指令部件 IU 执行部件 EU 6字节指令队列 数据收发 地址锁存 总线控制 预取器 协处理 器接口 2.1.3 Intel 80386微处理器的基本结构 32位处理器，与8086、80286相兼容 32位地址线，直接寻址4GB（1GB为230字节）的物理地址空间 虚拟存储空间为64TB(1TB为240字节) 最高工作频率为40MHz 多用户、多任务操作系统芯片。存储器管理部件和保护机