[计算机硬件及网络]第三章 高档微处理器.pptVIP

第三章 高档微处理器 Intel公司在推出16位微处理器8086之后，相继 推出了80286、80386、80486以及Pentium系列微处 理器，由于具有向上的兼容性，使得80286之后的微 处理器尽管在结构和功能上与8086相比发生了很大 的变化，但从基本概念、结构乃至指令系统仍然是 8086的延续和扩展。 与8086相比，80286微处理器主要有以下改进： (1)由于地址线的增加，使它的内存容量提高。8086/8088有20条地址线，只能寻址1MB的内存空间，而80286增加到24条地址线，可寻址16MB（224字节）内存。 (2) 时钟频率提高，使得处理速度加快。80286的时钟频率最高可达20MHz。 (3) 可同时运行多个任务。多任务是通过多任务硬件机构使处理器在各种任务之间快速而方便地切换实现。 (4) 将8086/8088的2级流水线体系结构增加到4级。 (5) 80286增加了一种工作方式。8086/8088只有实方式，而80286有实方式和保护方式。在实方式下，80286和8086一样在1MB内存空间执行程序，只是速度提高了，相当于是一个快速的8086。在保护方式下，80286提供24位地址线访问物理地址空间，并首次应用了“虚拟存储器”和“虚拟内存”的概念。 “虚拟存储器”就是系统中有一个速度较快容量较小的内存，还有一个速度较慢但容量很大的外存，通过存储器管理机制，利用外存来模拟内存，这样从程序员角度看，系统中似乎有一个容量非常大的、速度也相当快的主存储器，但它并不是真正的物理内存，故称为虚拟存储器。80286可模拟1GB（230字节）虚拟内存。 一、80286的功能结构 1.总线接口部件BIU BIU负责处理CPU和系统总线之间的所有通信和数据传输，当数据存取请求与预取指令请求同时发生时，BIU 将优先处理数据存取操作。 2.指令部件IU（Instruction Unit） IU包括指令译码器和已译码指令队列（3条）。 3.执行部件EU EU负责指令的执行，即从指令部件IU中取出已译码的指令并直接执行。 4.地址部件AU（Address Unit） AU负责物理地址的生成。 二、80286的寄存器 80286内部的通用寄存器（包括4个数据寄存器和4个基址变址寄存器）、4个段寄存器和指令指针寄存器IP与8086的完全相同。不同之处在于标志寄存器新增了两个标志（占3位）以及增加了1个机器状态字MSW。 1、 标志寄存器FLAGS NT：嵌套标志，此标志作为状态标志用于指出当前执行的任务是否嵌套于另一个任务中。 IOPL：I/O特权标志，此标志作为控制标志用于指示指定的I/O操作处于特权级的哪一级。IOPL占两位，可表示0～3四个特权级，其中0级最高，3级最低。0级一般为操作系统的核心程序使用。只有当现行任务的特权级高于或等于此时IOPL级别时，CPU对此设备的I/O操作才可以执行。 2、机器状态字MSW 含有控制或指示整个系统(不是单个任务)的条件标志 PE：保护允许。PE＝1允许保护，除了RESET外，保护方式不能被撤消；PE＝0禁止保护，只能通过硬件复位，但80386以后的微处理器可以通过指令来设置。 MP：协处理器监控允许。当MP=1时，可用WAIT指令来判断80287的存在性，此时若产生类型号为7的异常，则表示协处理器不存在；当MP=0时，禁止监控。 EM：模拟协处理器允许。当EM＝1时，使用ESC指令，将引起协处理器不存在异常7，可用该中断处理程序进行仿真操作，模拟协处理器工作；当EM＝0时，禁止模拟，协处理器指令只能在实际协处理器80287中执行。 TS：任务切换。在任务切换时，系统硬件总使TS＝1，此时微处理器在执行一条协处理器指令时，会产生协处理器不存在异常中断。 3.2 80386微处理器 与80286相比，80386微处理器主要有以下改进： (1) 由于地址线的增加，使它的寻址能力增强。（232字节）。 (2) 时钟频率提高，使得处理速度加快。最大可达33MHz (3) 增强了存储器管理部件的功能。80386可模拟64TB(246字节)虚拟存储空间，另外80386可进行段式以及段页式存储管理。 (4) 80386增加V86（虚拟8086）工作方式。在80286的基础上进一步改进了多任务处理技术，使得多个DOS程序可同时运行。 (5) 将80286的4级流水线体系结构增加到6级。 四、80386的存储器管理 80386以上CPU采用片内两级存储管理，即段页式管理，由分段部件和分页部件完成。 从逻辑地址到线性地址的转换 2.分页