微型计算机接口与技术第8章.pptVIP

第8章 现代微型计算机 8.1 80x86系列微处理器 8.1.1 16位80X86微处理器 1． 8088微处理器 Intel公司在推出8086之后，为了充分利用8位微型计算机多年来的技术成果，推出了介于16位与8位之间的准16位微处理器8088。 8088与8086有着十分相似的内部结构，完全相同的指令系统，它们之间的区别主要在于8088对外只有8根数据线引脚，访问16位的操作数需要二个总线周期。8088的这一特点使它能够十分方便地与8位接口芯片相连接。1980年，IBM公司使用8088成功地开发了16位微型计算机—— IBM-PC。 由于只有8根数据线，A8~A15脚不再需要与数据线分时使用，BHE信号被取消。 2．80186和80286微处理器 8086被广泛使用之后，Intel公司结合VLSI技术的新发展，力图把大型计算机的技术融合到微处理器中，以提高微处理器的整体性能。首先研制的80186在技术上并不十分成熟，因此没有获得广泛的应用。 1982年Intel推出了增强型16微处理器 80286，集成度达13万管／片，时钟频率提高到5MHz — 25MHz，它的16条数据线和24条地址线相互独立，不再分时使用，可以寻址16M的地址空间。 与8086／8088CPU相比，80286CPU增加了运行多任务所需要的任务切换功能、存储管理功能和多种保护功能。 80286CPU有两种基本工作方式：实地址方式和虚地址保护方式。在实地址方式下， 80286CPU和8086一样，使用20根地址线寻址1M的内存空间，DOS应用程序占用全部系统资源。在保护方式下，80286CPU具有虚拟内存管理和多任务处理功能，通过硬件控制可以在多任务之间进行快速切换。 从结构上看，80286CPU同样分为执行部件EU和总线接口部件BIU两大部分。总线接口部件BIU又分为三部分：地址单元AU、指令单元IU、总线单元BU。IU是80286 CPU新增加的部件，作用是从BU的预取代码队列中取出指令进行译码，将译码结果放入已被译码的指令队列中，加快指令的执行。由于80286 CPU时钟频率比8086／8088CPU时钟频率高，而且多个部件并行操作，所以，处理能力有了较大提高。 IBM公司以80286为CPU生产了著名的IBM-PC/AT微型计算机，它的许多技术被沿用至今。 8.1.2 32位80X86微处理器 1．80386微处理器 1985年，Intel公司推出了第四代微处理器，32位的微处理器80386，片内集成27.5万个晶体管，时钟频率为16 MHz～33 MHz。。它与8086向上兼容，具有32位数据线和32位地址线，片内的通用寄存器也扩展到了32位。该芯片内集成了存储管理部件和保护机构，80386有3种工作模式：实地址模式、虚地址保护模式和虚拟8086模式，这几种模式一直沿用至今。此阶段的32位处理器还有Motorola的MC68020、贝尔实验室的Bellmac-32A，National Semiconductor公司的16032和NEC的V70等。 80386内部由中央处理器CPU、存储器管理部件MMU、总线接口部件BIU组成。 中央处理器CPU由指令预取部件IPU、指令译码部件IDU和执行部件EU组成。指令预取部件从存储器按顺序取出16字节长的指令代码到预取队列中。指令译码部件负责对指令队列内的指令译码，将译码后的三条指令存入译码指令队列。执行部件包括运算器ALU、4个支持8位、16位操作的32位通用寄存器EAX、EBX、ECX、EDX，4个支持16位操作的32位通用寄存器ESI、EDI、EBP、ESP，1个64位的多位移位加法器，它们共同执行各种数据处理和运算。指令预取、译码部件与执行部件并行工作，使取指令、译码与指令的执行在时间上“重叠”。 集成在片内的存储器管理部件（MMU）是80386的一个重要特点，由分段部件和分页部件组成，负责管理多至4GB的物理内存和64TB的虚拟内存。分段部件管理逻辑地址空间，进行逻辑地址向线性地址的变换，从而实现任务之间的隔离和指令、数据的重定位。分段部件还提供4个特权级（0～3），使应用程序和操作系统相互隔离，使得系统的设计具有较好的安全性和完整性。存储器中的每段可分为一页或几页，每页大小固定。线性地址空间的“页”可以映射到物理地址空间，从而实现“虚拟存储”的功能。分页部件通过二级页表实现线性地址向物理地址的转换。80386增加了两个附加段寄存器FS、GS。为了完成虚拟存储管理功能，在MMU内增设了与6个段寄存器对应的64位“段描述符寄存器”，4个存放地址转换表等信息的系统地址寄存器。8.3节将要对存储管理技术作进一步的介绍。 总线接口部件BIU负责与存储器、I／O端口交换数据。 80386微处理