位微处理器.ppt
十一、32位微处理器,4.1.微处理器的发展历程,1978年Intel i8086（第三代 16位CPU的代表）3微米制造技术集成度达到29000个晶体管内部和外部总线都是16位，寻址20位主频达4.77MHZ同类处理器M68000、Z8000,4.1.微处理器的发展历程,1978年Intel 80888088并非8086的升级版，甚至性能还不如8086因为在IBM个人电脑中的使用，产生了PC的概念取得巨大的商业成功，因而名垂史册。同时，Intel提出了协处理器的概念8088可以搭配8087使用8087协处理器主要负责浮点方面的运算，直到486的推出，才将浮点和整数运算单元合并在一起。,4.1.微处理器的发展历程,1982年Intel 8028616位数据总线，24位地址总线1.5um技术制造主频12MHz以上它的效率是8088的4倍以上与8086二进制兼容建立了CISC（复杂指令集）结构,4.1.微处理器的发展历程,1985 Intel 80386 DX/SX（第四代 32位CPU的代表）32位数据总线、32位地址总线（可寻址4GB）其中386SX是准32位CPU，即内部数据通道为32位，外部数据通道为16位，为了兼容采用286的系统设备40MHz主频,0.本章知识脉络,32位处理器概述80386的体系结构80386的工作方式80386的存储器管理80486的主要技术特点简介Pentium的主要技术特点简介,1.32位处理器概述,32位处理器系列80386（1985）80486（1989）Pentium（1993）体系结构上的变革流水线和指令重叠执行技术虚拟存储技术片内存储管理（段页式存储管理）技术为多用户多任务操作系统提供了硬件基础为多媒体、网络、辅助设计、人工智能等新的应用领域提供了硬件基础,2.80386的体系结构,指令预取部件 IPU,16字节指令预取队列,指令译码部件 IDU,指令译码器,译码指令队列,执行部件 EU,ALU、通用寄存器、乘除,分段部件 SU,逻辑地址线性地址,分页部件 PU,线性地址物理地址,总线接口部件 BIU,总线请求判优数据和地址驱动控制信号驱动协处理器控制,线性地址,物理地址,存储器IO协处理器,指令,译码后的指令,逻辑地址,指令字节,操作数和操作结果,3.80386的工作方式,实地址方式,保护方式,虚拟8086方式,IRET指令任务转换,中断,特殊指令修改标志PE=1,复位标志PE=0,系统复位,系统复位系统启动,3.80386的工作方式,实地址方式工作原理、寻址方式与8086相同可以看作是能处理32位数据的8086实地址方式的首要目的是为进入保护方式做准备,3.80386的工作方式,保护方式（本性方式）多任务多用户操作系统的需要对各个任务及其数据实施保护功能不同的任务具有不同的“特权级”不同的任务具有不同的“领地”段页式存储管理,3.80386的工作方式,特权级与保护环,安全核心0环,1环,2环,3环,系统服务,OS扩展,应用,应用程序,数据库系统,操作系统,3.80386的工作方式,虚拟8086方式高速的、带有保护机制的8086主要目的是为了兼容大量8086下的应用程序,4.80386的存储器管理,多任务操作系统对存储器管理的要求不同任务存储区域的隔离、保护和切换虚拟存储器将外存模拟成内存来使用使得比物理内存大的程序也能运行80386满足上述要求的方法片内两级存储管理段页式存储管理,4.80386的存储器管理,分段管理8086的分段：16位段基址16+16位偏移量（有效地址、逻辑地址）=20位 物理地址实现程序的浮动装配实现程序代码中的地址（逻辑地址）与 物理地址的分离,4.80386的存储器管理,分段管理80386的分段：用8字节（64位）的段描述符取代8086段基址寄存器段描述符记录段基址（32位）、长度（20位，以页位单位）每段对应一个段描述符使用描述符表来管理全部的段描述符每段最大4GB，每个任务最多可以拥有16K段，可供使用的存储空间总量为64TB,4.80386的存储器管理,分段管理的优点可以大大扩展存储空间段地址不再由16位段寄存器直接指出，而是由段描述符指出，存储器长度只受段描述符的限制可以实现虚拟存储不必将所有段都调入内存，可以随用随调通过访问段描述符可以知道该段是否在内存中可以实现多任务的隔离段描述符中的属性可以说明该段属于哪个任务,4.80386的存储器管理,分页管理80386的分段：页是段的下一级单位段的划分是出于程序功能的模块化考虑，因此大小是可变的页的长度是固定的，每页为4K字节有了分页功能，只须把每个活动任务当前所需的少量页放在主存中即可，其他都可以放在外存的虚拟存储器中,4.80386的存储器管理,逻辑地址、线性地址与物理地址程序员编程使用逻辑地址（16位段选择子+32位偏移量）类似8086中的 段基址：偏移量此时的段基址寄存器中存放的不是真正的基地址而是指向某个段描述符的指针通过段描述符取出真正的段基地址(32)与 偏移量(32)相加得到的32位地址叫线性地址以上过程在分段部件SU中完成，此过程中SU还将进行保护检验，检查违反权限的访问,4.80386的存储器管理,逻辑地址、线性地址与物理地址线性地址到物理地址的转化在分页部件PU中完成32位线性地址包含10位页组目录项索引10位页表项索引12位偏移量通过页组目录项表找到页表项址通过页表项地址找到页基地址页基地址加偏移量即得到最终物理地址,4.80386的存储器管理,逻辑地址,分段部件 SU,描述符表,分页部件 PU,页组目录项表页映像表,线性地址,物理地址,存储器,多任务、保护机制虚拟存储体系,5.80486的主要技术特点简介,完整的32位处理器保护功能、存储管理、高速缓存、浮点部件精简指令集（RISC）常用指令的执行时间只要一个时钟周期三级存储体系高速缓冲存储器Cache主存辅存,6.Pentium 的主要技术特点简介,双ALU流水线每个时钟周期可执行两条指令独立的指令Cache和数据Cache减少Cache访问冲突64位数据总线可同时传输和处理8字节的数据,
