《高档微处理器》PPT课件.ppt
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1、,第3章高档微处理器,3.1 概述3.2 80286CPU简介3.3 80386微处理器3.4 80486微处理器简介3.5 Pentium系列微处理器3.6 安腾处理器(Itanium)习题与思考题,表3-1 高档微处理器的发展状况表,主频越来越高,从4MHz发展到3.8GHz,集成数目从几万个发展到几亿个,寄存器位数从16位到64位,数据总线从16位到128位,寻址空间从1MB到16TB,Cache从无到有,到Cache的分级,MMX技术、超线程技术双核技术等,3.2 80286CPU简介,80286内部结构图,主要特点:,1.增加地址线到24根,可寻址16MB内存空间,2.两种工作方式:
2、实地址方式和虚地址保护方式;,3.使用虚拟内存;,4.寻址方式更加丰富(24种),5.可以同时运行多个任务;,6.三种类型中断:硬件中断、软件中断和异常中断;,7.增加了高级类指令、执行环境操作类指令和保护类指令,8.接口部件BIU分成:总线部件BU(Bus Unit)地址部件AU和指令部件IU,3.3 80386微处理器,80386是32位微处理器,分为80386SX 和80386DX两种型号。80386DX是标准32位微处理器,80386SX是“准32位”微处理器。,80386有以下特点:,80386由6个逻辑单元组成,按流水线方式工作,运行速度4MIPS,与CPU之间的数据传输速度为32
3、MB/S。,多任务处理更容易,硬件支持多任务。,硬件支持段式管理和页式管理,易于实现虚拟存储系统。,硬件支持DEBUG功能,并可设置数据断点和ROM断点。,4级特权级别:0级的优先级最高,其次为1、2、3级。,具有自动总线功能,CPU读/写数据的宽度可以在32位和16位之间自由进行转换。,地址信号线扩充到32根,可以寻址4GB空间。,采用高性能协处理器80387,具备了很强的浮点运算能力和很高的运算速度。,在每条指令执行期间,CPU需要进行类型、内存越界等保护特性检查。,3.3 80386微处理器,80386的逻辑部件:80386内部分为三大部分:总线接口部件、中央处理部件和存储器管理部件。中
4、央处理部件又分成指令预取部件、指令译码部件和指令执行部件。,3.3 80386微处理器,1总线接口部件,80386的总线接口部件BIU的作用和8086的BIU基本相同,控制进出CPU的所有数据、地址及控制信号。BIU中含有16字节指令预取队列。总线周期仅为2个时钟周期。,3.3 80386微处理器,2中央处理部件,(1)指令预取部件 指令预取部件包括16字节的预取队列寄存器,可存放5条左右的指令。指令代码预取不再由BIU负责,而是由一个独立的指令预取部件完成。当预取队列有空单元或发生一次控制转移时,预取部件便通过分页部件向BIU发出指令预取请求。分页部件将预取指令指针送出的线性地址变为物理地址
5、,再由BIU及系统总线从内存单元中预取指令代码,放入预取队列中。,(2)指令译码部件 80386采用微程序控制技术,指令的执行过程实际是通过执行由微指令组成的微程序来实现的。所有指令对应的微程序存放在其内部的控制存储器中。指令译码部件从BIU的指令预取队列中取指令,将操作码译成与该指令操作码相对应的控制ROM的入口地址,存入译码指令队列中。该队列可容纳3条已译码指令。,(3)执行部件 该部件从译码指令队列中取出已译码指令并执行完成所规定的操作。,3.3 80386微处理器,3存储器管理部件(MMU),存储器管理部件MMU(Memory Management Unit)分为分段部件和分页部件。其
6、中分段部件用来实现逻辑地址到线性地址的转换,分页部件用来实现线性地址到物理地址的转换。若分页部件处于允许状态,则分页部件在操作系统的控制下,便产生线性地址到物理地址的转换;若分页部件处于禁止状态,线性地址即为物理地址。,480386指令流水线,3.3 80386微处理器,总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件和存储器管理部件构成了80386CPU指令流水线。,3.3 80386微处理器,3.3.3 80386内部寄存器,80386寄存器组是8086寄存器组的超集。除了将原有寄存器扩展为32位外,还增加了许多新的寄存器,同时对段寄存器作了较大变动。,原8086寄存器组,16位扩展为32位寄存器
7、,新增寄存器,1通用寄存器组,80386的通用寄存器为EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP及ESP。其低16位AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP可单独使用,AX、BX、CX、DX的高、低8位也可以单独使用。,2段寄存器,80386增加了FS和GS两个新的段寄存器,在非实模式下段寄存器内容不再是段的基地址,而是指向全局与局部描述符表的段选择子。在80386微机系统中编程,必须在存储器中建立四种系统表:(1)GDT全局描述符表共1个;(2)局部描述符表若干个;(3)IDT中断描述符表共1个;(4)TSS任务状态段若干个。,3.3 80386微处理器,描述符表,描述符表
8、分为全局描述符表GDT和局部描述符表LDT,容量64KB。存有若干种描述符,段描述符由8个字节组成,用来描述段的基地址、大小和属性,因此可存放8192个描述符。,索引号用来指示段描述符在描述符表中位置,TI=0表示选择GDT,TI=1表示选择LDT,申请者特权级别,描述符表,3.3 80386微处理器,当指令将一个16位的值赋给段选择器时,CPU将其索引号部分所对应的段描述符自动加载到描述符寄存器中。每个段描述符由三部分组成:基地址字段用来描述所对应段在物理存储器中的起始地址;边界字段用来描述所对应段的大小;属性字段用来描述所对应段的属性。,3系统地址寄存器,3.3 80386微处理器,803
9、86设置了4个系统地址寄存器:GDTR、LDTR、IDTR和TSSR(或称TR),分别用来管理四种系统表,即GDT、LDT、IDT和TSS。GDTR和LDTR为48位宽,而IDTR和TSSR为80位宽。,(1)GDTR和GDT的关系,GDT是一个特殊段,所有任务共用,系统中只需建立一个,没有必要设置描述符,直接由GDTR决定它的基地址和大小。,(2)IDTR和IDT的关系,IDT中存放中断门描述符/陷阱门描述符,系统只需建立一个。,(3)LDTR和LDT的关系,一个任务需要建立一个LDT,LDT段描述由选择器字段来选择,因此LDTR中需要有段选择器字段。LDTR指出当前进程的LDT描述符在全局
10、描述符表GDT中的位置。,(4)TSSR和TSS的关系,和LDT一样,一个任务需要建立一个TSS。TSSR和TSS与IDTR和IDT的关系相类似。,4指令指针、标志寄存器,(1)指令指针,指令指针EIP存放下一条指令的偏移量,该偏移量是相对于现行代码段(CS)基址的偏移。EIP的低16位称为IP,用于16位寻址。,(2)标志寄存器,标志寄存器低12位与8086相同,新增加了四种标志。,IOPL分4级:03,0级级别最高,3级级别最低,嵌套任务标志为1说明当前任务嵌套在另一个任务内,恢复标志为1时,遇到断点或调试故障,继续执行下面的指令。在成功执行每条指令时,RF将自动被复位。,虚拟8086模式
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