1、第第3篇微计算机系统的原理及应用篇微计算机系统的原理及应用 第第13章章微处理器微处理器 教教学学目目的的：本本章章介介绍绍微微处处理理器器的的结结构构、寄寄存存器器、存存储储器器管管理理等等内内容容，以以便便读读者者了了解解微微型型计计算算机的工作原理。机的工作原理。教学重点：教学重点：微处理器的寄存器与存储器管理。微处理器的寄存器与存储器管理。教学难点：教学难点：存储器的分段及逻辑地址存储器的分段及逻辑地址13.1 8086微处理器13.1.18086的内部结构的内部结构 图13.1 8086CPU的内部结构框图13.1.2 8086的寄存器1通用寄存器通用寄存器1）数据寄存器）数据寄存器
2、4个个16位寄存器：位寄存器：AX、BX、CX和和DX。2）地址指针和变址寄存器）地址指针和变址寄存器（1）设置地址指针和变址寄存器的目的）设置地址指针和变址寄存器的目的（2）地址指针和变址寄存器功能）地址指针和变址寄存器功能2段寄存器段寄存器lCS16位的代码段寄存器。位的代码段寄存器。lDS16位的数据段寄存器。位的数据段寄存器。lES16位的附加（扩展）段寄存器。位的附加（扩展）段寄存器。lSS16位的堆栈段寄存器。位的堆栈段寄存器。l3控制寄存器控制寄存器l1）指令指针）指令指针IPl2）标志寄存器）标志寄存器Fl表表1318086标志寄存器标志位标志寄存器标志位l（1）PF（Pari
3、tyFlag）奇偶标志）奇偶标志l（2）ZF（ZeroFlag）零标志）零标志l（3）SF（SignFlag）符号标志）符号标志（1）PF（Parity Flag）奇偶标志 l3个控制标志个控制标志l（1）DF（DirectionFlag）方向标志）方向标志l（2）IF（InterruptEnableFlag）中断允许标志）中断允许标志l（3）TF（TrapFlag）陷阱标志）陷阱标志l13.1.313.1.3存储器存储器寻址l1.存储器的分段及逻辑地址存储器的分段及逻辑地址l2.物理地址的生成物理地址的生成l物理地址物理地址=段基址段基址10H+偏移量偏移量l 图图13.2物理地址生成方法示
4、意图物理地址生成方法示意图13.1.4 8086CPU的总线周期l图12.3 8086 的总线周期 13.1.5 8086系统中部分专用地址空间系统中部分专用地址空间1）系统专用存储空间）系统专用存储空间（1）中断向量区：）中断向量区：00000H003FFH共共1KB（2）显示缓冲区：）显示缓冲区：B0000HB0F9FH约约4KB（3）启动区：）启动区：FFFF0HFFFFFH共共16个单元个单元2）堆栈）堆栈堆栈是在存储器中开辟的一个临时存储区，这个存储堆栈是在存储器中开辟的一个临时存储区，这个存储区的一端固定（即栈底），另一端活动（即栈顶），区的一端固定（即栈底），另一端活动（即栈顶）
5、，且只允许数据从栈顶进出。且只允许数据从栈顶进出。3）I/O外设的地址外设的地址直接寻址适用于地址在直接寻址适用于地址在00HFFH范围内的端口寻址。范围内的端口寻址。间接寻址适用于地址在间接寻址适用于地址在0000HFFFFH范围内的端口范围内的端口寻址寻址13.2 80 x86系列微处理器13.2.1功能的扩展功能的扩展1）从）从16位到位到32位的扩展位的扩展2）工作模式的扩展）工作模式的扩展3）片内存储管理单元）片内存储管理单元4）浮点支持功能）浮点支持功能5）扩展指令集）扩展指令集13.2.2性能的提高性能的提高1）流水线技术的提高）流水线技术的提高2）片内引入高速缓存）片内引入高速
6、缓存l图图13.4指令流水线操作时序示意图指令流水线操作时序示意图133 Pentium系列微处理器1331 内部组成与工作方式图13.5 Pentium微处理器的内部组成13.3.2Pentium微处理器的寄存器微处理器的寄存器l1.指令指针寄存器指令指针寄存器EIPl2.通用寄存器通用寄存器l3.段寄存器段寄存器l4.标志寄存器标志寄存器l5.系统地址寄存器系统地址寄存器l6.控制寄存器控制寄存器l7.调试寄存器调试寄存器l8.专用模式寄存器专用模式寄存器l13.3.3Pentium系列微处理器采用系列微处理器采用的的新技术新技术l1超标量流水线l2.分支转移预测技术l3.CISC技术和R
7、ISC技术相结合l4独立的指令Cache和数据Cachel5.重新设计的浮点运算单元l 6.第2代与第3代SSE指令集13.4新一代微处理器新一代微处理器13.4.1 64位微处理器位微处理器l图13.7 IA-64微处理器的一般体系结构示意图l图13.7 IA-64微处理器的一般体系结构示意图2.EPIC技术1）预测式执行）预测式执行2）推测装入）推测装入3）高级装入）高级装入4）提供足够资源实现）提供足够资源实现EPIC技术技术5）采用超长指令字处理器实现并行操作）采用超长指令字处理器实现并行操作13.4.2多核微处理器多核微处理器1多核微处理器的特点多核微处理器的特点l图图13.8双核微处理器的基本结构双核微处理器的基本结构2多核微处理器的性能多核微处理器的性能1）宽位动态执行）宽位动态执行2）智能内存访问）智能内存访问3）智能高速缓存）智能高速缓存4）数字多媒体增强技术）数字多媒体增强技术5）64位扩展技术位扩展技术3多核微处理器的发展多核微处理器的发展
