1、計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 第第1010章章 80X8680X86的最新技術開展的最新技術開展 Intel80X86處置器的開展處置器的開展Intel8080 8位微處置器位微處置器Intel8085 高檔高檔8位微處置器位微處置器指令比較完善，有了中斷與指令比較完善，有了中斷與DMA匯編、匯編、BASIC，FORTRAN、PL/M 后期配備后期配備CP/M操作系統操作系統 Intel8086 16位位8086數據總線數據總線16位、地址總線位、地址總線20位位Intel8088 準準16位位外部數據總

2、線外部數據總線8位，內部數據總線位，內部數據總線16位位IBM PC、IBM PC/XTIntel80286、MC68010 高檔高檔16位位數據總線數據總線16位，地址總線位，地址總線24位位IBM PC/AT實地址方式、虛地址維護方式實地址方式、虛地址維護方式虛地址方式可尋址虛地址方式可尋址16MB物理地址和物理地址和1GB的虛擬地址空間的虛擬地址空間計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 Intel80X86Intel80X86處置器的開展處置器的開展1 1Intel80386 32位微處置器位微處置器數據總

3、線數據總線32位，地址總線位，地址總線32位位實地址方式、虛地址維護方式、虛擬實地址方式、虛地址維護方式、虛擬8086方方式式虛地址方式可尋址虛地址方式可尋址4GB(232)物理地址和物理地址和64TB(246)的虛擬地址空間的虛擬地址空間Intel80486 32位微處置器位微處置器80386+80387+8KB的的Cache部分采用部分采用RISC技術、突發總線技術技術、突發總線技術運用時鐘倍頻技術運用時鐘倍頻技術Pentium奔騰奔騰 32位微處置器位微處置器5級超標量構造、分支預測技術級超標量構造、分支預測技術64條數據線、條數據線、32條地址線條地址線常用指令硬件化，運用微程序設計常

4、用指令硬件化，運用微程序設計Pentium MMX多能奔騰多能奔騰 32位位添加了添加了57條條MMX指令指令采用了采用了SIMD技術技術 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 Intel80X86Intel80X86處置器的開展處置器的開展2 2Pentium Pro高能奔騰高能奔騰 32位位64條數據線、條數據線、36條地址線條地址線實現了動態執行技術實現了動態執行技術(亂序執行亂序執行) Pentium II奔騰奔騰2 32位微處置器位微處置器Pentium Pro + MMX雙獨立總線構造雙獨立總線構造P

5、entium III奔騰奔騰3 32位微處置器位微處置器添加了添加了70條條SSE指令指令初次內置序列號初次內置序列號 Pentium 4 32位微處置器位微處置器(非非P6中心構造中心構造)超級管道技術超級管道技術添加了添加了144條條SSE2指令指令簡單簡單ALU運轉在運轉在2倍的處置器中心頻率下倍的處置器中心頻率下Itanium 64位微處置器位微處置器采用采用EPIC技術、技術、RISC技術和技術和CISC技術技術具有顯示并行功能具有顯示并行功能具有斷定執行功能具有斷定執行功能具有數據預裝的功能具有數據預裝的功能采用三級高速緩存采用三級高速緩存 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院

6、COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 Intel Intel 微處置器開展圖微處置器開展圖計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 現代微機開展的特點現代微機開展的特點微處置器性能不斷加強微處置器性能不斷加強微處置器支持芯片被高度集成微處置器支持芯片被高度集成主板總線構造發生改動主板總線構造發生改動 堅持向上兼容性堅持向上兼容性 微機主板構造發生很大變化微機主板構造發生很大變化計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOG

7、Y吉林大學吉林大學 10.1 8028610.1 80286的體系構造的體系構造 IntelIntel公司在公司在8080年代初推出了新的微處置器年代初推出了新的微處置器Intel Intel 8028680286，這是一種具有存儲器管理和維護機構的，這是一種具有存儲器管理和維護機構的1616位微處位微處置器。置器。8028680286芯片采用芯片采用6868引腳四列直插式封裝，時鐘頻率有引腳四列直插式封裝，時鐘頻率有8MHz8MHz和和10MHz10MHz兩種。兩種。主要特點：主要特點：1 1CPUCPU內部有內部有4 4個處置單元，可并行任務個處置單元，可并行任務2 2支持存儲器管理和維護

8、功能，存儲器管理支持存儲器管理和維護功能，存儲器管理功能可實如今實地址和維護虛地址方式下訪問存儲器，維功能可實如今實地址和維護虛地址方式下訪問存儲器，維護功能包括對存儲器的合法操作，對義務虛現特權級維護。護功能包括對存儲器的合法操作，對義務虛現特權級維護。3 3實現虛擬存儲管理實現虛擬存儲管理 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8028680286的內部構造的內部構造 8028680286在內部構造上比在內部構造上比80868086添加了指令執行部件添加了指令執行部件(IU)(IU)，同，同時將時將80868

9、086中的總線接口部件分成總線部件中的總線接口部件分成總線部件(BU)(BU)、地址部件、地址部件(AU)(AU)。這樣，這樣，8028680286的的CPUCPU有四個獨立的處置元件：有四個獨立的處置元件：EUEU、AUAU、BUBU、IUIU，這四個部件并行地操作。，這四個部件并行地操作。 地址單元 AU 總線單元 BU 地址加法器 地址驅動器 A23-0, BHE, M/IO 段基址 預取器 協處理器接口 段大小 總線控制 總線信號 偏移量加法器 段限檢查 總線緩沖器 D15-0 6 字節預取隊列 寄存器 ALU 指令譯碼器 控制器 3 條已被譯碼的指令隊列 執行單元 EU 指令單元 I

10、U 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8028680286存放器組存放器組 8028680286具有具有1515個個1616位的存放器組，可以分成三組：通用存放器、位的存放器組，可以分成三組：通用存放器、段存放器、形狀和控制存放器。其中通用存放器和段存放器與段存放器、形狀和控制存放器。其中通用存放器和段存放器與80868086完全一樣，而形狀和控制存放器中有完全一樣，而形狀和控制存放器中有3 3個公用存放器，用來個公用存放器，用來記錄或控制記錄或控制8028680286的某些形狀，包括形狀標志存放器的某些形狀

11、，包括形狀標志存放器(F)(F)、指令指、指令指示器示器(IP)(IP)、機器形狀字存放器、機器形狀字存放器(MSW)(MSW)。1 1指令指示器指令指示器IPIP。這個。這個1616位的存放器用來指出下一條要執行位的存放器用來指出下一條要執行的指令偏移地址。的指令偏移地址。2 2形狀標志存放器形狀標志存放器F F。F F存放器用來記錄算術或邏輯運算類指存放器用來記錄算術或邏輯運算類指令操作結果的性質，在進展令操作結果的性質，在進展I/OI/O操作時，操作時，I/OI/O所在的特權級，也由所在的特權級，也由F F存放器來記錄。存放器來記錄。I/OI/O特權標志特權標志IOPL(IOPL(第第1

12、212、1313位位) )：用來指定：用來指定I/OI/O操作時處于操作時處于0 03 3特特權級中的哪一級。權級中的哪一級。嵌套義務標志嵌套義務標志NT(NT(第第1414位位) )：用來表示當前執行的義務能否嵌套在：用來表示當前執行的義務能否嵌套在另一個義務內。當另一個義務內。當NT=1NT=1時，表示當前義務被嵌套于另一個義務中，時，表示當前義務被嵌套于另一個義務中，執行完該義務后，要前往到原來的義務中去。執行完該義務后，要前往到原來的義務中去。3 3機器形狀字存放器機器形狀字存放器MSWMSW。MSWMSW用來表示當前處置器所處的形用來表示當前處置器所處的形狀，目前只運用了它的低狀，目

13、前只運用了它的低4 4位，其中一位用來使位，其中一位用來使CPUCPU進入虛地址維進入虛地址維護方式，其他三位那么起控制協處置器接口作用，其中，護方式，其他三位那么起控制協處置器接口作用，其中，PEPE為維為維護方式允許位，用來啟動微處置器任務方式，當護方式允許位，用來啟動微處置器任務方式，當PE=0PE=0，為實地址，為實地址方式，方式，PE=1PE=1，為虛地址方式。，為虛地址方式。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 機器形狀存放器機器形狀存放器MSWMSW功能表功能表 當執行當執行RESETRESET后

14、，后，MSWMSW被自動置成被自動置成FFF0HFFF0H，即將，即將8028680286置成實置成實地址方式。用地址方式。用LMSWLMSW和和SMSWSMSW指令可在實地址方式裝入和存儲指令可在實地址方式裝入和存儲機器形狀字存儲器的內容。機器形狀字存儲器的內容。 表3.1.1 機器狀態寄存器功能表 位 名稱 功能 0 PE 保護方式允許，把80286置于保護方式，并且除RESET外，不能被消除。 1 MP 監督協處理器：允許WAIT指令引起“協處理器不存在異常。” 2 EM 仿真協處理器： 當ESC指令允許仿真一個協處理器時， 將引起 “協處理器不存在異常” 。 3 TS 任務轉換：表示下

15、一條若使用協處理器指令時，將會引起異常，允許用軟件測試當前協處理器處理的上、下文是否屬于當前任務。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8028680286的實地址與虛地址維護方式的實地址與虛地址維護方式 1. 808261. 80826的實地址方式的實地址方式8082680826的實地址方式與的實地址方式與80868086任務方式根任務方式根本一樣。為了和本一樣。為了和80868086兼容，兼容，8082680826的的2424根地址線中只需低根地址線中只需低2020位位A19A19A0A0有用，因此，在實地

16、址方式可尋址空間為有用，因此，在實地址方式可尋址空間為1MB1MB。在實地址。在實地址方式中，方式中，8082680826保管了兩個固定的存儲區域。在存儲器高端保管了兩個固定的存儲區域。在存儲器高端0FFFF0H0FFFF0H0FFFFFH0FFFFFH保管的是系統初始化區。在存儲器低端保管的是系統初始化區。在存儲器低端000000H000000H0003FFH0003FFH，存放的是中斷矢量表。，存放的是中斷矢量表。2. 808262. 80826虛地址維護方式虛地址維護方式8082680826在實地址方式下操作只相當于在實地址方式下操作只相當于一個快速的一個快速的80868086，而在虛地

17、址維護方式下操作才干充分發揚，而在虛地址維護方式下操作才干充分發揚8028680286的作用。的作用。在虛地址維護方式中，在虛地址維護方式中，8082680826用實地址方式的功能和存儲器管理、用實地址方式的功能和存儲器管理、對虛擬存儲器的支持以及對地址空間的維護合為一體，從而使對虛擬存儲器的支持以及對地址空間的維護合為一體，從而使8082680826能可靠地支持多用戶系統。在虛地址維護方式中，能可靠地支持多用戶系統。在虛地址維護方式中，8082680826的的2424根地址線根地址線A23A23A0A0全被用上，因此，可直接尋址的地址空間范全被用上，因此，可直接尋址的地址空間范圍為圍為16M

18、B16MB。8082680826經過集成在片內的維護機構，能給每個義務提經過集成在片內的維護機構，能給每個義務提供最大可達供最大可達1000MB1000MB的虛擬存儲空間。的虛擬存儲空間。虛擬地址維護方式的物理存儲器也是由兩部分組成的，即段基地虛擬地址維護方式的物理存儲器也是由兩部分組成的，即段基地址和段內偏移量。段基地址是址和段內偏移量。段基地址是2424位的，將段基地址和相應特征集位的，將段基地址和相應特征集合在一同構成一張表合在一同構成一張表描畫符表，存放在存儲器的某一區域。描畫符表，存放在存儲器的某一區域。于是，在虛地址維護方式下各段存放器的內容，不再是段基地址于是，在虛地址維護方式下

19、各段存放器的內容，不再是段基地址而是一個參數，用這個參數從描畫符表中取出相應的描畫符，就而是一個參數，用這個參數從描畫符表中取出相應的描畫符，就找到了段基地址，與找到了段基地址，與1616位偏移量相加構成了所要尋址單元的物理位偏移量相加構成了所要尋址單元的物理地址。地址。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 10.2 8038610.2 80386的體系構造的體系構造 IntelIntel公司于公司于19841984年底推出高性能的年底推出高性能的3232位微處置位微處置器器Intel 80386Intel 8

20、0386，它是，它是8082680826的擴展，從而構的擴展，從而構成由成由80868086、8018680186、8028680286、8038680386組成的完好的組成的完好的8686系列。系列。 8038680386的最大特點是在的最大特點是在CPUCPU芯片上集成了一個存儲芯片上集成了一個存儲器管理部件器管理部件(MMU)(MMU)，可對，可對246246的虛擬存儲空間和的虛擬存儲空間和4 4千兆字節千兆字節(232)(232)的物理存儲空間進展分段和分頁的物理存儲空間進展分段和分頁管理，段的最大空間為管理，段的最大空間為4 4千兆字節。千兆字節。 8038680386的時鐘頻率有的

21、時鐘頻率有16MHz16MHz和和20MHz20MHz兩種，每秒鐘兩種，每秒鐘可繼續執行三四百萬條指令，性能為可繼續執行三四百萬條指令，性能為8028680286的三的三倍，已超越許多超級小型機的速度。倍，已超越許多超級小型機的速度。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8038680386的內部構造的內部構造 8038680386邏輯上由六個功能部件組成：總線接口部件、代碼預取部邏輯上由六個功能部件組成：總線接口部件、代碼預取部件、指令譯碼部件、存儲器管理部件、執行部件及控制部件。這件、指令譯碼部件、存儲器管

22、理部件、執行部件及控制部件。這六個功能部件采用流水線構造，這樣可以同時處置多條指令，以六個功能部件采用流水線構造，這樣可以同時處置多條指令，以減少程序實踐執行時間。減少程序實踐執行時間。總線接口部件完成在總線周期內對必要的信號線進展控制。在其總線接口部件完成在總線周期內對必要的信號線進展控制。在其他五個部件沒有傳送要求時，總線接口部件那么執行從存儲器預他五個部件沒有傳送要求時，總線接口部件那么執行從存儲器預取指令的任務。取指令的任務。代碼預取部件從存儲器中以代碼預取部件從存儲器中以4 4個字節為單位預先取出指令，存放個字節為單位預先取出指令，存放在在1616個字節的指令預取隊列中。個字節的指令

23、預取隊列中。指令譯碼部件從代碼預取部件中的預取隊列里按順序取出指令并指令譯碼部件從代碼預取部件中的預取隊列里按順序取出指令并譯碼。譯碼。執行部件與別的部件協同完成指令的功能。執行部件與別的部件協同完成指令的功能。存儲器管理部件由分段部件和分頁部件構成，分段部件將邏輯地存儲器管理部件由分段部件和分頁部件構成，分段部件將邏輯地址轉換為線性地址，芯片上有一個段描畫符高速緩沖存放器，其址轉換為線性地址，芯片上有一個段描畫符高速緩沖存放器，其中存有當前段的段描畫符，它可加快這種轉換。分頁部件將線性中存有當前段的段描畫符，它可加快這種轉換。分頁部件將線性地址轉換為物理地址，在芯片中還有頁描畫符高速緩沖存放

24、器。地址轉換為物理地址，在芯片中還有頁描畫符高速緩沖存放器。它存放著頁描畫符。分頁部件把物理總線地址接到總線接口部件，它存放著頁描畫符。分頁部件把物理總線地址接到總線接口部件，以執行存儲器訪問或以執行存儲器訪問或I/OI/O訪問。訪問。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8038680386的內部構造框圖的內部構造框圖3輸入 加法器描畫符存放器界限和屬 性 PLA 加法器頁 面超高速緩 存控制和保 持 PLA 懇求特權 地 址 驅動器 流水線/ 總線寬度 控制器 多 路 收發器 維護檢 測部件 移位地址 加法

25、器 乘 / 除 存放器堆 譯碼和 定序 控制 ROM 指令譯碼 已譯碼 隊 列 預取器 界限 檢測器 16B指令 隊列 32 32 分段部件 分頁部件 總線控制 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8038680386存放器組存放器組1 1 1 1通用存放器通用存放器8038680386有八個有八個3232位的通用存放器：位的通用存放器：EAXEAX、EBXEBX、ECXECX、EDXEDX、ESPESP、EBPEBP、ESIESI、EDIEDI。為了與。為了與80868086系列微處置器兼容，系列微處置器兼容

26、，各存放器的低各存放器的低1616位部分可作為位部分可作為1616位寄器存器運用，這時分別指定位寄器存器運用，這時分別指定為為AXAX、BXBX、CXCX、DXDX、SPSP、BPBP、SISI和和DIDI。前四個寄器的低。前四個寄器的低1616位又可位又可分作高分作高8 8位和低位和低8 8位，作為位，作為8 8位寄器運用。位寄器運用。2 2段存放器段存放器8038680386有六個有六個1616位段存放器：位段存放器：CSCS、DSDS、SSSS、ESES、FSFS和和GSGS。其中。其中CSCS為代碼段、為代碼段、SSSS為堆棧段、其他為數據段。段存放為堆棧段、其他為數據段。段存放器主要

27、在實地址方式時存放段基地址，在維護方式時，它作為保器主要在實地址方式時存放段基地址，在維護方式時，它作為保管段描畫符的選擇器。管段描畫符的選擇器。3 3公用存放器公用存放器8038680386有兩個有兩個3232位公用存放器：指令指針位公用存放器：指令指針(EIP)(EIP)和標志存放器和標志存放器(EFLAGS)(EFLAGS)。EIPEIP的低的低1616位稱為位稱為IPIP，用于執行，用于執行80868086的指令。的指令。EFLAGSEFLAGS的低的低1616位和位和8028680286的形狀標志存放器完全一樣，新添加的的形狀標志存放器完全一樣，新添加的兩個標志位在高兩個標志位在高1

28、616位中。其中位中。其中VMVM用于控制方式轉移，當用于控制方式轉移，當VM=1VM=1時，時，從維護方式轉換到虛擬從維護方式轉換到虛擬80868086方式；當方式；當VM=0VM=0時，恢復維護方式。時，恢復維護方式。RFRF是恢復標志，當指令執行終了時，是恢復標志，當指令執行終了時，RF=0RF=0；執行過程中發生中斷時，；執行過程中發生中斷時，RF=1RF=1。因此，在頁變換后需檢查。因此，在頁變換后需檢查RFRF標志，假設標志，假設RF=1RF=1，那么再執行，那么再執行該指令；假設該指令；假設RF=0RF=0時，那么從下一條指令開場執行。時，那么從下一條指令開場執行。計算機科學與技

29、術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8038680386存放器組存放器組2 24 4控制存放器控制存放器8038680386有四個有四個3232位的控制存放器：位的控制存放器：CR0CR0CR3CR3。CR0CR0是機器形狀存放器，各位的含義如表是機器形狀存放器，各位的含義如表3.2.13.2.1所示。所示。PGPG為分頁允為分頁允許位，指示能否運用分頁。許位，指示能否運用分頁。EFEF、EMEM、MPMP位控制了與協處置器的接位控制了與協處置器的接口，口，TSTS進展義務切換。進展義務切換。PGPG、PEPE組合后設置操作

30、方式，用來控制組合后設置操作方式，用來控制8038680386的任務方式。的任務方式。CR1CR1是是IntelIntel公司的保管存放器。公司的保管存放器。CR2CR2是頁缺點線性地址存放器，保管最后發生頁缺點的線性地址。是頁缺點線性地址存放器，保管最后發生頁缺點的線性地址。CR3CR3是頁目錄地址存放器，用來保管頁表的基地址。是頁目錄地址存放器，用來保管頁表的基地址。 5 5系統地址存放器系統地址存放器8038680386有四個系統地址存放器：有四個系統地址存放器：GDTRGDTR、IDTRIDTR、LDTRLDTR和和TRTR。GDTRGDTR為全局描畫符表存放器，用來保管為全局描畫符表

31、存放器，用來保管GDTGDT的的3232位線性基地址和位線性基地址和1616位界限值。位界限值。IDTRIDTR為中斷描畫符表存放器，用來保管為中斷描畫符表存放器，用來保管IDTIDT的的3232位位線性基地址和線性基地址和1616位界限值。位界限值。LDTRLDTR為部分描畫符表存放器，用來保為部分描畫符表存放器，用來保管管LDTLDT的的1616位選擇器的值。位選擇器的值。TRTR為義務形狀存放器，用來保管為義務形狀存放器，用來保管TSTS的的1616位選擇器的值。這四個存放器在維護方式時都可運用，但在實位選擇器的值。這四個存放器在維護方式時都可運用，但在實地址時只能訪問地址時只能訪問GD

32、TRGDTR和和IDTRIDTR。6 6調試存放器調試存放器8038680386有八個有八個3232位調試存放器位調試存放器DR0DR0DR7DR7，用于，用于調試功能。調試功能。DR0DR0DR3DR3設定四個斷點線性地址。設定四個斷點線性地址。DR6DR6是調試形狀存是調試形狀存放器，保管斷點的當前形狀，放器，保管斷點的當前形狀，DR7DR7是調試控制存放器，設置斷點是調試控制存放器，設置斷點并指示中斷結果，并指示中斷結果，DR4DR4和和DR5DR5保管，供保管，供IntelIntel公司運用。公司運用。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND

33、TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8038680386任務方式任務方式三種任務方式三種任務方式1. 實地址方式實地址方式2. 維護虛地址方式維護虛地址方式3. 虛擬虛擬8086方式方式實地址方式與虛擬實地址方式與虛擬8086方式的區別方式的區別 任任務務模模式式 尋尋址址范范圍圍 內內存存管管理理方方式式 實實地地址址 單單任任務務，整整個個CPU 的的方方式式 整整個個系系統統 1M 分分段段 虛虛擬擬 8086 多多任任務務，一一個個任任務務的的方方式式 每每個個任任務務 1M 分分段段，分分頁頁 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TEC

34、HNOLOGY吉林大學吉林大學 10.3 8048610.3 80486的體系構造的體系構造 8048680486是是IntelIntel公司于公司于19891989年推出的年推出的3232位高檔微處位高檔微處置器，它在置器，它在8038680386的根底上作了一些改良。簡單的根底上作了一些改良。簡單地說，地說，8048680486芯片相當于一片芯片相當于一片8038680386加上一片加上一片80387(80387(數學協處置器數學協處置器) )，再加上，再加上8KB8KB的內片快速緩的內片快速緩存存(Cache)(Cache)。 8048680486完全擁有完全擁有8038680386的一

35、切功能，諸如頁式存儲的一切功能，諸如頁式存儲管理、段式存儲管理、管理、段式存儲管理、DEBUGDEBUG功能，自測試功能、功能，自測試功能、三種任務方式、多義務、流水線指令執行方式和三種任務方式、多義務、流水線指令執行方式和3232位整數算術邏輯運算，等等。位整數算術邏輯運算，等等。 8048680486完全和完全和8038680386兼容，目的碼一級也兼容。在兼容，目的碼一級也兼容。在軟件上，軟件上，8048680486實踐上和實踐上和8038680386一樣，區別主要表一樣，區別主要表如今底層硬件實現上的不同。如今底層硬件實現上的不同。8048680486可以用于高可以用于高檔微機和任務站

36、，它的屬性能使它在檔微機和任務站，它的屬性能使它在DOSDOS、OS/2OS/2、WindowsWindows和和UNIXUNIX系統上得到廣泛的運用。系統上得到廣泛的運用。計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8048680486特點特點 1在Intel CPUIntel CPU的歷史上初次采用了的歷史上初次采用了RISCRISC技術，常用指技術，常用指令僅需一個時鐘周期便可完成。令僅需一個時鐘周期便可完成。2 28048680486采用了突發總線采用了突發總線(Burst Bus)(

37、Burst Bus)同同RAMRAM進展高速數據交換。進展高速數據交換。通常通常CPUCPU同同RAMRAM交換數據時，是獲得一個地址，交換一個數據，再交換數據時，是獲得一個地址，交換一個數據，再獲得一個地址，交換一個數據，而采用突發總線后，每獲得一個獲得一個地址，交換一個數據，而采用突發總線后，每獲得一個地址，那么這個地址及其后地址的數據都一同進展交換。地址，那么這個地址及其后地址的數據都一同進展交換。3 380486 CPU80486 CPU將數學協處置器和將數學協處置器和CacheCache及及CacheCache控制器一同集成控制器一同集成到片內，極大的提高了到片內，極大的提高了CPU

38、CPU的處置速度。的處置速度。隨著隨著CPUCPU任務時鐘的提高，普通動態任務時鐘的提高，普通動態RAMRAM芯片的存取速度相對較低，芯片的存取速度相對較低，不能跟上快速不能跟上快速CPUCPU的速度，致使的速度，致使CPUCPU出現等待形狀。為此，在出現等待形狀。為此，在8038680386系統中，采用在主機板上設置高速緩沖存貯器系統中，采用在主機板上設置高速緩沖存貯器(Cache RAM)(Cache RAM)的方法，是的方法，是CPUCPU在大多數情況下可以快速訪問最近運用過的指令在大多數情況下可以快速訪問最近運用過的指令和數據，實現零等待，從而大大提高系統的性能。和數據，實現零等待，從

39、而大大提高系統的性能。由于以上特點，在一樣的時鐘頻率下，由于以上特點，在一樣的時鐘頻率下，80486 CPU80486 CPU的的處置速度普處置速度普通比通比8038680386快快2 23 3倍。即使是時鐘頻率為倍。即使是時鐘頻率為25MHz25MHz的的486SX-25486SX-25，在運，在運轉轉Word Perfect 5.1Word Perfect 5.1、Page Maker4.0Page Maker4.0、Microsoft 6.0Microsoft 6.0和和Auto Auto CAD 11.0CAD 11.0等等8 8種典型運用程序時，其運轉速度平均也是時鐘頻率種典型運用程

40、序時，其運轉速度平均也是時鐘頻率為為40MHz40MHz的的386DX-40386DX-40的的1.221.22倍。倍。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8048680486內部構造內部構造 2X32DB 桶式移位器存放器文件 ALU 分段部件 描畫符 存放器 界限和屬 性PLA 分 頁 部 件 轉換后援 緩沖器 超高速 緩存 8KB超高 速緩存 地址驅動器 寫緩沖器4 X 80 數據總線收發器 總 線 控 制 請 求 定 序 器 突發總線控制 總線寬度控制 超高速換存控制 奇偶校驗 生成和控制 浮 點 部

41、 件 浮點存放 器文件 控制和維護 測試部件 控 制 ROM 指令 譯碼 預取器 2 X 16B 指令隊列 32AB 128 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 386/486386/486機的根本構造機的根本構造微處置器微處置器80386/80486總線控制器總線控制器Cache控控制器制器Cache主存主存80387(386微機微機)擴展總線擴展總線控制器控制器實時時鐘實時時鐘/日歷日歷 CMOS RAMISA總線總線CPU部分總線部分總線集成外圍控集成外圍控制器制器計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院

42、COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 10.4 Pentium10.4 Pentium的體系構造的體系構造 特點特點: :80 x8680 x86系列微處置器兼容系列微處置器兼容3232位地址總線、位地址總線、6464位數據總線位數據總線RISCRISC型超標量流水線型超標量流水線:U:U浮點運算流水線浮點運算流水線, ,五五級指令預取，指令譯碼，地址生成，執級指令預取，指令譯碼，地址生成，執行指令，回寫行指令，回寫,V,V定點運算流水線定點運算流水線 重新設計的高性能浮點運算器重新設計的高性能浮點運算器獨立的指令獨立的指令CacheCache和數據和

43、數據CacheCache加強的錯誤檢測和報告功能加強的錯誤檢測和報告功能分支指令預測分支指令預測常用的指令固化常用的指令固化: :指令指令 MOV INC DEC MOV INC DEC PUSH POP JMP CALL ADD NOPPUSH POP JMP CALL ADD NOP等固化等固化計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 PentiumPentium的構造特點的構造特點1 1RISCRISC型型CPUCPU采用超標量微構造實現，有兩條指令流水線，采用超標量微構造實現，有兩條指令流水線，即即UU流水線

44、和流水線和VV流水線。流水線。U U和和V V流水線都執行整數指令，流水線都執行整數指令，但只需但只需U U流水線執行浮點指令。流水線執行浮點指令。每條流水線在一個時鐘內執行一條常用的指令，所以每條流水線在一個時鐘內執行一條常用的指令，所以PentiumPentium在每個時鐘可以執行兩條指令，或在一個時鐘內在每個時鐘可以執行兩條指令，或在一個時鐘內執行一條浮點指令。執行一條浮點指令。PentiumPentium片上有兩個獨立的超高速緩存，即指令和數據超片上有兩個獨立的超高速緩存，即指令和數據超高速緩存。它們分別為高速緩存。它們分別為8KB8KB，是，是8048680486的兩倍。的兩倍。數據

45、超高速緩存有兩個端口，分別用于兩條流水線。它有數據超高速緩存有兩個端口，分別用于兩條流水線。它有一個公用的轉換后援緩存器一個公用的轉換后援緩存器TLBTLB，用來把線性地址轉，用來把線性地址轉換成數據超高速緩存用的物理地址。換成數據超高速緩存用的物理地址。指令超高速緩存，轉移目的緩沖器和預取緩沖器擔任將原指令超高速緩存，轉移目的緩沖器和預取緩沖器擔任將原始指令送入始指令送入PentiumPentium的執行部件。指令取自指令超高速緩的執行部件。指令取自指令超高速緩存或外部總線。存或外部總線。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY

46、吉林大學吉林大學 PentiumPentium的構造特點的構造特點2 2轉移地址由轉移目的緩沖器予以記錄。轉移地址由轉移目的緩沖器予以記錄。指令超高速緩存的指令超高速緩存的TLBTLB將線性地址轉換成指令超高速緩存將線性地址轉換成指令超高速緩存用的物理地址。用的物理地址。譯碼部件將預取的指令譯碼成譯碼部件將預取的指令譯碼成PentiumPentium可以執行的指令。可以執行的指令。控制控制ROMROM含有控制實現含有控制實現PentiumPentium體系構造必需執行的運算順體系構造必需執行的運算順序微代碼，控制序微代碼，控制ROMROM部件直接控制兩條流水線。部件直接控制兩條流水線。Pent

47、iumPentium為了支持共享主存的多處置器系統。還改動了片為了支持共享主存的多處置器系統。還改動了片上超高速緩存的主存改寫方式。上超高速緩存的主存改寫方式。8048680486采用通寫方式，而采用通寫方式，而PentiumPentium那么改用回寫方式，抑制了訪問總線的運用次數那么改用回寫方式，抑制了訪問總線的運用次數PentiumPentium還經過總線監測能否更新了與該超高速緩存一樣還經過總線監測能否更新了與該超高速緩存一樣的數據內容。假設在本身的超高速緩存中有同一主存地址的數據內容。假設在本身的超高速緩存中有同一主存地址的內容，那么使其無效，以堅持系統的一致性。的內容，那么使其無效，

48、以堅持系統的一致性。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 PentiumPentium微處置器內部構造微處置器內部構造分支目的分支目的緩沖器緩沖器 代碼代碼Cache 8KBTLB指令指令指針指針預取緩沖存儲器預取緩沖存儲器指令譯碼部件指令譯碼部件256位位總總 線線 接接 口口 部部 件件分頁部件分頁部件64位數位數據總線據總線 預取預取地址地址32位地位地址總線址總線控制控制控控 制制 部部 件件地址生成地址生成U流水線流水線地址生成地址生成V流水線流水線控制控制ROMALUU流水線流水線ALUV流水線流水

49、線整數存放器組整數存放器組桶形移位器桶形移位器數據數據 Cache 8KBTLB浮點部件浮點部件控制控制存放器組存放器組加法器加法器除法器除法器乘法器乘法器80位位80位位分支檢測和目的地址分支檢測和目的地址64位數位數據總線據總線32位地位地址總線址總線32位位32位位32位位32位位32位位32位位計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 5 5個部分：個部分：根本構造存放器：根本構造存放器：1616個，通用，指令、標志、段個，通用，指令、標志、段系統級存放器：系統級存放器： 9 9個，系統地址，控制個，系統地址

50、，控制調試存放器：調試存放器： 8 8個個模型公用存放器：模型公用存放器：2020個個浮點存放器：浮點存放器： 1818個個 PentiumPentium存放器存放器計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 1通用存放器：通用存放器：EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP、ESP 2公用存放器：公用存放器：EIP、EFLAGSEFLAGS：17個標志位，分三類：形狀個標志位，分三類：形狀9個，控制個，控制5個，系統個，系統3個個 PentiumPentium根本構造存放器根本構造存放器1

51、116位通用存放器位通用存放器高高16位擴展位擴展32位通用存放器位通用存放器16位的位的IP高高16位擴展位擴展32位指令指針存放器位指令指針存放器EIP嵌套標志嵌套標志 I/O特權位特權位恢復標志恢復標志虛擬虛擬8086方式方式 對齊檢查對齊檢查 虛擬中斷位虛擬中斷位 虛擬中斷掛起位虛擬中斷掛起位標識位標識位 這部分同這部分同8088OF3122 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0DF IF TF SF ZFAFCFPFIOPLNTRFVMACVIFVIPID保保 留留計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COM

52、PUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 PentiumPentium根本構造存放器根本構造存放器2 23. 3. 段存放器：段存放器：CSCS、DSDS、SSSS、ESES、FSFS、GSGS實地址方式下：段地址，段地址實地址方式下：段地址，段地址1616偏移量物理地址偏移量物理地址維護方式下：段選擇符，即段描畫符的索引值。維護方式下：段選擇符，即段描畫符的索引值。6464位段描畫符存放器用戶不可見。位段描畫符存放器用戶不可見。 段寄存器段寄存器 段描述符寄存器段描述符寄存器 15 0 段基址段基址 段長段長 屬性屬性 16 位位 CS 32 位位 20 位位

53、 12 位位 SS DS ES FS GS 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 PentiumPentium系統級存放器系統級存放器1 11 1系統地址存放器系統地址存放器 GDTGDT：全局描畫符表，操作系統運用的段描畫符和各項義務公：全局描畫符表，操作系統運用的段描畫符和各項義務公用的段描畫符放在一同組成的表。整個系一致個。用的段描畫符放在一同組成的表。整個系一致個。LDTLDT：部分描畫符表，某項義務公用的一切的各種段描畫符放：部分描畫符表，某項義務公用的一切的各種段描畫符放在一同組成的表。每個義務各有一

54、個。在一同組成的表。每個義務各有一個。IDTIDT：中斷描畫符表，一種特殊的表，它把每個中斷向量與段：中斷描畫符表，一種特殊的表，它把每個中斷向量與段描畫符聯絡在一同，包含中斷效力程序入口地址和特性。描畫符聯絡在一同，包含中斷效力程序入口地址和特性。整個系一致個。整個系一致個。TRTR：義務存放器，保管當前正在執行的義務的形狀。：義務存放器，保管當前正在執行的義務的形狀。 47 線性基地址線性基地址 16 15 段長段長 0 GDTR 32 位位 16 位位 IDTR 15 選擇符選擇符 0 63 基地址基地址 32 31 段長段長 12 11 屬性屬性 0 TR 16 位位 32 位位 20

55、 位位 12 位位 LDTR 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 PentiumPentium段描畫符段描畫符 段描畫符：段描畫符：8 8個字節，共個字節，共6464位位段基址：段基址：3232位位段長：段長：2020位位訪問權屬性：訪問權屬性：1212位位P P：存在位，：存在位，P P1 1該段在物理存儲器中，該段在物理存儲器中，P P0 0不存在不存在DPLDPL：本段特權級，：本段特權級，2 2位，編碼位，編碼00001111，共共4 4級，級，0 0最高最高S S：本段是代碼段或數據段嗎，：本段是代碼

56、段或數據段嗎，S S1 1本段是代碼段或數據段的描畫符，本段是代碼段或數據段的描畫符，S S0 0不是，而是系統描畫符。不是，而是系統描畫符。TYPETYPE：段描畫符的類型，：段描畫符的類型，3 3位，包括：位，包括：E E、EDED、W WE E1 1代碼段描畫符，代碼段描畫符，E E0 0數據段描畫符數據段描畫符EDED1 1數據段向下擴展，即偏移量應大于段長，數據段向下擴展，即偏移量應大于段長，EDED0 0數數據段向上擴展，即偏移量應小于、等于段長據段向上擴展，即偏移量應小于、等于段長W W1 1數據段允許寫入，數據段允許寫入，W W0 0數據段可讀不可寫數據段可讀不可寫A A：訪問

57、標志，：訪問標志， A A1 1該段被訪問過，該段被訪問過，A A0 0該段未被訪問過該段未被訪問過G G：段長單位，：段長單位， G G1 1該段的段長以頁面為單位，該段的段長以頁面為單位，G G0 0該段的段長以字節為單位該段的段長以字節為單位D D：本次尋址的操作數的位數只用于代碼段，：本次尋址的操作數的位數只用于代碼段，D D1 1默許值為默許值為1616位地址位地址及及1616位或位或8 8位數據，位數據，D D0 0默許值為默許值為3232位地址及位地址及3232位或位或8 8位數據位數據O O及及U U都為都為0 0，系統保管，與以后，系統保管，與以后CPUCPU兼容。兼容。 7

58、 段描述符 0 7 段基址 3124 6 G D O U 段長 1916 5 P DPL S TYPE A 4 段基址 2316 3 段基址 158 2 段基址 70 1 段長 158 0 段長 70 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 PentiumPentium描畫符表構造描畫符表構造 PentiumPentium以段為單位分配內存。以段為單位分配內存。描畫符用于描畫段的信息，由描畫符用于描畫段的信息，由8 8個字節組成。個字節組成。各個段的描畫符作為一種數據構造，組合在一同，構成了各個段的描畫符作為一種數

59、據構造，組合在一同，構成了描畫符表。描畫符表。描畫符表的開場地址放在描畫符表存放器中，該首地址加描畫符表的開場地址放在描畫符表存放器中，該首地址加上描畫符表偏移量，就得到相應的描畫符。上描畫符表偏移量，就得到相應的描畫符。 描描述述符符偏偏移移地地址址 =段段選選擇擇符符8 段段 物物理理存存儲儲器器 開開始始地地址址 段段長長 屬屬性性 描描述述符符 描描述述符符 描描述述符符 描描述述符符 8 字字節節 描描述述符符表表 開開始始地地址址 描描述述符符表表寄寄存存器器 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 P

60、entiumPentium系統級存放器系統級存放器2 22 2控制存放器控制存放器作用：保管全局性及其形狀。作用：保管全局性及其形狀。 31 7 6 5 4 3 2 1 0MCE0PSE DE TSDVMEPVI保管，缺省為全保管，缺省為全0C R431 12 11 4 3 0PWTPCD頁目錄基地址存放器頁目錄基地址存放器C R3頁缺點線性地址存放器頁缺點線性地址存放器C R231 0保保 留留C R1WP31 30 29 18 17 16 5 4 3 2 1 0NE ETPEMPNWCDPGC R031 0EMTSAM計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE