微機(jī)原理及接口技術(shù) 第十五章

1、 80 80X86X86和和PentiumPentiumPentiumPentium系系列各個(gè)成員的概況。列各個(gè)成員的概況。 80 80X86X86的三種工作模式及尋址原理。的三種工作模式及尋址原理。 80386 80386的內(nèi)存分頁(yè)管理機(jī)制。的內(nèi)存分頁(yè)管理機(jī)制。 80386 80386具有保護(hù)功能的指令。具有保護(hù)功能的指令。 PentiumPentium系列微處理器的特性系列微處理器的特性 。 了解了解8080X86X86和和PentiumPentiumPentium Pentium 系系列各成員的基本特點(diǎn)。列各成員的基本特點(diǎn)。 掌握掌握8080X86X86的三種工作模式的三種工作模式( (

2、實(shí)模式、實(shí)模式、保護(hù)模式及虛擬保護(hù)模式及虛擬8686模式模式) )及尋址原理。及尋址原理。 掌握掌握8038680386的內(nèi)存分頁(yè)管理機(jī)制。的內(nèi)存分頁(yè)管理機(jī)制。 了解了解8038680386具有保護(hù)功能的指令。具有保護(hù)功能的指令。 了解了解PentiumPentium系列微處理器的特性。系列微處理器的特性。15.1 15.1 從從80868086到到8080 x86x86 15.1.1 80286微處理器簡(jiǎn)介微處理器簡(jiǎn)介 1. 80286的主要特性 地址線2424根，可尋址16MB內(nèi)存空間。 具有兩種地址方式：實(shí)實(shí)地址方式和虛虛地址保護(hù)方式。 使用虛擬虛擬內(nèi)存。 24種尋址方式。 可以同時(shí)運(yùn)行

3、多個(gè)任務(wù)多個(gè)任務(wù)。 三種類型中斷：硬件中斷、軟件中斷和異常中斷。 增加了高級(jí)類指令、執(zhí)行環(huán)境操作類指令和保護(hù)類指令。保護(hù)類指令。80286的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。2. 80286的內(nèi)部結(jié)構(gòu)偏移量加法器偏移量加法器段基址段基址段大小段大小段界限段界限檢查器檢查器物理物理地址地址加法加法器器地址鎖存和驅(qū)動(dòng)器地址鎖存和驅(qū)動(dòng)器預(yù)取器預(yù)取器處理器擴(kuò)處理器擴(kuò)充接口充接口總線控制總線控制數(shù)據(jù)收發(fā)器數(shù)據(jù)收發(fā)器6 6字節(jié)預(yù)取隊(duì)列字節(jié)預(yù)取隊(duì)列ALU寄寄存存器器控制控制3 3譯碼譯碼指令隊(duì)列指令隊(duì)列指令指令譯碼器譯碼器總線部件總線部件BU指令部件指令部件IU執(zhí)行部件執(zhí)行部件EU地址部件地址部件AUBHE，M/IOPE

4、ACKPEREQREADY，HOLDLOCK，HLDARESETCLKCAPNMIINTRERRORBUSYA23-A0S0-S1,COD/INTAD15-D0VSSVCC15.1.2 80386微處理器及保護(hù)方式下的存儲(chǔ)器尋址1. 80386的主要特性 3232位位微處理器 提供3232位位外部數(shù)據(jù)總線接口 具有片內(nèi)集成的存儲(chǔ)器管理部件MMU，可支持虛擬存儲(chǔ)虛擬存儲(chǔ)和特權(quán)保護(hù)特權(quán)保護(hù)。 具有實(shí)地址模式實(shí)地址模式、保護(hù)模式保護(hù)模式和虛擬虛擬8086模模式式等三種工作方式。 具有4 4GB(2GB(23232) )的物理尋址空間和6464TB(2TB(24646) )的虛擬存儲(chǔ)空間。 通過配用8

5、0287或8038780387數(shù)值協(xié)處理器可支持高速數(shù)值處理。 在目標(biāo)碼一級(jí)與8086、80286芯片完全兼容完全兼容。2. 80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示?？刂瓶刂撇考考y(cè)試部件測(cè)試部件分段描述符分段描述符超高速超高速緩存器緩存器分段部件分段部件分頁(yè)描述符分頁(yè)描述符超高速超高速緩存器緩存器分頁(yè)部件分頁(yè)部件總線總線接口接口部件部件預(yù)取預(yù)取隊(duì)列隊(duì)列預(yù)取預(yù)取單元單元3232位寄存器組位寄存器組6464位桶形移位器位桶形移位器ALUALU指令譯碼指令譯碼指令隊(duì)列指令隊(duì)列3232位地位地址總線址總線3232位數(shù)位數(shù)據(jù)總線據(jù)總線控制控制 總線總線NPX接口接口中斷中斷復(fù)位復(fù)位CP

6、UMMUBIU 中央處理部件中央處理部件CPU 中央處理部件又包括中央處理部件又包括指令預(yù)取單元指令預(yù)取單元、指指令預(yù)譯碼單元令預(yù)譯碼單元和和指令執(zhí)行部件指令執(zhí)行部件三部分。其中：三部分。其中： 總線接口部件總線接口部件BIU 總線接口部件提供總線接口部件提供中央處理部件中央處理部件和外部和外部系統(tǒng)之間的高速接口。系統(tǒng)之間的高速接口。 通用寄存器組通用寄存器組既可用于數(shù)據(jù)操作，又可用既可用于數(shù)據(jù)操作，又可用于地址計(jì)算。于地址計(jì)算。 桶形移位寄存器桶形移位寄存器用來有效地實(shí)現(xiàn)指令的移用來有效地實(shí)現(xiàn)指令的移位、循環(huán)移位和位操作，同時(shí)也可用于乘位、循環(huán)移位和位操作，同時(shí)也可用于乘法和除法等操作，以加

7、快運(yùn)算速度。法和除法等操作，以加快運(yùn)算速度。 存儲(chǔ)器管理部件存儲(chǔ)器管理部件MMU 存儲(chǔ)器管理部件又分為存儲(chǔ)器管理部件又分為分段分段單元和單元和分頁(yè)分頁(yè)單元單元二部分。二部分。8038680386的總線周期僅為的總線周期僅為2 2個(gè)個(gè)時(shí)鐘。時(shí)鐘。 分段單元完成從分段單元完成從邏輯地址邏輯地址到到線性地址線性地址之間之間的轉(zhuǎn)換。的轉(zhuǎn)換。 分頁(yè)單元完成線性地址到分頁(yè)單元完成線性地址到物理地址物理地址之間的之間的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。3. 80386的寄存器結(jié)構(gòu) 80386中共有中共有7類類32個(gè)寄存器，它們是：通個(gè)寄存器，它們是：通用寄存器組、指令指針和標(biāo)志寄存器、段寄存用寄存器組、指令指針和標(biāo)志寄存器、段寄

8、存器、控制寄存器、調(diào)試寄存器和測(cè)試寄存器等。器、控制寄存器、調(diào)試寄存器和測(cè)試寄存器等。 通用寄存器組通用寄存器組 8個(gè)個(gè)32位位寄存器：寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP 8個(gè)個(gè)16位位寄存器：寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP 8個(gè)個(gè)8位位寄存器：寄存器：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL 31 16 15 8 7 0 32位位 AHALEAX AX BHBL EBX BX CHCLECX CX DHDLEDX DX SIESI DIEDI BPEBP SPESP注：注：要訪問要訪問8038680386的的3232位寄存器，

9、程序中必須用位寄存器，程序中必須用偽指令偽指令“.386.386”來說明。來說明。 例例15-1 15-1 使用使用8038680386指令編程，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)指令編程，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)3232位數(shù)的乘法。位數(shù)的乘法。 .MODEL SMALL ； 選擇選擇SMALL模式模式.386 ；選擇；選擇80386指令集指令集STACK SEGMENT PARA STACK DB 256 DUP(?)STACK ENDS .DATA ；數(shù)據(jù)段開始數(shù)據(jù)段開始 NUM1 DD 01234567H ；定義雙字定義雙字 NUM2 DD 89ABCDEFH ANS DQ ? ；定義四字定義四字 .CODE ；代碼段開始代碼段

10、開始 START PROC FAR BEGIN: PUSH DS SUB AX, AX PUSH AX MOV AX, DATA ；裝載數(shù)據(jù)段，裝載數(shù)據(jù)段，注意注意DATA前面有符號(hào)前面有符號(hào)“” MOV DS, AX MOV EAX, NUM1 MUL DWORD PTR NUM2 MOV DWORD PTR ANS0, EAX MOV DWORD PTR ANS4, EDX RETSTART ENDP END BEGIN 指令指令指針和標(biāo)志寄存器指針和標(biāo)志寄存器 32 32位指令指針寄存器：位指令指針寄存器：EIP EIP 32 32位標(biāo)志寄存器：位標(biāo)志寄存器：EFALGEFALG，其中定

11、義了其中定義了1515位。位。 段寄存器段寄存器 80386有有6個(gè)個(gè)16位的段寄存器，分別為位的段寄存器，分別為CS、SS、DS、ES、FS和和GS。 在實(shí)模式下，段寄存器的功能及用法與在實(shí)模式下，段寄存器的功能及用法與8086相同。相同。 在保護(hù)模式下，段寄存器有不同的用法，其在保護(hù)模式下，段寄存器有不同的用法，其內(nèi)容如下所示。內(nèi)容如下所示。RPL（D1 D0）：）：請(qǐng)求者特權(quán)級(jí)。請(qǐng)求者特權(quán)級(jí)。00為最高級(jí)，為最高級(jí)，11為最低級(jí)。為最低級(jí)。 TI(D2): 描述符表選擇位。描述符表選擇位。0為選擇全局描述符表，為選擇全局描述符表，1為選擇局部描述符表。為選擇局部描述符表。 選擇子選擇子（

12、D15 D3）: 13位位的選擇子，用于選擇的選擇子，用于選擇描述符表中的某一個(gè)描述符。一個(gè)描述符表中，描述符表中的某一個(gè)描述符。一個(gè)描述符表中，最多有最多有213=8192個(gè)描述符。個(gè)描述符。 15 432 1 0選擇子選擇子TIRPL 描述符描述符( (Descriptors)Descriptors) 描述符有兩種，即描述符有兩種，即段描述符段描述符和和系統(tǒng)描述符系統(tǒng)描述符。 段描述符段描述符 段描述符占連續(xù)的段描述符占連續(xù)的8個(gè)字節(jié)，其格式如下圖個(gè)字節(jié)，其格式如下圖所示。所示。 下圖中，下圖中，B31B0為為32位段基地址，位段基地址，L19 L0為為20位的段界限位的段界限,第第5個(gè)字

13、節(jié)為訪問權(quán)個(gè)字節(jié)為訪問權(quán)限字節(jié)，第限字節(jié)，第6個(gè)字節(jié)的高個(gè)字節(jié)的高4位為訪問控制位。這位為訪問控制位。這些信息用于控制在保護(hù)模式下對(duì)存儲(chǔ)器段的訪些信息用于控制在保護(hù)模式下對(duì)存儲(chǔ)器段的訪問。問。 字節(jié)字節(jié)含義含義0界限界限(L7-L0)1界限界限(L15-L8)2基地址基地址（B7-B0）3基地址（基地址（B15-B8）4基地址（基地址（B23-B16）5PDPLSEXRWA6GD0AV界限界限(L19-L16)7基地址（基地址（B31-B24） 系統(tǒng)描述符系統(tǒng)描述符 系統(tǒng)描述符也占連續(xù)的系統(tǒng)描述符也占連續(xù)的8 8個(gè)字節(jié)，其格式個(gè)字節(jié)，其格式如下頁(yè)圖所如下頁(yè)圖所示。其中，示。其中，P、DPL和和

14、G位的含義位的含義與段描述符相同，與段描述符相同，Type位指示可能有的位指示可能有的16種系種系統(tǒng)描述符類型，如統(tǒng)描述符類型，如LDT、任務(wù)門、調(diào)用門、中任務(wù)門、調(diào)用門、中斷門、陷阱門等。斷門、陷阱門等。 描述符表描述符表( (Descriptor Tables) ) 80386的存儲(chǔ)器是分段的，每個(gè)段對(duì)應(yīng)一的存儲(chǔ)器是分段的，每個(gè)段對(duì)應(yīng)一個(gè)個(gè)段描述符段描述符，這些描述符組成了各種，這些描述符組成了各種描述符表描述符表，每個(gè)描述符表的界限為每個(gè)描述符表的界限為16位，最大可存放位，最大可存放65536/8=8192個(gè)描述符。個(gè)描述符。 字節(jié)字節(jié)含義含義0界限界限(L7-L0)1界限界限(L15

15、-L8)2基地址基地址（B7-B0）3基地址（基地址（B15-B8）4基地址（基地址（B23-B16）5PDPL0TYPE6G000界限界限(L19-L16)7基地址（基地址（B31-B24） 描述符表包括全局描述符表描述符表包括全局描述符表GDT、局部描述符局部描述符表表LDT、中斷描述符表中斷描述符表IDT和任務(wù)狀態(tài)段和任務(wù)狀態(tài)段TSS。 描述符表的段基地址和段界限由系統(tǒng)地址寄存描述符表的段基地址和段界限由系統(tǒng)地址寄存器保存器保存 。 系統(tǒng)地址寄存器包括：系統(tǒng)地址寄存器包括： 全局描述符表寄存器全局描述符表寄存器GDTR（48位）位） 局部描述符表寄存器局部描述符表寄存器LDTR（16位）

16、位） 中斷描述符表寄存器中斷描述符表寄存器IDTR（48位）位） 任務(wù)狀態(tài)段寄存器任務(wù)狀態(tài)段寄存器TR（16位）位） GDTR3232位基地址位基地址1616位界位界限限0#0#段描述符段描述符1#1#段描述符段描述符3232位基地址位基地址2020位界限位界限權(quán)限等權(quán)限等存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng) （數(shù)據(jù)段）（數(shù)據(jù)段）全局描述符表全局描述符表GDT00080008DS1#1#0#0#1#1#段段32位位 偏移量偏移量EA 00008000H00008000H尋址單元尋址單元FFFF0000FFFF000092920000202000000020000000200000H H00200020FFFF

17、HFFFFH0020800000208000H H段描述符和段的關(guān)系段描述符和段的關(guān)系 保護(hù)模式下，每個(gè)任務(wù)可尋址保護(hù)模式下，每個(gè)任務(wù)可尋址8192個(gè)全局段和個(gè)全局段和8192個(gè)局部段，每個(gè)段的最大長(zhǎng)度為個(gè)局部段，每個(gè)段的最大長(zhǎng)度為4GB，則一則一個(gè)任務(wù)最大的尋址范圍，即虛擬存儲(chǔ)空間是：個(gè)任務(wù)最大的尋址范圍，即虛擬存儲(chǔ)空間是：81924GB+81924GB=64TB 控制寄存器控制寄存器 80386有有4個(gè)個(gè)32位的控制寄存器位的控制寄存器CR0、CR1、CR2和和CR3，主要用于保護(hù)模式和分頁(yè)管理。主要用于保護(hù)模式和分頁(yè)管理。 CR0的第的第0位稱為位稱為PE位位(保護(hù)激活位保護(hù)激活位)。在

18、實(shí)模式。在實(shí)模式下，下，PE=0；當(dāng)用指令使當(dāng)用指令使PE=1時(shí)，進(jìn)入保護(hù)模式。時(shí)，進(jìn)入保護(hù)模式。CR0第第31位稱為位稱為PG位，當(dāng)位，當(dāng)PG位置成位置成1時(shí)，則進(jìn)時(shí)，則進(jìn)入分頁(yè)管理。入分頁(yè)管理。 CR3用于分頁(yè)管理。在分頁(yè)方式下，用于分頁(yè)管理。在分頁(yè)方式下，CR3中中保存了保存了頁(yè)目錄表頁(yè)目錄表的物理基地址。的物理基地址。 調(diào)試寄存器和測(cè)試寄存器調(diào)試寄存器和測(cè)試寄存器 4. 80386的工作方式的工作方式 實(shí)地址模式實(shí)地址模式(Real Mode) 系統(tǒng)啟動(dòng)后，系統(tǒng)啟動(dòng)后，80386自動(dòng)進(jìn)入實(shí)地址模式。自動(dòng)進(jìn)入實(shí)地址模式。 實(shí)地址模式實(shí)地址模式與與8086的尋址的尋址原理一致，物理尋原理一

19、致，物理尋址址范圍范圍1MB。 保護(hù)模式保護(hù)模式（Protected Mode） 在在實(shí)地址模式下可切換到保護(hù)模式（用軟件實(shí)地址模式下可切換到保護(hù)模式（用軟件指令使指令使CR0的的PE位位為為1 1）。）。 在保護(hù)模式下，系統(tǒng)對(duì)不同任務(wù)使用虛擬存在保護(hù)模式下，系統(tǒng)對(duì)不同任務(wù)使用虛擬存儲(chǔ)器空間。儲(chǔ)器空間。 由段描述符提供段基地址由段描述符提供段基地址 ，物理尋址，物理尋址范圍范圍4GB。 虛擬虛擬8086模式（模式（Virtual 8086 Mode） 在保護(hù)模式下執(zhí)行指令在保護(hù)模式下執(zhí)行指令I(lǐng)RETD，則進(jìn)入虛擬則進(jìn)入虛擬8086模式。模式。 虛擬虛擬80868086模式內(nèi)存尋址與實(shí)地址模式相

20、同模式內(nèi)存尋址與實(shí)地址模式相同 。 每個(gè)任務(wù)最大的尋址空間每個(gè)任務(wù)最大的尋址空間為：為：1MB+64KB16B。 保護(hù)保護(hù)模式模式PE=1PE=0實(shí)地址實(shí)地址模型模型RESETRESET虛擬虛擬86模式模式IRETD指令中斷三種工作模式的切換三種工作模式的切換5. 8038680386的內(nèi)存分頁(yè)機(jī)制的內(nèi)存分頁(yè)機(jī)制(Memory Paging Mechanism) 當(dāng)當(dāng)386386控制寄存器控制寄存器CR0CR0的的PGPG被置成被置成1 1時(shí)，時(shí)，則進(jìn)入分頁(yè)管理。則進(jìn)入分頁(yè)管理。 頁(yè)目錄表、頁(yè)表和頁(yè)頁(yè)目錄表、頁(yè)表和頁(yè) 在分頁(yè)方式下，系統(tǒng)以在分頁(yè)方式下，系統(tǒng)以頁(yè)頁(yè)（4 4KBKB）為單位管為單位

21、管理內(nèi)存。理內(nèi)存。 系統(tǒng)將某一任務(wù)用到的所有頁(yè)的基地址（系統(tǒng)將某一任務(wù)用到的所有頁(yè)的基地址（3232位）存放到一個(gè)或幾個(gè)位）存放到一個(gè)或幾個(gè)頁(yè)表頁(yè)表中。中。 所有頁(yè)表的基地址所有頁(yè)表的基地址(32(32位位) )存放到一個(gè)存放到一個(gè)頁(yè)目錄頁(yè)目錄表表中。中。 頁(yè)、頁(yè)表、頁(yè)目錄表的長(zhǎng)度均為頁(yè)、頁(yè)表、頁(yè)目錄表的長(zhǎng)度均為4KB。CR3頁(yè)目錄表頁(yè)目錄表 基地址基地址0#0#頁(yè)表頁(yè)表 基地址基地址頁(yè)目錄表頁(yè)目錄表1#1#頁(yè)表頁(yè)表 基地址基地址1023#1023#頁(yè)表頁(yè)表 基地址基地址0#0#頁(yè)頁(yè) 基地址基地址1#1#頁(yè)表頁(yè)表1#1#頁(yè)頁(yè) 基地址基地址1023#1023#頁(yè)頁(yè) 基地址基地址0#0#頁(yè)頁(yè)頁(yè)內(nèi)頁(yè)

22、內(nèi) 偏移地址偏移地址尋址單元尋址單元頁(yè)目錄表、頁(yè)表和頁(yè)的基地址101000000000202080800000000030301000000410000004H H2000100020001000H H3000800030008000H H300080300080FFHFFH 頁(yè)目錄表的基地址在控制寄存器頁(yè)目錄表的基地址在控制寄存器CR3中中 。 線性地址與物理地址線性地址與物理地址 線性地址線性地址：在保護(hù)模式下，由段寄存器：在保護(hù)模式下，由段寄存器( (選擇選擇子子) )，段描述符和偏移地址所形成的，段描述符和偏移地址所形成的3232位全地址。位全地址。 物理地址物理地址：對(duì)應(yīng)物理存儲(chǔ)器的

23、實(shí)際地址。：對(duì)應(yīng)物理存儲(chǔ)器的實(shí)際地址。 不分頁(yè)時(shí)，不分頁(yè)時(shí)，3232位線性地址就是實(shí)際的物理地位線性地址就是實(shí)際的物理地址，而在分頁(yè)管理下，址，而在分頁(yè)管理下，3232位線性地址需通過內(nèi)存位線性地址需通過內(nèi)存分頁(yè)管理機(jī)制轉(zhuǎn)化為另外的物理地址。分頁(yè)管理機(jī)制轉(zhuǎn)化為另外的物理地址。 線性地址的構(gòu)成線性地址的構(gòu)成 頁(yè)目錄地址頁(yè)目錄地址頁(yè)表地址頁(yè)表地址頁(yè)內(nèi)偏移地址頁(yè)內(nèi)偏移地址3122 2112 11010位位10位位12位位 線性地址的構(gòu)成 頁(yè)目錄地址（頁(yè)目錄地址（10位）：第位）：第3122位。說明該頁(yè)表的序位。說明該頁(yè)表的序號(hào)（號(hào)（0#1023#）。該值乘以）。該值乘以4即為該頁(yè)表基地址在頁(yè)目即為該

24、頁(yè)表基地址在頁(yè)目錄表中的相對(duì)地址。錄表中的相對(duì)地址。 頁(yè)表地址（頁(yè)表地址（1010位）：第位）：第21211212位。說明該頁(yè)的序號(hào)位。說明該頁(yè)的序號(hào)（0#1023#） 。該值乘以。該值乘以4 4即為該頁(yè)基地址在頁(yè)表中即為該頁(yè)基地址在頁(yè)表中的相對(duì)地址。的相對(duì)地址。 頁(yè)內(nèi)偏移地址（占頁(yè)內(nèi)偏移地址（占12位）：第位）：第110位。說明某尋址位。說明某尋址單元的頁(yè)內(nèi)地址。單元的頁(yè)內(nèi)地址。 CR3的內(nèi)容頁(yè)目錄地址4+找到某個(gè)目錄項(xiàng)步驟步驟1 分頁(yè)機(jī)制的尋址過程分頁(yè)機(jī)制的尋址過程 從該目錄項(xiàng)中取出目錄基地址頁(yè)目錄地址 4+找到某個(gè)頁(yè)項(xiàng)步驟步驟2從該頁(yè)項(xiàng)中取出頁(yè)基地址頁(yè)內(nèi)偏移地址+物理地址(32位)步驟步

25、驟3基地址基地址頁(yè)目錄表頁(yè)目錄表頁(yè)表頁(yè)表+頁(yè)目錄地址頁(yè)目錄地址頁(yè)表地址頁(yè)表地址頁(yè)內(nèi)位移地址頁(yè)內(nèi)位移地址 4 4物理地址物理地址CR3線性線性地址地址PG=1分頁(yè)分頁(yè)P(yáng)G=0禁止分頁(yè)禁止分頁(yè)物理地址物理地址虛擬虛擬86模式也啟用了模式也啟用了386的分頁(yè)功能。的分頁(yè)功能。由于虛擬由于虛擬86模式下任務(wù)的尋址范圍是模式下任務(wù)的尋址范圍是1MB+64KB16B，故線性地址的故線性地址的3121位位全 為全 為 0 ， 剩 下 低， 剩 下 低 2 1 位位 ( 2 0 0 ) 對(duì) 應(yīng)對(duì) 應(yīng)1MB+64KB16B的地址空間。的地址空間。通用寄存器都擴(kuò)展為通用寄存器都擴(kuò)展為32位位，分別記為，分別記為E

26、AX，EBX，ECX，EDX，ESP，EBP，ESI，EDI。指令指針寄存器指令指針寄存器EIP。6. 80386保護(hù)模式下的指令保護(hù)模式下的指令 特點(diǎn)特點(diǎn)(2) 增加了兩個(gè)段寄存器FS和GS，四個(gè)控制寄存器CR0，CR1，CR2，CR3。(1) 可以執(zhí)行32位位的乘除運(yùn)算。(3) 標(biāo)志寄存器擴(kuò)展為32位位。功能：功能：調(diào)整選擇子的RPL字段。 目的：目的：防止系統(tǒng)軟件用較高的特權(quán)級(jí)獲得對(duì)子程序的訪問權(quán)。執(zhí)行該條指令必須滿足一定的條件。 APRLAPRL指令指令 將存儲(chǔ)器中表的物理地址物理地址和界限界限分別加載到GDTR (全局描述符寄存器)和IDTR (中斷描述符寄存器)。 LGDT/LID

27、T指令指令 對(duì)系統(tǒng)表進(jìn)行操作的指令對(duì)系統(tǒng)表進(jìn)行操作的指令 把GDTR或IDTR寄存器的內(nèi)容保存到存儲(chǔ)器中 (連續(xù)的48位位)。 SGDT/SIDT存儲(chǔ)器地址存儲(chǔ)器地址 把選 擇 器選 擇 器 的值作為操作數(shù)加載到LDTR，再把選擇器指示的描述符描述符從GDT加載到描述符高速緩存器。LTR對(duì)應(yīng)TR (任務(wù)寄存器)。 LLDT/LTR選擇器的值選擇器的值選擇器描述符緩存器LLDTGDTLDTR LLDT指令的執(zhí)行過程 VERR和和VERW指令指令 VERR是校驗(yàn)段的讀取權(quán)的指令。是校驗(yàn)段的讀取權(quán)的指令。VERW是校驗(yàn)段的寫入權(quán)的指令。是校驗(yàn)段的寫入權(quán)的指令。 LAR和和LSL指令指令 LAR為加載

28、訪問權(quán)字節(jié)的指令。為加載訪問權(quán)字節(jié)的指令。LSL為加載段邊界指令。為加載段邊界指令。 LAR和和LSL指令指令 LMSW：把把16位數(shù)據(jù)加載到位數(shù)據(jù)加載到MSW寄存器。寄存器。MSW (機(jī)器狀態(tài)字機(jī)器狀態(tài)字)為為CR0的的D15D0位。位。 CLTS：復(fù)位復(fù)位TS位。位。 HLT：暫停指令。暫停指令。 MOV CRn, r32；把數(shù)據(jù)寫入到控制寄存器。把數(shù)據(jù)寫入到控制寄存器。 MOV r32，CRn；讀控制寄存器讀控制寄存器另外，還有讀寫測(cè)試寄存器和調(diào)試寄存器的指令。另外，還有讀寫測(cè)試寄存器和調(diào)試寄存器的指令。(1) 一片集成塊中包含了一片集成塊中包含了80386，80387，8KB /16K

29、B高速緩沖存儲(chǔ)器。高速緩沖存儲(chǔ)器。(2) 有大約一半的指令只在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完有大約一半的指令只在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。成。特點(diǎn)特點(diǎn)15.1.3 8048615.1.3 80486微處理器簡(jiǎn)介微處理器簡(jiǎn)介 1. 80486的主要特性的主要特性 ( 3 ) 采 用 倍 頻 技 術(shù)采 用 倍 頻 技 術(shù) ( 6 6 M H Z / 3 3 M H Z , 100MHZ/ 33MHZ, 120MHZ/40MHZ)，使使CPU處理速度加快。處理速度加快。(4) 完全的完全的32位體系結(jié)構(gòu)，支持多處理器。位體系結(jié)構(gòu)，支持多處理器。 2. 80486的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 寄存器組寄存器組桶形移位器桶形移位器

30、ALU整數(shù)部件整數(shù)部件描述符寄存器描述符寄存器極限極限/ /屬性屬性PLA分段部件分段部件分頁(yè)部件分頁(yè)部件轉(zhuǎn)移用旁轉(zhuǎn)移用旁視緩沖區(qū)視緩沖區(qū)TLB高速緩存高速緩存部件部件8KB高速高速緩存緩存總線控制器總線控制器數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線收發(fā)器收發(fā)器地址總線地址總線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器指令譯碼部件指令譯碼部件已譯碼隊(duì)列已譯碼隊(duì)列浮點(diǎn)運(yùn)算部件浮點(diǎn)運(yùn)算部件浮點(diǎn)寄存器組浮點(diǎn)寄存器組指令預(yù)取部件指令預(yù)取部件3232字節(jié)字節(jié)指令隊(duì)列指令隊(duì)列控制控制ROM控制控制/ /保護(hù)部件保護(hù)部件A0A31D0D31控制信號(hào)控制信號(hào) 80486的基本結(jié)構(gòu)15.2.1 15.2.1 Pentium微處理器微處理器體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu) 15.2

31、 15.2 PentiumPentium微處理器微處理器 1. Pentium微處理器簡(jiǎn)介微處理器簡(jiǎn)介 Pentium處理器的外觀圖 PentiumPentium微處理微處理器內(nèi)部的主要寄存器器內(nèi)部的主要寄存器為為3232位，但有位，但有6464位外位外部數(shù)據(jù)總線寬度。外部數(shù)據(jù)總線寬度。外部地址總線寬為部地址總線寬為3636位，位，但一般使用但一般使用3232位寬。位寬。 (1) 66MHZ時(shí)，速度時(shí)，速度110MIPS; 100MHZ時(shí)，時(shí)，速度為速度為150MIPS。(2) 8KB的指令高速緩沖存儲(chǔ)器和的指令高速緩沖存儲(chǔ)器和8KB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)高速緩沖存儲(chǔ)器。高速緩沖存儲(chǔ)器。(3) 64位數(shù)據(jù)總

32、線寬度位數(shù)據(jù)總線寬度特點(diǎn)特點(diǎn)(5) 兩個(gè)獨(dú)立的整數(shù)處理器兩個(gè)獨(dú)立的整數(shù)處理器(超標(biāo)量技術(shù)超標(biāo)量技術(shù))，允，允許每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行許每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行2條指令。條指令。(6) 包含轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)技術(shù)。包含轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)技術(shù)。(4) 多媒體擴(kuò)展的附加指令多媒體擴(kuò)展的附加指令(MMX指令指令)2.2.存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng) Pentium微處理器的物理存儲(chǔ)器系統(tǒng)大小為微處理器的物理存儲(chǔ)器系統(tǒng)大小為4GB ，分為分為8個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體包含個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體包含512MB 的數(shù)據(jù)。的數(shù)據(jù)。 Pentium微處理器使用微處理器使用64位數(shù)據(jù)總線來同時(shí)訪問位數(shù)據(jù)總線來同時(shí)訪問8個(gè)存儲(chǔ)體。個(gè)存儲(chǔ)體。3. 高速緩沖結(jié)構(gòu)高速

33、緩沖結(jié)構(gòu)( (Cache Structure) PentiumPentium微處理器內(nèi)含微處理器內(nèi)含8 8KBKB的指令高速緩沖存的指令高速緩沖存儲(chǔ)器（儲(chǔ)器（cachecache）和和8 8KBKB數(shù)據(jù)高速緩沖存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)高速緩沖存儲(chǔ)器( (cache)cache)，外部還可接第二級(jí)高速緩沖存儲(chǔ)器（外部還可接第二級(jí)高速緩沖存儲(chǔ)器（L2 cache）。）。 4. 超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)(Superscaler Architerture) CPU采用采用U，V兩條指令流水線，能在一個(gè)時(shí)兩條指令流水線，能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)發(fā)射兩條簡(jiǎn)單的整數(shù)指令，也可發(fā)射一鐘周期內(nèi)發(fā)射兩條簡(jiǎn)單的整數(shù)指令，也可發(fā)射一

34、條浮點(diǎn)指令。條浮點(diǎn)指令。 PentiumPentium微處理器采用分支預(yù)測(cè)邏輯以減少微處理器采用分支預(yù)測(cè)邏輯以減少分支導(dǎo)致的時(shí)間消耗。分支導(dǎo)致的時(shí)間消耗。 6. 浮點(diǎn)運(yùn)算部件浮點(diǎn)運(yùn)算部件 Pentium微處理器微處理器內(nèi)部包含了一個(gè)內(nèi)部包含了一個(gè)8 8段的流段的流水浮點(diǎn)運(yùn)算器。浮點(diǎn)部件支持水浮點(diǎn)運(yùn)算器。浮點(diǎn)部件支持IEEE754IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的單、標(biāo)準(zhǔn)的單、雙精度格式的浮點(diǎn)數(shù)雙精度格式的浮點(diǎn)數(shù) 。5. 分支預(yù)測(cè)邏輯分支預(yù)測(cè)邏輯(Branch Prediction Logic)15.2.2 15.2.2 PentiumPentium微處理器的特定寄存器微處理器的特定寄存器 1. 1. 控制寄

35、存器控制寄存器 Pentium微處理器的控制寄存器微處理器的控制寄存器CR0CR4。2.2. 標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器EFLAG Pentium微處理器增加了微處理器增加了4個(gè)新的標(biāo)志位個(gè)新的標(biāo)志位ID、VIP、VIF和和AC，用于控制和指示一些用于控制和指示一些Pentium新特性的條件。新特性的條件。15.2.3 15.2.3 PentiumPentium的存儲(chǔ)器管理的存儲(chǔ)器管理 1.1.分頁(yè)機(jī)制分頁(yè)機(jī)制 Pentium允許采用允許采用4KB或或4MB作為頁(yè)的單位，作為頁(yè)的單位，由控制寄存器的由控制寄存器的PSE位來選擇。位來選擇。 采用采用4MB頁(yè)時(shí)，線性地址被分成兩個(gè)部分，頁(yè)時(shí)，線性地址被

36、分成兩個(gè)部分，最左最左10位仍為頁(yè)目錄地址，而其它位仍為頁(yè)目錄地址，而其它22位直接為位直接為頁(yè)內(nèi)偏移地址（從頁(yè)內(nèi)偏移地址（從0到到4MB）。）。 2 2存儲(chǔ)器管理模式存儲(chǔ)器管理模式 Pentium微處理器除了實(shí)地址模式、保護(hù)模微處理器除了實(shí)地址模式、保護(hù)模式和虛擬式和虛擬8086模式外，還增加了存儲(chǔ)器管理模模式外，還增加了存儲(chǔ)器管理模式式SMM，它們處在同一級(jí)別。它們處在同一級(jí)別。 15.2.4 15.2.4 PentiumPentium微處理器尋址方式及微處理器尋址方式及指令格式指令格式 1 1尋址方式尋址方式 尋址方式主要是指段內(nèi)偏移量的獲取方尋址方式主要是指段內(nèi)偏移量的獲取方式。式。段

37、內(nèi)偏移量又稱為有效地址段內(nèi)偏移量又稱為有效地址EAEA（effective effective addressaddress）。）。 2. 2. 指令格式指令格式 Pentium指令的長(zhǎng)度可以從指令的長(zhǎng)度可以從1字節(jié)到字節(jié)到12字節(jié)，字節(jié)，還可以帶前綴（還可以帶前綴（prefix），），前綴的長(zhǎng)度最大為前綴的長(zhǎng)度最大為4字節(jié)。字節(jié)。 3.3.指令類型指令類型 80386對(duì)對(duì)8086和和80286指令進(jìn)行了許多擴(kuò)充指令進(jìn)行了許多擴(kuò)充。 80486包括了包括了80386的全部指令又增加的全部指令又增加6條指令。條指令。Pentium包括了包括了80486的全部指令又增加了的全部指令又增加了5條指令

38、。條指令。15.3 15.3 高檔高檔PentiumPentium微處理器微處理器 15.3.1 15.3.1 Pentium MMX Pentium MMX Pentium MMX是英特爾在是英特爾在Pentium內(nèi)核基內(nèi)核基礎(chǔ)上改進(jìn)的，其最大的特點(diǎn)是增加了礎(chǔ)上改進(jìn)的，其最大的特點(diǎn)是增加了57條條MMX擴(kuò)展指令集。這些指令專門用來處理音視頻相擴(kuò)展指令集。這些指令專門用來處理音視頻相關(guān)的計(jì)算。關(guān)的計(jì)算。15.3.2 15.3.2 Pentium Pro Pentium Pro Pentium Pro處理器是英特爾首個(gè)專門為處理器是英特爾首個(gè)專門為32位服務(wù)器、工作站設(shè)計(jì)的處理器，可以應(yīng)用在高位服務(wù)器、工作站設(shè)計(jì)的處理器，可以應(yīng)用在高速輔助設(shè)計(jì)、機(jī)械引擎、科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域。速輔助設(shè)計(jì)、機(jī)械引擎、科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域。 15.3.3 15.3.3 Pentium Pentium II II Pentium II處理器芯片內(nèi)部集成了處理器芯片內(nèi)部集成了750萬個(gè)萬個(gè)晶體管晶體管(比最近一代比最近一代Pentium Pro處理器所集成的處理器所集成的晶體管數(shù)多出了晶體管數(shù)多出了200萬顆萬顆)，并整合了，并整合了MMX指令指令集技術(shù)，可以更快更流暢的播放影音集技術(shù)，可以更快更流暢的播放影音Video、Audio以及圖像等多媒體數(shù)據(jù)。以及圖像等多媒體數(shù)據(jù)。 Pentium II首次引