Intel結(jié)構(gòu)32位計算機技術(shù)課件

Intel結(jié)構(gòu)32位計算機技術(shù)深圳職業(yè)技術(shù)學院高等教育出版社Intel結(jié)構(gòu)32位計算機技術(shù)深圳職業(yè)技術(shù)學院課程任務

以IA-32計算機為對象，介紹當今流行的32位計算機硬件技術(shù)，以達到具備IA-32計算機硬件分析能力的目的。同時，介紹MASM6.1x匯編語言的知識以及以MASM6.1x匯編語言為工具來輔助觀察硬件動作行為的方法，以達到具備初步IA-32計算機硬件功能測試能力的目的。課程任務 以IA-32計算機為對象，介紹當今流行的 IA-32計算機——IntelArchitecture 32位計算機 IA-32計算機學習方法:1.課程內(nèi)容前后交叉，常規(guī)的循序漸進式的學習方法不管用了。2.書、手冊、資料是學習硬件的主要手段。3.硬件的規(guī)律性較差，要求在理解的基礎(chǔ)上記憶。4.英文是學習好硬件的工具之一。學習方法:1.課程內(nèi)容前后交叉，常規(guī)的循序漸進式的學習1.1馮·諾依曼計算機

的基本概念和結(jié)構(gòu)1.1馮·諾依曼計算機

的基本概念和結(jié)構(gòu)馮·諾依曼計算機：

(VonNeumannmachine)按程序存儲（Stored-Program）概念建造的計算機稱之為馮·諾依曼計算機。

馮·諾依曼計算機：

(VonNeumannmachin馮·諾依曼計算機的要點：1、使用二進制（Binary）表示指令和數(shù)據(jù)；2、使用程序存儲工作原理；3、計算機的硬件由 運算器（ALU）、

控制器（CU）、

存儲器（Memory,也稱內(nèi)存或主存）、

輸入設(shè)備（Inputdevice)、 輸出設(shè)備(Outputdevice)

五部件組成。馮·諾依曼計算機的要點：1、使用二進制（Binary）表示指幾個術(shù)語：

指令（instruction）：

也稱機器指令（Machineinstruction）。 它是控制計算機硬件進行工作的命令（Command）。幾個術(shù)語： 指令（instruction）：數(shù)據(jù)（Data）：

指的是能夠由計算機處理的數(shù)字、字母和符號等。數(shù)據(jù)（Data）：機器語言（MachineLanguage）： 由于計算機的硬件僅能識別二進制代碼表示的指令和數(shù)據(jù)，所以這種二進制代碼也稱之為機器語言。注：計算機硬件如何識別內(nèi)存中的指令和數(shù)據(jù)： 指令和數(shù)據(jù)分區(qū)存放（程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)），分區(qū)訪問。機器語言（MachineLanguage）：程序（Program)：

指的是為求解某一問題而設(shè)計的一系列指令的集合。

程序（Program)：CISC(ComplexInstructionSetComputer)：復雜指令系統(tǒng)計算機。RISC(ReducedInstructionSetComputer)：精簡指令系統(tǒng)計算機。CISC1、使用二進制表示指令和數(shù)據(jù) 計算機為什么要使用二進制而不使用十進制： 主要因為二進制的一個數(shù)位使用僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的電路即可表示，而十進制則需要具有十種穩(wěn)定狀態(tài)的電路才可表示。顯然，使用二進制比使用十進制，電路實現(xiàn)簡單多了。另外二進制進行算術(shù)和邏輯運算都很方便。1、使用二進制表示指令和數(shù)據(jù) 計算機為什么要使用二進制而不使 以使用5V直流電源的邏輯電路為例，在正邏輯的情況下：3V以上的電平稱之為高電平，代表數(shù)字1。0.8V以下的電平稱之為低電平,代表數(shù)字0。 數(shù)字信號的波形示意圖： 以使用5V直流電源的邏輯電路為例，在正邏輯的情況下：3V以2、使用存儲程序工作原理 程序存儲工作原理的要點： 程序設(shè)計， 把程序置入內(nèi)存， 從內(nèi)存中取指令并執(zhí)行。

2、使用存儲程序工作原理 程序存儲工作原理的要點：

注意： 匯編語言中的可執(zhí)行語句（ExecutableStatement）與機器指令有一一對應的關(guān)系，即一條匯編語言可執(zhí)行語句，能且僅能翻譯成一條相應的機器指令； 而一條高級語言語句可翻譯成相應的數(shù)條機器指令。 注意：3.計算機硬件的結(jié)構(gòu)馮·諾依曼計算機的硬件結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。3.計算機硬件的結(jié)構(gòu)馮·諾依曼計算機的硬件結(jié)構(gòu)如圖1.2所馮·諾依曼計算機五部件的功能: 運算器的主要功能是從存儲器中取出原始數(shù)據(jù)，進行運算，并把結(jié)果送回存儲器。 存儲器的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。 輸入設(shè)備的主要功能是把程序和原始數(shù)據(jù)輸入到存儲器。 輸出設(shè)備的主要功能是把存放在存儲器中的結(jié)果輸出。 控制器是計算機全機的控制中心。馮·諾依曼計算機五部件的功能: 運算器的主要功能是從存儲器中微處理機（Microprocessor）:

把運算器和控制器制造在一塊硅片上，稱之為微處理機。微型計算機:

以微處理機為核心，再加上內(nèi)存和I/O設(shè)備組成。

微處理機（Microprocessor）:1.2IA-32Intel計算機的概況1.2IA-32Intel計算機的概況1.2.1計算機發(fā)展簡史

1946年誕生世界上第一臺數(shù)字電子計算機。 通常以所采用的基本硬件技術(shù)來劃分計算機發(fā)展的不同階段：第一代計算機

使用的電路器件是電子管或真空管。第二代計算機

使用的電路器件是晶體管（Transistor）。1.2.1計算機發(fā)展簡史 1946年誕生世界上第一臺數(shù)第三代計算機

使用的電路器件是小規(guī)模集成電路SSI（SmallScaleIntegrated）和中規(guī)模集成電路MSI（MiddleScaleIntegrated）。第四代計算機

使用的電路器件是大規(guī)模集成電路LSI（LargeScaleIntegrated）和超大規(guī)模集成電路VLSI（VeryLSI）。 包括IA-32Intel計算機在內(nèi)的許多微型計算機都屬于第四代計算機。第三代計算機1.2.2IA-32Intel系列CPU的概況 分為兩個階段：

·x86結(jié)構(gòu)

時代·IA-32時代。1.2.2IA-32Intel系列CPU的概況 分為兩個X86：16位：8086、8088、80186、 80286（引入保護方式）32位：80386（引入虛存）、 80486（在CISC上應用 RISC）64位：PentiumCPUX86：IA—32： PentiumProCPU出現(xiàn)后，就不在使用x86的名稱了，而改稱IA-32了（其實，從80386開始都屬于IA-32）。 PentiumProCPU之后開始采用P6微結(jié)構(gòu)。IA—32：P6微結(jié)構(gòu)： 動態(tài)、雙獨立總線、超標量體系結(jié)構(gòu)。NetBurst結(jié)構(gòu)： 超流水線、減少預測轉(zhuǎn)移失敗、保持ALU處于忙狀態(tài)、減少執(zhí)行任務指令數(shù)。P6微結(jié)構(gòu)：P6微結(jié)構(gòu)CPU:Celeron、PentiumIII、

PentiumIIIXeon。NetBurst微結(jié)構(gòu)CPU：Pentium4、

Xeon。

P6微結(jié)構(gòu)CPU:（注： CPU結(jié)構(gòu)： 指的是CPU中程序員可見的部分，如指令系統(tǒng)、寄存器和數(shù)據(jù)格式等。CPU的微結(jié)構(gòu)： 指的是CPU結(jié)構(gòu)在芯片上的實現(xiàn)，即通常所說的組織層次。）（注： （部分技術(shù)介紹：·以RISC技術(shù)為基礎(chǔ)，支持CISC型指令： 其作法是通過把CISC指令分解為幾個不同的RISC指令，在并行執(zhí)行的流水線上運行，巧妙地解決了CISC型指令也能在RISC型的流水線上執(zhí)行的問題，從而極大地提高了CPU的性能。（部分技術(shù)介紹：

·PentiumCPU中引入的雙路超標量技術(shù)：

在x86結(jié)構(gòu)CPU中首次實現(xiàn)了雙路超標量技術(shù)。做法是：在Pentium內(nèi)部設(shè)置有兩條指令流水線，所以Pentium就可以在一個機器周期內(nèi)處理兩條指令，進一步提高了指令處理的并行度，從而進一步加速了指令的處理速度。理論上說，Pentium的指令處理速度可達80486的2倍。 ·PentiumCPU中引入的雙路超標量技術(shù)：·P6微結(jié)構(gòu)中的動態(tài)執(zhí)行技術(shù)：所謂動態(tài)執(zhí)行技術(shù)，包含 轉(zhuǎn)移預測、

數(shù)據(jù)流分析、

指令池、 推測執(zhí)行等要點。

·P6微結(jié)構(gòu)中的動態(tài)執(zhí)行技術(shù)：·P6微結(jié)構(gòu)中的雙獨立總線：在P6核心中，實際上有兩條互相獨立的總線。 一條連接系統(tǒng)主存，稱之為前端總線(FrontSideBus)。 另一條連接系統(tǒng)L2Cache,稱之為后端總線(BackSideBus)。）·P6微結(jié)構(gòu)中的雙獨立總線：系列化的IA-32Intel計算機系列計算機的特點：軟件向上兼容（Up-compatible）。系列計算機的六個統(tǒng)一:指令系統(tǒng)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一、字符編碼統(tǒng)一、中斷系統(tǒng)統(tǒng)一、控制方式統(tǒng)一、I/O操作方式統(tǒng)一。系列化的IA-32Intel計算機系列計算機的特點：計算機功能的層次結(jié)構(gòu)

計算機功能的層次結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件：

是一組通用的軟件，往往由計算機制造公司隨機帶給用戶或者由相關(guān)的軟件公司提供給用戶。包括: 操作系統(tǒng)（OperatingSystems）、 語言處理程序; 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng);

實用程序（如：編輯、鏈接、調(diào)試、診斷程序等）。系統(tǒng)軟件： 應用軟件：

是指計算機在各種各樣的應用領(lǐng)域中，人們?yōu)榱藨糜嬎銠C來解決本領(lǐng)域內(nèi)所獨有的問題而設(shè)計的軟件。 分為： 科學計算； 事務處理； 自動控制； 計算機輔助工作； 人工智能等。應用軟件： 操作系統(tǒng)基本功能： 作業(yè)管理、 處理機管理、 存儲器管理、 文件管理、 提供人機接口和程序設(shè)計接口等。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)： 是一組通信協(xié)議（Protocol）在某種具體機型上的實現(xiàn)。操作系統(tǒng)基本功能：作業(yè)一復習教材第一章，并通過習題一(1-35)自測。重點：8、10、11、12、14、16、21、23、24、25、29、31、32、33、35。作業(yè)一復習教材第一章，并通過習題一(1-35)自測。Intel結(jié)構(gòu)32位計算機技術(shù)深圳職業(yè)技術(shù)學院高等教育出版社Intel結(jié)構(gòu)32位計算機技術(shù)深圳職業(yè)技術(shù)學院課程任務

以IA-32計算機為對象，介紹當今流行的32位計算機硬件技術(shù)，以達到具備IA-32計算機硬件分析能力的目的。同時，介紹MASM6.1x匯編語言的知識以及以MASM6.1x匯編語言為工具來輔助觀察硬件動作行為的方法，以達到具備初步IA-32計算機硬件功能測試能力的目的。課程任務 以IA-32計算機為對象，介紹當今流行的 IA-32計算機——IntelArchitecture 32位計算機 IA-32計算機學習方法:1.課程內(nèi)容前后交叉，常規(guī)的循序漸進式的學習方法不管用了。2.書、手冊、資料是學習硬件的主要手段。3.硬件的規(guī)律性較差，要求在理解的基礎(chǔ)上記憶。4.英文是學習好硬件的工具之一。學習方法:1.課程內(nèi)容前后交叉，常規(guī)的循序漸進式的學習1.1馮·諾依曼計算機

的基本概念和結(jié)構(gòu)1.1馮·諾依曼計算機

的基本概念和結(jié)構(gòu)馮·諾依曼計算機：

(VonNeumannmachine)按程序存儲（Stored-Program）概念建造的計算機稱之為馮·諾依曼計算機。

馮·諾依曼計算機：

(VonNeumannmachin馮·諾依曼計算機的要點：1、使用二進制（Binary）表示指令和數(shù)據(jù)；2、使用程序存儲工作原理；3、計算機的硬件由 運算器（ALU）、

控制器（CU）、

存儲器（Memory,也稱內(nèi)存或主存）、

輸入設(shè)備（Inputdevice)、 輸出設(shè)備(Outputdevice)

五部件組成。馮·諾依曼計算機的要點：1、使用二進制（Binary）表示指幾個術(shù)語：

指令（instruction）：

也稱機器指令（Machineinstruction）。 它是控制計算機硬件進行工作的命令（Command）。幾個術(shù)語： 指令（instruction）：數(shù)據(jù)（Data）：

指的是能夠由計算機處理的數(shù)字、字母和符號等。數(shù)據(jù)（Data）：機器語言（MachineLanguage）： 由于計算機的硬件僅能識別二進制代碼表示的指令和數(shù)據(jù)，所以這種二進制代碼也稱之為機器語言。注：計算機硬件如何識別內(nèi)存中的指令和數(shù)據(jù)： 指令和數(shù)據(jù)分區(qū)存放（程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)），分區(qū)訪問。機器語言（MachineLanguage）：程序（Program)：

指的是為求解某一問題而設(shè)計的一系列指令的集合。

程序（Program)：CISC(ComplexInstructionSetComputer)：復雜指令系統(tǒng)計算機。RISC(ReducedInstructionSetComputer)：精簡指令系統(tǒng)計算機。CISC1、使用二進制表示指令和數(shù)據(jù) 計算機為什么要使用二進制而不使用十進制： 主要因為二進制的一個數(shù)位使用僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的電路即可表示，而十進制則需要具有十種穩(wěn)定狀態(tài)的電路才可表示。顯然，使用二進制比使用十進制，電路實現(xiàn)簡單多了。另外二進制進行算術(shù)和邏輯運算都很方便。1、使用二進制表示指令和數(shù)據(jù) 計算機為什么要使用二進制而不使 以使用5V直流電源的邏輯電路為例，在正邏輯的情況下：3V以上的電平稱之為高電平，代表數(shù)字1。0.8V以下的電平稱之為低電平,代表數(shù)字0。 數(shù)字信號的波形示意圖： 以使用5V直流電源的邏輯電路為例，在正邏輯的情況下：3V以2、使用存儲程序工作原理 程序存儲工作原理的要點： 程序設(shè)計， 把程序置入內(nèi)存， 從內(nèi)存中取指令并執(zhí)行。

2、使用存儲程序工作原理 程序存儲工作原理的要點：

注意： 匯編語言中的可執(zhí)行語句（ExecutableStatement）與機器指令有一一對應的關(guān)系，即一條匯編語言可執(zhí)行語句，能且僅能翻譯成一條相應的機器指令； 而一條高級語言語句可翻譯成相應的數(shù)條機器指令。 注意：3.計算機硬件的結(jié)構(gòu)馮·諾依曼計算機的硬件結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。3.計算機硬件的結(jié)構(gòu)馮·諾依曼計算機的硬件結(jié)構(gòu)如圖1.2所馮·諾依曼計算機五部件的功能: 運算器的主要功能是從存儲器中取出原始數(shù)據(jù)，進行運算，并把結(jié)果送回存儲器。 存儲器的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。 輸入設(shè)備的主要功能是把程序和原始數(shù)據(jù)輸入到存儲器。 輸出設(shè)備的主要功能是把存放在存儲器中的結(jié)果輸出。 控制器是計算機全機的控制中心。馮·諾依曼計算機五部件的功能: 運算器的主要功能是從存儲器中微處理機（Microprocessor）:

把運算器和控制器制造在一塊硅片上，稱之為微處理機。微型計算機:

以微處理機為核心，再加上內(nèi)存和I/O設(shè)備組成。

微處理機（Microprocessor）:1.2IA-32Intel計算機的概況1.2IA-32Intel計算機的概況1.2.1計算機發(fā)展簡史

1946年誕生世界上第一臺數(shù)字電子計算機。 通常以所采用的基本硬件技術(shù)來劃分計算機發(fā)展的不同階段：第一代計算機

使用的電路器件是電子管或真空管。第二代計算機

使用的電路器件是晶體管（Transistor）。1.2.1計算機發(fā)展簡史 1946年誕生世界上第一臺數(shù)第三代計算機

使用的電路器件是小規(guī)模集成電路SSI（SmallScaleIntegrated）和中規(guī)模集成電路MSI（MiddleScaleIntegrated）。第四代計算機

使用的電路器件是大規(guī)模集成電路LSI（LargeScaleIntegrated）和超大規(guī)模集成電路VLSI（VeryLSI）。 包括IA-32Intel計算機在內(nèi)的許多微型計算機都屬于第四代計算機。第三代計算機1.2.2IA-32Intel系列CPU的概況 分為兩個階段：

·x86結(jié)構(gòu)

時代·IA-32時代。1.2.2IA-32Intel系列CPU的概況 分為兩個X86：16位：8086、8088、80186、 80286（引入保護方式）32位：80386（引入虛存）、 80486（在CISC上應用 RISC）64位：PentiumCPUX86：IA—32： PentiumProCPU出現(xiàn)后，就不在使用x86的名稱了，而改稱IA-32了（其實，從80386開始都屬于IA-32）。 PentiumProCPU之后開始采用P6微結(jié)構(gòu)。IA—32：P6微結(jié)構(gòu)： 動態(tài)、雙獨立總線、超標量體系結(jié)構(gòu)。NetBurst結(jié)構(gòu)： 超流水線、減少預測轉(zhuǎn)移失敗、保持ALU處于忙狀態(tài)、減少執(zhí)行任務指令數(shù)。P6微結(jié)構(gòu)：P6微結(jié)構(gòu)CPU:Celeron、PentiumIII、

PentiumIIIXeon。NetBurst微結(jié)構(gòu)CPU：Pentium4、

Xeon。

P6微結(jié)構(gòu)CPU:（注： CPU結(jié)構(gòu)： 指的是CPU中程序員可見的部分，如指令系統(tǒng)、寄存器和數(shù)據(jù)格式等。CPU的微結(jié)構(gòu)： 指的是CPU結(jié)構(gòu)在芯片上的實現(xiàn)，即通常所說的組織層次。）（注： （部分技術(shù)介紹：·以RISC技術(shù)為基礎(chǔ)，支持CISC型指令： 其作法是通過把CISC指令分解為幾個不同的RISC指令，在并行執(zhí)行的流水線上運行，巧妙地解決了CISC型指令也能在RISC型的流水線上執(zhí)行的問題，從而極大地提高了CPU的性能。（部分技術(shù)介紹：

·PentiumCPU中引入的雙路超標量技術(shù)：

在x86結(jié)構(gòu)CPU中首次實現(xiàn)了雙路超標量技術(shù)。做法是：在Pentium內(nèi)部設(shè)置有兩條指令流水線，所以Pentium就可以在一個機器周期內(nèi)處理兩條指令，進一步提高了指令處理的并行度，從而進一步加速了指令的處理速度。理論上說，Pentium的指令處理速度可達80486的2倍。 ·PentiumCPU中引入的雙路超標量技術(shù)：·P6微結(jié)構(gòu)中