高性能微处理器优秀PPT.ppt
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1、第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器12.1 80286微处理器 80286主要由总线部件(BU)、指令部件(IU)、执行部件(EU)和地址部件(AU)四个独立的处理部件构成一个有机的整体,并加强它们之间的并行操作程序,有效地加快处理速度。第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器12.1.1 80286的内部结构分析(1)BU是微处理器与系统之间的一个高速接口,负责管理、限制总线操作。它有效地管理、限制80286与存储器、外部设备的联系。以最高的速率传送数据和预取指令的操作,实现零等待状态,完成对外的读/写。(2)IU负责从存储区域中取出指令,送入预取指令队列。该队列是预取器和
2、指令译码器之间的一个缓冲。指令译码器将指令从队列中取出、译码后送入已译码指令队列,并作好供EU执行的准备。IU连续译码,与此同时,EU执行的总是事先由IU译好的指令。这样译码和执行并行操作,改善了流水线功能,从而大大提高了80286的工作速度。(3)EU负责执行已译码的指令,依据所需步骤完成微处理器的算术、逻辑运算以及其他数据加工等操作。(4)AU由偏移量加法器、段界限值检查器、段基地址寄存器、段长度寄存器和物理地址加法器等部件构成,完成执行指令过程中的有关寻址操作。它实施存储器管理及爱护功能,计算出操作数据的物理地址,同时检查爱护权。在爱护方式下,AU供应完全的存储管理、爱护和虚拟存储等支持
3、。AU内部有一个高速缓冲寄存器,该寄存器保存着段的基地段、段长界限和当前正在执行的任务所用的全部虚拟存储段的访问权。第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器12.1.2 80286的寄存器 80286的寄存器组与8086基本相同。同样有8个16位数据寄存器AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI。80286的4个段寄存器CS,DS,ES,SS各包括16位段选择器和与之相对应的48位段高速缓冲器(8位存取权域、24位基地址域和16位界限域),共64位,用于逻辑地址到物理地址的转换。80286的标记寄存器增设了两个标记位段寄存器字段。其中,IOPL字段为特权标记,用来定义当前任务的特权
4、层,即优先权(有03四级);NT位为任务嵌套标记,NT1,表示当前执行的任务嵌套于另一任务中,否则NT0。80286新设了16位的机器状态字(MSW),只运用其中的低4位。80286还增设了4个系统表寄存器:全局描述符表寄存器GDTR、局部描述符表寄存器LDTR、中断描述符表寄存器IDTR、任务状态表寄存器TR。这4个系统表寄存器只在爱护方式下运用。80286的爱护方式在存储器中设置了三种类型的描述符表:全局描述符表(GDT,Global Descriptor Table)、局部描述符表(LDT,Local Descriptor Table)和中断描述符表(IDT,Interrupt Desc
5、riptor Table)。与8086比较,80286芯片引脚功能最大的差别是不接受地址、数据线复用方式,因此有68条引脚,封装成四面都有引脚的正方形管壳方式。第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器12.1.3 80286的存储器组织80286是在芯片内部最早实现存储管理和爱护的微处理器。80286有实地址管理方式和爱护虚拟地址管理方式。爱护虚拟地址管理方式可对多任务操作供应牢靠的支持。80286在加电或复位时自动进入实地址方式。可以通过运用指令LMSW和SMSW置机器状态字MSW中的PE位,使CPU进行实地址方式(PE0)和爱护虚拟地址方式(PE1)的切换。第第1212章章 高性能微
6、处理器高性能微处理器第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器新增寻址寄存器新增寻址寄存器第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器爱护模式下的存储器寻址爱护模式下的存储器寻址第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器段描述符段描述符第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器实例实例第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器12.2 80386微处理器 假如说,微处理器从8位到16位主要是总线的加宽,那么,从16位到32位,则是从体系结构
7、设计上的概念性的革新。32位微处理器的问世是微处理器发展史的又一里程碑。32微处理器普遍接受流水线技术、指令重叠技术、虚拟存储技术、片内存储管理技术、存储器分段、分页爱护技术。这些技术的应用,使32位微机可以更有效地处理数据、文字、图像、图形、语音等各种信息,为实现多用户、多任务操作系统供应了有力的支持。第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器12.2.1 80386的内部结构 80386接受流水工作方式,其内部结构按功能划分由六大部件组成:总线接口部件(BIU)、指令预取部件(IPU)、指令译码部件(IDU)、指令执行部件(EU)、分段部件(SU)和分页部件(PU)。第第1212章章
8、高性能微处理器高性能微处理器寄存器结构寄存器结构第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器12.2.3 80386的工作方式 80386有高性能的存储管理部件MMU,有力地支持了三种工作方式:实地址方式、虚拟地址方式和虚拟8086方式。(1)实地址方式:80386在加电或复位初始化时进入实地址方式,这是一种为建立爱护方式作准备的方式。它与8086,80286相同,由16位段选择字左移4位与16位偏移地址相加,得到20位物理地址,可寻址1MB存储空间。这时,段的基地址是在4GB物理存储空间的第一个1MB内。(2)爱护虚拟地址方式。80386的爱护虚地址方式是其最常用的方式,一般开机或复位后,
9、先进入实地址方式完成初始化,然后马上转入爱护虚地址方式,也只有在爱护虚地址方式下,80386才能充分发挥其强大的功能。(3)虚拟8086(V86)方式。虚拟8086方式又称为V86方式。80386把标记寄存器中的VM标记位置“1”,即进入V86方式,执行一个8086程序,把VM复位,即退出V86方式而进入爱护方式,执行爱护方式的80386程序。第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器12.2.4 80386的存储器管理 80386在爱护虚拟地址方式下,接受分段、分页两级综合的存储管理,用分段管理组织其逻辑地址空间的结构,用分页管理来管理其物理存储。80386的分段部件把程序的逻辑地址变换
10、为线性地址,进而由分页部件变换为物理地址。这种段管理基础上的分页管理是80386所支持的最全面、功能最强的一种存储管理方式。由于微处理器内还设置高速缓冲存储器(Cache)和其他功能部件,使得这种两级地址转换的速度很快。第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器(1)分段管理 80386的分段管理与80286类似。80386的段描述符也为8Byte,段基地址扩大到32位,段限值扩大到1MB,增加了4位语义限制字段。80386的段描述符的格式如图12.4所示:第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器(2)分页管理 80386分页接受了页书目表、页表两级页变换机制,低一级的页表是页的映像
11、,由若干页描述符组成,每一个页描述符指示一个物理页面;高一级的页书目表是页表的映像,由若干页书目描述符组成,每一个页书目描述符指示着不同页表,由80386的页书目基地址寄存器CR3指示页书目表在存储器中的位置。80386的页表和页书目表中最多可分别包含210个页描述符和页书目描述符,每个描述符均由4Byte(32位)组成,其格式也基本相同。第第1212章章 高性能微处理器高性能微处理器80386的存储器的分页机构 80386的页面和页表均起始于存储空间的4KB界上,因此,页面地址和页表地址的低12位为全0。在80386分页系统中,由CR3给出页目标表的基地址,利用32位线性地址的高10位在页书
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