【大學課件】8086cpu原理與pc體系結(jié)構(gòu)(編輯修改稿)
2025-08-28 16:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 AD0 0 1 從奇地址單元 /端口，讀 /寫一個字節(jié) AD15～ AD8 從 奇地址 單元 /端口，讀 /寫一個 字 （ 雙周期 ） 0 1 在第一個總線周期，將低 8位數(shù)據(jù)送AD15～ AD8 AD15～ AD8 1 0 在第二個總線周期，將高 8位數(shù)據(jù)送AD7～ AD0 AD7～ AD0 30 二、現(xiàn)代 PC存儲系統(tǒng)的 層次結(jié)構(gòu) ? 現(xiàn)代高性能的計算機系統(tǒng)存儲系統(tǒng)的 矛盾 – 對存儲器要求速度快，容量大，價格合理 – 僅僅用一種技術組成的單一存儲器是不可能同時滿足上述要求的 ? 程序運行分析表明： 沒有必要 全部選擇高速、大容量的存儲器。 ? 采用 層次結(jié)構(gòu) ，可解決存儲器高速度、大容量和合理成本三者間的矛盾。如圖。 31 存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 寄存器 內(nèi) (主 )存儲器 外存儲器 （ 文件 ） 指令 操作數(shù) 塊 頁 網(wǎng)絡 CPU 聯(lián) 機 存 儲 包 存 儲 容 量 數(shù) 據(jù) 塊 傳 輸 速 度 大 小 快 慢 成 本 低 高 高速緩存 Cache 32 Cache主存 存儲層次（ 提高 速度 ） ? 為了加快 CPU的速度，在 CPU與主存之間增加一級或兩級 高速小容量存儲器 ，即高速緩沖存儲器，簡稱 Cache，組成 Cache主存存儲層次。 CPU Cache 主存 輔助硬件 33 Cache特點與使用 ? Cache容量相對較小，但存取速度與 CPU工作速度相當。 ? 主存中存放主體程序，而在 Cache中存放最近 訪問頻率最高 的指令和數(shù)據(jù)。 ? CPU訪問存儲器時，首先訪問 Cache，以便提高速度。 34 Cache未命中及對策 ? 如果 CPU訪問的指令或數(shù)據(jù)在 Cache 中，則稱作 高速緩存命中 (hit)。否則 CPU從主存中訪問指令或數(shù)據(jù)，同時將其按照某種策略復制到 Cache中，這稱為訪問 Cache未命中 。 ? 提高命中率：優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)；優(yōu)化 更新Cache內(nèi)容 的算法，常用 FIFO和 LRU/Least Recently Used；適當增加 Cache的容量，合理設置 Cache塊的大小。 35 主存 輔存 存儲層次（ 增加容量 ） ? 輔存是外部設備的一部分，其 編址與主存編址無關 。 ? 專用操作系統(tǒng)的管理軟件借助系統(tǒng)硬件的支持把部分 輔存 （一般為硬盤） 模擬 成主存儲器，形成比 主存 大得多的“ 虛擬存儲器 系統(tǒng)”。 CPU 主存 輔存 輔助軟件與設備 36 虛擬存儲器 特點 ? 可使用戶的程序（任務）存儲空間大于實際的物理存儲空間（ 主存 ）。如果不采用虛擬存儲器，程序則無法運行。 ? 多用戶 /程序進程共享主存空間。 ? 存取速度 接近于主存的存取速度， 存儲容量 則接近于輔存的存儲容量， 解決了大容量和低成本之間的矛盾 。 37 三、 虛擬存儲器 ? 在具有虛擬存儲器的系統(tǒng)中，程序運行時被存儲管理軟件 分塊 ，部分位于主存，部分位于虛存（輔存磁盤）中， CPU僅能執(zhí)行主存中的程序塊 ，輔存中的程序塊在執(zhí)行時，必須被交換到主存中，才能由 CPU執(zhí)行。 ? 分類：頁式、段式和段頁式。 38 段式管理 ? 把存儲空間根據(jù)程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分為長度可變 的塊，如 216~232B。 ? 段表是程序結(jié)構(gòu)段與其在主存中位置的對照表。 ? 優(yōu)點 ：模塊化，共享性，易于程序鏈接和調(diào)度。 ? 缺點 ：地址變換的時間比較長，存儲器利用率比較低，空隙多。 39 頁式管理 ? 把虛存空間和主存空間分為 大小固定 的頁，如 512B到幾 KB。 ? 頁表是完成虛地址到實地址的變換。 ? 優(yōu)點 ：地址變換的速度比較快，易于對輔存管理，主存儲器利用率比較高，浪費少，頁表簡單（字段數(shù)少）。 ? 缺點 ：模塊化差，頁表長（同虛存大小相關），占主存空間。 40 段頁式管理 ? 段式管理和頁式管理的結(jié)合。 ? 主存分頁（固定），程序分段（可變），每段再分頁（大小同主存）。 ? 優(yōu)點 ：兼有段式和頁式管理的優(yōu)點。 41 訪問方法 ? CPU在執(zhí)行程序時以“ 虛地址 ”（即虛擬地址）的形式訪問程序指令和數(shù)據(jù)。 ? 硬件機制完成“虛地址”到“ 實地址 ”（即主存地址）之間的 映射 （對應關系）。 ? 如果虛地址對應的存儲單元位于主存空間， CPU將完成對指令或數(shù)據(jù)的訪問。 ? 如虛地址對應的存儲單元不在主存，則存儲器調(diào)度軟件將借助硬件機制完成輔存中的對應 程序塊與主存的 交換 ，并且把程序虛地址變成實地址，覆蓋原先存在的一部分程序后完成對指令或數(shù)據(jù)的訪問。 42 四、外存儲器 ? 磁盤存儲器 – 軟盤：適配器、驅(qū)動器、盤片系統(tǒng) – 硬盤：適配器（ IDE： Integrated Drive Electronics /ATA： Advanced Technology Attachment、 SCSI：Small Computer System Interface、 Fibre Channel：光纖通道、 SATA：串行 ATA）、驅(qū)動器、盤片系統(tǒng) ? 光盤存儲器 – 特點：容量大、成本低、信息保存時間長、復制簡單 – 類型：只讀型、一次寫入型、可讀寫型 ? 存儲卡 – IC卡、 SRAM卡、 DRAM卡、 FlashROM卡等 ? 磁帶存儲設備 43 小節(jié) ? 8086按字或字節(jié)訪問存儲器時，地址與時間的關系 ? PC存儲器的結(jié)構(gòu)層次 ? Cache、虛擬存儲器的概念 44 8086的系統(tǒng)擴展 一、 8086中斷系統(tǒng)及擴展 ? 8086的中斷類型 – 外部中斷 （硬件中斷） ? NMI非屏蔽中斷 ：不能屏蔽，用于系統(tǒng)核心硬件的故障（系統(tǒng)掉電、存儲器讀寫錯、總線奇偶錯） ? INTR可屏蔽中斷 ：外部設備的中斷請求（日時鐘、鍵盤、串口、硬盤、軟盤、打印機等） – 內(nèi)部中斷 （軟件中斷） ? 不能屏蔽， CPU不需要中斷響應周期 ? CPU運行引起的中斷： 除 0中斷 (0)、溢出中斷 (指令 )(4) ? 調(diào)試中斷：單步中斷 (1)、斷點中斷 (3) ? 指令中斷： Int n ? 8086中斷 優(yōu)先權(quán) 次序 – 除單步中斷外的其它內(nèi)部中斷（軟件中斷） → NMI → INTR → 單步中斷 45 中斷向量與中斷向量表 ? 中斷向量 ： 中斷服務程序的 入口地址 ，在 PC平臺中，它包括中斷服務程序入口的 CS﹕ IP，通過中斷向量， CPU能轉(zhuǎn)移到中斷服務程序 ? 中斷向量表的構(gòu)成 – 中斷向量表 ：把所有中斷源的中斷向量集中在一起，形成中斷向量表 – 8086在 內(nèi)存中 地址為 00000H～ 003FFH的存儲區(qū)內(nèi)建立中斷向量表 ,共存放 256個中斷向量，每個向量占 4個字節(jié)， IP在低地址單元、 CS在高地址單元，低位在前，高位在后 – 此表的查詢索引為 中斷類型號 46 可屏蔽中斷的響應條件 ? 現(xiàn)行指令結(jié)束 ： 8086CPU在當前指令的最后一個機器周期的最后一個 T狀態(tài)采樣 INTR線，如果發(fā)現(xiàn)中斷請求且 CPU開放中斷，立即進入中斷響應周期 ? CPU開放中斷 ： 8086CPU的標志寄存器 IF位 必須為‘ 1’（中斷開放）， CPU才響應中斷，如果為‘ 0’（中斷關閉）， CPU將不響應中斷請求（ STI：置 IF=1； CLI：清 IF=0） ? 沒有發(fā)生復位（ RESET）、 DMA、內(nèi)部中斷和不可屏蔽中斷請求 ? 沒有高級可屏蔽中斷請求在被
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