【正文】 6 7 8 9 10 11 12 13 t 返回首頁 六、流水線結(jié)構(gòu) 1. 指令流水線結(jié)構(gòu) 完成一條指令分 7 段 ， 每段需一個(gè)時(shí)鐘周期 若 流水線不出現(xiàn)斷流 1 個(gè)時(shí)鐘周期出 1 結(jié)果 不采用流水技術(shù) 7 個(gè)時(shí)鐘周期出 1 結(jié)果 理想情況下， 7 級(jí)流水 的速度是不采用流水技術(shù)的 7 倍 地址形成部件 指令譯碼部件 取操作數(shù)部件 取指令部件 操作執(zhí)行部件 回寫結(jié)果部件 修改指令指針部件 鎖存 鎖存 鎖存 鎖存 鎖存 鎖存 返回首頁 2. 運(yùn)算流水線 完成 浮點(diǎn)加減 運(yùn)算 可分 對(duì)階 、 尾數(shù)求和 、 規(guī)格化 三段 分段原則 每段 操作時(shí)間 盡量 一致 鎖存器 對(duì)階功能部件 第一段 尾數(shù)加部件 鎖存器 第二段 規(guī)格化部件 鎖存器 第三段 返回首頁 80x86系列微處理器 8086是第一款 16位微處理器，問世之初，市場(chǎng)上缺乏與之配套的外圍芯片，用 8086來構(gòu)建微型計(jì)算機(jī)成本很高。為此， Intel公司推出與 8086兼容的準(zhǔn) 16位微處理器 8088。 返回首頁 8088的通用寄存器組、 ALU、指令系統(tǒng)都是按照16位設(shè)計(jì)的，與 8086完全相同，只不過 8088的數(shù)據(jù)引腳是 8位的。這樣就可以兼容當(dāng)時(shí)已有的一整套的外圍芯片。 8086/8088微處理器的浮點(diǎn)運(yùn)算能力和 I/O能力相對(duì)較弱，為了滿足用戶對(duì)高性能計(jì)算的要求， Intel公司還推出了兩款協(xié)處理器 —— 數(shù)值運(yùn)算協(xié)處理器 8087 和 I/O協(xié)處理器 8089。 為此，只配置一個(gè) 8086/8088微處理器的工作模式被定義為 最小模式 。在這種模式中，所有的總線控制信號(hào)都直接由 8086或 8088發(fā)出。相對(duì)而言，包含協(xié)處理器的微處理器工作模式被定義為 最大模式 。 返回首頁 SI DI BP SP DL DH CL CH BL BH AL AH 6 5 4 3 2 1 通用寄存器組 AX BX CX DX 外部總線 內(nèi)部暫存器 IP ES SS DS CS 運(yùn)算寄存器 ALU 標(biāo) 志 輸入輸出 控制電路 ∑ 執(zhí)行部分 控制電路 執(zhí)行部件（ EU） 總線接口部件 （ BIU） 內(nèi)部總線 地址加法器 16位 16位 20位 16位 8086CPU結(jié)構(gòu)圖 返回首頁 一、總線接口部件（ BIU） ：負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、 I／ O接口之間傳送信息。 ： （ 1）四個(gè)段地址寄存器：主要用于存放段基址 （ 2） 16位指令指針寄存器 IP （ 3） 20位的地址加法器。 （ 4）六字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器。 二、執(zhí)行部件（ EU） ：負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行 （ 1）從指令隊(duì)列中取出指令。 （ 2）對(duì)指令進(jìn)行譯碼，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。 （ 3）接收由總線接口送來的數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)至接口 （ 4）進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算 返回首頁 （ 1） ALU：進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算；計(jì)算存儲(chǔ)單元 16位偏移地址。 （ 2）四個(gè)通用寄存器 AX、 BX、 CX、 DX。 四個(gè)通用寄存器都是 16位，可作兩個(gè) 8位來使用。 （ 3）四個(gè)專用寄存器 地址指針寄存器 變址寄存器 （ 4）數(shù)據(jù)暫存寄存器 協(xié)助 ALU完成運(yùn)算，暫存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)。 （ 5）執(zhí)行部件的控制電路 從總線接口的指令隊(duì)列取出指令操作碼，通過譯碼電路分析，發(fā)出相應(yīng)的控制命令，控制 ALU數(shù)據(jù)流向。 （ 6）標(biāo)志寄存器 返回首頁 16位寄存器，其中有 7位未用。 D15 D0 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF 進(jìn)借位標(biāo)志 奇偶標(biāo)志 半進(jìn)借位標(biāo)志 零標(biāo)志 符號(hào)標(biāo)志 跟蹤標(biāo)志 中斷允許 方向標(biāo)志 溢出標(biāo)志 1有進(jìn)、借位 0無進(jìn)、借位 1低 8位有偶數(shù)個(gè) 1 0低 8位有奇數(shù)個(gè) 1 1低 4位向高 4位有進(jìn)、借位 0低 4位向高 4位無進(jìn)、借位 1結(jié)果為 0 0結(jié)果不為 0 三、 8086 的 分 段 存 儲(chǔ) 結(jié) 構(gòu) ? 存儲(chǔ)器為什么要分段呢 ? ? 16位微處理器，常規(guī)上管理 216 = 64KB的存儲(chǔ)空間 ? 這樣的存儲(chǔ)空間滿足不了應(yīng)用的要求。 ? 用什么方法來擴(kuò)大呢？ ? 將正常管理的 64KB存儲(chǔ)空間定義為一個(gè) 段 ? 讓微處理器能夠管理多個(gè)這樣的段 ? 通過分段存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)， 8086/8088能夠管理 1MB的存儲(chǔ)空間。 ? 存儲(chǔ)器分段后如何來管理呢？ ? 每個(gè) 段的起始地址 稱為： 段基址 或 段地址 ? 每個(gè)段內(nèi)的地址稱為： 段內(nèi)偏移地址 ? 一個(gè)物理存儲(chǔ)單元就可以通過“ 段地址：偏移地址 ”來唯一確定了。 返回首頁 依照用途的不同，可分為如下段 代碼段 (Code Segment, CS) 數(shù)據(jù)段 (Data Segment, DS) 堆棧段 (Stack Segment, SS) 附加數(shù)據(jù)段 (Extended Data Segment, ES) 存儲(chǔ)程序（指令）代碼。其段基址存放于 CS寄存器，段內(nèi)偏移地址存放于IP寄存器 存儲(chǔ)程序定義的變量。段基址存放于 DS寄存器，段內(nèi)偏移地址存放于 SI、 DI或 BX寄存器 管理系統(tǒng)堆棧。段基址存放于 SS寄存器，段內(nèi)偏移地址存放于SP或 BP寄存器 存儲(chǔ)經(jīng)過處理的中間變量。段基址存放于ES寄存器，段內(nèi)偏移地址存放于 SI、 DI或BX寄存器 返回首頁 DI SI BP SP DL DH CL CH BL BH AL AH FR IP ES SS DS CS 數(shù)據(jù)寄存器 指針寄存器 和 變址寄存器 段寄存器 指令指針 標(biāo)志寄存器 AX BX CX DX 8086/8088 的寄存器組 作為 累加器 用，在加法運(yùn)算中參與運(yùn)算，結(jié)果存于累加器中； 所有的 I/O指令都隱含地使用 AX與外部設(shè)備傳送信息。 作為通用寄存器使用 在采用基址尋址方式時(shí)，用作基址寄存器 作為通用寄存器使用； 常用來保存計(jì)數(shù)值，如在移位指令、循環(huán)指令和串處理指令中用作隱含的 計(jì)數(shù)器 。 作為通用寄存器使用； 在一些指令中，通常用它來存放數(shù)據(jù)，所以又稱為 數(shù)據(jù)寄存器 ； 在做雙字長運(yùn)算時(shí)，將 DX和 AX組合在一起存放雙字長數(shù)，用 DX存放高位字。 當(dāng)前代碼段的段地址，指令就是從這段取出 當(dāng)前代碼段的偏移地址。又稱為 程序計(jì)數(shù)器 ， 控制程序中指令執(zhí)行的順序 基址 指針寄存器，指示一組數(shù)據(jù)的起始地址 源變址寄存器 目的變址寄存器 用于確定數(shù)據(jù)段中某一 存儲(chǔ)單元的地址 指向數(shù)據(jù)段，程序變量存于此段 指向附加段，這個(gè)段用來存放經(jīng)過處理的中間數(shù)據(jù) 堆棧 指針寄存器，指示堆棧棧頂?shù)钠频刂? 指向堆棧段，堆棧操作使用這段存儲(chǔ)空間 返回首頁 ? 由段基址和相對(duì)亍該段的偏移地址共同描述的地址 —— 邏輯地址 00000H FFFFFH 例如： 52022H 例如： 5000H:2022H 段基址 偏移地址 段基址寄存器管理 程序設(shè)計(jì)中使用的，方便程序設(shè)計(jì) ? 20根地址線所表示的地址 ——物理地址 返回首頁 0 0 0 0 段 地 址 如何根據(jù) 16位 的段地址和 16位 的段內(nèi)偏移地址來計(jì)算 20位 的 物理地址 呢？ 19 … 4 3 … 0 段地址左移四位 偏 移 地 址 15 14 13 …… 2 1 0 ∑ 20 位 的 物 理 地 址 8086/8088 的分段存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 2022/2/1 返回首頁 物理地址的計(jì)算方法 ? 段地址左移四位，再加上偏移地址，就得到 20位的物理地址。 5000H:2022H 邏輯地址 52022H 物理地址 計(jì)算 尋址 內(nèi)存 ………….. 00000H FFFFFH 返回首頁 四、 8086的引腳功能 0102030405060708091011121314151617181920 4039383736353433323130292827262524232221 GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GND VCC（ 5V） AD15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 /BHE/S7 MN//MX /RD HOLD（ /RQ//GT0） HLDA（ /RQ//GT1） /WR（ /LOCK） M//IO（ /S2） DT//R（ /S1） /DEN（ /S0） ALE（ QS0） /INTA（ QS1） /TEST READY RESET 8086 8086CPU采用雙列直插式的封裝形式 ，具有 40條引腳 。 它采用分時(shí)復(fù)用的地址 /數(shù)據(jù)總線 ， 所以有一部分引腳具有雙重功能 ， 即在不同時(shí)鐘周期內(nèi) ，引腳的作用不同 。（ 括號(hào)中為最大模式下的名稱 ） ? 數(shù)據(jù)總線 ? 地址總線 ? 狀態(tài)總線 ? 控制總線 ? 電源線和地線 8086CPU最小模式下的典型配置 返回首頁 返回首頁 第三章 小結(jié) 22:31:21 小結(jié) ? 3. 1 處理器的指令集 –1 概述 ? 指令： 人們不計(jì)算機(jī)交流所用的“詞匯” ? 機(jī)器指令 計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別的是由 0和 1排列而成的指令 –2 指令的操作碼和操作數(shù) ? 堆棧 –3 尋址方式 ? 指令尋址 ? 數(shù)據(jù)尋址 返回首頁 小結(jié) ? 數(shù)據(jù)尋址 – 立即數(shù)尋址 – 直接尋址 – 間接尋址 – 堆棧尋址 – 寄存器尋址 – 寄存器間接尋址 – 基址尋址 – 變址尋址 22:31:21 返回首頁 小結(jié) –4 指令的基本功能 ? （ 1）算術(shù) /邏輯 /移位指令（算邏指令） ? （ 2）數(shù)據(jù)傳送指令（數(shù)傳指令） ? （ 3）控制轉(zhuǎn)移指令 – 跳轉(zhuǎn) – 分支 – 子程序調(diào)用 – 循環(huán) – 中斷 ? （ 4）輸入 /輸出指令 ? （ 5）處理器控制及調(diào)試指令 返回首頁 小結(jié) –5 指令格式 ? 固定長度 ? 變化長度 22:31:21 返回首頁 小結(jié) ? 3. 2 處理器的基本組成不工作過程 –概述 –處理器的基本功能 ? 取指令 ? 分析指令 ? 取數(shù)據(jù) ? 處理數(shù)據(jù) ? 寫回結(jié)果 22:31:21 返回首頁 小結(jié) –處理器的基本組成 ? 算術(shù)邏輯單元 ALU ? 控制單元 CU ?寄存器 ? 中斷系統(tǒng) –處理的工作過程 ? 指令周期： 處理器取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時(shí)間 ?取指周期、間址周期、執(zhí)行周期、中斷周期 ? 機(jī)器周期： 所有指令執(zhí)行過程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間 返回首頁 小結(jié) –采用流水技術(shù)的處理器 ? 并行 —并發(fā)、同時(shí) ? 指令級(jí)和過程級(jí) ? 影響流水性能的因素 – 訪存沖突 – 相關(guān)問題（控制相關(guān)和數(shù)據(jù)相關(guān)） ? 流水線的多發(fā)技術(shù)