第三章80868088微处理器2009.01.20(第三稿).ppt

第3章 8086/8088微处理器 主要内容 微处理器的一般结构； 8086微处理器的组成、引脚功能； 8086的内部寄存器和标志位； 8086的存储器组织； 实模式和保护模式的存储器寻址； 80X86系列微处理器的结构特点。 第3章 8086/8088微处理器 主要内容： 3.1 8086/8088微处理器概述 3.2 8086/8088的编程结构 3.3 8086/8088的存储器组织 3.4 8086/8088的外部结构 3.5 8086/8088的基本时序 学时分配： 6学时 第一节8086/8088微处理器概述 3.1 8086/8088微处理器概述 8088、8086基本类似 16位CPU、AB宽度20位 差别： 指令预取队列：8088为4字节，8086为6字节 数据总线引脚：8088有8根，8086有16根 8088为准16位CPU，内部DB为16位，但外部仅为8位，16位数据要分两次传送。 指令系统完全相同，芯片内部逻辑结构、芯片引脚有个别差异，均具有20位地址线，寻址能力达到1MB空间。 8086/8088微处理器结构 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP DI SI 通 用 寄 存 器 AX BX CX DX ALU数据总线（16位） 运算寄存器 ALU 标志寄存器 EU 控制电路 执行部件EU 1 2 3 4 5 6 数据总线 8088:8位 8086:16位 输入/输出 控制电路 地址总线20位 指令队列缓冲器 8088 8086 Q总线 （8位） 指令指针 段寄存器 外部 总线 总线接口部件BIU 地址加法器 指令预取队列(IPQ)的一般执行过程： 指令的一般执行过程： 取指令 指令译码 读取操作数 执行指令 存放结果 3.1 8086/8088微处理器概述 指令流水线 取指令 指令译码 取操作数 执行指令 存放结果 CPU执行一条指令的过程类似于工厂生产流水线，被分解为多个小的步骤，称为指令流水线。 原料 调度分配 生产线 成品 仓库 出厂 数据和程序指令 控制器的调度分配 ALU等 功能部件 处理后的数据 存储器 输出 指令流水线 指令流水线有两种运作方式： 串行方式： 取指令和执行指令在不同的时刻按顺序执行 并行方式： 取指令和执行指令可同时执行，需要有能并行工作的硬件的支持。 串行工作方式 8086以前的CPU采用串行工作方式 取指令1 执行1 取指令2 执行2 CPU BUS 忙 碌 忙 碌 取指令3 执行3 忙 碌 空闲 空闲 空闲 t1 t0 t2 t3 t4 t5 6个周期执行了3条指令 CPU执行指令时总线处于空闲状态； CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成； 缺点：CPU无法全速运行 解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立刻得到 串行工作方式 并行工作方式 8086CPU采用并行工作方式 取指令1 取指令2 取指令3 取指令4 执行1 执行2 执行3 BUS 执行4 CPU t1 t0 t2 t3 t4 t5 取指令5 执行5 6个周期执行了5条指令 并行操作的前提 取指令部件和指令执行部件要能够并行工作； 各部件执行时间基本相同，否则需再细分； 取指令部件取出的指令要能暂存在CPU内部某个地方； 指令执行部件在需要时总能立即获得暂存的指令 需要解决转移指令问题。 8086 CPU的特点 采用并行流水线工作方式： 通过设置指令预取队列（IPQ）实现 对内存空间实行分段管理： 将内存分段并设置地址段寄存器，以实现对1MB空间的寻址。 支持多处理器系统：8087 FPU 执行部件 取指部件 8086的流水线操作 8086 CPU包括两大部分：EU和BIU BIU不断地从存储器取指令送入IPQ，EU不断地从IPQ取出指令执行 EU和BIU构成了一个简单的2工位流水线 指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键（类似于工厂流水线的传送带） 8086的流水线操作 新型CPU将一条指令划分成更多的阶段，以便可以同时执行更多的指令。 PIII为14个阶段 P4为20个阶段(超级流水线) 超级流水线和超标量结构 超级流水线 指令的执行步骤分得更细，流水线长度更长 例如，PIII为14个阶段，P4为20个阶段 有利于提高主频 转移分支时的效率？ 解决：分支预测、推测执行 超标量结构 对流水线中的关键“岗位”设置多个相同的执行单元——多个工人完成一道工序 P4：倍频ALU×2， FPU×2（其中一个为并行FPU） Athlon XP：ALU×6，并