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2014年計算機三級PC技術要點:80x86微處理器的結構和功能

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  (1)16位數據總線(8088外部數據總線為8位)。

  (2)20位地址總線,其中低16位與數據總線復用。可直接尋址1MB存儲器空間。

  (3)24位操作數尋址方式。

  (4)16位端口地址線可尋址64K個I/O端口。

  (5)7種基本尋址方式。有99條基本指令。具有對字節、字和字塊進行操作的能力。

  (6)可處理內部軟件和外部硬件中斷。中斷源多達256個。(7)支持單處理器、多處理器系統工作。

  2.8086微處理器內部結構

  8086微處理器的內部結構由兩大部分組成,即執行部件EU(Execution Unit)和總線接口部件BIU(Bus Interface Unit)。和一般的計算機中央處理器相比較,8086的EU相當于運算器,而BIU則類擬于控制器。

  3.8086最小模式與最大模式及其系統配置

  最小模式在結構上的特點表現為:系統中的全部控制信號直接來自8086CPU。

  與最小模式相比,最明顯的不同是系統中的全部控制信息號不再由8086直接提供,而是由一個專用的總線控制器8288輸出的。

  4.8087與8089處理機簡述

  (1)8087協處理機

  8087協處理機與8086組合在一起工作,以彌補8086在數值運算能力方面的不足,所以它又稱為協處理機。

  (2)8089I/O處理機

  8089是一個帶智能的I/O接口電路,相當于大型機中的通道,它將CPU的處理能力與DMA控制器結合在一起。它具有52條基本指令,1MB的尋址能力,包含兩個DMA通道。

  8089也可以與8086聯合在一起工作,執行自己的指令,進行I/O操作,只在必需時才與8086進行聯系。在8089的控制下,可以進行外設與存儲器之間、存儲器與存儲器之間以及外設與外設之間的數據傳輸。同時,8089還可以設定多種終止數據傳輸的方式。

  5.總線時序

  一個基本的總線周期包括4個時鐘周期,即4個時鐘狀態T 1 、T 2 、T 3 和T 4 。

  (二)80286\80386\80486微處理器

  1.80286微處理器

  (1)80286的特征

  80286是一種高性能的16位微處理器,向上兼容8086/8088,可以有效地利用8086系列軟件。80286引入虛擬地址空間的概念,具有存儲器管理功能,能為每一個任務分配多達1G字節的虛擬地址空間并映射到16M字節的物理地址中去。80286具有保護功能,可對段的邊界、屬性和訪問權等進行自動檢查,通過四級環結構和任務之間相互隔離,可建立可靠性高的系統軟件。80286具有高效率的任務轉換功能,適用于多用戶、多任務系統。80286工作時鐘為8~12MHz,工作時鐘多樣化,便于組成高性能價格比的系統。

  (2)80286的結構

  80286內部結構中,除了EU執行單元外,總線接口部件BIU又細分成地址部件AU、指令部件IU和總線部件BU。(3)80286的工作方式

  80286微處理器有兩種工作方式:實地址方式和保護虛擬地址方式。

  2.80386微處理器

  (1)80386的特征

  80386是一種靈活的32位微處理器,可以處理8位、16位、32位等多種類型的數據,有8個32位通用寄存器。80386可直接輸出32位的物理地址,最大可支持4GB字節的物理內存空間。

  (2)80386微處理器內部結構

  80386的內部結構是由6個能并行操作的功能部件組成,即總線接口部件、代碼預取部件、指令譯碼部件、存儲器管理部件、指令執行與控制部件。這些部件按流水線結構設計,指令的預取、譯碼、執行等步驟由各自的處理部件并行處理。這樣,可同時處理多條指令,提高微處理器的處理速度。

  (3)80387協處理器

  80387協處理器使用80位內部結構,實現了IEBB浮點格式。其中包括32位單精度實型數、64位雙精度實型數、80位的擴展實型數、16位字整型數、32位短整型數、64位長整型數和18位BCD整數7種數據類型的運算。80387還擴充了80386的指令系統。

  3.80486微處理器

  80486完全兼容80386系列機體結構和軟件。與80386相比,80486采用RISC技術,并將以前的微代碼控制改為布線邏輯直接控制,從而大大加快了指令執行速度,基本指令可在一個時鐘周期內完成。采用單倍時鐘,最高時鐘頻率達100MHz。80486開始將8KB的數據和指令混合型高速緩沖存儲器和浮點運算部件FPU集成在芯片內。內部數據總線寬度為64位。處理速度比大大提高。

  4.80486的內部構成

  80486是增強性能的80386,80486芯片內集成有自己的數值協處理器和自己的芯片Cache(這兩者在80386系統中是兩塊獨立的芯片),這大大增強了80486的整體性能。

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