1、第二章 Intel 32位CPU,2.1 CPU的基本结构 2.2 寄存器 2.3 指令流水线操作,2.1 CPU的基本结构,2.1.1 几种典型Intel CPU简介 1、8086 （16位CPU） 16位内部体系结构 16位外部数据总线，20位地址总线（寻址范围220B=1MB） 2、80386 （32位CPU） 32位内部体系结构 32位外部数据总线，32位地址总线 （实内存232B=4GB，虚拟空间=64TB） 三种工作方式：实方式、保护方式、虚拟8086方式 采用流水线技术和指令预取技术,3、80486 （32位CPU） 32位内部体系结构 32位外部数据总线，32位地址总线 三种工
2、作方式：实方式、保护方式、虚拟8086方式 采用流水线技术和指令预取技术 片内含8KB高速缓存（Cache） 片内含浮点运算单元（FPU） 4、Pentium系列 （32位CPU） （1）1993年3月，推出Pentium（经典奔腾）双执行部件/超标量流水技术/分离的程序和数据Cache/64位数据总线 （2）1995年11月，推出Pentium Pro（高能奔腾）动态分支预算/更大的流水线深度/增加的Cache容量 （3）1997年1月，推出Pentium MMX （多能奔腾）主要增加了处理多媒体数据的MMX指令集,（4）1997年5月，推出Pentium （奔腾二代）片内64KB的一级Ca
3、che和片外512KB二级Cache （5）1999年2月，推出Pentium （奔腾三代）增加了70条新的SSE指令集，主要用来提高多媒体的处理速度和质量（1999年，Intel发布了Celeron赛扬处理器） （6）2000年，推出Pentium 4（奔腾四代）支持双通道DDR技术，传输速度更快，增加了144个全新的指令 （7）2003年，推出Pentium M增加了一些节能、管理的新特性 5、64位CPU简介目前主流CPU使用的64位技术主要有AMD公司的AMD64位技术、Intel公司的EM64T技术、和Intel公司的IA-64技术。其中IA-64是Intel独立开发，不兼容现在的传
4、统的32位计算机，仅用于Itanium（安腾）以及后续产品Itanium 2 。,2.1.2 CPU的内部结构80486CPU内部由八大部件组成：总线接口部件、高速缓存部件、代码预取部件、指令译码部件、浮点数部件、执行部件、段部件、分页部件。,2.1.3 CPU的外部引脚,2.1.4 CPU的工作方式1、实地址方式（Real Address Mode）2、保护方式（Protected Mode）3、虚拟8086方式（Virtual 8086 Mode）,2.2 寄存器,2.2.1 通用寄存器31 15 7 0031 015 815 07EAX AX AH ALEBX BX BH BLECX C
5、X CH CLEDX DX DH DLEBP BPESP SPESI SIEDI DI,2.2.2 指令指针寄存器EIP （32位）IP （EIP的低16位）内容：下一条要取入CPU的指令在内存中的偏移地址。 2.2.3 标志寄存器EFLAGS （32位）FLAGS （EFLAGS的低16位）31 18 17 16 15 14 1312 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,各标志位的含义：1、CF（进位标志）=1 算术操作最高位产生了进位或借位=0 最高位无进位或借位2、PF（奇偶标志）=1 数据最低8位中1的个数为偶数=0 数据最低8位中1的个数为奇数3、AF（辅助进位标志）
6、=1 D3D4位产生了进位或借位=0 D3D4位无进位或借位4、ZF（零标志）=1 操作结果为0=0 结果不为0,5、SF（符号标志）=1 结果最高位为1=0 结果最高位为06、OF（溢出标志）=1 此次运算发生了溢出=0 无溢出7、DF（方向标志）=1 地址自动按减量变化=0 地址自动按增量变化8、TF（陷阱标志）=1 调试按单步方式=0 非单步9、IF（中断允许标志）=1 允许响应外部可屏蔽中断=0 禁止响应,10、IOPL（输入/输出特权级标志）I/O特权级：0级3级11、NT（嵌套任务标志）=1 当前任务被嵌套于前一任务=0 不嵌套12、RF（恢复标志）=1 遇到调试故障也不产生异常中
7、断=0 当指令顺利进行后自动清零13、VM（虚拟8086模式标志）=1 CPU工作在虚拟8086方式=0 否14、AC（对准检查标志）=1 如果进行未对准的地址访问，则产生异常中断=0 否,2.2.4 段寄存器16位（编程可见） 64位（编程不可见）选择器寄存器 描述符寄存器,一、实方式或虚拟8086方式下段寄存器为16位，存放内存段的段基址。CS-代码段的段基址DS-数据段的段基址SS-堆栈段的段基址ES-附加数据段的段基址逻辑地址由段基址：偏移地址组成（段基址为段首地址的高16位。段首地址的低4位为0。）物理地址（20位）=段首地址（20位）+偏移地址（16位）=段基址（16位）10H+偏
8、移地址（16位）,二、保护方式下段寄存器有CS、DS、SS、ES、FS、GS，包括选择器寄存器和描述符寄存器。逻辑地址由选择器寄存器：偏移地址组成。选择器寄存器的低2位为特权标志，D2位为描述符表类型标志，高13位是选择码。描述符寄存器的作用是为了加速运行。保护方式下：段基址32位 偏移地址32位线性地址32位 物理地址32位,2.2.5 系统地址寄存器1、GDTR （48位）全局描述符表寄存器2、LDTR （16位）（local：局部）局部描述符表寄存器3、IDTR（48位）（describe:描述）中断描述符表寄存器4、TR（16位）任务状态寄存器,2.3 指令流水线操作,在80486CPU中设有8KB的内部高速缓存器、32字节的预取指令队列、指令译码器、控制器及执行部件，这就从硬件上支持了指令流水线操作。80486使用5个步骤的流水线技术，即指令预取PF、译码D1、 译码D2、执行EX和结果写回WB。其过程如图所示。图 80486指令执行过程,流水线过程示意图:,对于绝大多数指令,各步骤各需要1个时钟周期。少数需增加时钟周期。Pentium微处理器有两条流水线，即U流水线和V流水线。这样就可以使微处理器同时执行两条指令。,
