NO2微处理器内部结构PPT课件
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第2章 微处理器及其体系结构PPT课件
说明：对8086/8088来说，EU完全一样
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
17
执行部件(Execution Unit—EU)
EU主要完成两种类型的操作： ①算术运算和逻辑运算(由算术逻辑单元ALU完成)； ②按指令的寻址方式计算出16位的偏移地址，并将它 送到BIU(总线接口部件)中，形成20位的实际地址。
8086CPU
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
9
CPU 图片
广西大学 机械工程学 院
现代CPU
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
10
CPU图片
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
11
12
一、8086/8088CPU的编程结构
1、8086/8088CPU的内部结构 2、8086/8088CPU的寄存器结构
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
13
1、8086/8088CPU的内部结构
8086/8088CPU内部结构基本相同,有20条外部 地址总线，可以寻址1M内存空间；
8086CPU的内部和外部数据总线均是16位，是 典型的16位微处理器；
8088CPU内部数据总线是16位，外部数据总线 是8位，所以被称为准16位微处理器。
8088CPU指令队列是4个字节，8086是6个字节。
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
17
执行部件(Execution Unit—EU)
EU主要完成两种类型的操作： ①算术运算和逻辑运算(由算术逻辑单元ALU完成)； ②按指令的寻址方式计算出16位的偏移地址，并将它 送到BIU(总线接口部件)中，形成20位的实际地址。
8086CPU
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
9
CPU 图片
广西大学 机械工程学 院
现代CPU
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
10
CPU图片
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
11
12
一、8086/8088CPU的编程结构
1、8086/8088CPU的内部结构 2、8086/8088CPU的寄存器结构
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
13
1、8086/8088CPU的内部结构
8086/8088CPU内部结构基本相同,有20条外部 地址总线，可以寻址1M内存空间；
8086CPU的内部和外部数据总线均是16位，是 典型的16位微处理器；
8088CPU内部数据总线是16位，外部数据总线 是8位，所以被称为准16位微处理器。
8088CPU指令队列是4个字节，8086是6个字节。
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
《微处理器 》课件
按寻址方式分类
根据指令的寻址方式，可以将指令集分为立即寻址 、寄存器寻址、内存寻址和位寻址等。
按长度分类
根据指令的长度，可以将指令集分为单字节 指令、双字节指令、三字节指令和四字节指 令等。
指令集实现方式
硬编码实现
通过硬件电路实现指令集中的所有指令，这种方 式速度快但灵活性差。
微编程实现
通过微程序控制单元实现指令集中的所有指令， 这种方式灵活性好但速度较慢。
《微处理器》PPT课件
目 录
• 微处理器简介 • 微处理器的体系结构 • 微处理器的指令集 • 微处理器的编程模型 • 微处理器的性能优化 • 微处理器的发展趋势
01
微处理器简介
微处理器的定义
微处理器是一种集成电路芯片， 它包含了计算机的中央处理器（
CPU）的主要功能。
微处理器是计算机系统的核心部 件，负责执行指令和处理数据。
并行计算技术
总结词
并行计算技术是利用多个处理器同时 执行多个任务，以提高整体计算性能 。
详细描述
并行计算技术通过将一个任务分解成 多个子任务，并分配给多个处理器同 时执行，大大加快了计算速度。这种 技术广泛应用于高性能计算、云计算 和大数据等领域。
低功耗技术
总结词
随着移动设备和便携式设备的普及，低功耗技术已成为微处理器发展的另一个重要趋势 。
微处理器的应用领域
01
02
03
04
计算机领域
个人电脑、服务器、超级计算 机等都离不开微处理器的支持
。
通信领域
手机、路由器、交换机等通信 设备中都有微处理器的身影。
工业控制领域
自动化生产线、机器人、智能 家居等都需要微处理器进行控
《微处理器内部结构》课件
控制单元
深入了解控制单元的工作原理和指令执行过程。
算术逻辑单元
探索算术逻辑单元的工作原理、算数逻辑运算 和位运算。
微处理器内部结构
1 寄存器
了解通用寄存器、特殊寄存器和标志寄存器 在微处理器中的作用。
2 存储单元
探索内存、高速缓存和存储器层次结构在微 处理器内部的作用。
3 总线结构
了解数据总线、地址总线和控制总线在微处 理器内部的连接和传输功能。
《微处理器内部结构》 PPT课件
本课件详细介绍微处理器内部结构，包括基本组成结构、控制单元、算术逻 辑单元、寄存器、存储单元、总线结构、外设接口以及微处理器的发展等内 容。
微处理器内部结构
简介
了解微处理器的定义和应用领域。
基本组成结构
探索微处理器的基本组成部分，如控制单元、 算术逻辑单元、寄存器和存储单元。
微处理器是现代计算机的核心组 件，负责执行各种指令和运算任 务。
微处理器应用领域
微处理器广泛应用于个人电脑、 移动设备、嵌入式系统等各个领 域。
微处理器的演进
随着技术的进步，微处理器从8 位到32位，逐步增加性能和功能。
4 外设接口
深入了解微处理器与I/O接口、DMA控制器和 中断控制器之间的通信和控制。
微处理器内部结构
1
微处理器的发展
回顾8位、16位、32位微处理器的发展历程。
2
多核微处理器探索多核微处理器及其在计算来自性能提升方面的优势。3
结语
展望微处理器的发展前景和广泛应用前景。
微处理器内部结构
微处理器定义
02 微处理器-82页PPT文档资料
微机）
电子科技大学
微机系统原理与接口技术8086Βιβλιοθήκη 2.2.1 8086CPU
通用寄存器
AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL
SP BP DI
执总 行线 部接 件口 EU 部
件 BIU
20位地 地址加法器 址总线
CS
IP
16
DS 暂存器 位
SS
数
ES
据
总
总 线
总 控线
图
电子科技大学
微处理器标识
微机系统原理与接口技术
电子科技大学
微处理器
微机系统原理与接口技术
电子科技大学
微机系统原理与接口技术
2.2 8086微处理器结构
INTEL78年推出（79年推出8088 ） 4万多个晶体管(8088为2.9万个晶体管) 时钟频率4.77MHZ 数据线16位（8088的数据线8位） 地址线20位 40脚DIP封装 81年推出Personal Computer（个人计算机、
IP 指令指针 FLAG 标志寄存器
控制寄存器组
CS 代码段寄存器
DS 数据段寄存器 SS 堆栈段寄存器
段寄存器组
ES 附加段寄存器
电子科技大学
微机系统原理与接口技术
8086的通用寄存器
16位 88
AX AHAXAL 累加器(Accumulator) BX BHBXBL 基址寄存器(Base) CX CHCXCL 计数寄存器(Count) DX DHDXDL 数据寄存器(Data)
SS：Stack Segment Register堆栈段寄存器，指 示当前程序所用之堆栈位于的存储器区域
ES：Extra Segment Register附加段寄存器，指 示当前程序所用之数据位于的另外存储器区域， 在字符串操作中常用到
电子科技大学
微机系统原理与接口技术8086Βιβλιοθήκη 2.2.1 8086CPU
通用寄存器
AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL
SP BP DI
执总 行线 部接 件口 EU 部
件 BIU
20位地 地址加法器 址总线
CS
IP
16
DS 暂存器 位
SS
数
ES
据
总
总 线
总 控线
图
电子科技大学
微处理器标识
微机系统原理与接口技术
电子科技大学
微处理器
微机系统原理与接口技术
电子科技大学
微机系统原理与接口技术
2.2 8086微处理器结构
INTEL78年推出（79年推出8088 ） 4万多个晶体管(8088为2.9万个晶体管) 时钟频率4.77MHZ 数据线16位（8088的数据线8位） 地址线20位 40脚DIP封装 81年推出Personal Computer（个人计算机、
IP 指令指针 FLAG 标志寄存器
控制寄存器组
CS 代码段寄存器
DS 数据段寄存器 SS 堆栈段寄存器
段寄存器组
ES 附加段寄存器
电子科技大学
微机系统原理与接口技术
8086的通用寄存器
16位 88
AX AHAXAL 累加器(Accumulator) BX BHBXBL 基址寄存器(Base) CX CHCXCL 计数寄存器(Count) DX DHDXDL 数据寄存器(Data)
SS：Stack Segment Register堆栈段寄存器，指 示当前程序所用之堆栈位于的存储器区域
ES：Extra Segment Register附加段寄存器，指 示当前程序所用之数据位于的另外存储器区域， 在字符串操作中常用到
第2章 微处理器结构PPT课件
如：在串操作类指令中，被处理的数据串的地址偏 置由SI给出，处理后的结果数据串的地址偏置 由DI给出。
现在不必完全理解，以后会详细展开
第2章：（3）指针寄存器
指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据
SP为堆栈指针寄存器（Stack Pointer）,指示 堆栈段栈顶的位置（偏移地址） B位P于为区堆基域栈址堆，段指采栈中针用（的寄“St一存先ac个器进k）数（后据是B出a区主”se基存或址P中“o的一后in偏个t进e移r特先）地殊出，址的”存放
第2章
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
第2章：微处理器结构-教学重点
微处理器的内部功能结构 8088/8086的寄存器结构 存储器组织 8088/8086引脚信号和总线形成 8088的总线操作时序
AX： AH AL BX： BH BL CX： CH CL DX： DH DL
第2章：（1）数据寄存器
AX称为累加器（Accumulator）
使用频度最高。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信 息等
BX称为基址寄存器（Base address Register）
常用做存放存储器地址
CX称为计数器（Counter）
在8080与8085以及标准的8位微处理器中，程序 的执行是由取指和执行指令的循环来完成，在每条 指令执行完后，CPU必须等到下一条指令取出后才 能执行。它的工作顺序如图2-2所示。
取 指 执 行 取 指 执 行 取 指 执 行 …
时 间
图2-2 一般8位机的执行方式
Intel 8086 CPU完成一条指令的操作可以分成 两个主要阶段：取指阶段和执行阶段。
现在不必完全理解，以后会详细展开
第2章：（3）指针寄存器
指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据
SP为堆栈指针寄存器（Stack Pointer）,指示 堆栈段栈顶的位置（偏移地址） B位P于为区堆基域栈址堆，段指采栈中针用（的寄“St一存先ac个器进k）数（后据是B出a区主”se基存或址P中“o的一后in偏个t进e移r特先）地殊出，址的”存放
第2章
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
第2章：微处理器结构-教学重点
微处理器的内部功能结构 8088/8086的寄存器结构 存储器组织 8088/8086引脚信号和总线形成 8088的总线操作时序
AX： AH AL BX： BH BL CX： CH CL DX： DH DL
第2章：（1）数据寄存器
AX称为累加器（Accumulator）
使用频度最高。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信 息等
BX称为基址寄存器（Base address Register）
常用做存放存储器地址
CX称为计数器（Counter）
在8080与8085以及标准的8位微处理器中，程序 的执行是由取指和执行指令的循环来完成，在每条 指令执行完后，CPU必须等到下一条指令取出后才 能执行。它的工作顺序如图2-2所示。
取 指 执 行 取 指 执 行 取 指 执 行 …
时 间
图2-2 一般8位机的执行方式
Intel 8086 CPU完成一条指令的操作可以分成 两个主要阶段：取指阶段和执行阶段。
微处理器PPT幻灯片课件
隐含 可代换的 段基地址 段基地址
CS
无
SS
无
DS
CS/ES/SS
DS
CS/ES/SS
ES
无
SS
CS/DS/SS
位移量
IP SP 有效地址 EA SI DI 有效地址 EA
物理地址 计算公式
CS 16＋IP SS 16＋SP DS 16＋EA
DS 16＋SI ES 16＋DI SS 16＋EA
地址 存储器
1.字的存储
00000H
存储器以8位为一个存储单 元编址，每一个存储单元用唯 一的一个地址码来表示。
一个字的两个单元有各自
的地址，处于低地址的字节的 地址为这个字的地址
在存储器中，任何连续存
00001H 00002H AB 00003H 12 00004H 00005H 00006H AB
16
[例]：已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF0H DS段有一操作数，其偏移地址=0204H， 1)画出各段在内存中的分布 2)指出各段首地址 3)该操作数的物理地址=？
10550H
解： 各段分布及段首址见右图所示。 操作数的物理地址为：
250AH×10H+0204H = 252A4H
注： 内部结构图是8086，但实际是8088执行过程。
如果是8086，则每次可以读取2个字节
19
20
六字节的指令队列: 取指令与执行指令并行工作，即在一条指令的执行过程中，可以取出下 一条或多条指令，在指令队列中排队。
9
通 AH AL
EU
用 寄
BH BL CH CL DH DL
存
SP
器
《微处理器》课件
微处理器的新技术与应用
神经网络处理器
针对人工智能和机器学习应用，神经网络处理器能够加速深度学 习算法的运算。
嵌入式系统
微处理器在嵌入式系统中的应用将更加广泛，如智能家居、工业自 动化等领域。
物联网设备
随着物联网的发展，微处理器将应用于更多类型的物联网设备中， 实现设备间的互联互通。
微处理器的未来挑战与机遇
处理器体系结构
处理器核
01
处理器体系结构中的处理器核是微处理器的核心部分，负责执
行指令和处理数据。
核外设备
02
核外设备包括寄存器、高速缓存、总线接口等，用于扩展处理
器核的功能和性能。
处理器优化
03
为了提高微处理器的性能，需要对处理器进行优化，如采用流
水线技术、并行处理技术等。
03
微处理器的指令系统
《微处理器》课件
CONTENTS
• 微处理器概述 • 微处理器的体系结构 • 微处理器的指令系统 • 微处理器的编程模型 • 微处理器的应用开发 • 微处理器的未来发展
01
微处理器概述
微处理器的定义
总结词
微处理器的核心作用
详细描述
微处理器是计算机系统的核心部件，它能够执行程序指令，控制计算机的各个 部分协调工作。
技术创新
随着半导体工艺的物理极限临近，微处理器 设计将面临技术上的挑战，需要寻求新的技 术创新。
安全问题
随着微处理器广泛应用于各个领域，安全问题变得 越来越重要，需要加强安全设计和防护措施。
新市场机遇
随着技术的发展，微处理器将有更多新的应 用领域和市场机遇，如自动驾驶、虚拟现实 等。
谢谢您的聆听
THANKS
开发环境
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源操作数 目的操作数
• ESI：源变址寄存器（Source Index）
• EDI：目的变址寄存器（Destination Index）
• EBP：基址指针（Base Pointer）
• ESP：堆栈指针（Stack Pointer）
堆栈（Stack）：FILO方式存取数据的存储区域
2、指令指针EIP
2.1.2 8086的功能结构
• 总线接口单元(BIU)
• 指令队列、指令指针（IP）、段寄存器 （CS/DS/SS/ES）、地址加法器和总线控制逻辑
• 管理与系统总线的接口，负责对存储器和外设访问
• 执行单元(EU)
• ALU、通用寄存器、标志寄存器和控制电路 • 负责指令译码、数据运算和指令执行
• 代码段（Code Segment）：存放指令代码
• 程序的指令代码必须安排在代码段
• 数据段（Data Segment）：存放数据
• 程序的数据默认存放在数据段，也可放在其他段
• 堆栈段（Stack Segment）：堆栈区域
• 程序使用的堆栈一定在堆栈段
段寄存器
• 16位段寄存器：指示逻辑段在主存的起始位置 • 16位80x86微处理器具有
逻辑地址由微处理器在输出之前转换为物理地址
逻辑地址和物理地址
逻辑地址＝相对地址：205（2层05号房间）
301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110
• 在微处理器内部、程序员编程时采用的地址 • 某个存储单元可以有多个逻辑地址 • 逻辑地址＝段基地址∶偏移地址 • 段基地址＝逻辑段在主存中的起始地址 • 偏移地址＝距离段基地址的位移量
• 物理地址（Physical Address）
• 地址总线上输出的地址，用于外部硬件连接 • 每个存储单元只有一个唯一的物理地址
物理地址＝绝对地址：15（第15号房间）
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
逻辑段的逻辑地址
• 代码段
• 处理器利用CS∶EIP取得下一条要执行的指令 • CS＝代码段的段地址 • EIP＝指令的偏移地址
标志寄存器EFLAGS
• 标志（Flag）
• 反映指令执行结果或控制指令执行形式 • 用一个或多个二进制位表示一种标志 • 0或1的不同组合表达标志的不同状态
Байду номын сангаас
2.1.3 IA-32的功能结构
2、 Pentium的功能结构
• 超标量流水线 • 分离Cache • 动态分支预测 • 性能增强的浮点处理单元FPU • 其他
• 常用指令固化 • 改进复杂指令的微代码算法 • 节能特性 • 电源电压：3.3V
Pentium的功能结构
2.2 IA-32微处理器寄存器
2.2.1、整数寄存器
1、通用寄存器
• 8个32位通用寄存器 EAX，EBX，ECX，EDX，ESI，EDI，EBP， ESP
• 8个16位通用寄存器 AX，BX，CX，DX，SI，DI，BP，SP
• 8个8位通用寄存器 AH，AL，BH，BL，CH，CL，DH，DL
通用寄存器
通用寄存器的命名
• EAX：累加器（Accumulator） • EBX：基址寄存器（Base）） • ECX：计数器（Counter） • EDX：数据寄存器（Data）
• 指令预取
• EU单元译码执行指令，同时BIU单元读取后续指令 • 最简单的指令流水线技术
2.1.3 IA-32的功能结构
1、80386的功能结构
• 总线接口单元 • 指令预取单元 • 指令译码单元 • 执行单元
• 分页单元和分段单元
80386的功能结构
6个功能部件可以并行工作，进行流水线处理
• 代码段寄存器CS：包含当前代码段的起始位置 • 堆栈段寄存器SS：包含当前堆栈段的起始位置 • 数据段寄存器DS：包含当前数据段的起始位置 • 附加段寄存器ES：包含当前附加段的起始位置
• IA-32微处理器增加
• 段寄存器FS和GS，属于数据段性质的段寄存器
逻辑地址和物理地址
• 逻辑地址（Logical Address）
• 指向将要执行的指令在主存的位置 • 保存指令所在位置的存储器地址的专用寄存器 • 在IA-32微处理器的32位环境
• 32位指令指针寄存器EIP
• 在80x86的16位工作方式
• 只使用指令指针的低16位IP • EIP中的高16位必须是0
3、段寄存器
• 逻辑段（Segment）：安排相关代码或数据 的一个主存区域，三类逻辑段
上节内容回顾
• 通用和专用微处理器，80x86系列微处理器的发展 • 微型计算机组成结构，IBM PC/AT机和32位PC机主
机结构 • DOS及其使用
第2章 微处理器内部结构
2.1 微处理器功能结构
2.1.1 微处理器基本结构 2.1.2 8086的功能结构 2.1.3 IA-32的功能结构
2.2 IA-32微处理器寄存器
• 标志（Flag）寄 存器：反映运 算结果的辅助 信息
8位CPU
2.1.1微处理器基本结构
• 可编程寄存器
• 通用寄存器：数量较多，具有多种用途 • 专用寄存器：只用于特定目的
• 指令执行单元
• 控制器，执行指令实现其功能 • 指令执行过程：读取指令、指令译码和执行指令
2.1.2 8086的功能结构
2.2.1 整数寄存器 2.2.2 浮点及多媒体寄存器
2.3 微处理器存储器组织
2.3.1 IA-32工作方式 2.3.2 实方式的逻辑段 2.3.3 保护方式的段页管理
2.1.1微处理器基本结构
• 算术逻辑单元 ALU
• 运算器，主要 是算术运算和 逻辑运算
• 累加器 （Accumulator ）：最常使用 的寄存器
• 堆栈段
• 处理器利用SS∶ESP操作堆栈中的数据 • SS＝堆栈段的段地址 • ESP＝栈顶的偏移地址
• 数据段
• 默认通过DS∶EA，也可通过ES/FS/GS或SS/CS∶EA读取数据 • DS/ES/FS/GS或SS/CS＝数据所在逻辑段的段地址 • EA＝数据所在逻辑段的偏移地址（有效地址）