第3章80X86微处理器及其体系结构3.180x86微处理器简介2.数据总线从8086的16位到80586的64位。数据总线是计算机中组成各部件间进行数据传送时的公共通道。其位数（宽度）表示CPU的字长，数据总线位数越多，数据交换的速度越快。3.地址总线从8086的20根到80586的32根。地址总线是在对存储器或I／O端口进行访问时，传送由CPU提供的要访问的存储单元或I/O端口的地址信息总线，其宽度决定了处理器能直接访问的主存容量大小。表3.180x86系列微处理器概况微型计算机是由具有不同功能的一些部件组成的，包含运算器和控制器电路的大规模集成电路，称为“微处理器”，又称“中央处理器（CPU）”，其职能是执行算术/逻辑运算，并负责控制整个计算机系统，使之能自动协调地完成各种操作。基本性能指标16位微处理器；采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管；使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装；时钟频率为5MHz~10MHz，基本指令执行时间为.3ms~0.6ms16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达1MB8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器组成多处理器系统，从而极大地提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。集成度——CPU芯片中所包含的晶体管数。主频——芯片所使用的主时钟频率，它直接影响计算机的运行速度。主频=外频x倍频。什么是总线？微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。数据总线——计算机中各个组成部件间进行数据传送时的公共通道，“内数据总线宽度”是指CPU芯片内部数据传送的宽度（位数），“外数据总线宽度”是指CPU与外部交换数据时的数据宽度，显然，数据总线位数越多，数据交换的速度就越快。地址总线——在对存储器或I/O端口进行访问时，传送由CPU提供的要访问的存储单元或I/O端口的地址信息的总线，其宽度决定了处理器能直接访问的主存容量大小。如8086有20根地址线，使用这20根地址线上不同地址信息的组合，可直接对220=1M个存储单元进行访问；PentiumII有36根地址线，因此它可直接寻址的最大地址范围为236=64G。高速缓冲存储器Cache的使用，大大减少了CPU读取指令和操作数所需的时间，使CPU的执行速度显著提高。为了满足微型计算机对存储器系统高速度、大容量、低成本的要求，目前，微型计算机系统采用如图3.1所示的三级存储器组织结构，即由高速缓冲存储器Cache、主存和外存组成。主存——当前正在执行的程序或要使用的数据必须从外存调入主存后才能被CPU读取并执行，主存容量通常为MB级；外存——当前没有使用的程序可存入外存，外存的容量通常很大，可达GB甚至TB级；Cache（高速缓冲存储器）——最大特点是存取速度快，但容量较小，通常为KB级；访问顺序：将当前使用频率较高的程序和数据通过一定的替换机制从主存放入Cache，CPU在取指令或读取操作数时，同时对Cache和主存进行访问，如果Cache命中，则终止对主存的访问，直接从Cache中将指令或数据送CPU处理，由于Cache的速度比主存快得多。Cache的使用提高了CPU读取指令或数据的速度。高速缓冲存储器（Cache）80x86CPU在发展过程中，存储器的管理机制也发生了较大变化。8086/8088CPU：分段实方式80286CPU：分段实方式、保护方式（可提供虚拟存储管理和多任务管理机制）。8038680586CPU：分段实方式、保护方式、虚拟8086方式（可同时模拟多个8086处理器工作）。虚拟存储管理：为用户提供一个比实际主存空间大得多的程序地址空间，从而可使用户程序的大小不受主存空间的限制。多任务管理：可允许多个用户或一个用户的多个任务同时在机器上运行。3.28086/8088微处理器程序的执行过程串行工作方式：并行工作方式：3.2.18086/8088内部结构从功能上讲，8086CPU内部结构可分为两部分：总线接口单元BIU总线接口单元BIU执行单元EU执行单元EUAH图3.28086CPU内部结构框图8088的内部结构指令队列缓冲器8086的指令队列有6个字节，8088的指令队列有4个字节。对8086而言，当指令队列出现2个空字节，对8088而言，指令队列出现1个空字节时，BIU就自动执行一次取指令周期，将下一条要执行的指令从内存单元读入指令队列。采用“先进先出”原