第11章80286微处理器
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微机原理及接口技术80486
存储容量单位 1TB=1024GB 1GB=1024MB 1MB=1024KB 1KB=1024字节 1字节=二进制8位
2019/2/11
3
② 数据总线传输数据，用来与存储器单元和 I/O接 口交换数据。
8086/80286CPU内/外数据线都是16位。
80386/80486CPU数据线是32位。
对LDTR和TR的说明：
※这两个寄存器只能在保护方式下使用。 ※在保护模式下程序可访问字段仅限于段选择器字段，
即只能用指令加载段选择器。
2019/2/11 27
用LLDT和LT指令可设置成改变相应的选择器字段，依 选择器字段可 从全局描述符表中找到指定的基地址描述符和 任务状态段描述符，在将描述符中的32位段基址和16位的段 限及16位的属性字段加载到 LDTR和TR的64位高速缓冲寄存 器中。
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16
三、具有对存贮器及特权层的保护功能
CPU内部具有保护机构： 1。对特权层的保护功能：禁止程序的非法操作如：向代码段进行写入操 作，访问段限以外的存贮区域等。
2。对特权层的保护功能：
特权层分为4级：
1级
0级
OS核 系统服务程序 应用服务程序
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2 级
3 级
应用程序
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0 15
表基址 表限
0
26
可在实模式方式下，通过编程对GDTR和IDTR加载，以实现对 GDT和IDT在保护方式下的初始化操作。 15 0 15 0 31 0 表基址字段 15 0 边界字段 选择器字段 属性字段
LDTR和TSR共80位：32位的表基址字段+20位的边界字段
+12位的访问权字段 +16位的选择器字段。
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② 数据总线传输数据，用来与存储器单元和 I/O接 口交换数据。
8086/80286CPU内/外数据线都是16位。
80386/80486CPU数据线是32位。
对LDTR和TR的说明：
※这两个寄存器只能在保护方式下使用。 ※在保护模式下程序可访问字段仅限于段选择器字段，
即只能用指令加载段选择器。
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用LLDT和LT指令可设置成改变相应的选择器字段，依 选择器字段可 从全局描述符表中找到指定的基地址描述符和 任务状态段描述符，在将描述符中的32位段基址和16位的段 限及16位的属性字段加载到 LDTR和TR的64位高速缓冲寄存 器中。
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三、具有对存贮器及特权层的保护功能
CPU内部具有保护机构： 1。对特权层的保护功能：禁止程序的非法操作如：向代码段进行写入操 作，访问段限以外的存贮区域等。
2。对特权层的保护功能：
特权层分为4级：
1级
0级
OS核 系统服务程序 应用服务程序
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2 级
3 级
应用程序
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0 15
表基址 表限
0
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可在实模式方式下，通过编程对GDTR和IDTR加载，以实现对 GDT和IDT在保护方式下的初始化操作。 15 0 15 0 31 0 表基址字段 15 0 边界字段 选择器字段 属性字段
LDTR和TSR共80位：32位的表基址字段+20位的边界字段
+12位的访问权字段 +16位的选择器字段。
(06)Intel 80486微处理器体系结构 2.2.2
实： 固定为64K 保： 1B~4GB
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电气工程学院
是否已经建立起这样一个概念？ 采用存储器分段技术后，必须用段寄存器来指明使用存储器的区域。 486中有6个段寄存器
用CS 来指明当前的代码段； 用SS 来指明当前的堆栈段； 用DS、ES、FS、GS来指明当前的4个数据段
P34 图2.5
486可以同时使用四个数据段。对于不同类型的数据（如：当前数据模块的数据， 来自更高级别的数据模块的数据，动态生成的数据和与其它程序生成的数据）分门别 类地生成各自独立的数据结构（数据段），从而实现安全有效的存取操作。 486的段寄存器由两部分组成：
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电气工程学院
（2）指令预取部件： 完成译码前期工作——指令取入、排队分析、分解 总线接口单元对片外存储器的代码段发出地址信号，从中取出代码，经数据总 线进入指令预取单元。486有32字节的代码队列，平均可存放10条指令（486的指 令平均长度是3.2字节）
（3）指令译码部件： 完成指令译码 对指令预取队列的指令代码流进行预译码，然后送入已译码的指令队列等候执行。 预译码的好处？在8086中，没有这一环节，译码时发现是转移或调用子程序指令，则 清空指令队列，重新提取指令和装入指令，再译码和执行，花费CPU时间。而486是在 执行指令的同时完成这些动作。
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电气工程学院
*TF Trap Flag 自陷标志 =1，表明CPU将进入单步执行方式， 即：一条一条地执行指令，以便于调试程序。 **IF Interrupt enable Flag 中断允许标志 =1表明CPU接受外部可屏蔽中断。 *DF Direction Flag 方向标志 控制串操作指令的地址改变方向。 =1表示在串操作过程中，地址指针EDI，ESI的地址值会不断减少，减址； =0，增址。 **OF Overflow Flag 溢出标志 =1表明结果超出了给定字节所能表示的数的范围。 #IOPL Input/Output Priority Level flag I/O特权级标志 486 CPU确定了4个I/O特权级，0是最高级，3是最低级。 D12，D13：00，0级；01，1级；10，2级；11，3级。 #NT Nested Task 任务嵌套标志。 指出当前执行的任务是否嵌套在另一任务中。=1，表示已嵌套。 # RF Restoration Flag 恢复标志 它用于调试失败后，强迫程序恢复执行。 该标志与调试寄存器的代码断点结合使用，以保证不重复处理断点。 # VM Virtual 86 Mode 虚拟86模式标志， =1，表示工作在虚拟86模式。只有两种方式可以设置该标志： 在保护模式下，由最高特权级（0级）的代码段的IRET指令 来设置；或由任务转换来设置。 # AC Alignment Check 对准检查标志。
同济大学计算机微处理器课件 (11)
2019/3/7
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General Purpose Registers
• ESP: Stack Pointer:
– Used by the stack, call and return instructions.
• EBP: Base Pointer:
– Holds the base pointer for memory data transfers.
– ECX: Count:
• Used by instructions such as REP and LOOP as a counter, e.g if CX = 10 then the LOOP instruction will loop 10 times decreasing CX until it reaches zero • Also used by the Shift (SHR, SHL) and Rotate (ROR, ROL) instructions to indicate how many bits to shift or rotate
2019/3/7
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1MB RAM
• In real mode, 8086 family CPUs are able to access a total of 1 MB of RAM • Conceptually this can be thought of as a contiguous block from 00000h FFFFFh
• General Purpose Register
– EBX: Base Index:
• Used by several addressing mode instructions to hold the base of a block of data to be manipulated. • A block usually contains some related data, e.g. a message to print in ASCII
第十二章 32位微处理器80386
第二节 80386的三种工作方式
80386有三种工作方式: 实地址方式(Real Address Mode) 保 护 虚 拟 地 址 方 式 (Protected Virtual Address Mode)，也叫保护方式 虚拟8086方式(Virtual 8086 Mode)。
实地址用的方式，通常开机 或复位后，先进入实地址方式完成初始化， 便立即转到保护方式。 此种方式提供了多任务环境中的各种复杂功 能以及对复杂存储器组织的管理机制。只有 在保护方式下，80386才充分发挥其强大的 功能和本性，因此，也称为本性方式。
保护方式（续）
所谓保护，主要是指对存储器的保护。有如下特点： 存储器用虚拟地址空间、线性地址空间和物理地址空间三种 方式来描述，虚拟地址也就是逻辑地址。在保护方式下，寻 址机构不同于8086，需要通过一种称为描述符表的数据结构 来实现对内存单元的访问。 程序员可以使用的存储空间称为逻辑地址空间，在保护方式 中，借助于存储器管理部件(MMU)的功能将磁盘等存储设备 有效地映射到内存，使逻辑地址空间大大超过实际的物理地 址空间，这样，使主存储器容量似乎非常大。80386的逻辑 存储空间为64兆兆字节，几乎是无限大。 可以使用80386的4级保护功能，由此实现程序与程序之间、 用户程序与操作系统之间的隔离和保护，为多任务操作系统 提供优化支持。
虚拟8086方式
在保护方式下，可以通过软件切换到虚拟8086方式，有如下待点： 可以执行8086的应用程序。 段寄存器的用法和实地址方式时一样，即段寄存器内容左移4位加上 偏移量为线性地址。 存储器寻址空间为1MB，然而可以使用分页方式，将1MB字节分为 256个页面，每页4K字节。在80386多任务系统中，可以使其中一个 或几个任务使用虚拟8086方式。此时，一个任务所用的全部页面可 以定位于某个物理地址空间，另一个任务的页面可以定位于其它区域， 即每个虚拟8086方式下的任务可以转换到物理存储器的不同位置， 这样，把存储器虚拟化了，虚拟8086方式的名称正是由此而来。 虚拟8086方式中，程序在最低特权级(3级)上运行。 虚拟8086方式是80386很重要的设计特点，它可以使大量的8086软 件有效地与80386保护方式下的软件并发运行。
80x86微处理器
1.4.5 Pentium的 寄存器
（2）控制寄存器
CR0：用来保存系统的标志， CR0的低位字是机器状 态字MSW（machine status word）
1.4.5 Pentium的 寄存器
CR2和CR3：是两个用于存储器管理的地址寄存器。在分 页操作时，如果出现异常，CR2中则会保存异常处的32位线性 地址。CR3的前20位保存着页目录表的基地址，CR3的D3位和 D4位用来对外部Cache进行控制。 CR4：只用了最低7位，所用位的定义如下图所示。
– 浮点部件内有浮点专用的加法器、乘法器和除法器， 有8个80位寄存器组成的寄存器堆，内部的数据总 线为80位宽。
第1章 微型计算机基础
1.4
80x86的寄存器
1.4.1 8086/8088 的寄存器
8个 通用 寄存器
2个 控制寄存器 4个 段寄存器
状态标志包括6位：CF 、 PF 、 AF 、 ZF 、 SF 、 OF
1.3.5 Pentium
（5）指令预取单元、指令译码单元和控制ROM 指令预取单元从指令Cache中预先取指令，每次 取两条指令。如果是简单指令，通过指令译码单元 译码后，将两条指令分别送到U流水线和V流水线执 行。如果是复杂指令，通过控制ROM将其转换成对应 的一系列微指令，再送到U流水线和V流水线执行。 复杂指令对应的微指令存放在控制ROM中。微指令是 微处理器能够直接执行的指令，，它的长度是固定 的，因此很容易在流水线中进行处理。
Pentium结构的特点
• 分支预测
– Pentium提供了的一个称为转移目标缓冲器 （BTB：Branch Target Buffer）的小容量的 cache来动态地预测程序的分支操作。
2008级微机原理与接口技术综合复习
2008级微机原理与接口技术综合复习一、单顶选择题1-1. 存取周期是指。
A．存储器的写入时间 B．存储器的读出时间 C．存储器进行连续读写操作所允许的最短时间间隔【答】C。
分析：存取周期又可称作读／写周期、访存周期，是指存储器进行一次完整的读／写操作所需的全部时间，即连续两次访问存储器操作之间所需要的最短时间间隔，所以正确答案应为C 。
A、B中提到的写入时间和读出时间被称为存取时间。
存取时间小于存取周期。
1- 2 . 若内存每个存储单元为16位，则。
A．其地址线必须为16位 B．其地址线与16无关 C．其地址线与16有关【答】 B 分析：存储单元为16位是指一次可以存取的二进制信息的位数为16位，也就是存储器数据线的位数，它与地址线没有任何关系。
1-3. EPROM是指。
A．只读存储器 B．可编程的只读存储器 C．可擦除可编程的只读存储器 D．电擦写只读存储器【答】 C分析：EPROM(Erasable PROM)是可擦除可编程的只读存储器。
其他几种只读存储器的英文缩写分别为：只读存储器(ROM)、可编程的只读存储器(PROM)、电擦写只读存储器(EEPROM)。
1-4.在某一存储器系统中，设有只读存储器16KB，随机存储器48KB，使用16位地址来寻址，其中，只读存储器位于低地址段，其地址范围为。
A．0000～2FFFH B．0000～1FFFH C．0000～3FFFH D．0000～0FFFFH 【答】C分析：16KB的只读存储器位于存储器的低地址段，可以看成它是由4片4KB或2片8KB的存储芯片组成的。
4KB存储芯片需要12根地址线进行片内寻址， 8KB的存储芯片需要13根地址线进行片内寻址。
高3位或高4位地址经译码产生4片芯片或2片芯片所需要的选片信号，所以地址范围为0000～3FFFH。
1-5 在Intel 2164动态RAM存储器中，对存储器刷新的方法是。
A．每次一个单元 B．每次刷新512个单元 C．每次刷新256个单元 D．一次刷新全部单元【答】B。
微机原理2[1].2微处理器引脚
![微机原理2[1].2微处理器引脚](https://img.taocdn.com/s3/m/56668d49852458fb770b56bc.png)
（3） WR# (Write)
写信号，三态输出，低电平有效，表示当前CPU正在写存 储器或I／O端口。
（4）M／IO# (Memory／IO )
存储器或I／O端口访问信号。三态输出，M／IO#为高电 平时，表示当前CPU正在访问存储器，M／IO# 为低电平时， 表示当前CPU正在访问I／O端口。 【注】8088的此引脚为M#/IO。
INTR NMI AD15 RD A16/S3 BHE/S7 READY A19/S6 RESET MN/MX TEST CLK （RQ/GT0）/ HOLD (RQ/GT1) / HLDA (LOCK) / WR ( S2 ) / M/IO ( S1 ) / DT/R ( S0 ) / DEN VCC ( QS0 ) / ALE GND ( QS1 ) / INTA
（7） NMI( Non—Maskable Interrupt Request)
不可屏蔽中断请求信号。由外部输入，边沿触发，正 跳沿有效。CPU一旦测试到NMI请求信号，待当前指令 执行完就自动从中断入口地址表中找到类型2中断服务 程序的入口地址，并转去执行。
（8）TEST#
测试信号。由外部输入，低电平有效。当CPU执行WAIT指 令时(WAIT指令是用来使处理器与外部硬件同步)，每隔5个 时钟周期对TEST进行一次测试，若测试到该信号无效，则 CPU继续执行WAIT指令，即处于空闲等待状态；当CPU测到 TEST输入为低电平时，则转而执行WAIT的下一条指令。
二、8086CPU的主要操作
1、系统复位与启动
通过RESET引脚上的触发信号来执行。 寄存器 标志寄存器 指令指针IP CS寄存器 DS寄存器 状态 清0 0000H FFFFH 0000H 寄存器 SS寄存器 ES寄存器 指令队列 其它寄存器 状态 0000H 0000H 空 0000H
3现代微机结构-8086及80286
理 器
器 存储器 存储器 I/O
AD15~AD0 双向
DT/R DEN
数据 锁存 器
第二节 Intel 80286
与8086的显著区别:
1. 地址线和数据线不再分时复用, 简化了硬件设计;
2. 增加了地址线的宽度, 物理地址空间增加到16M 3. 增加了新的指令, 以增强其控制能力。 4. 引入存储管理中的虚存管理机制。通过“虚地址”
结论：
采用地址流水线后, 由于地址信号的提前建立, 与非地址的流水线相比, 可以尽量减少插入Tw 等待周期。因而加快了访存速度。 (但并没有提高存储器的速度)。
四、80286的工作模式
(一) 实地址模式
系统开机复位时,自动进入实地址模式, A23~A20自 动置为0, 以 A19~A0寻址1M的存储空间。
实地址模式下的寻址过程:
段基地址
段基地址 0000
+ 20位物理地址 内存单元
偏移量
为实施“虚地址保护”所希望的寻址过
程:
应用设计 者给出的 虚地址
• 实施保护 • 实现虚地址到
物理地址
内存单元
实地址的转换
“虚地址保护” 实施的中间平台
“ 中 间 平 台 ” 的 核 心 部描述子 (Descriptor) 分描:述子的作用:
(物理地址)
左移4位
偏移量 基地址
…
15
0 15
0ห้องสมุดไป่ตู้
段寄存器
偏移量
19
0
一 个
16位基地址 0000
段
+
20位的物理地址
外部地址总线
三、8086的中断系统
(一) 中断源
1、外部中断
80486微处理器
（4） 段寄存器
CS---代码段 DS---数据段 SS---堆栈段 ES---附加段 FS、GS 附加段（数据段）
2、系统级寄存器 程序不可见寄存器 指一般应用程序设计中不用而由系统所用的
寄存器（不能由用户程序访问而是只能由系统管 理的寄存器）。
包括：4个控制寄存器、4个系统地址寄存器
（1）控制寄存器 CR0 CR1（保留） CR2 CR3
通用寄存器指令指针标志寄存器段寄存器1通用寄存器eax累加器ebx基址寄存器ecx计数寄存器edx数据寄存器esp堆栈指针寄存器ebp基址指针寄存器edi目的变址寄存器esi源变址寄存器2指令指针eip指令指针存放代码段中的偏移地址3标志寄存器eflags标志寄存器也叫pswof溢出sf符号zf零cf进位af辅助进位pf奇偶df方向控制标志位tf陷阱if中断ioplio特权级nt嵌套任务rf重启vm虚8086模式位ac对准检查方式位vif虚拟中断标志id标识标志4段寄存器cs代码段ds数据段ss堆栈段es附加段fsgs附加段数据段2系统级寄存器程序不可见寄存器指一般应用程序设计中不用而由系统所用的寄存器不能由用户程序访问而是只能由系统管理的寄存器
本章小结
本章介绍80486内部结构，详细介绍 了80486的寄存器组和微处理器的地址空 间，80486的数据线、地址线和控制线。 重点讲解了80486的工作模式（实地址模 式和保护虚拟地址模式）。
练习：P31 3.5、3.6
THANK YOU VERY MUCH
本章到此结束， 谢谢您的光临！
80486的逻辑空间达到246字节（64TB） 80486的主存空间达到232字节（4GB） 2、输入输出（I/O）地址空间 I/O空间达到216（64K）个地址组成，与存 储地址不重叠。
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虚拟存储器是程序可以占有的空间， 实际上这个空间是靠磁盘、光盘等外部 存储器的支持来实现的，而物理存储器 是CPU可以访问的存储器。用户编写的程 序是放在磁盘存储器上，当执行程序时， 必须把程序加载到物理存储器上。我们 把从虚拟地址空间到物理地址空间的转 换称为映射。
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保护虚地址方式下存储器管理
一、80286内部结构简介 在 封 装 上 ， 80286CPU 芯 片 有 68 条 管 脚 。
同8086相比，80286在其管脚上直接安排 了数据线和地址线，可以有效地提高 CPU对总线的操作速度。
80286CPU封装，注意地址线和数据线是 分开的
从内部结构来看，80286芯片内部包 含CPU和内存管理部件，主要由指令部 件IU、总线部件BU、地址部件AU和执 行部件EU等4部分构成。可见，80286把 8086中的总线接口部件BIU分成了BU、 AU和EU。这4个部件并行工作，具有了 比8086更高的并行操作程度，有效地加
80286在保护虚地址方式中，采用32位虚地址指 示器寻址，这是一个数据结构，它包含了16位段选 择字和16位偏移地址。
1、偏移地址的作用与实地址方式相同， 2、段选择字不再是段基址，而成为进入存储器 中一个称为描述符表的参数。
段选择字
80286有4个任务特权级，即特权级0、特权级1、特 权级2和特权级3。序号低的特权级的级别高于序号高的 特权级，因此特权级0的级别最高，而特权级3的级别最 低。一般操作系统被设置为较高特权，而用户程序被设 置为较低特权。
第十章 80286微处理器
80286微处理器基本原理概述 80286的系统配置
80286是INTE公司继8086之后推出的 产品，它是8086的改进型微处理器。同 8086相比，80286是一种更先进的超级16 位微处理器，它除了能与8086相兼容外， 还具有许多新的特性和功能。
11.1 80286微处理器基本原理概述
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保护虚地址方式下的物理地址形成过程 1、32位虚地址指示器中的高16位作为段选择字，它和描述符表首地址相 加产生所需描述符的物理地址。 2、取出描述符中24位数据作为物理段的24位段基地址。 3、32位虚地址指示器中的低16位作为段内偏移地址，它和24位段基地址 相加形成24位物理地址。
快了系统的处理速度。
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80286内部结构图
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80286功能部件连接图
二、80286Biblioteka 存储器管理80286有两种工作模式，即实地址模 式和保护虚地址方式。
实地址模式
在实地址模式下可把80286作为一个 高速的8086来使用，因此也称实地址模 式为86模式。
保护虚地址方式
保护虚地址方式下寻址过程举例
11.2 80286的系统配置
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保护虚地址方式下存储器管理
一、80286内部结构简介 在 封 装 上 ， 80286CPU 芯 片 有 68 条 管 脚 。
同8086相比，80286在其管脚上直接安排 了数据线和地址线，可以有效地提高 CPU对总线的操作速度。
80286CPU封装，注意地址线和数据线是 分开的
从内部结构来看，80286芯片内部包 含CPU和内存管理部件，主要由指令部 件IU、总线部件BU、地址部件AU和执 行部件EU等4部分构成。可见，80286把 8086中的总线接口部件BIU分成了BU、 AU和EU。这4个部件并行工作，具有了 比8086更高的并行操作程度，有效地加
80286在保护虚地址方式中，采用32位虚地址指 示器寻址，这是一个数据结构，它包含了16位段选 择字和16位偏移地址。
1、偏移地址的作用与实地址方式相同， 2、段选择字不再是段基址，而成为进入存储器 中一个称为描述符表的参数。
段选择字
80286有4个任务特权级，即特权级0、特权级1、特 权级2和特权级3。序号低的特权级的级别高于序号高的 特权级，因此特权级0的级别最高，而特权级3的级别最 低。一般操作系统被设置为较高特权，而用户程序被设 置为较低特权。
第十章 80286微处理器
80286微处理器基本原理概述 80286的系统配置
80286是INTE公司继8086之后推出的 产品，它是8086的改进型微处理器。同 8086相比，80286是一种更先进的超级16 位微处理器，它除了能与8086相兼容外， 还具有许多新的特性和功能。
11.1 80286微处理器基本原理概述
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保护虚地址方式下的物理地址形成过程 1、32位虚地址指示器中的高16位作为段选择字，它和描述符表首地址相 加产生所需描述符的物理地址。 2、取出描述符中24位数据作为物理段的24位段基地址。 3、32位虚地址指示器中的低16位作为段内偏移地址，它和24位段基地址 相加形成24位物理地址。
快了系统的处理速度。
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80286内部结构图
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80286功能部件连接图
二、80286Biblioteka 存储器管理80286有两种工作模式，即实地址模 式和保护虚地址方式。
实地址模式
在实地址模式下可把80286作为一个 高速的8086来使用，因此也称实地址模 式为86模式。
保护虚地址方式
保护虚地址方式下寻址过程举例
11.2 80286的系统配置
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