【微机原理】32位微处理器
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中CS，SS，DS和ES段寄存器与8086中的段寄存器完全相同。在 实地址方式下，使用方法也与8086相同；在保护虚地址方式下， 用来存放虚地址指示器中的段选择字。当段选择字置入段寄存器 时，CPU会把相应的描述符中的段起始地址、段界限和段属性等 自动的置入描述符寄存器，以供地址变换时使用。 FS和GS寄存 器是为减轻段寄存器负担而设置的，可由用户将FS，GS定义为 其他数据段。
1.2 80386的寄存器
CR1保留给将来开发的Intel微处理器使用；CR2包含一个32 位的线性地址，指向发生最后一次页故障的地址；CR3包含页目 录表的物理基地址，因为80386中的页目录表总是在页的整数边 界上，每4KB为一页，所以CR3的低端12位保持为“0”。 5. 系统地址寄存器
80386微处理器是为多用户和多任务操作系统而设计的，具有 32位寄存器和数据通道，支持32位地址和数据类型。CPU片内有 存储器管理部件，可实现分段和分页管理，使微处理器地址有 4GB(千兆字节)物理存储器和64MMB(万亿字节)虚拟存储器，以 及有4级保护功能，因此程序不能访问段所规定区域以外的单元， 数据也不能写入到禁止的段里。另外，其指令流水线，在高速缓 冲存储器(cache)和高速总线带宽的作用下，缩短了指令执行时间 及增加了系统的数据吞吐能力。
这3种32位微处理器的工作原理类同，都属于80X86系列。它 们的软件也与我们前面所学的16位微处理器兼容。为了学习方便， 我们先从80386微处理器开始，讲述32位微处理器的工作原理。 随后，再来介绍80486和Pentium微处理器。
本章着重讲解32位微处理器与16位微处理器在结构和工作原 理上的区别，重点论述32位微处理器的实地址方式、保护方式和 虚拟8086方式的机理，存储器的分段和分页管理以及32位微处理 器的寻址方法。使同学对32位微处理器有一个基本的认识。
1.1 80386微处理器
1.1 80386微处理器
存储管理部件由分段部件和分页部件组成，存储器采用段、 页式结构。页是机械划分的，每4KB为一页，程序或数据均以页 为单位进入实存。存储器按段来组织，每段包含若干个页，段的 最大容量可达4 000MB。一个任务最多可包含16K个段，所以 80386可为每个任务提供64TB的虚拟存储空间。为了加快访问速 度 ，系统中还设置有高速缓冲存储器(cache)，构成完整的 cache—主存—辅存的3级存储体系。
1.2 80386的寄存器
3. 指令指针和标志寄存器 利用32位的指令指针(EIP) 可直接寻址4000MB的实存空间。
标志寄存器的位结构如下图所示。其低端12位与8086标志寄存器 完全相同，高端又设置了4个新的标位。其中，IOPL字段为特权 标志，用来定义当前任务的特权层。NT位为任务嵌套标志， NT=1，表示当前执行的任务嵌套于另一任务中，否则NT=0。VM 位是虚拟方式标志，如果VM位置“1”，表示CPU是工作在虚地址 保护方式。RF位是恢复标志位，当RF位置“1”，表示下边指令中 的所有调试故障都被忽略，当成功地执行完每条指令时，RF将被 置位。
总线接口部件通过数据总线、地址总线和控制总线负责与外 部取得联系，包括访问存储器预取指令，读／写数据和访问I／O 端口读／写数据等全部操作及其他控制功能。
1.2 80386的寄存器
80386微处理器中有通用寄存器、段寄存器、指令指针和标 志寄存器、系统地址寄存器、控制寄存器、调试寄存器以及测试 寄存器等，如下图所示。
1.1 80386微处理器
80386微处理器的内部结构流程图如下图所示。这是一种采 用流水线工作方式的结构，内部分为中央处理部件(CPU)、存储 管理部件(MMU)和总线接口部件(BIU)3部分，图中各部分用虚线 分开。
中央处理部件由指令部件和执行部件组成。指令部件包含两 个指令队列，其一是指令预取队列，用来暂存从存储器中预取出 来的指令代码。其二是已译码指令队列；这些预取指令经预译码 后，送入已译码指令队列中等待执行。如果在预译码时发现是转 移指令，可提前通知总线接口部件去取目标地址中的指令，取代 原预取队列中的顺序指令。执行部件中包含32位的算术运算单元 ALU，8个32位通用寄存器组。为了加快乘、除法运算速度，设置 了一个64位的桶形移位器和乘／除硬件。
80486微处理器是在80386基础上又增加了浮点运算部件和高 速缓冲部件，其性能和速度又提高了一大步。
Pentium处理器是一种最先进的32位微处理器。它是一种双 ALU流水线工作的CPU，每一个时钟周期可执行两条指令，提供 了强有力的工作站和服务器功能。PentiumⅡ，Ⅲ及Ⅳ微处理器又 增添了多媒体处理功能，所以，Pentium微处理器也就最适用于多 媒体计算机和网络计算机中。
1.2 80386的寄存器
4. 控制寄存器 80386中设置4个32位的控制寄存器R0~R3。CR0的低16位
为机器状态字，目前只用低4位。其中，D0位是保护允许位(PE)， 用来启动CPU进入保护虚地址方式。PE=0，表示CPU当前处于 实地址方式；PE =1，表示CPU当前已进入保护虚地址方式。D3 位是任务切换位(TS)、D2位是仿真协处理器位(EM)及D1位是监督 协处理器位(MP)，这3位的组合功能见表5-1。系统可用LMSW及 SMSW指令把机器状态字取出和存入存储器，来改变其功能。可 使用MOV指令对CR0进行读／写操作。
Байду номын сангаас
1.2 80386的寄存器
1. 通用寄存器 80386中设置8个32位通用寄存器，如下图所示。它们的用法
与8086相同，也可当作8位、16位寄存器用。若作32位寄存器使 用，前面必须加字符E。
1.2 80386的寄存器
2. 段寄存器 80386中设置6个16位段寄存器和6个64位描述符寄存器。其
微型计算机及应用
32位 微处理器
1 80386微处理器 2 32位微处理器的地址总线和数据总线 3 32位微处理器的工作方式 4 80486微处理器 5 Pentium微处理器
32位微处理器的问世，是微处理器发展过程中的又一个里程 碑。目前，32位微处理器的型号很多，Intel公司推出的主要类型 有80386，80486和Pentium微处理器。
1.2 80386的寄存器
CR1保留给将来开发的Intel微处理器使用；CR2包含一个32 位的线性地址，指向发生最后一次页故障的地址；CR3包含页目 录表的物理基地址，因为80386中的页目录表总是在页的整数边 界上，每4KB为一页，所以CR3的低端12位保持为“0”。 5. 系统地址寄存器
80386微处理器是为多用户和多任务操作系统而设计的，具有 32位寄存器和数据通道，支持32位地址和数据类型。CPU片内有 存储器管理部件，可实现分段和分页管理，使微处理器地址有 4GB(千兆字节)物理存储器和64MMB(万亿字节)虚拟存储器，以 及有4级保护功能，因此程序不能访问段所规定区域以外的单元， 数据也不能写入到禁止的段里。另外，其指令流水线，在高速缓 冲存储器(cache)和高速总线带宽的作用下，缩短了指令执行时间 及增加了系统的数据吞吐能力。
这3种32位微处理器的工作原理类同，都属于80X86系列。它 们的软件也与我们前面所学的16位微处理器兼容。为了学习方便， 我们先从80386微处理器开始，讲述32位微处理器的工作原理。 随后，再来介绍80486和Pentium微处理器。
本章着重讲解32位微处理器与16位微处理器在结构和工作原 理上的区别，重点论述32位微处理器的实地址方式、保护方式和 虚拟8086方式的机理，存储器的分段和分页管理以及32位微处理 器的寻址方法。使同学对32位微处理器有一个基本的认识。
1.1 80386微处理器
1.1 80386微处理器
存储管理部件由分段部件和分页部件组成，存储器采用段、 页式结构。页是机械划分的，每4KB为一页，程序或数据均以页 为单位进入实存。存储器按段来组织，每段包含若干个页，段的 最大容量可达4 000MB。一个任务最多可包含16K个段，所以 80386可为每个任务提供64TB的虚拟存储空间。为了加快访问速 度 ，系统中还设置有高速缓冲存储器(cache)，构成完整的 cache—主存—辅存的3级存储体系。
1.2 80386的寄存器
3. 指令指针和标志寄存器 利用32位的指令指针(EIP) 可直接寻址4000MB的实存空间。
标志寄存器的位结构如下图所示。其低端12位与8086标志寄存器 完全相同，高端又设置了4个新的标位。其中，IOPL字段为特权 标志，用来定义当前任务的特权层。NT位为任务嵌套标志， NT=1，表示当前执行的任务嵌套于另一任务中，否则NT=0。VM 位是虚拟方式标志，如果VM位置“1”，表示CPU是工作在虚地址 保护方式。RF位是恢复标志位，当RF位置“1”，表示下边指令中 的所有调试故障都被忽略，当成功地执行完每条指令时，RF将被 置位。
总线接口部件通过数据总线、地址总线和控制总线负责与外 部取得联系，包括访问存储器预取指令，读／写数据和访问I／O 端口读／写数据等全部操作及其他控制功能。
1.2 80386的寄存器
80386微处理器中有通用寄存器、段寄存器、指令指针和标 志寄存器、系统地址寄存器、控制寄存器、调试寄存器以及测试 寄存器等，如下图所示。
1.1 80386微处理器
80386微处理器的内部结构流程图如下图所示。这是一种采 用流水线工作方式的结构，内部分为中央处理部件(CPU)、存储 管理部件(MMU)和总线接口部件(BIU)3部分，图中各部分用虚线 分开。
中央处理部件由指令部件和执行部件组成。指令部件包含两 个指令队列，其一是指令预取队列，用来暂存从存储器中预取出 来的指令代码。其二是已译码指令队列；这些预取指令经预译码 后，送入已译码指令队列中等待执行。如果在预译码时发现是转 移指令，可提前通知总线接口部件去取目标地址中的指令，取代 原预取队列中的顺序指令。执行部件中包含32位的算术运算单元 ALU，8个32位通用寄存器组。为了加快乘、除法运算速度，设置 了一个64位的桶形移位器和乘／除硬件。
80486微处理器是在80386基础上又增加了浮点运算部件和高 速缓冲部件，其性能和速度又提高了一大步。
Pentium处理器是一种最先进的32位微处理器。它是一种双 ALU流水线工作的CPU，每一个时钟周期可执行两条指令，提供 了强有力的工作站和服务器功能。PentiumⅡ，Ⅲ及Ⅳ微处理器又 增添了多媒体处理功能，所以，Pentium微处理器也就最适用于多 媒体计算机和网络计算机中。
1.2 80386的寄存器
4. 控制寄存器 80386中设置4个32位的控制寄存器R0~R3。CR0的低16位
为机器状态字，目前只用低4位。其中，D0位是保护允许位(PE)， 用来启动CPU进入保护虚地址方式。PE=0，表示CPU当前处于 实地址方式；PE =1，表示CPU当前已进入保护虚地址方式。D3 位是任务切换位(TS)、D2位是仿真协处理器位(EM)及D1位是监督 协处理器位(MP)，这3位的组合功能见表5-1。系统可用LMSW及 SMSW指令把机器状态字取出和存入存储器，来改变其功能。可 使用MOV指令对CR0进行读／写操作。
Байду номын сангаас
1.2 80386的寄存器
1. 通用寄存器 80386中设置8个32位通用寄存器，如下图所示。它们的用法
与8086相同，也可当作8位、16位寄存器用。若作32位寄存器使 用，前面必须加字符E。
1.2 80386的寄存器
2. 段寄存器 80386中设置6个16位段寄存器和6个64位描述符寄存器。其
微型计算机及应用
32位 微处理器
1 80386微处理器 2 32位微处理器的地址总线和数据总线 3 32位微处理器的工作方式 4 80486微处理器 5 Pentium微处理器
32位微处理器的问世，是微处理器发展过程中的又一个里程 碑。目前，32位微处理器的型号很多，Intel公司推出的主要类型 有80386，80486和Pentium微处理器。