1、123計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心總線接口部件總線接口部件BIU 形成訪問存儲器和形成訪問存儲器和I/O設備的地址，完成指令設備的地址，完成指令預取，存放運算結果。包括預取，存放運算結果。包括：u地址加法器地址加法器u專用寄存器組專用寄存器組u指令隊列指令隊列u總線控制電路總線控制電路執行部件執行部件EU 負責執行指令。包括負責執行指令。包括：u算術邏輯單元算術邏輯單元ALU4計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心u標志寄存器標志寄存器FRu通用寄存器組通用寄存器組uEU控制器控制器EU和BIU可并行工作，以提高系統的處理速度5計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結

2、構中心AXBXCXDXSPBPDISI暫存器暫存器ALU標志寄存器標志寄存器EUEU控制器控制器CSDSSSESIP內部寄存器內部寄存器總線總線控制控制邏輯邏輯指令隊列指令隊列BIUEUData Bus16 bitAddress Bus20 bit外部總線通用寄存器組專用寄存器組6計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心從從CS:IP指向的地址取指令，然后指向的地址取指令，然后CS:IP指向下指向下一條指令一條指令執行該指令執行該指令例：例：ADD AX，BX； AXAX+BX（1）取指：取指：BIU將指令從內存取到指令隊列將指令從內存取到指令隊列（2）譯碼：譯碼：EU控制器發出控制信號

3、，將控制器發出控制信號，將AX，BX寄存器的內容送到寄存器的內容送到ALU的兩個輸入端的兩個輸入端（3）執行：執行：ALU執行加法運算，置標志寄存器執行加法運算，置標志寄存器的相關位的相關位（4）寫回：寫回：在控制信號的作用下，將加法結果在控制信號的作用下，將加法結果送入送入AX78計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心通用寄存器通用寄存器段寄存器段寄存器專用（控制）寄存器專用（控制）寄存器對匯編語言程序員來說，必須熟悉處對匯編語言程序員來說，必須熟悉處理器的內部結構理器的內部結構- -寄存器組寄存器組9計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心 0781531AHALAXEAXB

4、HBLBXEBXCHCLCXECXDHDLDXEDXSPESPBPEBPDIEDISIESI累加器計數器基址指針數據堆棧指針基址指針目的變址源變址區域：對8086、8088和80286處理器不可用10計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心AX：累加器，是算術運算的主要寄存器，累加器，是算術運算的主要寄存器，I/O指令使用該寄存器與外設傳送信息指令使用該寄存器與外設傳送信息BX：通用寄存器，常用作基址寄存器通用寄存器，常用作基址寄存器CX：通用寄存器，在循環時作為隱含的計數通用寄存器，在循環時作為隱含的計數器器DX：通用寄存器，可以和通用寄存器，可以和AX一起存儲雙字，一起存儲雙字，DX

5、存放高位存放高位SP：用來指示棧頂的偏移地址用來指示棧頂的偏移地址BP：常用作堆棧區中的基地址指針常用作堆棧區中的基地址指針SI：源變址寄存器，具有自動增源變址寄存器，具有自動增/減功能減功能DI：目的變址寄存器，具有自動增目的變址寄存器，具有自動增/減功能減功能11計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心CS代碼DS數據ES附加SS堆棧FSGS區域：對8086、8088和80286處理器不可用12計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心CS：存放代碼段的段基址或段選擇字。存放代碼段的段基址或段選擇字。DS：存放數據段的段基址或段選擇字。存放數據段的段基址或段選擇字。ES：存放附加

6、數據段的段基址或段選擇字。存放附加數據段的段基址或段選擇字。SS：存放堆棧段的段基址或段選擇字存放堆棧段的段基址或段選擇字FS：存放附加數據段的段基址或段選擇字存放附加數據段的段基址或段選擇字。GS：存放附加數據段的段基址或段選擇字。存放附加數據段的段基址或段選擇字。 除非特別指定，一般情況下，各段的分配由操除非特別指定，一般情況下，各段的分配由操作系統負責，獨立占有作系統負責，獨立占有64K，可以重疊。可以重疊。13計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心IP：指令指針寄存器。存放代碼段中的偏移地指令指針寄存器。存放代碼段中的偏移地址，它始終指向下一條指令的首地址，與址，它始終指向下一

7、條指令的首地址，與CS一一起確定下一條指令的物理地址。起確定下一條指令的物理地址。PSW：程序狀態字寄存器。由條件碼標志和控程序狀態字寄存器。由條件碼標志和控制標志構成。制標志構成。 FLAGS（PSW）EFLAGS標志寄存器IPEIP程序指針寄存器14計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心CF：進位標志。最高有效位的進位進位標志。最高有效位的進位PF：奇偶標志。操作結果的奇偶標志。操作結果的最低字節中最低字節中1的個數為偶數時置的個數為偶數時置1， 否則置否則置0。AF：輔助進位或借位標志。即半字節進位或借位。輔助進位或借位標志。即半字節進位或借位。ZF：零標志。結果為零標志。結果為

8、0時時ZF置置1。SF：符號標志。最高有效位為符號標志。最高有效位為1，SF=1；否則，否則，SF=0TF：陷阱標志。當陷阱標志。當TF置置1，每條指令執行完后產生，每條指令執行完后產生單單步中斷。步中斷。IF：中斷標志。中斷標志。IF=1，響應可屏蔽中斷；否則，禁止中斷。響應可屏蔽中斷；否則，禁止中斷。DF：方向標志。方向標志。DF=0，串操作自動遞增；否則，自動遞減。串操作自動遞增；否則，自動遞減。OF：溢出標志。運算結果超出了機器能表示的范圍，則溢出標志。運算結果超出了機器能表示的范圍，則OF=115 14 13 12OF11DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0IOP

9、LNT15計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心80286處理器處理器IOPL：I/O特權層。在保護模式下，用于控制對特權層。在保護模式下，用于控制對I/O地址空間地址空間的訪問。特權級（高）的訪問。特權級（高）0，1，2，3（低）。當任務的當前特權（低）。當任務的當前特權級級CPL高于或等于高于或等于IOPL時，執行輸入輸出指令、時，執行輸入輸出指令、STI、CLI和和LOCK前綴時，才不產生異常中斷前綴時，才不產生異常中斷13。NT：嵌套任務。在保護模式下，當某系統任務通過嵌套任務。在保護模式下，當某系統任務通過CALL指指令調用另一個任務時，置令調用另一個任務時，置NT為為1。1

10、5 14 13 12OF11DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0IOPLNT16計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心80386處理器處理器RF：重新開始（重新開始（Resume）。）。在調試時用于選擇性的屏蔽一些異在調試時用于選擇性的屏蔽一些異常（常（exceotions)VM： 在保護模式下，當在保護模式下，當VM置置1時，時，32位處理器進入虛擬位處理器進入虛擬8086模模式。式。80486處理器處理器 AC：進行字、雙字或四字的邊界對齊檢查進行字、雙字或四字的邊界對齊檢查Pentium處理器處理器VIF：虛擬中斷標志。中斷標志位的虛擬映像虛擬中斷標志。中斷標

11、志位的虛擬映像VIP：虛擬中斷掛起標志。表示虛擬中斷是否掛起。虛擬中斷掛起標志。表示虛擬中斷是否掛起。ID：為為1時，允許使用時，允許使用CPU標識指令標識指令CPU ID。3122 211917 16ID VIP20VIF AC18VM RF17計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心CR（03）4個個32位控制位控制寄存器，用于分頁、寄存器，用于分頁、Caching、保護。保護。DR（07）8個個32位調試位調試寄存器，用于設置斷點。寄存器，用于設置斷點。CR0031CR1CR2CR3DR0031DR1DR2DR3DR4DR5DR6DR7CR418GDTR：全局描述符基地址及限值（描

12、述符表全局描述符基地址及限值（描述符表長度）長度）IDTR：中斷描述符基地址及限值中斷描述符基地址及限值LDTR：局部描述符的段選擇字局部描述符的段選擇字TR：任務狀態表的段選擇字任務狀態表的段選擇字計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心基地址限值047基地址限值LDTRTR1516GDTRIDTR19計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心TR（37）5個個32位測試位測試寄存器，用于測試寄存器，用于測試TLB和和Cache。TR3031TR4TR5TR6TR720計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心21計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心數據存儲單元ROM

13、，RAM地址控制數據對比對比: :p 寄存器是微處理器芯片內部存放數據的存儲單元，用名稱寄存器是微處理器芯片內部存放數據的存儲單元，用名稱區別區別p 存儲器是微處理器外部存放程序和數據的空間，用地址尋存儲器是微處理器外部存放程序和數據的空間，用地址尋址址22內存是由許多存儲單元組成，為了區分不同的內存是由許多存儲單元組成，為了區分不同的內存單元，必須對計算機中的每個內存單元進內存單元，必須對計算機中的每個內存單元進行編號，內存單元的編號稱之為內存單元的地行編號，內存單元的編號稱之為內存單元的地址。址。計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心英特爾英特爾x86x86處理器規定的存放方式處理

14、器規定的存放方式23計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心在物理存儲器中：低字節存放在前面，高字節存放在后在物理存儲器中：低字節存放在前面，高字節存放在后面，稱為面，稱為Little EndianLittle Endian。與之相反的是。與之相反的是Big EndianBig Endian。24計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心實模式：使用實模式：使用20位物理地址、單任務工作方式、位物理地址、單任務工作方式、獨占系統所有資源。存儲器空間為獨占系統所有資源。存儲器空間為00000HFFFFFH。 DOS系統要求實模式系統要求實模式保護模式：工作在系統所提供地址、多任務方保護

15、模式：工作在系統所提供地址、多任務方式下，根據本任務的特權級請求使用系統資源式下，根據本任務的特權級請求使用系統資源25計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心物理地址：每個存儲單元具有一物理地址：每個存儲單元具有一個唯一的個唯一的20位地址位地址邏輯地址：由段基址和偏移地址邏輯地址：由段基址和偏移地址構成構成段基址：每一段的起始地址，其段基址：每一段的起始地址，其低低4位為位為0。每一段最大為。每一段最大為64KB。偏移地址：在段內相對于段基址偏移地址：在段內相對于段基址的偏移值的偏移值26計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心2020位物理地址變位物理地址變= = 段地址（段

16、地址（1616位）位）1616d + d + 偏移地址（偏移地址（1616位）位）最大64KB段基址所選存儲單元00000FFFFF10000015F000015+1F000段內偏移段寄存器段的起始地址必須從一小段（段的起始地址必須從一小段（paragraphparagraph）的首地址開始，的首地址開始， 即最低即最低4 4bitbit為為0 0分段與偏移邏輯地址27計算機學院計算機學院 體系結構中心體系結構中心分段尋址允許數據和地址的重定位分段尋址允許數據和地址的重定位OSOS能夠在運行時刻分配段地址能夠在運行時刻分配段地址00000FFFFF100001520F0段寄存器34004900

17、1000020F003400049000存儲器CSDSSSES存儲器分段28計算機學院體系結構中心計算機學院體系結構中心輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備入出接口和總線入出接口和總線外存設備外存設備主存儲器主存儲器高速緩存高速緩存控控 制制 器器運運 算算 器器29存儲器是計算機中用來存放程序和數據的部件，存儲器是計算機中用來存放程序和數據的部件，是是Von Neumann結構計算機的重要組成。結構計算機的重要組成。1937年，圖靈提出存儲程序概念，圖靈機使計年，圖靈提出存儲程序概念，圖靈機使計算機走向通用。算機走向通用。程序和數據的特點程序和數據的特點u源程序、匯編程序、機器語言程序源程序、匯

18、編程序、機器語言程序u各種類型的數據各種類型的數據u其共同點是：二進制數串其共同點是：二進制數串計算機學院體系結構中心計算機學院體系結構中心30能夠有兩個穩定狀態來表示二進制中的能夠有兩個穩定狀態來表示二進制中的“0”和和“1”容易識別容易識別兩個狀態能方便地進行轉換兩個狀態能方便地進行轉換幾種常用的存儲介質幾種常用的存儲介質u磁介質、觸發器、電容、光盤磁介質、觸發器、電容、光盤計算機學院體系結構中心計算機學院體系結構中心31是計算機中存儲正處在運行中的程序和數據是計算機中存儲正處在運行中的程序和數據(或或一部分一部分) 的部件，的部件，通過地址、數據、控制三類總線與通過地址、數據、控制三類總線與CPU或與其或與其它部件連接它部件連接計算機學院體系結構中心計算機學院體系結構中心CPUMainMainMemoryMemory主主 存存ReadData Bus k位位Address Bus