典型的微处理器

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1．Intel 80386

80386是Intel公司推出的32位微处理器。

(1)80386的流水线结构 如图1．2．2－1所示，80386由总线接口部件、预取部件、指令译码部件、控制部件、数据部件、保护测试部件、分段部件、分页部件构成。

图1．2．2－1 80386的流水线结构

(2)80386的寄存器 80386共有34个寄存器，可分为通用寄存器、段寄存器、状态和控制寄存器、系统地址寄存器、调制寄存器、测试寄存器6类。

①通用寄存器 80386有8个32位的通用寄存器，如图1．2．2－2所示。

图1．2．2－2 80386的通用寄存器

EAX 累加器；

EBX 基地地寄存器；

ECX 计数寄存器；

EDX 数据寄存器；

ESP 堆栈指示器；

EBP 基地址指示器；

ESI 源变址寄存器；

EDI 目的变地寄存器。

②段寄存器 80386有6个16位的段寄存器，如图1．2．2－3所示。

图1．2．2－3 80386的段寄存器

CS 指令码段寄存器；

DS 数据段寄存器；

SS 堆栈段寄存器；

ES 附加数据段寄存器；

FS 附加数据段寄存器；

GS 附加数据段寄存器。

③状态和控制寄存器 包括1个标志寄存器EFLAGS、1个指令指示器EIP和4个控制寄存器TP₀～TP₃，如图1．2．2－4所示。均为32位的寄存器。

图1．2．2－4 80386的状态和控制寄存器

EFLAGS 标志寄存器，含以下13个标志。

CF 位0，进位标志；

AF 位2，奇偶标志；

PF 位4，辅助进位标志；

ZF 位6，零标志：

SF 位7，符号标志；

TF 位8，自陷标志；

IF 位9，允许中断标志；

DF 位10，方向标志；

OF 位11，溢出标志；

IOPL 位13、12，占2位，I／O特权标志；

NT 位14，嵌套任务标志；

RF 位16，恢复标志；

VM 位17，虚拟方式标志。

EIP 指令指示器，存放下一条要执行指令的偏移值。

TP₀ 机器状态字寄存器；

TP₁ 未定义，备用；

TP₂ 页故障线性地址寄存器；

TP₃ 页目录基址寄存器。

④系统地址寄存器 4个，分别为GDTR、IDTR、TR和LDTR，如图1．2．2－5所示。

图1．2．2－5 80386的系统地址寄存器

GDTR 全局描述符表寄存器，保存全局描述符表的32位线性地址和其16位界限；

TDTR 中断描述符表寄存器，保存中断描述符表的32位线性地址和其16位界限；

TR 任务状态寄存器，16位；

LDTR 局部描述符表寄存器．16位。

⑤调试寄存器 8个，DR₀～DR₇，均为32位，如图1．2．2－6所示。

图1．2．2－6 80386的调试寄存器

⑥测试寄存器 2个，TR₆～TR₇，均为32位，如图1．2．2－7所示。

图1．2．2－7 80386的测试寄存器

TR₆ 测试命令寄存器，存放测试控制命令；

TR₇ 数据寄存器，存放测试的数据。

2．Inter80486

80486是Intel公司继80386推出的32位微处理器。其性能较80386有很大提高，具有小型计算机的某些特征。表1，2．2－1给出了80486与80386在一些指令的执行时间上的对比，可以看出，80486的执行速度比80386快2～3倍。

表1．2．2－1 80386与80486的指令执行时间对照

80486微处理器由主处理机部件、数值协同处理器部件和高速缓冲存储器部件(Cache)构成。其主处理机部件相当于提高了效率的80386微处理器，其数值协同处理器部件相当于增强了性能的80387数值协同处理器，其高速缓冲存储器部件是拥有8k字节的完整的Cache。在80386上，这3个部件各为一个芯片。在80486上，由于采用了先进的集成电路工艺，这3个部件集成在一个芯片上。

3．80586的改进

为了与RISC体系结构的微处理器进行市场竞争，586系列微处理器的体系结构设计对80486作了重大改进。这些改进可以归纳如下：

(1)586采用了RISC体系结构型CPU，并且其CPU采用超标量结构；

(2)586的浮点处理部件采用了超级流水线技术；

(3)586中增设了动态转移预测机构；

(4)586中在片Cache的复写操作，改用回写方式；

(5)586中增强了对错误检测和报告的功能；

(6)586采用了多种测试挂钩，例如边界扫描和探针方式等。

另外，在提高工作频率、固化指令、增加页码、增强微码等几个方面也作了改进。

(1)提高工作频率

目前486系列中工作频率最高者为486DX／50，其频率为50MHz。486DX2／50和486DX2／66内部工作频率为50MHz和66MHz，但由于采用的是倍速技术，其外部工作频率实际只有25MHz和33MHz。而586目前的两种型号586／60和586／66的内部频率和外部频率一致，分别达到60MHz和66MHz。频率加快，运算速度自然也得到提高。

(2)固化指令

在586中，常用指令MOV、ALU、INC、DEC、PUSH、POP、JMP、CALL(near)、NOP、SHIFT、ROT、NOT和TEST等改用硬性实现，不再使用微码操作，使指令的运行得到进一步加快。而其他的微码指令由于运行于双流水线上，速度也得到了提高。

(3)增加页尺寸

在586体系中，存储器中每一页的尽寸除与486兼容的4KB外，还多加了一种4MB。页尺寸的增加，使程序在搬动大的目标如图形Frame buffer时避免了频繁的换页操作。

(4)增强微码

586的内部总线同486一样为32位，但它通向存储器的外部数据总线为64位宽，在一个周期内，将数据传输量增加了一倍。586还支持多种类型的总周期，其中包括一种突发模式，该种模式下可以在一个总线周期装入256位数据。64位的数据总线使586与主存的数据交换速度达到528MB／s，为50MHz486(160MB／s)速度的3倍还多。

586的外部数据总线为64位，地址总线扩充到36位，藉以提高指今和数据的供给能力。外部总线宽度采用类似于RISC体系结构的64位结构，地址总线也扩充为36位，这是因为目前4GB大小的物理地址空间已不能满足要求所致。

586处理器的性能是在保持与80486兼容性的前提下，赶上并超过RISC微处理器的。如上所述，586系列微处理器并非是CISC体系结构80386／486的延伸，而是采用了R1SC体系结构型的整数处理部件(CPU)。这样，586不仅可以充分利用RISC体系结构微处理器的软件资源，而且增强了586的软件资源，因而增强了586的市场竞争力。