Ульяновский государственный университет
Опубликован: 18.05.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 3768 / 1013 | Оценка: 4.05 / 4.02 | Длительность: 15:15:00
Специальности: Разработчик аппаратуры
Лекция 2:

Архитектура 16-битных микропроцессоров семейства Intel IA-32

< Лекция 1 || Лекция 2: 12 || Лекция 3 >
Аннотация: В этой лекции анализируется базовая архитектура процессора 8086: основные регистры, адресация памяти, режимы работы и ее развитие в процессоре 80286. Цель: познакомить учащихся с архитектурными особенностями и режимами работы 16-битных процессоров фирмы Intel, сформировать знания о формировании адреса в разных режимах работы процессора.

Анализ развития процессоров фирмы Intel IA-32

В табл. 2.1 приведены основные свойства процессоров фирмы Intel, от процессора 8086 до первых представителей семейства Pentium.

Таблица 2.1. Основные свойства процессоров фирмы Intel
Тип ЦП Свойства 8086 8088 80286 80386 80486 Pentium P6
1. Год выпуска 1978 1979 1982 1985 1989 1993 1995
2. Проектные нормы (мкм) 3 3 1,5 1 1-0,8 0,8-0,6 0,6-0,35
3. Количество транзисторов 29000 29000 130000 275000 1млн 200т 3млн 100т 9млн 500т
4. Разрядность ШД/ША 16/20 8/20 16/24 32/32 32/32 64/32 64/32 (36)
5. Максимальный объем физ. памяти 1 Мб 1 Мб 16 Мб 4 Гб 4 Гб 4 Гб 4 Гб (64 Гб)
6. Максимальный объем виртуальной памяти 1 Мб 1 Мб 1 Гб 64 Тб 64 Тб 64 Тб 64 Тб
7. Максимальный размер сегмента 64 Кб 64 Кб 64 Кб/4 Гб 64 Кб/4 Гб 64 Кб/4 Гб 64 Кб/4 Гб 64 Кб/4 Гб
8. Размер очереди предвыборки (байт) 6 6 16 32 32 32 32
9. Размер операндов (бит) 8, 16 8, 16 8, 16 8, 16, 32 8, 16, 32, 64 8, 16, 32, 64 8, 16, 32, 64
10. Размер регистров (бит) 8, 16 8, 16 8, 16 8, 16, 32 8, 16, 32 8, 16, 32 8, 16, 32
11. Разбиение на страницы Нет Нет Нет Есть Есть Есть Есть
12. Рабочая частота (МГЦ) 5, 8, 10 5, 8, 10 8, 10, 12, 16 20, 25,33, 40 25-133 60-233 166, 180, 200
13. Защита памяти Нет Нет Есть Есть Есть Есть Есть
14. Сопроцессор 8087 8087 80287 80287, 80387 FPU FPU FPU

Архитектура ЦП 8086: основные регистры, организация памяти

Программная модель МП представляется набором его регистров. Регистр является устройством временного хранения данных и используется с целью облегчения арифметических, логических и пересылочных операций.

Центральный процессор 8086 имеет четыре 16-битных регистра общего назначения AX, BX, CX, DX, четыре регистра-указателя SI, DI, BP и SP, четыре регистра сегментов CS, DS, ES, SS, один 16-битовый регистр флагов FLAGS и указатель программ IP (см. рис.2.1)

Программная модель ЦП 8086

Рис. 2.1. Программная модель ЦП 8086

Регистр-аккумулятор AX используется для хранения промежуточных данных и результатов.

При базовых типах адресации регистр BX содержит адрес области памяти либо адрес, который суммируется для получения нового значения со смещением.

Регистр-счетчик CX предназначен для управления числом итераций в цикле или числом повторений в командах REP в строковых операциях.

Регистр данных DX используется как вторичный аккумулятор для хранения промежуточных данных и результатов.

Индексный регистр-источник SI применяется в качестве указателя адреса байта или слова в таких строковых командах, как LODS ("загрузить строку"), CMPS ("сравнить строку"), MOVS ("переслать строку"). При базово-индексной адресации содержимое регистра SI может суммироваться с содержимым регистра BX.

Индексный регистр-приемник DI используется как указатель назначения для адреса байта или слова в строковых командах, таких как SCAS (сканировать строку), CMPS, MOVS, STOS (записать строку). При базово-индексной адресации для получения адреса операнда содержимое регистра DI может суммироваться с содержимым регистра BX.

Регистр-указатель стека SP применяется для работы с данными в стековых структурах. Его содержимое указывает адрес элемента на вершине стека, что удобно при организации обработки прерываний, процедур вызова подпрограммы и выхода из нее путем сохранения адреса возврата на вершине стека.

Регистр-указатель базы BP используется как дополнительный указатель для работы с данными в стековых структурах. В режиме базово-индексной адресации содержимое регистра BP может суммироваться с содержимым регистров SI или DI.

Адресное пространство памяти процессора, откуда происходит выборка команд и данных, разделено на сегменты (области памяти) емкостью до 64 Кбайт каждый. Процессор 8086 имеет прямой доступ одновременно к четырем сегментам.

Начальный адрес сегмента может быть установлен прикладной программой и всегда должен начинаться с 16-байтовых границ. Базовый адрес сегмента получается делением действительного физического адреса начальной ячейки сегмента на 16. Базовые адреса содержатся в одном из четырех 16-битных сегментных регистров CS, DS, ES и SS. На расположение сегмента не накладывается никаких специальных ограничений, кроме одного: он должен быть на границе 16 байт (т.е. физический адрес начальной ячейки должен делиться на 16). Сегменты могут быть смежными, разделенными, перекрываться частично или полностью.

Регистры сегментов используются для идентификации текущего сегмента адресного пространства.

Регистр сегмента команд CS указывает сегмент, содержащий адрес текущей выполняемой программы.

Регистр сегмента данных DS содержит начало зоны адресов, которая в общем случае включает программно изменяемые таблицы и константы.

Регистр дополнительного сегмента ES указывает начало области памяти, которая обычно используется для запоминания промежуточных данных.

Регистр сегмента стека SS содержит начальный адрес стековой структуры в памяти ЭВМ.

Указатель команд IP содержит адрес следующей команды в сегменте памяти, определяемом содержимым регистра сегмента команд CS.

Регистр флагов FLAGS содержит информацию о текущем состоянии микропроцессора. Имеет шесть однобитовых флагов состояния, которые индицируют результаты выполнения арифметических и логических операций.

< Лекция 1 || Лекция 2: 12 || Лекция 3 >
Виктория Монахова
Виктория Монахова
Евгений Коваленко
Евгений Коваленко