湘潭大学：《微型计算机系统原理及应用》课件_第二章 IA-32结构微处理器（80x86系列结构微处理器与8086）

第2章 80X86系列结构微处理器与8086

第 2 章 80x86系列结构微处理器与8086

士 本章讲述 2.180x86系列微处理器是8086的延伸 2.28086的功能结构 2.38086微处理器的执行环境

本章讲述： 2.1 80x86系列微处理器是8086的延伸 2.2 8086的功能结构 2.3 8086微处理器的执行环境

本章重点难点 本章介绍微型计算机系统中的核心部件微处 理器(CP∪),通过学习CPU的功能结构,掌 握CPU中的两个独立单元(执行单元EU和总线 接口单元BIU的并行执行过程;通过介绍8086 寄存器结构,学习汇编语言程序设计所需的14 个寄存器,掌握这些寄存器的正确使用;通过 介绍8086/8088的存储器组织与分段、I/O端口 地址空间等基本知识,了解8086CPU与外围电 路的关系

本章重点难点 本章介绍微型计算机系统中的核心部件微处 理器（CPU），通过学习CPU的功能结构，掌 握CPU中的两个独立单元（执行单元EU和总线 接口单元BIU的并行执行过程；通过介绍8086 寄存器结构，学习汇编语言程序设计所需的14 个寄存器，掌握这些寄存器的正确使用；通过 介绍8086/8088的存储器组织与分段、I/O端口 地址空间等基本知识，了解8086CPU与外围电 路的关系

21X86系列微处理器是8086的延伸 如上章所述,x86系列结构微处理器 的增长基本上按摩尔定律发展,已经经 历许多代。但从使用者(包括程序员) 的角度来看,它是以8086处理器为基础 是一个兼容的微处理器系列,是8086在 功能上和性能上的延伸

2.1 x86系列 微处理器是8086的延伸 如上章所述，x86系列结构微处理器 的增长基本上按摩尔定律发展，已经经 历许多代。但从使用者（包括程序员） 的角度来看，它是以8086处理器为基础， 是一个兼容的微处理器系列，是8086在 功能上和性能上的延伸

2118086功能的扩展 1.从16位扩展为32位 8086是16位微处理器。它的内部寄存器 的主体是16位的。它的主要用于存放操 作数的数据寄存器是16位的。它的主要 的用作为地址指针的指针寄存器也是16 位的。依赖分段机制,用20位段基地址 加上16位的偏移量形成了20位的地址, 以寻址1MB的物理地址

2.1.1 8086功能的扩展 1. 从16位扩展为32位 8086是16位微处理器。它的内部寄存器 的主体是16位的。它的主要用于存放操 作数的数据寄存器是16位的。它的主要 的用作为地址指针的指针寄存器也是16 位的。依赖分段机制，用20位段基地址 加上16位的偏移量形成了20位的地址， 以寻址1MB的物理地址

16位,无论作为数的表示,它能表示 的数的范围是十分有限的。用16位作为 地址,它只能表示64KB,更是一个十分 小的地址范围,远远不能满足应用的需 要。因而,于1985年,Inte公司推出了 第一个32位的微处理器-80386,开创 了微处理器的32位时代。目前,计算机 正从32位向64位转移,但主流仍是32位 机

16位，无论作为数的表示，它能表示 的数的范围是十分有限的。用16位作为 地址，它只能表示64KB，更是一个十分 小的地址范围，远远不能满足应用的需 要。因而，于1985年，Intel公司推出了 第一个32位的微处理器 -- 80386，开创 了微处理器的32位时代。目前，计算机 正从32位向64位转移，但主流仍是32位 机

32位,无论从能表示的数的范围,还 是能寻址的物理地址,特别是能寻址的 物理地址都极大的扩展了。使得微处理 器能取代以前的所谓“大型机”,能应 用于各种领域,从而极大地促进了计算 机在各行各业中的应用。 32位地址能寻址4GB物理地址。到目 前,仍远大于主流计算机的实际内存配 置,仍有广阔的应用余地

32位，无论从能表示的数的范围，还 是能寻址的物理地址，特别是能寻址的 物理地址都极大的扩展了。使得微处理 器能取代以前的所谓“大型机”，能应 用于各种领域，从而极大地促进了计算 机在各行各业中的应用。 32位地址能寻址4GB物理地址。到目 前，仍远大于主流计算机的实际内存配 置，仍有广阔的应用余地

2.从实模式至保护模式 当1981年,IBM公司刚推出IBM-PC时, 主频是5MHz,内存是64KB-128KB,没 有硬盘,只有单面单密度的软盘,到了 PC/T,才有10MB硬盘。在这样的硬件 资源下,采用的操作系统是 PC-DOS (MS-DOS)。这是单用户、单任务的磁 盘操作系统。操作系统本身没有程序隔 离、没有保护。这是DOS遭受病毒泛滥 的内因

2. 从实模式至保护模式 当1981年，IBM公司刚推出IBM-PC时， 主频是5MHz，内存是64KB-128KB，没 有硬盘，只有单面单密度的软盘，到了 PC/XT，才有10MB硬盘。在这样的硬件 资源下，采用的操作系统是PC-DOS （MS-DOS）。这是单用户、单任务的磁 盘操作系统。操作系统本身没有程序隔 离、没有保护。这是DOS遭受病毒泛滥 的内因

随着PC机的大量普及,随着硬件性能的迅 速提高。要求有能保护操作系统核心软件的多 任务操作系统。为使这样的操作系统能在微型 计算机系统中应用与普及,要求微处理器本身 为这样的操作系统提供支持。于是,从80286 开始,在80386中真正完善保护模式。在保护 模式下,程序运行于四个特权级。这样,可以 实现操作系统核心程序与应用程序的严格的隔 离。保护模式支持多任务机制,任务之间完全 隔离

随着PC机的大量普及，随着硬件性能的迅 速提高。要求有能保护操作系统核心软件的多 任务操作系统。为使这样的操作系统能在微型 计算机系统中应用与普及，要求微处理器本身 为这样的操作系统提供支持。于是，从80286 开始，在80386中真正完善保护模式。在保护 模式下，程序运行于四个特权级。这样，可以 实现操作系统核心程序与应用程序的严格的隔 离。保护模式支持多任务机制，任务之间完全 隔离

3.片内存储管理单元-MMU 32位地址,可寻址4GB物理地址。但大多 数PC机的物理内存配置远小于4GB。但应用程 序却需要庞大的地址空间。因此,在操作系统 中提供了虚拟存储器管理机制,而这要求硬件 支持。因而,在80386中提供了片内的MMU 提供了4K页、页表等支持 以上三点是80386相对于8086的主要功能 扩展

3. 片内存储管理单元 - MMU 32位地址，可寻址4GB物理地址。但大多 数PC机的物理内存配置远小于4GB。但应用程 序却需要庞大的地址空间。因此，在操作系统 中提供了虚拟存储器管理机制，而这要求硬件 支持。因而，在80386中提供了片内的MMU。 提供了4K页、页表等支持。 以上三点是80386相对于8086的主要功能 扩展