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2.2
数据总线
32位数据总线是32条三态双向数据线D0~D31。D0~D7为最 低字节，D24~D31为最高字节。可以使用BS8和BS16引脚输入控 制信号来改变数据总线的宽度，将数据传送到8位或16位设备中去。 使32位微处理器能直接与32位、16位或8位总线相连接。CPU每 个时钟周期都采样这些引脚，当接收到BS16或BS8信号时，只需 要16位或8位总线有效。当同时接收到BS16或BS8信号时，只有8 位总线有效。
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1.2 80386的寄存器
6. 调试寄存器 80386设置8个32位的调试(DEBUG)寄存器DR0~DR7。DR7 用来设置断点；DR6用来保留断点状态。DR0～DR3可用来设置4 个断点；DR4，DR5保留待用。 7. 测试寄存器 80386设置5个32位测试寄存器TR3~TR7。 TR3~TR5用于片 内Cache测试,TR6~TR7用来控制分页部件的测试操作。
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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。
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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中设置4个专用的系统地址寄存器，它们是GDTR、 IDTR、LDTR和TR。GDTR和IDTR长48位，LDTR和TR长16位。 GDTR用来存放全局描述符表的基地址(32位)和限值(16位)； IDTR用来存放中断描述符表的基地址(32位)和限值(16位)；LDTR 用来存放局部描述符表的段选择字；TR用来存放任务状态段表的 段选择字。
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2.3 总线传送机制
32位微处理器的所有数据传送都是由一个或多个总线周期来 完成。1字节、2字节或4字节的逻辑数据操作数可以在物理地址不 对界的情况下传送。在对界时的操作数只需要1个总线周期，而对 于不对界时的操作数就需要2个或3个总线周期。 80X86地址信号的设计可以简化外部系统的硬件。高位地址 由A2~A31提供。低位地址则以BE0~BE3形式提供了32位数据总 线4个字节的选择信号。 当字节允许符参与数据传送时，在数据总线上就会有相应的 数据总线字节被传送，如下表所示。
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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。 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。
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2.3 总线传送机制
这样，由A2~A31和BE0~BE3就能形成了完整的32条地址线， 如下表所示。
有时，对多总线接口 需要 A0 和 A1 这两个地址 信号，可由上表得到右图 所示的逻辑电路产生。
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32位 微处理器
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80386微处理器
32位微处理器的地址总线和数据总线
32位微处理器的工作方式
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32位微处理器实地址方式的工作原理与8086基本相同，其主 要区别是32位微处理器能处理32位数据。 在保护方式下，CPU可访问232字节的物理存储空间，段长为 232字节，而且还可以实施保护功能。分页功能是任选的。在保护 方式中引入了软件可占用空间的虚拟存储器的概念。 虚拟8086方式是一种既能有效利用保护功能，又能执行8086 代码的工作方式。CPU与保护方式下的原理相同，但程序指定的 逻辑地址与8086 CPU解释相同。 由此可见，实地址方式主要是为微处理器建立保护方式所必 须的。 在实地址方式运行时，32位微处理器就像一个速度很快的 8086 CPU，但是，对某些指令，它也可扩展为32位。保护方式 提供了复杂的存储器管理和处理器的特权级能力。在保护方式运 行时，可实现任务的切换，即切换到虚拟8086方式，允许执行 8086的操作系统和应用程序，使32位微处理器实现多任务和多用 户的目标。 22
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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。
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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。
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1.1 80386微处理器
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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。 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。
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32位 微处理器
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80386微处理器
32位微处理器的地址总线和数据总线
32位微处理器的工作方式
80486微处理器 Pentium微处理器
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2.1 地址总线
32位地址总线提供内存和I/O端口的物理地址，用30条地址 线A2~A31加上4个字节允许符BE0~BE3来实现。这4个字节允许符 给出了两个最低有效地址位和传送宽度编码。32位微处理器的物 理寻址空间有4GB，即232字节；而I/O地址空间只有64KB，即216 字节。所以，A2~A31用来寻址到一个4个字节的单元，而用 BE0~BE3来标识在当前传送操作中这4个字节单元的处理方法。对 于在执行计算机内存的读和写周期时，4个字节允许符BE0~BE3用 来确定数据总线上哪些字节是有效驱动的： BE0使最低8位数据 线D0~D7有效，BE1使次低8位数据线D8~D15有效， BE2使次高8 位数据线D16~D23有效，BE3使最高8位数据线D24~D31有效。这样， 字节允许符BE0~BE3直接决定32位数据总线上传送数据的宽度是 1～4个字节。
80486微处理器 Pentium微处理器
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32位微处理器有3种工作方式，即实地址方式(real mode),保护 方式(protected mode)和虚拟8086方式(virtual 8086 mode)。它们 运行和转换的关系如下图所示。当CPU进行启动或复位时首先进 入实地址方式工作。修改控制寄存器 CR0的机器状态字时，就可 以由实地址方式转换到保护方式工作。再执行IRET指令或进行任 务转换，就可由保护方式转移到虚拟 8086方式工作。任务转换功 能是 32 位微处理器的特点之一，我们采用中断处理，就可再把 CPU从虚拟8086方式返回到保护方式，以及实地址方式。
3.1 实地址方式
32位微处理器复位或加电后即处于实地址方式。实地址方式 具有与8086相同的特性，但允许访问32位寄存器组。其寻址机制、 存储器访问范围和中断控制等都与8086相同。 在实地址方式中默认的操作数是16位数，段的大小是64KB。 则32位有效地址必须是比0000FFFFH小的值。为了使用32位寄存 器和寻址方式必须用超越前缀。实地址方式寻址方法如下图所示。
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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。
微型计算机及应用
பைடு நூலகம்
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32位 微处理器
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80386微处理器
32位微处理器的地址总线和数据总线
32位微处理器的工作方式
80486微处理器 Pentium微处理器