微机原理前三章

微机原理前三章的思维导图，汇总了微型计算机系统基础知识、80x86微处理器结构、Pentium系统原理，一起来看。

微机原理

• 微型计算机系统基础知识
  • 微型计算机系统（uCS）
    • 硬件
      • 微型计算机（uC）
        • 微处理器（uP）
          • 运算器
            • 算数逻辑单元（ALU）
            • 累加器
            • 通用寄存器组
            • 标志寄存器
              • 零标志位（Z）
              • 负标志位（N）
              • 溢出标志位（V）
              • 进位或借位标志位（C）
          • 控制器
            • 程序计数器（IP）
            • 指令寄存器
            • 指令译码器
            • 时序部件
            • 微操作控制信号形成部件
            • 中断机构
        • 内储存器
          • ROM：只能读出不能写入。
            • PROM
            • EPROM
            • EEPROM
          • RAM：可读可写，随机存储，断电擦除
          • p10
        • I/O接口电路
          • 并行IO口
          • 串行IO口
        • 系统总线
          • 数据总线
          • 地址总线
          • 控制总线
          • 连接各个部件的公共通讯线
      • 外围设备
        • 外部设备
          • 键盘 显示器 光电图形仪
          • 输入器 语音识别器
          • 打印机 绘图仪 CPT终端
          • 外储存器
            • 磁带
            • 磁盘
            • 光盘
        • 过程IO通道
          • AD DA转换器
          • 开关键 信号指示IO器
      • 电源
    • 软件
      • 系统软件
        • 操作系统
        • 各种计算机语言
        • 数据库管理系统等
      • 应用软件
        • 字处理软件
        • 计算机辅助类软件
        • 各种信息管理系统软件等
    • 主要性能指标
      • 运算速度
      • 字长
      • 内储存器容量
      • 外设扩展能力
      • 软件配置情况
  • 计算机中信息的表示
    • 1.2.1进位计数制
      • 数码
      • 数位号：向左0123；向右-1、-2、-3
      • 基数
      • 每个数位有对应权值：基数的数位次幂
      • 所有数位上数码乘以权值然后累加
      • 1.2.2进位计数制转换
        • R进制转换为十进制
          • 按权值展开即可
        • 十进制转换为R进制
          • 整数部分：除R取余数，余数倒着排列
          • 小数部分：乘以R取整数，顺着排
        • 二八进制
          • 三位代替一位
        • bcd码
          • 四位对应一位但是逻辑是十进制以二进制方式存在电脑里前十个
    • 1.2.2带符号数在计算机表示
      • 原码
        • 数据最高位是符号位0是正1是负
        • 其余位是绝对值
        • 范围
      • 反码
        • 正数反码与原码一样
        • 负数反码就是除了符号位之外都取反
      • 补码
        • 负数反码加一
        • 正数不用变
        • 八位二进制范围﹣128—127
        • 0有唯一标识方式
        • 意义在于：进行运算时8－3=5转换成加法8+7=15，但是十五溢出成5
      • 整数表示方法
        • 整数以补码形式存放
        • 一字节=8位二进制
      • 实数（浮点数）表示
        • 计算机基数默认为2
        • 尾数和指数部分
        • （—1）的S次方2的E次方（b。点b1，），结果为：SE。E1E2···b。b1b2...
        • 单精度
        • 子主题
      • 进制符号
        • B：二进制，O：八进制，D：十进制，H:十六进制
• 80x86微处理器结构
  • 8086微处理器概述
    • 编程结构
    • EU（执行部件）/BIU（总线接口部件）
    • 寄存器
      • 通用寄存器
        • AX累加器 BX基址寄存器 CX计数器 DX数据寄存器 SP堆栈指针寄存器 BP堆栈基址指针寄存器 SI源变址寄存器 DI目的变址寄存器
      • 控制寄存器
        • FLAG状态标志寄存器 IP指令指针寄存器
      • 段寄存器
        • CS代码段寄存器 DS数据段寄存器 SS堆栈段寄存器 ES附加段寄存器
    • 工作模式最小模式最大模式
      • 最小模式：只有一个CPU，所有的总线控制信号都直接由这个CPU产生。MN/MX接+5V。
      • AD0-AD16地址数据复用线，双向
      • A19~A16/ S6~S3 地址/状态复用线，输出
      • BHE/S7 数据高8位允许/状态，输出
        • 组合A0 低有效
      • ALE 地址锁存允许，输出引脚，为地址锁存器提供控制信号
        • T1：ALE=1 表明AD总线上是地址信号。
      • DEN 数据允许信号，输出引脚，为数据收发器提供控制信号
        • T2~T3：DEN=0 表明CPU当前准备发送或接收数据。
      • DT/R 数据发送/接收控制信号，输出引脚，控制收发器数据传送方向
        • DT/R=1 发送 （＝ 0接收）
      • M/IO 存储器/IO设备控制信号，输出引脚
        • M/IO=1，访问存储器；=0，访问I/O设备。
      • RD 读信号，输出引脚
      • WR 写信号，输出引脚
      • READY 准备就绪信号，输入引脚
      • INTR 中断请求信号，输入引脚
      • INTA 中断响应信号，输出引脚
      • NMI 不可屏蔽中断请求信号，输入引脚
      • HOLD 总线请求信号，输入引脚
      • HLDA 总线响应信号，输出引脚
      • RESET 复位信号，输入引脚
        • 　 RESET至少要维持4个T的高电平才有效。
        • CPU复位操作为：对FR、IP、DS、ES、SS及指令队列清零, CS=FFFFH。
      • 其他
        • 17. TEST 测试信号，输入引脚。 当CPU执行WAIT指令时, 每隔5个时钟周期, 对TEST进行一次测试, 若TEST为高电平, 则CPU处于踏步等待状态, 直到TEST为低电平, CPU才继续执行下一条指令。 18. MN/ MX 工作模式选择信号，输入引脚。 MN/MX=1：最小模式（＝０ 最大模式） 19. GND,VCC 地和电源。 20. CLK 时钟信号，输入引脚。
    • 存储器
      • 物理地址和内容
        • 物理地址：CPU将所管理的存储器空间按顺序编排的地址；8086的物理地址用20位二进制无符号数表示； 内容：存储单元中有效的信息； 每个地址单元存放一个字节； 一个字存入存储器占用连续的两个单元，低字节存入低地址，高字节存入高地址； 字单元的地址用它的低地址来表示。
      • 存储器分段结构
        • 分段原则
          • 分段原则： （1）每个段最长64K字节，段内地址是连续的，段与段之间可以是连续的，也可以是分开的或重叠的。 （2）每段首地址的低四位必须为0，高十六位为段基址。
        • 逻辑地址和物理地址
          • 任一逻辑地址可唯一的对应一个物理地址；任一个物理地址不一定对应一个逻辑地址。
      • 存储器分体
        • 将字的高位存放在奇地址的存放叫字对准存放； 将字的高位存放在偶地址的存放叫字不对准存放。
    • 周期
      • 时钟周期
        • 时钟周期Ｔ：计算机中最基本的时间单元，由计算机主频决定。例：8086主频5M，则时钟周期为1/5M=200ns
      • 总线周期
        • 总线周期：CPU对内存或I/O接口进行一次读/写的操作称做执行一个总线周期，最基本的总线周期包括四个时钟周期。
      • 指令周期
        • 指令周期：CPU执行一条指令所需的时间，一个指令周期包含若干个总线周期。
• Pentium系统原理
  • 与80486相比先进配置
    • 超标量体系结构
    • 动态预测转移
    • 流水线操作的浮点部件
    • 改进了性能的指令执行计时
    • 分离式的8KB的置零Cache和数集Cache
    • 数据Cache中采用写回的MESI协议
    • 64位数据总线
    • 总线周期的流水线技术
    • 地址奇偶检验
    • 内部奇偶校验
    • 功能冗余校验
    • 执行跟踪
    • 性能监控
    • IEEE1149.1边界扫描
    • 系统管理模式
    • 虚拟方式扩充
  • Pentium微处理器体系结构
    • 概述介绍
      • Intel公司的首款第五代微处理器芯片产品“Pernium”采用0.8|im生产工艺，在面积为2.16平方英寸的硅片上集成了 310万只晶体管，封装在陶瓷PGA管壳内，集成度是486DX的3倍，有273根引脚，有60 MHz和66 MHz两种时钟频率。工作电压为5 V,功耗为15 W,这使系统散热成为问题，因此在芯片背面需要贴附散热器，散热器上往往还带有一个12 V直流电压驱动的小风扇。而真正形成全球Pentium热门的是随后推出的改进型，即P54C系列。它采用BiCMOS硅片技术，0.6叫生产工艺，集成了330万个晶体管，296引脚的交错式引脚栅格阵列(SPGA),封装在陶瓷管壳内，如图3-1所示。电源电压下降至3.3 V,功耗也明显降低，在100 MHz工作频率下的电流消耗大约为3 A。表3-1中综合列举了这 一代Pentium处理器的各种不同工作频率的芯件产品。
    • 功能结构
      • 内部的主要部件包括总线接口部件(64位)、U流水线和V流水线、指令高 速缓冲存储器Cache、数据高速缓冲存储器Cache、指令预取部件、指令译码器、浮点处理 部件FPU、分支目标缓冲器BTB、微程序控制器中的控制ROM、寄存器组等，如图3-3所 示。其核心执行部件是两个整数流水线执行部件，以及一个带有专用加法器、专用乘法器 和专用除法器的浮点流水线部件。
    • Pentium微处理器的寄存器
      • 基本寄存器组：包括通用寄存器、指令寄存器、标志寄存器及段寄存器。
      • 系统寄存器组：包括系统地址寄存器、控制寄存器。
      • 调试和测试寄存器。
      • 浮点部件寄存器组：包括数据寄存器堆栈、控制寄存器、状态寄存器、指令指针寄存器和数据指针寄存器及标记字寄存器。
      • 除了控制寄存器CR4与测试寄存器之外，其他所有的寄存器在80386/80486处理器中 都己经有了，但在Pentium寄存器中增加了一些新的功能位。
    • RISC 和 CISC
      • CPU从指令集的特点上可以分为精简指令集计算机(RISC)和复杂指令集计算机(CISC)两 类。RISC和CISC是当前CPU的两种架构，区别在于不同的CPU设计理念和方法。我们所熟 悉的Intel系列CPU就是CISC的典型代表。RISC是英文Reduce Instruction Set Computer的缩 写，汉语意思为“精简指令系统计算机”，相对应的CISC就是“复杂指令系统计算机”。
    • Pentium指令格式与寻址方式
    • 数据类型
      • 字节
        • 一个字节由8位二进制组成，其最高位是第7位，最低位是第0位。在表示 有符号数时，最高位就是符号位。通常情况下，存储器按字节编址，读/写存储器的最小信 息单位就是一个字节
      • 字
        • 由2个字节组成一个字，其最高位是第15位，最低位是第0位。高8位称为 高字节，低8位称为低字节。低字节存放在地址较低的字节中，这个低字节地址也是该字 的地址。仅当与低半字分开而访问高半字时才使用高字节地址。字节和字是汇编语言程序 中最常用的两种数据类型，也是最容易出错的数据类型。
      • 双字
        • 用2个字(4个字节)来组成一个双字，其高16位称为高字，低16位称为低字。 双字有较大的数据表示范围，它通常是为了满足数据的表示范围而选用的数据类型，也可用 于存储远指针。低字存在地址较低的两个字节中，这个低字节的地址就是该双字的地址。仅 当与较低字分开而访问较高字时，或者在访问各单个字节时才使用各个较高的地址。
      • 四字
        • 由4个字(8个字节)组成一个四字类型，它总共有64个二进制位，当然，也 就有更大的数据表示范围。一个四倍字是占8个连续地址的8个字节。四倍字中的各位编 号为0〜63。含0〜31位的双字称为低双字；含32〜63位的双字称为高双字。仅当与较低 的双字分开而访问较高双字时，或者在访问各单个字节时才使用各个较高的地址。基本数 据类型如图3-13所示。图3-14说明了在存储器中字、双字和四倍字中各字节的安排。
  • Intel Pentium II 微处理器
    • PentiumII 的中文名称叫 “Pentium 二代”，它有 Klamath、Deschutes、Mendocino> Katmai 等几种不同核心结构的系列产品。其中第一代釆用Klamath核心，0.35 pm工艺制造，内部 集成750万个晶体管，核心工作电压为2.8 V。 PentiumII微处理器釆用了双重独立总线结构，即其中一条总线连通二级缓存，另一条 负责主要内存。PentiumII使用了一种脱离芯片的外部高速L2 Cache，容量为512 KB,并以 CPU主频的一半速度运行。作为一种补偿，Intel将Pentiumll的LI Cache从16 KB增至 32 KB。另外，为了打败竞争对手，Intel第一次在Pentiumll中采用了具有专利权保护的Slot 1 接口标准和SECC(单边接触盒)封装技术