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  • 常见微处理器体系架构
    2021-09-27 18:18:54

    RISC

    复杂指令集计算机,Complex Instruction Set Computer。
    计算机处理器包含有实现各种功能的指令或微指令,指令集越丰富,为微处理器编写程序就越容易,但是丰富的微指令集会影响其性能。复杂指令集计算机(CISC)体系结构的设计策略是使用大量的指令,包括复杂指令。与其他设计相比,在CISC中进行程序设计要比在其他设计中容易,因为每一项简单或复杂的任务都有一条对应的指令。程序设计者不需要写一大堆指令去完成一项复杂的任务。 但指令集的复杂性使得CPU和控制单元的电路非常复杂。 CISC包括一个丰富的微指令集,这些微指令简化了在处理器上运行的程序的创建。指令由汇编语言所组成,把一些原来由软件实现的常用的功能改用硬件的指令系统实现,编程者的工作因而减少许多,在每个指令期同时处理一些低阶的操作或运算,以提高计算机的执行速度,这种系统就被称为复杂指令系统。在CISC指令集的各种指令中,其使用频率却相差悬殊,大约有20%的指令会被反复使用,占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用,在程序设计中只占20%。

    CISC

    RISC的英文全称为“Reduced Instruction Set Computer”,即“精简指令集计算机”,是一种执行较少类型计算机指令的微处理器,起源于80年代的MIPS主机(即RISC机),RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来,它能够以更快的速度执行操作(每秒执行更多百万条指令,即MIPS)。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件,计算机指令集越大就会使微处理器更复杂,执行操作也会更慢。

    X86架构

    X86架构(The X86 architecture)是微处理器执行的计算机语言指令集,指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合。

    ARM

    ARM处理器是英国Acorn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器。全称为Advanced RISC Machine。ARM处理器本身是32位设计,但也配备16位指令集,一般来讲比等价32位代码节省达35%,却能保留32位系统的所有优势。

    MIPS

    MIPS架构(英语:MIPS architecture,为Microprocessor without interlocked piped stages architecture的缩写,亦为Millions of Instructions Per Second的双关语),是一种采取精简指令集(RISC)的处理器架构,1981年出现,由MIPS科技公司开发并授权,广泛被使用在许多电子产品、网络设备、个人娱乐装置与商业装置上。最早的MIPS架构是32位,最新的版本已经变成64位。

    PowerPc

    PowerPC是1991年,Apple、IBM、Motorola组成的AIM联盟所发展出的微处理器架构。PowerPC是整个AIM平台的一部分,并且是到目前为止唯一的一部分。PowerPC 的历史可以追溯到早在1990年随RISC System/6000一起被介绍的IBM POWER架构。该设计是从早期的RISC架构(比如IBM 801)与MIPS架构的处理器得到灵感的。

    扩展

    goto1 goto2 CPU是如何制造的 晶体管的工作原理

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  • 微处理器分类及组成

    千次阅读 2021-06-27 01:02:41
    微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器能完成取指令、执行指令,以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作,是微型计算机的运算控制部分。...

    微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。

    微处理器能完成取指令、执行指令,以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作,是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。

    微处理器分类

    (1):“ 微处理器

    微处理器是一个集中取指令和处理一组通用指令的单元。

    指令集包含数摒转移操作、ALU(ArithmeTIcLogicUnit)、堆栈操作; 输入和输出操作以及程序控制和管埋操作。任何一个CPU必须具备下列基本功能单元。

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    (a):一个控制单元,用于取指和控制一个给定命令或指令的顺序执行,并与系统其余部分进行通信。

    (b):一个ALU 单元,用于对学节或者字的算术和逻辑操作。它可以立即处理8,16,32或者64位的数据。

    微处理器是一个VLSl(VeryLargeScaleIntegratedcircuit)芯片,芯片中有一个CPU,还可以有其他附加的单元(如高速缓存Cache,浮点处埋算术单元,流水线和超标量单元),这样可以提高处理器的效率。

    名词解释:

    高速缓存:由于CPU 的运算速度愈来愈快,主存储器(DRAM)的数据存取速度通常无法跟上CPU 的速度,因而影响计算机的执行效率,如果在CPU 与主存储器之间,使用速度最快的SRAM 作为CPU 的数据待取区,将可大幅提升系统的执行效率,而且透过Cache来事先读取CPU 可能需要的数据,可避兔主存储器与速度更慢的辅助内存的频繁存取数据,对系统的执行效率也大有帮助。

    例如当CPU 处理数据时,,它会先到高速缓存中去寻找,如果数据因之前的操作已经读取而被暂存其中,就不需要再从主内存中读取数据一一由于CPU 的运行速度一般比主内存快,因此若要经常存取主内存的话,就必须等待数个CPU 周期从而造成浪费。

    浮点处理算术单元:

    浮点数: 浮点数是属于有理数中某特定子集的数的数字表示,在计算机中用以近似表示任意某个实数。具体的说,这个实数由一个整数或定点数(即尾数) 乘以某个基数(计算机中通常是2) 的整数次幂得到,这种表示方法类似: 于基数为10的科学记数法。

    一个浮点数a 由两个数m和e 来表示: a=mx b^c。在任意一个这样的系统中,我们选择一个基数b(记数系统的基) 和精度p (即使用多少位来存储)。m (即尾数) 是形如+dddd..dd的p位数(每一位是一个介于0到b-1之间的整数,包括0和b-1)。如果m的第一位是非0整数,m称作规格化的。有一些描述使用一个单独的符号位(s 代表+或者~) 来表示正负,这样m必须是正的。e 是指数。

    在计算机中表示- 一个浮点数,其结构如下:

    尾数部分(定点小数)阶码部分(定点整數)

    70d82628028f78610e5c696d7ca5db5e.png

    流水线:

    计算机流水线(Pipeline) 技术是目前广泛应用于微处理芯片(CPU) 中的一项关键技术,计算机流水线技术指的是对CPU 内部的各条指令的执行方式的一种形容。

    在低档的CPU 中,指令的执行是串行的,而具有流水线的CPU 在执行上条指令的同时,又在并行地取下条指令。这在CPU技术上是一个质的飞跃。

    超标量:

    超标量(superscalar) 是指在CPU中有一条以上的流水线,并且每时钟周期内可以完成一条以上的指令,这种设计就叫超标量技术。

    超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器,其实质是以空间换取时间。而超流水线是通过细化流水、提高主频,使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操作,其实质是以时间换取空间。例如PenTIum4 的流水线就长达20级。将流水线设计的步(级)越长,其完成一条指令的速度越快,因此才能适应工作主频更高的CPU。但是流水线过长也带来了一定副作用,很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象,Intel 的奔腾4 就出现了这种情况,虽然它的主频可以高达1.4G以上,但其运算性能却远远比不上AMD12G的速龙甚至奔ll1。

    微处理器组成

    微处理器是微型计算机的核心部分,又称为中央处理器(简称CPU)。微处理器主要由控制器和运算器两部分组成(还有一些支撑电路),用以完成指令的解释与执行。

    1.CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。

    2.逻辑部件:

    英文Logic components;运算逻辑部件。可以执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作,也可执行地址运算和转换。

    3.寄存器部件:

    寄存器部件,包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定点数和浮点数两类,用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器操作数和中间(或最终)的操作结果。 通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。

    4.控制部件:

    英文Control unit;控制部件,主要是负责对指令译码,并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。

    其结构有两种:一种是以微存储为核心的微程序控制方式;一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。

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    微存储中保持微码,每一个微码对应于一个最基本的微操作,又称微指令;各条指令是由不同序列的微码组成,这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后,即发出一定时序的控制信号,按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作,即可完成某条指令的执行。

    简单指令是由(3~5)个微操作组成,复杂指令则要由几十个微操作甚至几百个微操作组成。

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  • 常见微处理器是Motorola的68K系列和Intel的X86系列。 早期的微控制器是将一个计算机集成到一个芯片中,实现嵌入式应用,故称单片机(single chip microcomputer)。随后,为了更好地满足控制领域的嵌入式应用,...
  • 微控制器:CPU + 片内内存 + 片内外设 微处理器:CPU 处理器通常指微处理器、微控制器和数字信号...最常见微处理器是Motorola的68K系列和Intel的X86系列。 早期的微控制器是将一个计算机集成到一个芯片中,实现嵌入...

    微控制器:CPU + 片内内存 + 片内外设

    微处理器:CPU

    处理器通常指微处理器、微控制器和数字信号处理器这三种类型的芯片。

    微处理器(MPU)通常代表一个功能强大的CPU,但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。最常见的微处理器是Motorola的68K系列和Intel的X86系列。

    早期的微控制器是将一个计算机集成到一个芯片中,实现嵌入式应用,故称单片机(single chip microcomputer)。随后,为了更好地满足控制领域的嵌入式应用,单片机中不断扩展一些满足控制要求的电路单元。目前,单片机已广泛称作微控制器(MCU)。

    也有由微处理器发展的微控制器,比如,Intel的386EX就是很成功的80386微处理器的微控制器版本。它与嵌入式应用的微处理器一样,也称为嵌入式微处理器。嵌入式处理器的高端产品有:Advanced RISC Machines公司的ARM、Silicon Graphics公司的MIPS、IBM和Motorola的Power PC 、Intel的X86和i960芯片、AMD的Am386EM、Hitachi的SH RISC芯片。

    数字信号处理器(DSP)里的CPU是专门设计用来极快地进行离散时间信号处理计算的,比如那些需要进行音频和视频通信的场合。DSP内含乘加器,能比其它处理器更快地进行这类运算。最常见的是ti的TMS320CXX系列和Motorola的5600X系列。

    中央处理器,或简称为处理器,英文缩写为CPU,即Central Processing Unit,是电子计算机(港译-电子计算器)的主要设备之一,其功能主要是解译计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU为电子计算机设计提供了基本的数字计算特性。CPU、存储设备和输入/输出设备是现代微型电脑的三大核心部件。由集成电路制造的CPU通常称为微型处理器。从20世纪70年代中期开始,单芯片微型处理器几乎取代了所有其他类型的CPU,今天CPU这个术语几乎成为了所有微型处理器的代称。

    CPU的组成

    运算器:算数、逻辑(部件:算数逻辑单元、累加器、暂存器组、路径转换器、数据总线)

    控制器:复位、使能(部件:计数器、指令暂存器、指令解码器、状态暂存器、时序产生器、微操作信号发生器)
    几个名字的自我理解:

    单片机是一块类似PC的芯片,只是没PC强大,但它可以嵌入到其它设备中从而对其进行操控。所以微控制器与单片机实际是同等概念。

    微处理器指的是CPU,即组成PC主要成分的一个器件,用来理解和执行指令的一种器件。

    DSP是一种特殊结构的CPU,它专门用于处理数字信号的各种功能。

    目前有许多微处理器逐渐演化为微控制器(MCU)比如arm,因此这些概念开始融会,所以处理器包括CPU,MCU,DSP.
    ARM目前是嵌入式处理器的代名词:由CPU,少量的RAM,FLASH,和其它接口封装而成的。
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  • ARM, MIPS, Power PC的比较以及常见嵌入式操作系统,微处理器
  • 微机原理笔记02-微处理器与总线

    千次阅读 2022-04-10 16:14:02
    第二代微处理器主要是以8位微处理器为主要代表,第三代微处理器主要是以16位微处理器为主要代表 最初Inter公司的第三代微处理器主推8086芯片,它是一款16位微处理器,它在内部结构和对外通道上的处理能力都是16位,...

    8088/8086微处理器

    简介

    • 8088/8086属于第三代微处理器的典型代表。
    • 第三代微处理器和第二代微处理器的主要区别在于字长有了跨越式发展。
      • 第二代微处理器主要是以8位微处理器为主要代表,第三代微处理器主要是以16位微处理器为主要代表
      • 最初Inter公司的第三代微处理器主推8086芯片,它是一款16位微处理器,它在内部结构和对外通道上的处理能力都是16位,也就是说该芯片能够并行处理16位二进制码。但是为了与之前推出的主板和其他外部部件兼容,所以Inter公司又推出了8088微处理器。
    • 8088和8086的主要区别在外部通道上,8086的对外通道是16位的,而8088的对外通道是8位的;两者内部结构都是16位。

    说明:

    面对科学研究,以学习前沿技术为主,面对教学研究,以学习基本原理和基础知识为主。因此不论是8086、8088还是如今的64位微处理器,它们最核心部分的基本原理都是类似的。为了后续学习方便,这里以学习8088芯片为主。

    关注点:

    • 8088/8086CPU能够实现指令并行流水工作的原因;
    • 实地址模式下的存储器地址变换原理
    • 如何知道CPU当前工作状态及指令运算结果的特征

    8088/8086CPU的特点

    此处的特点是与第二代及其之前的CPU相比

    • 采用并行流水线工作方式
      • 通过设置指令预取队列实现——CPU内部结构
    • 对内存空间实行分段管理
      • 将内存分为4个段并设置地址段寄存器,以实现对1MB空间的寻址——实模式存储器寻址
    • 支持协处理器
      • 处理浮点运算

    8088/8086CPU的两种工作模式

    8088/8086可工作于两种模式下

    • 最小模式:是单处理器模式,所有控制信号由微处理器产生
    • 最大模式:是多处理器模式,部分控制信号由外部总线控制器产生
      • 用于包含协处理器的情况下

    最小模式下的总线连接示意图:

    • CPU将地址信息通过控制总线发出后会将地址信息存入地址锁存器,防止该通道后续传输的数据信息冲掉该地址信息
    • 数据收发模块是一个驱动器,连接CPU和数据总线,负责数据的收发
    • 所有控制信号都由微处理器产生。所以CPU直接与地址总线相连

    最大模式下的总线连接示意图:

    • 由于需要与协处理器进行协调工作,所以控制信息通过总线控制器与控制总线连接,也就是说部分控制信号由外部总线控制器产生

    两种工作模式的选择方式

    8088是工作在最小还是最大模式由 M N / M X ‾ MN/\overline{MX} MN/MX引线的状态决定

    • M N / M X ‾ − 0 MN/\overline{MX}-0 MN/MX0工作于最大模式
    • M N / M X ‾ − 1 MN/\overline{MX}-1 MN/MX1工作于最小模式

    8088CPU的主要引线及内部结构

    8088CPU最小模式下的主要引脚信号

    • 完成一次访问内存或接口所需要的主要信号
    • 与外部同步控制信号
    • 中断请求和响应信号
    • 总线保持和响应信号

    访存/接口信号

    • #也就是上横线,表示低电平有效
    • #DEN是数据收发器的选通信号

    【例】当#WR=1#RD=0#IO/#M=0时,表示CPU当前正在进行都存储器操作

    外部同步控制信号

    • READY实现CPU与内存/接口之间同步控制的信号
    • 在一个标准的总线周期中,正常情况下,可以完成一次访存或访接口的操作;但如果接口或内存还没准备就绪,可以在T3时钟周期之后,插入若干个TWAIT周期

    中断请求和响应信号

    总线保持信号

    8088和8086CPU引脚功能比较

    8088内部结构

    • 无论是哪种型号的CPU,在总的功能上都包括三个部分:控制器、运算器、寄存器组

    • Inter公司在逻辑上把CPU分为执行单元总线接口单元

      • 执行单元:用来执行程序
      • 总线接口单元:用来访问内存/接口
    • 图中实线是片内总线,也就是CPU的内部通道

    执行单元

    • FLGAS标志寄存器:用来保留运算结果的特征。比如:两个数相加结果是否有进位、结果是否是零、结果是否有溢出等等

    总线接口单元

    • CPU从内存取到指令后不是直接经过译码交给运算器去执行,而是先放入指令预取队列中暂存
    • 指令预取队列是并行流水线工作的基础
    • 地址加法器可以将两个16位的地址相加得到一个20位的地址

    指令预取队列的存在使EU和BIU两个部分可同时进行工作。EU在分析和执行指令时,BIU可以去取指令,实现了指令的并行执行。

    8088CPU内部寄存器

    8088CPU内部含14个16位寄存器,按功能可分为三类:

    • 8个通用寄存器

      • 数据寄存器:AX、BX、CX、DX
      • 地址指针寄存器:SP、BP
      • 变址寄存器:SI、DI
    • 4个段寄存器

      • CS、DS、ES、SS
    • 2个控制寄存器

      • IP、FLAGS

    通用寄存器

    数据寄存器

    每个数据寄存器可分别拆分为两个8位寄存器:AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL

    数据寄存器特有的习惯用法:

    • AX:累加器
      • 所有I/O指令都通过AX与接口传送信息,中间运算结果也多放于AX中;
    • BX:基址寄存器
      • 在间接寻址中用于存放基地址;
    • CX:计数寄存器
      • 用于在循环或串操作指令中存放计数值;
    • DX:数据寄存器。
      • 在间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址;在32位乘除法运算时,存放高16位数。

    地址指针寄存器

    • SP:堆栈指针寄存器,其内容为栈顶的偏移地址
    • BP:基址指针寄存器,常用于在访问内存时存放内存单元的偏移地址。

    BX与BP在应用上的区别:

    • 作为通用寄存器,二者均可用于存放数据;
    • 作为基址寄存器,用BX表示所寻找的数据在数据段;用BP则表示数据在堆栈段

    变址寄存器

    • SI:源变址寄存器
    • DI:目标变址寄存器
    • 变址寄存器在指令中常用于存放数据在内存中的地址。

    控制寄存器

    • IP:指令指针寄存器,其内容为下一条要取的指令的偏移地址
    • FLAGS:标志寄存器,存放运算结果的特征
      • 6个状态标志位:CF、PF、AF、ZF、SF、OF,表示运算结果的特征
      • 3个控制标志位:IF、TF、DF,表示处理器当前的工作状态

    状态标志位

    • CF(Carry Flag)
      • 进位标志位。加(减)法运算时,若最高位有进(借)位则CF=1
    • PF(Parity Flag)
      • 奇偶标志位。运算结果的低8位中“1”的个数为偶数时PF=1
    • AF(Auxiliary Carry Flag)
      • 辅助进位标志位。加(减)操作中,加减法做到一半时有没有形成进位/借位,如果有则AF=1
    • ZF(Zero Flag)
      • 零标志位。当运算结果为零时ZF=1
    • SF(Sign Flag)
      • 符号标志位。当运算结果的最高位为1时,SF=1
    • OF(Overflow Flag)
      • 溢出标志位。当算术运算的结果超出了有符号数的可表达范围时, OF=1

    控制标志位

    • TF(Trap Flag)
      • 陷阱标志位,也叫跟踪标志位。TF=1时,使CPU处于单步执行指令的工作方式。
    • IF(Interrupt Enable Flag)
      • 中断允许标志位。IF=1使CPU可以响应可屏蔽中断请求。
    • DF(Direction Flag)
      • 方向标志位。在数据串操作时确定操作的方向。

    段寄存器

    • 作用
      • 用于存放相应逻辑段的段基地址
    • 8086/8088内存中逻辑段的类型
      • 代码段 —— 存放指令代码
      • 数据段 —— 存放操作的数据
      • 附加段 —— 存放操作的数据
      • 堆栈段 —— 存放暂时不用但需保存的数据。
    • CS
      • 代码段寄存器,存放代码段的段基地址。
    • DS
      • 数据段寄存器 ,存放数据段的段基地址。
    • ES
      • 附加段寄存器,存放数据段的段基地址。
    • SS
      • 堆栈段寄存器, 存放堆栈段的段基地址

    实地址模式下的存储器寻址

    • 内存分段管理思想
    • 实地址模式下的内存地址变换
    • 段寄存器的应用
    • 堆栈的概念

    内存储器管理

    • 8088 CPU是16位体系结构的微处理器
    • 可以同时处理(产生)16位二进制码
      • 直接管理64K个内存单元
    • 如何使8088 CPU管理1MB内存
      • 通过内存分段管理方式实现
      • 由两个16位的地址产生一个20位地址

    内存地址变换

    • 物理地址:每个内存单元在整个内存空间中的唯一地址
    • 内存地址变换:将32位的逻辑地址(段基地址+偏移地址)变换为20位物理地址

    内存单元的编址

    • 内存每个单元的地址在逻辑上都由两部分组成:
      • 段(基)地址
        • 指示存储单元在整个内存空间中处于哪个区域(段)
      • 段内地址(相对地址/偏移地址)
        • 指示存储单元在段中的相对位置(与段中第1个单元的距离)
      • 逻辑起始地址称为段首
        • 每个逻辑段内的第一个单元
        • 由偏移地址的定义得:段首的偏移地址为0

    由于段首的偏移地址为0,所以将后16位0写为4位0,这样16位段基地址加上4位偏移地址构成20位的物理地址

    物理地址 = 段基地址 × 16+偏移地址

    • 段基地址×16相当于段基地址左移4位

    逻辑段

    【例】1M的内存空间需要20位的地址来管理,而8088是16位的体系结构,能够管理的内存空间是64K,现在想让8088CPU能够管理1M大小的内存空间,就需要对内存空间进行分段。

    • 物理分段的话,1M的内存空间可以分为16个64K大小的内存空间,也就是将1M的内存空间分为16个物理上的内存段

    • 物理分段可能会造成内存空间的浪费,所以我们在内存管理上常采用逻辑分段的方式

    • 逻辑分段可以根据需要不断调整段的大小,同一块内存区域不同的时间点可以属于不同的程序,也叫分时复用。逻辑段并不是物理上真实存在的段,而是逻辑上的段

    • 由于段基地址有16位,所以在逻辑层面上内存空间最多可以分为64K个逻辑段

    段寄存器

    • 作用:用于存放相应逻辑段的段基地址

    • 8088/8086内存中逻辑段可以有64K个,它们可以分为四种类型

      • 代码段 —— 存放指令代码
      • 数据段 —— 存放操作的数据
      • 附加段 —— 存放操作的数据
      • 堆栈段 —— 存放暂时不用但需保存的数据,比如子函数调用等
    • 8086/8088内存中每类逻辑段的数量

      • 最多为64K个
    • 四种类型的逻辑段对应着四个段寄存器。段寄存器的值表明相应逻辑段的段基地址在内存中的位置:

      • CS:代码段寄存器,存放代码段的段基地址。
      • DS:数据段寄存器 ,存放数据段的段基地址。
      • ES:附加段寄存器,存放数据段的段基地址。
      • SS:堆栈段寄存器, 存放堆栈段的段基地址
    • 每个程序最多只能分为4段

    【例1】已知数据的段基地址和偏移地址,计算该数据所在内存单元的物理地址

    • 问:设某操作数存放在数据段,DS=250AH,数据所在单元的偏移地址=0204H。
    • 答:则该操作数所在单元的物理地址为:
      • 250AH ×16+0204H = 252A4H

    逻辑段与逻辑地址

    • 内存的分段是逻辑分段,不是物理段。各个逻辑段在地址上可以不相连、可以部分重合,也可以完全重合

    • 每个内存单元具有唯一物理地址,但可能具有多个逻辑地址。即:

      • 一个内存单元可以同时处于两个逻辑段

      • 一个内存单元可以在不同的时刻属于相同(或不同)类型的段

      • 一个内存单元在同一时刻可以属于不同类型的段

    • 同一程序模块装入内存时,不同类型的段可以装入在相同/不同的物理空间

      • 两个逻辑段完全重合或部分重合
    • 两个不同的程序模块装入内存时, 同一类型的逻辑段也可以装入相同或不同的物理空间中

    堆栈及堆栈段的使用

    【例】已知段基地址1000H和物理地址10200H,求偏移地址

    • 偏移地址 = 物理地址 - 段基地址 × 16
    • 10200H - 1000H × 16 = 10200H - 10000H = 0200H

    8088系统总线

    • CPU工作时序:

      • CPU各引脚信号在时间上的关系
    • 总线周期:

      • CPU完成一次访问内存(或接口)操作所需要的时间。
      • 一个总线周期至少包括4个时钟周期。

    总线的工作时序图

    【例】8088最小模式下的读总线周期的工作时序

    • 横坐标是时间轴,纵坐标是各个引脚信号的幅值
    • 竖着看时序图,各个时刻,每个引脚信号的信息
    • CLK:时钟信号,CPU工作基准时间
    • A19/S6-A16/S3:总线信号,4根信号线的集合,高4位地址信号状态信号分时复用,这里只关心它的状态是否有效;鼓起来表示有效,凹下去表示无效
    • AD7-AD0:低8位地址和低8位数据信号分时复用。在传送地址信号时为单向,传送数据信号时为双向
    • IO/#M:是一根信号线,有两种可能的状态(高电平和低电平)
    • 在第一个时间点(第一条红线)
      • 各个信号都处于无效状态,也就是之前的随机状态
    • 在第二个时间点(第二条红线)
      • A19/S6-A16/S3:4位有效的信号是地址输出
      • A15-A8:地址输出有效
      • AD7-AD0:8位有效的信号是地址输出
      • ALE:由于地址信号有效,所以地址锁存器信号必须有效,将地址锁存在地址锁存器中
      • IO/#M:此时访问内存的话IO/#M为低电平,访问接口的话IO/#M为高电平
      • #RD:由于此时传送的是地址,所以读允许信号#RD必须无效(高电平);若有效,则表示把地址读入了CPU。
      • DT/#R:数据收发器的传送方向控制。由于此时传送的是地址,不是数据,所以无效
      • #DEN:是数据收发器的选通信号。由于此时传送的是地址,不是数据,所以无效

    总线

    • 是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的通道。

    总线分类

    • 按传输的数据类型可分为三类:
      • 地址总线(AB)
      • 数据总线(DB)
      • 控制总线(CB)
    • 按层次结构分为
      • CPU总线:CPU内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线
      • 系统总线:计算机系统内各功能部件之间相互连接的总线
      • 外部总线:计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间信息传送的总线

    总线结构

    • 单总线结构
    • 双总线结构
      • 面向CPU的双总线结构
      • 面向主存的双总线结构
    • 多总线结构

    总线功能

    • 数据传送
    • 仲裁控制
    • 出错处理
    • 总线驱动

    总线性能指标

    • 总线带宽(B/S)
      • 单位时间内总线上可传送的数据量
      • 总线带宽 = 位宽 × 工作频率
    • 总线位宽(bit)
      • 能同时传送的数据位数
    • 总线的工作频率(MHz)
      • 总线带宽 = ( 位宽 / 8 ) × ( 工作频率 / 每个存取周期的时钟数 )

    有关总线的更多内容可见计算机组成原理——总线系统:传送门

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