了解微型计算机须先了解微处理器

要想了解微型计算机，必须先了解微处理器，了解微处理器中寄存器的功能、存储管理方式、微处理器芯片引脚功能和总线时序等。8086～Pentium 微处理器的寄存器组按功能可分为四类：基本寄存器、系统级寄存器、调试和测试寄存器、浮点寄存器。微处理器在寻址和存储管理中，采用了实模式和保护模式下 访问存储器的技术，内存分段和分页机制的操作。8086/8088只能工作于实模式，而80286及其以上的微处理器可工作于实模式、保护模式和虚拟 8086模式。

　　微型计算机是通过总线来传送指令和数据的，32位微机支持多种数据传送总线周期。80486和Pentium的总线周期可以是非突发方式的，也可以是突发方式的；可以是高速缓存方式的，也可以是非高速缓存方式的。

　　本节以8086/8088、80486和Pentium微处理器为例，叙述80x86微处理器的内部结构。

　　2.1.18086/8088的内部结构

　 　8086/8088是Intel公司于1978年6月推出的16位微处理器，它们的主要特点是：数据线为16位（8088内部数据线是16位，外部数据 线是8位），可进行8位（字节）和16位（字）运算；地址线为20位，可寻址1MB存储空间；时钟频率为5～8MHz。内部结构由执行单元 EU（Execution　Unit）和总线接口单元BIU（Bus　Interface　Unit）两部分构成，其内部结构框图。

　　1.执行单元（EU）

　 　EU由算术逻辑单元（ALU）、16位标志寄存器（FR）、通用寄存器组（4个16位通用寄存器、2个16位指针寄存器、2个16位间址寄存器）、指令 译码器和控制电路组成。EU是指令执行部件，它从BIU的指令队列中取指令，进行指令译码，并发出相应的控制命令序列执行指令。

　　2.总线接口单元（BIU）

　 　BIU包括4个16位段寄存器（CS、DS、ES、SS）、1个16位指令指针（IP）、1个地址加法器、1个6字节（8088　为4字节）的指令队列 和总线控制电路，它负责从存储器中取指令并存放在指令队列中供CPU执行。在执行指令过程中，使用的操作数地址由段基址和偏移量组成，其中16位偏移量先 由EU计算得出，再由BIU将其与段基址（段寄存器的内容）合在一起形成20位物理地址。BIU的功能是实现CPU与内存的数据交换，并可根据EU的请求 与I/O接口电路交换数据。

　　2.1.280486的内部结构

　　80486是Intel公司于1989年4月推出的 32位微处理器，它的主要特点是：内部数据总线有32位、64位和128位3种，外部数据总线为32位；提供了8位（字节）、16位（字）、32位（双 字）运算指令；地址总线为32位，可寻址4096MB存储空间；支持虚拟存储管理技术，虚存空间为64T；片内集成有浮点运算部件和8KB的Cache， 同时也支持外部Cache；整数处理部件采用RISC结构，提高了指令的执行速度。此外，80486还引进了时钟倍频技术，从而使主频可以超过100　 MHz。

　　80486内部包括总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件、控制部件、整数执行部件、分段部件、分页部件，以及浮点运算部件（FPU）和高速缓存（Cache）部件，其内部结构框图。

　　1.总线接口部件

　 　总线接口部件（BIU）与片外总线连接，用于管理访问外部存储器和I/O端口的地址、数据和控制总线，完成指令预取、读/写操作等总线操作。BIU主要 与指令预取部件和高速缓存部件交换信息。BIU将预取指令存入指令预取部件；填充Cache行时，BIU一次从片外总线读16个字节到Cache。若 Cache内容被CPU内部操作修改，则修改内容也由BIU写到存储器中去。当读操作的内容不在Cache中时，将由BIU控制直接到存储器中去取。

　　2.指令预取部件

　 　80486含有一个32字节的指令预取队列，在总线空闲周期，指令预取部件形成存储器地址，并向BIU发出预取指令请求。预取周期一次读16个字节的指 令代码存入预取队列中。如果Cache在指令预取时命中，则不产生总线周期。当遇到跳转、中断、子程序调用等操作时，则预取队列被清空。

　　3.指令译码部件

　 　指令译码部件是从指令预取队列中读取指令并译码，将其转换成对其他部件进行控制的信号。译码过程分两步：首先确定指令执行时是否需要访问存储器，若需要 则立即产生总线访问周期，使存储器操作数在指令译码后能准备好；然后产生对其他处理部件的控制信号。大多数指令能在一个时钟周期内译码完毕。

　　4.控制部件

　　80486单独设置控制部件以对整数执行部件、浮点运算部件和分段部件等进行控制，使它们完成已译码指令的执行。