微机原理及应用：第十二章 32位微处理器80386.ppt

第十二章第十二章 32 32位微处理器位微处理器8038680386概述n1985年年10月月，，Intel公公司司推推出出了了32位位微微处处理理器器80386采采用用32位位数数据据总总线线，，32位位地地址址总总线线，，直直接接寻寻址址能能力力达达4GB，，虚拟地址空间则为虚拟地址空间则为64TB字节n最最初初的的芯芯片片采采用用16MHz时时钟钟，，不不久久Intel又又推推出出25MHz和和33MHz主频的主频的80386芯片n这这之之后后，，又又相相继继推推出出了了80486、、Pentium这这样样，，使使32位位微型计算机逐渐成为计算机世界的主流机型微型计算机逐渐成为计算机世界的主流机型n32位位微微处处理理器器和和16位位相相比比，，则则是是从从体体系系结结构构设设计计上上有有了了概概念念性性的的改改变变和和革革新新比比如如，，32位位微微处处理理器器普普遍遍采采用用了了流流水水线线和和指指令令重重叠叠执执行行技技术术、、虚虚拟拟存存储储技技术术、、片片内内存存储储管管理理技技术术、、存存储储体体管管理理分分段段分分页页保保护护技技术术这这些些技技术术为为在在32位位微微型型机机环境下实现多用户多任务操作系统提供了有力的支持。

环境下实现多用户多任务操作系统提供了有力的支持第一节 80386的体系结构n 80386芯芯片片内内部部除除了了中中央央处处理理器器CPU外外，，还还有存储器管理部件有存储器管理部件MMU和总线接口部件和总线接口部件BIUnCPU包包括括指指令令预预取取部部件件IPU，，指指令令译译码码部部件件IDU和和执行部件执行部件EUnMMU包包括括分分段段部部件件SU和和分分页页部部件件PU加加上上总线接口部件总线接口部件BIU，，80386内部共有内部共有6个部件n这这6个个部部件件可可以以并并行行地地工工作作，，构构成成一一个个六六级级流流水线体系结构水线体系结构80386的功能部件n 80386允允许许使使用用虚虚拟拟存存储储器器所所谓谓虚虚拟拟存存储储器器就就是是系系统统中中有有一一个个速速度度较较快快的的、、容容量量比比较较小小的的内内部部主主存存储储器器，，还还有有一一个个速速度度较较慢慢但但容容量量很很大大的的外外部部存存储储器器，，通通过过存存储储管管理理机机制制，，使使后后者者和和前前者者有有机机地地、、灵灵活活地地结结合合在在一一起起，，这这样样从从程程序序员员的的角角度度看看，，系系统统中中似似乎乎有有一一个个容容量量非非常常大大的的、、速速度度也也相相当当快快的的主主存存储储器器，，但但它它并并不不是是真真正正的的物物理理上上的的主主存存，，故故称称为为虚虚拟拟存存储储器。

器n80386的的虚虚拟拟存存储储器器容容量量高高达达64TB（（64兆兆兆兆字字节节)，，这这样样，，就就可可以以运运行行要要求求存存储储器器容容量量比比实实际际主主存存储储器容量大得多的程序器容量大得多的程序n在在Intel80386系系统统中中，，存存储储体体按按段段划划分分，，每每个个段段的的容容量量可可变变，，最最大大可可达达4GB分分段段的的作作用用是是可可以以对对容容量量可可变变的的代代码码存存储储块块或或数数据据存存储储块块提提供供模模块块性性和和保保护性n80386在在运运行行时时，，可可以以同同时时执执行行多多个个任任务务，，即即进进行行多多任任务务操操作作对对每每个个任任务务来来说说，，可可以以拥拥有有多多达达16384个个段段，，即即64TB每每个个段段又又划划分分为为多多个个页页面面，，一一个个页页面面为为4KB字字节节分分页页的的作作用用是是便便于于实实现现虚虚拟拟存存储储管管理理，，通通常常在在内内存存和和磁磁盘盘进进行行映映象象时时，，都都以以页页为单位把为单位把CPU的的地址空间映象到磁盘地址空间映象到磁盘nMMU的的功功能能就就是是实实现现存存储储器器的的管管理理，，它它由由分分段段部部件件和和分分页页部部件件组组成成。

前前者者管管理理面面向向程程序序员员的的逻逻辑辑地地址址空空问问，，并并且且将将逻逻辑辑地地址址转转换换为为线线性性地地址址；；后后者者管管理理物物理理地地址址空空问问，，将将分分段段部部件件或或者者指指令令译译码码部部件件产产生生的的线线性性地地址址转转换换为为物物理理地地址址有有了了物物理理地地址址后后，，总总线线接接口口部部件件就就可可以以据据此此进进行行存存储储器器访访问问和和输输入入输输出出操操作80386的功能部件第二节 80386的三种工作方式80386有三种工作方式有三种工作方式:n实地址方式实地址方式(Real Address Mode)n保保 护护 虚虚 拟拟 地地 址址 方方 式式 (Protected Virtual Address Mode)，，也叫也叫保护方式保护方式n虚拟虚拟8086方式方式(Virtual 8086 Mode)实地址方式n 80386在在刚刚加加电电或或者者复复位位时时，，便便进进入入实实地地址址方方式式实实地地址址方方式式主主要要是是为为80386进进行行初初始始化化用用的的常常常常在在实实地地址址方方式式，，为为80386保保护护方方式式所所需需要要的的数数据据结结构构做做好好各各种种配配置置和和准准备备，，因因此此，，这这是是一一种种为为建建立立保保护方式作准备的方式。

护方式作准备的方式n实地址方式下，采用类似于实地址方式下，采用类似于8086的体系结构的体系结构n因因为为在在实实地地址址方方式式下下不不允允许许分分页页，，所所以以线线性性地地址址和和物物理理地地址址相相同同，，均均为为段段寄寄存存器器内内容容左左移移4位位再再加加上上有有效地址而得到的值效地址而得到的值n80386具具有有4个个特特权权级级，，实实地地址址方方式式下下，，程程序序在在最最高级高级(0级级)下执行保护方式n 保保护护方方式式是是80386最最常常用用的的方方式式，，通通常常开开机机或或复复位位后后，，先先进进入入实实地地址址方方式式完完成成初初始始化化，，便立即转到保护方式便立即转到保护方式n此此种种方方式式提提供供了了多多任任务务环环境境中中的的各各种种复复杂杂功功能能以以及及对对复复杂杂存存储储器器组组织织的的管管理理机机制制只只有有在在保保护护方方式式下下，，80386才才充充分分发发挥挥其其强强大大的的功能和本性，因此，也称为本性方式功能和本性，因此，也称为本性方式保护方式（续）所谓保护，主要是指对存储器的保护有如下特点：所谓保护，主要是指对存储器的保护有如下特点：n存存储储器器用用虚虚拟拟地地址址空空间间、、线线性性地地址址空空间间和和物物理理地地址址空空间间三三种种方方式式来来描描述述，，虚虚拟拟地地址址也也就就是是逻逻辑辑地地址址。

在在保保护护方方式式下下，，寻寻址址机机构构不不同同于于8086，，需需要要通通过过一一种种称称为为描描述述符符表表的的数数据据结结构构来实现对内存单元的访问来实现对内存单元的访问n程程序序员员可可以以使使用用的的存存储储空空间间称称为为逻逻辑辑地地址址空空间间，，在在保保护护方方式式中中，，借借助助于于存存储储器器管管理理部部件件(MMU)的的功功能能将将磁磁盘盘等等存存储储设设备备有有效效地地映映射射到到内内存存，，使使逻逻辑辑地地址址空空间间大大大大超超过过实实际际的的物物理理地地址址空空间间，，这这样样，，使使主主存存储储器器容容量量似似乎乎非非常常大大80386的的逻逻辑辑存存储空间为储空间为64兆兆字节，几乎是无限大兆兆字节，几乎是无限大n可可以以使使用用80386的的4级级保保护护功功能能，，由由此此实实现现程程序序与与程程序序之之间间、、用用户户程程序序与与操操作作系系统统之之间间的的隔隔离离和和保保护护，，为为多多任任务务操操作作系系统统提供优化支持提供优化支持虚拟8086方式在保护方式下，可以通过软件切换到虚拟在保护方式下，可以通过软件切换到虚拟8086方式，有如下待点：方式，有如下待点：n可以执行可以执行8086的应用程序。

的应用程序n段段寄寄存存器器的的用用法法和和实实地地址址方方式式时时一一样样，，即即段段寄寄存存器器内内容容左左移移4位位加加上上偏偏移量为线性地址移量为线性地址n存存储储器器寻寻址址空空间间为为1MB，，然然而而可可以以使使用用分分页页方方式式，，将将1MB字字节节分分为为256个个页页面面，，每每页页4K字字节节在在80386多多任任务务系系统统中中，，可可以以使使其其中中一一个个或或几几个个任任务务使使用用虚虚拟拟8086方方式式此此时时，，一一个个任任务务所所用用的的全全部部页页面面可可以以定定位位于于某某个个物物理理地地址址空空间间，，另另一一个个任任务务的的页页面面可可以以定定位位于于其其它它区区域域，，即即每每个个虚虚拟拟8086方方式式下下的的任任务务可可以以转转换换到到物物理理存存储储器器的的不不同同位位置置，，这这样，把存储器虚拟化了，虚拟样，把存储器虚拟化了，虚拟8086方式的名称正是由此而来方式的名称正是由此而来n虚拟虚拟8086方式中，程序在最低特权级方式中，程序在最低特权级(3级级)上运行n虚虚拟拟8086方方式式是是80386很很重重要要的的设设计计特特点点，，它它可可以以使使大大量量的的8086软软件有效地与件有效地与80386保护方式下的软件并发运行。

保护方式下的软件并发运行80386的功能部件。