了解微型計算機須先了解微處理器

要想了解微型計算機，必須先了解微處理器，了解微處理器中寄存器的功能、存儲管理方式、微處理器芯片引腳功能和總線時序等。8086～Pentium 微處理器的寄存器組按功能可分為四類：基本寄存器、系統級寄存器、調試和測試寄存器、浮點寄存器。微處理器在尋址和存儲管理中，采用了實模式和保護模式下 訪問存儲器的技術，內存分段和分頁機制的操作。8086/8088只能工作于實模式，而80286及其以上的微處理器可工作于實模式、保護模式和虛擬 8086模式。

　　微型計算機是通過總線來傳送指令和數據的，32位微機支持多種數據傳送總線周期。80486和Pentium的總線周期可以是非突發方式的，也可以是突發方式的；可以是高速緩存方式的，也可以是非高速緩存方式的。

　　本節以8086/8088、80486和Pentium微處理器為例，敘述80x86微處理器的內部結構。

　　2.1.18086/8088的內部結構

　 　8086/8088是Intel公司于1978年6月推出的16位微處理器，它們的主要特點是：數據線為16位（8088內部數據線是16位，外部數據 線是8位），可進行8位（字節）和16位（字）運算；地址線為20位，可尋址1MB存儲空間；時鐘頻率為5～8MHz。內部結構由執行單元 EU（Execution　Unit）和總線接口單元BIU（Bus　Interface　Unit）兩部分構成，其內部結構框圖。

　　1.執行單元（EU）

　 　EU由算術邏輯單元（ALU）、16位標志寄存器（FR）、通用寄存器組（4個16位通用寄存器、2個16位指針寄存器、2個16位間址寄存器）、指令 譯碼器和控制電路組成。EU是指令執行部件，它從BIU的指令隊列中取指令，進行指令譯碼，并發出相應的控制命令序列執行指令。

　　2.總線接口單元（BIU）

　 　BIU包括4個16位段寄存器（CS、DS、ES、SS）、1個16位指令指針（IP）、1個地址加法器、1個6字節（8088　為4字節）的指令隊列 和總線控制電路，它負責從存儲器中取指令并存放在指令隊列中供CPU執行。在執行指令過程中，使用的操作數地址由段基址和偏移量組成，其中16位偏移量先 由EU計算得出，再由BIU將其與段基址（段寄存器的內容）合在一起形成20位物理地址。BIU的功能是實現CPU與內存的數據交換，并可根據EU的請求 與I/O接口電路交換數據。

　　2.1.280486的內部結構

　　80486是Intel公司于1989年4月推出的 32位微處理器，它的主要特點是：內部數據總線有32位、64位和128位3種，外部數據總線為32位；提供了8位（字節）、16位（字）、32位（雙 字）運算指令；地址總線為32位，可尋址4096MB存儲空間；支持虛擬存儲管理技術，虛存空間為64T；片內集成有浮點運算部件和8KB的Cache， 同時也支持外部Cache；整數處理部件采用RISC結構，提高了指令的執行速度。此外，80486還引進了時鐘倍頻技術，從而使主頻可以超過100　 MHz。

　　80486內部包括總線接口部件、指令預取部件、指令譯碼部件、控制部件、整數執行部件、分段部件、分頁部件，以及浮點運算部件（FPU）和高速緩存（Cache）部件，其內部結構框圖。

　　1.總線接口部件

　 　總線接口部件（BIU）與片外總線連接，用于管理訪問外部存儲器和I/O端口的地址、數據和控制總線，完成指令預取、讀/寫操作等總線操作。BIU主要 與指令預取部件和高速緩存部件交換信息。BIU將預取指令存入指令預取部件；填充Cache行時，BIU一次從片外總線讀16個字節到Cache。若 Cache內容被CPU內部操作修改，則修改內容也由BIU寫到存儲器中去。當讀操作的內容不在Cache中時，將由BIU控制直接到存儲器中去取。

　　2.指令預取部件

　 　80486含有一個32字節的指令預取隊列，在總線空閑周期，指令預取部件形成存儲器地址，并向BIU發出預取指令請求。預取周期一次讀16個字節的指 令代碼存入預取隊列中。如果Cache在指令預取時命中，則不產生總線周期。當遇到跳轉、中斷、子程序調用等操作時，則預取隊列被清空。

　　3.指令譯碼部件

　 　指令譯碼部件是從指令預取隊列中讀取指令并譯碼，將其轉換成對其他部件進行控制的信號。譯碼過程分兩步：首先確定指令執行時是否需要訪問存儲器，若需要 則立即產生總線訪問周期，使存儲器操作數在指令譯碼后能準備好；然后產生對其他處理部件的控制信號。大多數指令能在一個時鐘周期內譯碼完畢。

　　4.控制部件

　　80486單獨設置控制部件以對整數執行部件、浮點運算部件和分段部件等進行控制，使它們完成已譯碼指令的執行。