Intel 80386微處理器(IA 32架構)

2021-09-23 14:34:00 字數 3767 閱讀 6538

2023年10月,intel公司發布了其第一片32位微處理器80386。80386是一種與80286相相容的高效能的全32位微處理器,它是為需要高效能的應用領域和多使用者、多工作業系統而設計的。

在80386晶元內部整合了儲存器管理部件和硬體保護機構,內部暫存器的結構及作業系統全都是32位的。它的位址線為32位,可定址的物理儲存空間為4gb(232),80386支援的虛擬位址空間(邏輯位址空間)可以達到64tb(tera byte)。

80386提供32位外部匯流排介面,最大資料傳輸速率為32mb/s,具有自動切換資料匯流排寬度的功能。cpu讀/寫資料的寬度可以在32位~16位之間自由進行切換,與8086/8088、80286相相容。它支援8位、16位或32位資料型別,有8個通用的32位暫存器,分別命名為eax、ebx、ecx、edx、esi、edi、ebp、esp,它們的低16位可以單獨使用。具有三種工作方式:實位址方式、保護方式和虛擬8086方式。實位址方式和虛擬8086方式與8086相同,已有的8088/8086軟體不加修改就能在80386的這兩種方式下執行;保護方式可支援虛擬儲存、保護和多工,包括了80286的保護方式功能。

片內整合儲存器管理部件(mmu),可支援虛擬儲存和特權保護,虛擬儲存器空間可達64tb(246b)。儲存器按段組織,每段最長4gb,因此64tb虛擬儲存空間允許每個任務可擁有多達16384個段。儲存保護機構採用四級特權層,可選擇片內分頁單元。內部具有多工機構,能快速完成任務的切換。

80386的指令採用了比8086更先進的流水線結構,能高效、並行地完成取指、解碼、執行和儲存管理功能。它具有增強的指令預取佇列,指令佇列從8086的6b增加到16b。為了加快訪問速度,系統中還設定高速緩衝儲存器(cache),構成完整的cache、主存、輔存的3級儲存體系。

80386是一種與80286相相容的第乙個高效能全32位微處理器,132條引腳線用網格陣列式封裝在陶瓷片內

特點:

1、80386晶元在硬體結構上由6個邏輯單元組成,它們按流水線方式工作。

2、三種工作方式:實模式、保護模式、v86模式(虛擬86模式)

3、硬體支援段式管理、頁式管理,易於實現虛擬儲存系統

4、硬體支援多工,一條指令就可以完成任務切換

5、特權級保護機制:0、1、2、3、級

1、匯流排介面部件(biu)

2、指令預取部件(cpu)

3、指令解碼部件(idu)

4、執行部件(eu)

5、段管理部件(su)

6、頁管理部件(pu)

暫存器結構:

80386有7類暫存器:

1、通用暫存器(8個32位暫存器eax、ebx、ecx、edx、esi、edi、ebp、esp)

2、段暫存器(80386增加fs和gs兩個資料段暫存器,段暫存器裡存放的不再是段基址的高16位,而是選擇器)

3、指令指標和標誌暫存器(eip和eflags)

4、控制暫存器(cr0、cr1、cr2、cr3)

5、系統位址暫存器(gdtr-全域性描述符表暫存器、idtr-中斷描述符表暫存器、ldtr-區域性描述符表暫存器、tr-任務暫存器)

6、除錯暫存器(dr0–dr7)

7、測試暫存器(tr0–tr7)

詳細資訊參考:

三種工作模式

1、實位址模式(real address mode)

當剛加電啟動或復位時,作業系統自動控制進入實模式,用於初始化系統,為保護模式所需要的資料結構做好各種配置和準備,實模式下,80386類似於8086體系結構,相容8086。

2、保護虛擬位址模式(protected virtual address mode)

實模式結束後進入保護模式,提供了多工環境中的各種複雜功能以及對複雜儲存器組織的管理機制

例如:多使用者、多工、虛擬儲存空間、保護機制。

3、虛擬8086模式(virtual address 8086 mode)

1、使80386可以快速的執行多個8086應用程式

2、段暫存器的用法和實模式時相同

3、儲存器定址空間1mb,可以使用分頁機制,支援多工

4、該模式執行在3級,80386中一些特權級指令不能使用

詳細資訊參考:

儲存器管理

詳細資訊參考:

保護機制

詳細資訊參考:

80386 dx有132根引腳,採用pga(pin grid

array,引腳網格陣列)封裝,採用這種封裝工藝單根引腳所占用的面積較雙列直插時小,因此引腳數目可以多一些,不必再採用引腳復用技術。因此,在80386中資料線和位址線是分開設定的,控制訊號和狀態訊號也不再復用引腳。其中34條位址線(a31~a2、be3~be0),32 條資料線(d31~d0),3 條中斷線,1條時鐘線,13 條控制線,20 條電源線vcc,21條地線vss,還有8 條為空。

與8086/8088 相比,需要說明以下幾點:

1)時鐘( clk2): 80386 的基本定時訊號由clk2 提供。clk2 的頻率是80386 內部時鐘訊號頻率的兩倍,輸入該訊號與82384 時鐘訊號同步,經80386 內部2 分頻之後得到80386 的工作基準頻率訊號。

2)資料匯流排(d31~d0):為80386 和其他裝置之間提供資料通路,32 位資料匯流排,雙向三態,一次可傳送8 位、16 位或32 位資料,由輸入訊號(be3~be0)和be16確定。在任何寫操作週期(包括暫停週期和停機週期),80386 總是驅動資料匯流排的所有32 位訊號,而不管當前匯流排的實際寬度。

4)匯流排週期定義訊號(m/io,w/r,d/c,lock,三態,輸出,用來定義正在進行的匯流排週期型別):

5)匯流排控制訊號(ads,ready,na,be16):

這組訊號用來表示匯流排週期何時開始,以及資料匯流排的寬度和匯流排週期的終結。

6)匯流排仲裁訊號(hold,hlda) :由匯流排請求主裝置來控制該組訊號:

7)協處理器介面訊號(pereq,busy,error) :控制80386 同80287 或80387 之間的通訊:

8)中斷訊號( intr,nmi,reset) :用來引起中斷或中止80386 正在執行的指令流:

英特爾32位架構(intel architecture, 32-bit,縮寫為ia-32),常被稱為i386、x86-32或是x86,由英特爾公司推出的複雜指令集(cisc)架構,至今英特爾最受歡迎的處理器仍然採用此架構。它是x86架構的32位延伸版本,2023年首次應用在intel 80386晶元中,用來取代之前的x86 16位架構(x86-16),包括8086、80186、80286晶元。

乙個ia32**處理器(cpu)包含一組8個儲存32位值的暫存器.,這些暫存器用來儲存整型資料和指標,而在最初的8086中,暫存器是16位的。

上面的386內部結構圖就是ia-32架構:

Intel 8086 8088微處理器功能結構

1.8086 8088cpu 內部結構 8086 8088 內部包括兩大部件 匯流排介面部件 biu用來取指令 取運算元 存結果 執行部件 eu用來執行指令。eu執行指令時,biu同時完成從主存中預取後繼指令,兩個部件並行工作,提高了指令的執行速度。如圖所示 1 執行部件eu 從指令佇列中取指令 由...

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