Intel 32位處理器 ,Intel 32位處理器結構原理

目錄
1 CPU的基本結構
2 寄存器
3 邏輯地址、線性地址和物理地址
4 指令流水線操作
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CPU的基本結構
80486CPU內部由8大部件組成：總線接口部件、高速緩存部件、代碼預取部件、指令譯碼部件、浮點數部件、執行部件、段部件、分頁部件。下圖為80486CPU 的內部基本結構圖，它反映了CPU內部的基本邏輯部件、部件之間的基本聯系，各部件的主要功能，數據在CPU 中的主要流動方向。

CPU外部引腳分為數據總線引腳、地址總線引腳及控制總線引腳。32位CPU都采用柵格陣列插針或封裝，在微機主板上有相應的插座安裝。

80486CPU有三種工作方式：實地址方式、保護方式和虛擬8086方式。Pentium微處理器除了上述3種工作方式外，增加了一種系統管理方式（SMM）。

寄存器
寄存器是CPU內部用來放置數據或地址的存儲單元。在CPU的各個部件中，都有一些寄存器。有些寄存器是編程不可見的，有些是編程可見的。對于編程可見的寄存器，根據功能可分為9組，分別是通用寄存器、指令指針寄存器、標志寄存器、段寄存器、系統地址寄存器、調試寄存器、測試寄存器、控制寄存器及浮點寄存器。

邏輯地址、線性地址和物理地址
一般來說，用戶使用的是邏輯地址，由內存管理軟件和相關硬件將邏輯地址變為物理地址。在16位模式下，邏輯地址由16位的段基址和16位的偏移地址組成，物理地址20位。其關系為：物理地址＝段基址×10H＋偏移地址。在32位模式下，地址轉換比較復雜，邏輯地址是一個16位的段選擇符和一個32位的偏移地址。段部件根據段選擇符獲得相應的段描述符，取出32位的段基址再加上32位偏移地址得到32位的線性地址。然后再由段部件傳送給分頁部件，由其轉換為32位的物理地址。若分頁部件被禁止，那么計算出的線性地址就是物理地址。

指令流水線操作
32位CPU的一個重要的特點就是采用了指令流水線技術。這一技術大大加快了指令執行速度，加大了信息流量。這是一種同時進行若干操作的并行處理方式。在流水線結構中，每條指令分成若干步驟來執行，每個子過程各在一個專門的硬件站點上執行，這樣完成一條指令的全部操作須順序地經過流水線中多個站點的處理才能完成。但前后連續的幾個操作可以依次流入流水線中，在各個站點間重疊執行，以此來實現并行操作。

在80486CPU中設有8KB的內部高速緩存器、32字節的預取指令隊列、指令譯碼器、控制器及執行部件，這就從硬件上支持了指令流水線操作。80486使用5個步驟的流水線技術，即指令預取PF、譯碼D1、譯碼D2、執行EX和結果寫回WB。其過程如圖所示。