80X86/Pentium 微处理器中的指令队列与执行流程

"本课件主要讲解了微机原理中的指令队列概念，以及80X86/Pentium微处理器的工作过程。内容包括8086/8088CPU的内部结构、组成和特点，重点介绍了指令队列在BIU中的作用，以及EU与BIU之间的协作方式。" 在微机原理中，指令队列是实现流水线操作的关键组件，它位于总线接口部件（BIU）中。当指令队列有2个或更多字节的空间，并且执行部件（EU）没有正在进行的读写存储器操作时，BIU会预取后续的指令代码并存储到指令队列里。这一设计提高了处理器的效率，使得在执行指令的同时可以进行新的取指操作。 8086/8088CPU由执行部件（EU）和总线接口部件（BIU）两部分构成。BIU主要负责指令的获取、读取操作数以及写回结果，而EU则执行指令。两者在大多数情况下可以并行工作，提升了系统性能。8086的BIU拥有一个6字节的指令队列，16位的数据总线；而8088的BIU指令队列则是4字节，其数据总线为8位。 指令的执行流程如下：首先，BIU从内存中取出指令放入指令队列；然后，译码电路分析指令，生成相应的控制命令；这些控制命令通过ALU数据总线来控制数据的流向。如果指令是运算操作，操作数会被送入暂存器，然后由ALU执行运算，运算结果再送回相应寄存器并更新程序状态字（PSW）。如果指令涉及到从外设取数，那么EU会通过BIU访问内存或I/O，数据通过内部通信寄存器传输到ALU数据总线。 8086/8088CPU内部编程结构中，总线接口单元（BIU）包含指令队列、地址总线、数据总线和队列总线，而执行单元（EU）包括ALU、标志寄存器、通用寄存器、地址加法器以及控制电路等。ALU执行算术和逻辑运算，通用寄存器包括AX、BX、CX、DX，以及地址寄存器如SI、DI、SP和BP。标志寄存器PSW记录运算结果的状态，例如进位、零标志等。 微处理器的发展历程中，Intel的80X86/Pentium系列是重要的里程碑。自1971年Intel 4004发布以来，微处理器的性能和功能有了显著提升，而指令队列的引入是提高处理能力的重要手段之一。通过理解指令队列的工作原理和8086/8088CPU的内部结构，我们可以更好地理解微处理器如何高效地执行程序指令。