微处理器的性能指标最主要为两项：
- 字长:CPU能同时处理的数据位数，也成为数据宽度
- 主频:CPU的时钟频率，主频越高运算速度越快
16位微处理器
内部组成
8086为16位微处理器，有16根内部总线和20根地址总线，因此可寻址空间大导2^20字节，即1MB
从功能上8086分为两部分，总线接口部件（BIU）和执行部件（EU）
总线接口部件
负责与存储器，IO端口传输数据。即总线接口部件从内存取指令送到指令队列。CPU执行指令时，总线接口要配合执行部件从指定的内存单元或外设接口中取数据，将数据传送给执行部件，或把执行部件的操作结果传送给指定的内存单元或外设中
组成
- 四个段地址寄存器（CS代码段，DS数据段，ES附加段，SS堆栈段）
- 16位指令寄存器IP
- 20位地址加法器（物理地址=CS段寄存器内容左移4位+IP指令指针寄存器内容）
- 6字节指令队列缓冲器
执行部件
负责指令的执行
组成
- 四个通用寄存器（AX，BX，CX，DX）
- 四个专用寄存器（BP，SP，SI，DI）
- 标志寄存器FR
- 算术逻辑部件ALU
总线周期
8086中一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成
- 时钟周期为CPU的基本时间计量单位，由主频决定，若主频f=5MHz，则时钟周期T=1/f=200ns
- 总线周期为CPU从存储器或IO端口存取一个单位所需要的时间
- T1状态：CPU向总线发送地址信息指出要寻址的存储单元或外设端口地址
- T2状态：CPU总总线上撤销地址，总线低16位高阻态为接收数据做准备，高4位输出总线的周期状态信息
- T3状态：总线低16位出现cpu写入或从存储器/外设读入的数据
- Tw状态（可选）：数据若未准备好，CPU在T3状态之后插入一个或多个Tw等待状态，直到在READY信号线上接受到已准备好的信号
- T4状态：总线周期结束
- Ti状态（可选）：一个周期结束后不立即执行下一个总线周期，则系统总线处于空闲状态Ti
引脚信号与工作模式
最小模式即在系统中只有8086一个处理器，所有总线控制信号都直接由8086产生，最大模式中包含有两个或多个微处理器，8086主处理器和其他协处理器（数值运算8087，输入输出8089），8086工作在哪个模式由硬件连线决定
- CLK时钟信号
- NMI非屏蔽中断请求信号
- INTR可屏蔽中断请求信号
- RD读信号，输出
- MN/MX最大最下工作模式控制信号，高最小，低最大
- READY准备好信号
- TEST测试信号，与WAIT结合使用，每五个时钟周期检测
- RESET复位信号
- BHE/S7高八位数据总线允许/状态复用引脚，T1时输出BHE表示AD15-8有效，T234w时输出状态信号S7
- INTA中断响应信号
- ALE地址锁存允许信号
- DEN数据允许信号
- DT/R数据收发输出方向控制信号，高为输出，低为输入
- M/IO存储器，IO控制信号，高为访问存储器，低为访问IO设备
- WR写信号
- HOLD总线保持请求信号
- HLDA总线保持响应信号
下面八根信号线与工作模式相关，最大工作模式下，总线控制信号既可以由8086产生也可以协处理器产生
- S2/S1/S0总线周期状态信号
- RQ/GT0总线请求输入，总线请求允许信号输出
- RQ/GT1总线请求输入，总线请求允许信号输出，优先级低于上面
- LOCK总线封锁信号
- QS1/QS0指令队列状态信号
操作与时序
系统的复位和启动
复位操作由RESET信号发出，RESET信号进入高电平，CPU停止现在的操作，将CS设置为初值0FFFFH，IP为0000H，其他内部寄存器设置为0，因此复位操作之后再重新启动时，从内存的FFFF0H处开始执行指令，因此一般在FFFF0H处放置一个无条件转移指令，转移到系统程序的入口处；此外，在复位时各种标志寄存器都被清零因此所有INTR进入的可屏蔽中断都不被允许，因此需要开放中断指令STI来设置中断允许标志
最小工作模式读周期
T1：地址A0-19上线，ALE下降沿锁存地址，DT/R低电平持续到T4，低为输入，高为输出
T2：A19-16变为S3-S7，DEN有效打开数据线，RD有效执行读操作，AD0-15为高阻态为输入数据做准备
T3：D15-0到数据线，CPU得到数据，次状态若READY为低电平则插入Tw
T4：数据消失，控制信号复位，为下一个总线周期做准备
最小工作模式写周期
最大工作模式读周期
最大工作模式与最小类似，区别在于在最大模式下，总线控制信号均由8288发出，且不是单纯的读写信号，而是根据指令发出的具体的读写存储器或I/O口的信号。
最大工作模式写周期
中断
- 中断正常运行程序时，由于内部或外部某个紧急事件发生，使CPU暂停真噶子运行的程序，在执行完当前指令后，转去执行请求中断的外设或事件的中断处理程序，处理完后返回继续执行正常的程序
- 中断源引起中断的事件
- 断点主程序被打断的位置
- 中断服务程序对中断源的响应或处理程序
- 中断向量中断服务程序的入口地址包含基址与偏移地址两部分，占用四个字节
- 中断类型码8086最多可处理256种中断0-255，专用中断0-4，保留中断5-31，用户中断32-255
- 中断向量表从物理地址
00000H开始，一次存放中断向量，形成专门储存中断服务入口地址的存储区域。256个不同类型中断占1kb区域，00000H-003FFH - 中断向量地址指针中断向量在中断向量表中存放的首地址，=中断类型码*4
若中断类型码为42H的中断向量为5678H:1234H
则中断向量表的00108H-0010B中依次存放34H，12H，78H，56H
中断响应流程
8086的存储器编址
8086有20根地址线，具有1MB存储器地址空间，内存单元按照00000-FFFFFH来编址，由于指令指针，堆栈指针都是16位，要计算一个存储单元的物理地址，线将段寄存器左移4位，加上16位的偏移量（有效地址）得到物理地址
8086的IO编址
8086允许有65535个8位IO端口，两个相邻的8位端口可以组成一个16位端口
- 独立编址方式访问IO端口
- cpu使用低16位地址线寻址IO端口
32位微处理器
指令流水线
Pentium指令流水线由总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件和执行部件构成。
超标量：配置多个执行部件和指令译码电路，能同时执行多条指令。
Pentium由三个执行单元组织而成，一个执行浮点指令，另两个执行整型指令（U流水线和V流水线），这意味着Pentium同时可以执行三条指令
整数流水线
五个阶段
- PF 预取 处理器从代码cache中预取指令
- D1 译码阶段1 对指令译码确定操作吗与寻址信息
- D2 译码阶段2 产生访问存储器的地址
- EX 执行 处理器访问数据cache，或利用ALU等计算单元计算结果
- WB 写回 使用运行结果更新寄存器与标志寄存器
流水线：在CPU中把一条指令分解成多个可单独处理的操作，使每个操作在一个专门的硬件站（stage）上执行，这样一条指令需要顺序地经过流水线中多个站的处理才能完成，但是前后相连的几条指令可以依次流入流水线中，在多个站间重叠执行，因此可以实现指令的并行处理。
浮点流水线
八个阶段
- PF 预取
- D1 译码阶段1
- D2 译码阶段2
- EX 取操作数
- X1 浮点执行步骤1
- X2 浮点执行步骤2
- WT 写浮点数
- ER 出错报告
寄存器功能
基本寄存器组
- 通用寄存器
- AX 累加器
- BX 基址寄存器
- CX 计数寄存器
- DX 数据寄存器
- 指令指针寄存器
- SP 堆栈指针寄存器，指示堆栈在内存中的位置
- BP 基数指针寄存器，存放数据在内存中的基地址
- SI 源操作数变址寄存器，存放源数据的地址
- DI 目的操作数变址寄存器，存放目的数据的地址
- IP 存放指令代码在内存中的相对地址
- 标志寄存器
- FR 存放CPU当前状态
- CF 进位标志
- PF 奇偶标志
- AF 半进位标志
- ZF 零标志
- SF 符号位标志
- TF 单步标志
- IF 中断标志
- DF 方向标志，为1时，从高地址向低地址处理字符串
- OF 溢出标志
- 段寄存器
系统寄存器组
- 地址寄存器
- 控制寄存器
- 调试寄存器
- 测试寄存器
浮点寄存器组
- 数据寄存器
- 标记字寄存器
- 状态寄存器
- 控制字寄存器
- 指令指针寄存器
- 数据指针寄存器