微型計(jì)算機(jī)原理第14章32位高檔微型計(jì)算機(jī)

1、14.1 14.1 Intel 80 x86Intel 80 x86微處理器微處理器 14.2 14.2 Intel PentiumIntel Pentium微處理器微處理器 14.3 14.3 IA-64IA-64體系架構(gòu)體系架構(gòu)14.14.4 4 高檔微機(jī)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)高檔微機(jī)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù) 第第14 14章章 高檔微型計(jì)算機(jī)高檔微型計(jì)算機(jī) 14.1 14.1 Intel 80 x86Intel 80 x86微處理器微處理器 Intel 8086802868038680486PentiumItan.疊疊 加加 功功 能能第第14 14章章 高檔微型計(jì)算機(jī)高檔微型計(jì)算機(jī) 14.1.1 從

2、從8086到到Pentium處理器處理器第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 14.1.2 80186微處理器微處理器 Intel公司1982年推出； 16位微處理器； 68條引腳 ； 將將8086所組成所組成的微機(jī)系統(tǒng)中最的微機(jī)系統(tǒng)中最通用的通用的1520個(gè)個(gè)器件集成在一個(gè)器件集成在一個(gè)芯片上。芯片上。 除了除了EU、BIU外，外，還集成了還集成了時(shí)鐘發(fā)生時(shí)鐘發(fā)生器器、地址鎖存器地址鎖存器、數(shù)據(jù)總線收發(fā)器數(shù)據(jù)總線收發(fā)器、等待電路等待電路、刷新電刷新電路路等。等。1. 總線時(shí)序：總線時(shí)序： 與與8086一樣，標(biāo)準(zhǔn)的一樣，標(biāo)準(zhǔn)的80186總線周期也是由總線周期也是由4個(gè)時(shí)鐘周期個(gè)時(shí)鐘周期組成。典型總線操作有

3、存儲(chǔ)器（組成。典型總線操作有存儲(chǔ)器（I/O）讀，存儲(chǔ)器讀，存儲(chǔ)器(I/O)寫(xiě)，寫(xiě)，中斷應(yīng)答周期等。中斷應(yīng)答周期等。2. 2. 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng): : 在在8086基礎(chǔ)上增加的指令有：基礎(chǔ)上增加的指令有： PUSHA 把所有的寄存器內(nèi)容按一定順序壓入堆棧把所有的寄存器內(nèi)容按一定順序壓入堆棧 POPA 把所有的寄存器內(nèi)容按一定順序彈出堆棧把所有的寄存器內(nèi)容按一定順序彈出堆棧 INTS 從從I/O端口輸入字或字節(jié)性數(shù)據(jù)（可以是字符串）端口輸入字或字節(jié)性數(shù)據(jù)（可以是字符串） OUTS 向向I/O端口輸出字或字節(jié)性數(shù)據(jù)（可以是字符串）端口輸出字或字節(jié)性數(shù)據(jù)（可以是字符串） ENTER 過(guò)程入口格式化堆棧

4、過(guò)程入口格式化堆棧 LEAVE 過(guò)程出口恢復(fù)堆棧過(guò)程出口恢復(fù)堆棧 BOUND 檢測(cè)數(shù)組下標(biāo)是否越界檢測(cè)數(shù)組下標(biāo)是否越界 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 3. 中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)： 80186的中斷可以分為四種類(lèi)型：的中斷可以分為四種類(lèi)型：外部非屏蔽中斷外部非屏蔽中斷外部可屏蔽中斷外部可屏蔽中斷軟件指令中斷軟件指令中斷指令異常指令異常及內(nèi)部中斷。及內(nèi)部中斷。與與8086一樣，一樣，80186的中斷系統(tǒng)也可管理的中斷系統(tǒng)也可管理256個(gè)中斷源。個(gè)中斷源。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 4. 80188微處理器：微處理器： 80188是是Intel公司推出的與公司推出的與8088兼容的高性能準(zhǔn)兼容的高性能準(zhǔn)1

5、6位微處理器，它與位微處理器，它與80186的主要差別同的主要差別同8086與與8088的差別基本相同。的差別基本相同。 80186和和80188都支持都支持8087協(xié)處理器。協(xié)處理器。 14.1.3 8028614.1.3 80286微處理器微處理器 1982年推出；高性能或增強(qiáng)型年推出；高性能或增強(qiáng)型16位微處理器；位微處理器；68引腳引腳 。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：內(nèi)部結(jié)構(gòu)：四大部件構(gòu)成四大部件構(gòu)成 總線接口部件BIU指令部件IU執(zhí)行部件EU地址部件AU第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 80286具有支持多任務(wù)操作系統(tǒng)的任務(wù)切換、存儲(chǔ)器具有支持多任務(wù)操作系統(tǒng)的任務(wù)切換、存儲(chǔ)器管理、特權(quán)保護(hù)等功能。管理、特權(quán)保

6、護(hù)等功能。 80286采用獨(dú)立的地址、數(shù)據(jù)總線。采用獨(dú)立的地址、數(shù)據(jù)總線。存儲(chǔ)器直接尋址空間達(dá)存儲(chǔ)器直接尋址空間達(dá)16MB；虛擬尋址空間可達(dá)每；虛擬尋址空間可達(dá)每個(gè)任務(wù)個(gè)任務(wù)1GB。 實(shí)地址方式80286有兩種工作方式：有兩種工作方式： 保護(hù)虛擬地址方式 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 1. 特特 點(diǎn)：點(diǎn)： 8028680286增加了增加了系統(tǒng)控制和訪問(wèn)權(quán)操作系統(tǒng)控制和訪問(wèn)權(quán)操作的指令功能的指令功能 80286在在80186基礎(chǔ)上基礎(chǔ)上增加的增加的16條指令為：條指令為：CLTS CLTS 清除清除8028680286機(jī)器狀態(tài)字寄存器的任務(wù)轉(zhuǎn)換位。機(jī)器狀態(tài)字寄存器的任務(wù)轉(zhuǎn)換位。LGDT LGDT 把

7、全局描述符表的基地址和邊界裝入全局描述符把全局描述符表的基地址和邊界裝入全局描述符 表寄存器。表寄存器。SGDT SGDT 把全局描述符表寄存器的內(nèi)容存到寄存器中。把全局描述符表寄存器的內(nèi)容存到寄存器中。LIDT LIDT 把中斷描述符表的基地址和邊界裝入中斷描述符把中斷描述符表的基地址和邊界裝入中斷描述符 表寄存器表寄存器SIDT SIDT 把中斷描述符表寄存器的內(nèi)容存到寄存器中。把中斷描述符表寄存器的內(nèi)容存到寄存器中。LLDT LLDT 把局部描述符表的基地址和邊界以及它在全局把局部描述符表的基地址和邊界以及它在全局 描述符的索引號(hào)裝入局部描述符表寄存器。描述符的索引號(hào)裝入局部描述符表寄存

8、器。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 2. 指令系統(tǒng)的功能擴(kuò)展指令系統(tǒng)的功能擴(kuò)展SLDT SLDT 把局部描述符表寄存器中選擇器的內(nèi)容存回把局部描述符表寄存器中選擇器的內(nèi)容存回1616位寄存器位寄存器 或字或字 存儲(chǔ)單元中。存儲(chǔ)單元中。LTR LTR 把全局描述符表中任務(wù)狀態(tài)段描述符裝入任務(wù)寄存器。把全局描述符表中任務(wù)狀態(tài)段描述符裝入任務(wù)寄存器。STR STR 把任務(wù)狀態(tài)寄存器選擇器字段的內(nèi)容存回把任務(wù)狀態(tài)寄存器選擇器字段的內(nèi)容存回1616位寄存器位寄存器 或字存儲(chǔ)器操作數(shù)中?；蜃执鎯?chǔ)器操作數(shù)中。LMSW LMSW 把把1616位寄存器或位寄存器或2 2字節(jié)的存儲(chǔ)器內(nèi)容裝入機(jī)器狀態(tài)字寄存器。字節(jié)的存

9、儲(chǔ)器內(nèi)容裝入機(jī)器狀態(tài)字寄存器。SMSW SMSW 把機(jī)器狀態(tài)字寄存器內(nèi)容存回把機(jī)器狀態(tài)字寄存器內(nèi)容存回1616位寄存器或存儲(chǔ)器中。位寄存器或存儲(chǔ)器中。LAR LAR 加載訪問(wèn)權(quán)指令加載訪問(wèn)權(quán)指令LSL LSL 加載段邊界指令加載段邊界指令A(yù)RPL ARPL 調(diào)整要求的特權(quán)級(jí)調(diào)整要求的特權(quán)級(jí)VERR VERR 讀檢驗(yàn)指令讀檢驗(yàn)指令VERWVERW 寫(xiě)檢驗(yàn)指令寫(xiě)檢驗(yàn)指令第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 8028680286有實(shí)地址和保護(hù)虛地址兩種工作方式，二者可以通過(guò)將機(jī)器有實(shí)地址和保護(hù)虛地址兩種工作方式，二者可以通過(guò)將機(jī)器狀態(tài)字寄存器中的狀態(tài)字寄存器中的PEPE位清零和置位清零和置“1 1”來(lái)互相切換。

10、來(lái)互相切換。 實(shí)地址方式實(shí)地址方式(PE=0) (PE=0) ：模擬一個(gè)高速的：模擬一個(gè)高速的8086微處理器的運(yùn)行。但二者微處理器的運(yùn)行。但二者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，故在中斷處理、運(yùn)行狀態(tài)等方面存在差別。在實(shí)地的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，故在中斷處理、運(yùn)行狀態(tài)等方面存在差別。在實(shí)地址下把機(jī)器狀態(tài)字寄存器中的址下把機(jī)器狀態(tài)字寄存器中的PE位置位置“1”就切換到保護(hù)方式。就切換到保護(hù)方式。 保護(hù)虛地址方式保護(hù)虛地址方式(PE=1) (PE=1) ：它是充分發(fā)揮：它是充分發(fā)揮80286效能的工作方式。其效能的工作方式。其尋址空間物理地址的形成方式和中斷資源的使用等與實(shí)地址方式有所尋址空間物理地址的形成方式和中斷資源

11、的使用等與實(shí)地址方式有所不同。在保護(hù)方式下，把機(jī)器狀態(tài)字寄存器中的不同。在保護(hù)方式下，把機(jī)器狀態(tài)字寄存器中的PEPE位清零就切換到實(shí)位清零就切換到實(shí)地址方式。地址方式。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 3. 工作方式的轉(zhuǎn)換工作方式的轉(zhuǎn)換4. 4. 物理地址的形成物理地址的形成 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 5. 5. 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)80286在實(shí)方式下有在實(shí)方式下有5種中斷源：種中斷源： 外部非屏蔽中斷外部非屏蔽中斷 外部可屏蔽中斷外部可屏蔽中斷 協(xié)處理器異常中斷協(xié)處理器異常中斷 內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷 指令中斷指令中斷 80286在保護(hù)方式下的中斷類(lèi)型與實(shí)方式下相同，只是在中斷在保護(hù)方式下的中斷類(lèi)型與實(shí)方

12、式下相同，只是在中斷向量表、中斷結(jié)構(gòu)、中斷處理方式上與實(shí)地址方式有較大差別。向量表、中斷結(jié)構(gòu)、中斷處理方式上與實(shí)地址方式有較大差別。8086/8088中包含在NMI中斷里第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 支持多任務(wù)操作支持多任務(wù)操作 任務(wù)：就是一個(gè)程序所具有的完全獨(dú)立的執(zhí)行環(huán)境的基任務(wù)：就是一個(gè)程序所具有的完全獨(dú)立的執(zhí)行環(huán)境的基本功能塊。它可以是一個(gè)程序，也可以是一個(gè)程序的一本功能塊。它可以是一個(gè)程序，也可以是一個(gè)程序的一部分。部分。 80286 80286在保護(hù)方式下從處理開(kāi)始到處理結(jié)束有多個(gè)任在保護(hù)方式下從處理開(kāi)始到處理結(jié)束有多個(gè)任務(wù)多次進(jìn)入和退出處理。務(wù)多次進(jìn)入和退出處理。 實(shí)方式下的單任務(wù)操作

13、就是從處理開(kāi)始到處理結(jié)束實(shí)方式下的單任務(wù)操作就是從處理開(kāi)始到處理結(jié)束只有一個(gè)任務(wù)獨(dú)占處理器的全部資源。只有一個(gè)任務(wù)獨(dú)占處理器的全部資源。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 6. 任務(wù)管理任務(wù)管理80286的總線操作有六種類(lèi)型：的總線操作有六種類(lèi)型：存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)器讀I/O讀讀存儲(chǔ)器寫(xiě)存儲(chǔ)器寫(xiě)I/O寫(xiě)寫(xiě)中斷應(yīng)答中斷應(yīng)答暫停暫停/停機(jī)停機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俾蕿閿?shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俾蕿?個(gè)時(shí)鐘周期傳送一個(gè)字。個(gè)時(shí)鐘周期傳送一個(gè)字。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 7. 總線操作類(lèi)型總線操作類(lèi)型14.1.4 8038614.1.4 80386微處理器微處理器 1985年推出年推出 32位微處理器位微處理器 132條引腳條引

14、腳 它由它由中央處理器部件中央處理器部件，存貯管理部件存貯管理部件和和總線接口部件總線接口部件組成：組成： 總線接口部件總線接口部件 指令預(yù)取部件指令預(yù)取部件 指令譯碼部件指令譯碼部件 中央處理器部件中央處理器部件 指令執(zhí)行部件指令執(zhí)行部件 分段部件分段部件 分頁(yè)部件分頁(yè)部件 存貯管理部件存貯管理部件第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 圖圖14.2 Intel 80386的基本體系結(jié)構(gòu)的基本體系結(jié)構(gòu) 各功能部件的邏輯關(guān)系如下圖所示各功能部件的邏輯關(guān)系如下圖所示: EU(寄存器、寄存器、運(yùn) 算 器 和 控運(yùn) 算 器 和 控制邏輯制邏輯) BIUIPU(控制控制邏 輯 和 預(yù)邏 輯 和 預(yù)取隊(duì)列取隊(duì)列) I

15、DU 指令譯碼、指令譯碼、6字節(jié)指令隊(duì)列字節(jié)指令隊(duì)列預(yù)取請(qǐng)求預(yù)取請(qǐng)求指令代碼指令代碼SU段寄存器段寄存器段轉(zhuǎn)換器段轉(zhuǎn)換器 TLB頁(yè)轉(zhuǎn)換器頁(yè)轉(zhuǎn)換器PU第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 1. 中央處理部件（中央處理部件（CPU） CPU由指令部件和執(zhí)行部件構(gòu)成。由指令部件和執(zhí)行部件構(gòu)成。指令部件：指令部件：包括指令預(yù)取器和指令譯碼器。包括指令預(yù)取器和指令譯碼器。 指令預(yù)取器負(fù)責(zé)預(yù)取指令，在總線空閑周期，把下面指令預(yù)取器負(fù)責(zé)預(yù)取指令，在總線空閑周期，把下面4個(gè)字個(gè)字節(jié)的指令讀入節(jié)的指令讀入16字節(jié)的指令預(yù)取隊(duì)列，由指令譯碼器對(duì)操作碼字節(jié)的指令預(yù)取隊(duì)列，由指令譯碼器對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，并將其存入譯碼指令隊(duì)列供執(zhí)

16、行部件使用。進(jìn)行譯碼，并將其存入譯碼指令隊(duì)列供執(zhí)行部件使用。 執(zhí)行部件：執(zhí)行部件：n執(zhí)行部件包括執(zhí)行部件包括8個(gè)用于地址計(jì)算和數(shù)據(jù)操作的個(gè)用于地址計(jì)算和數(shù)據(jù)操作的32位通用寄存器和位通用寄存器和一個(gè)以加速移位、循環(huán)移位、乘法和除法操作的一個(gè)以加速移位、循環(huán)移位、乘法和除法操作的64位桶形移位位桶形移位器。器。n乘乘/除法器能在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成一位的乘除法器能在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成一位的乘/除法操作，最快除法操作，最快在在40個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行32位的乘法或除法。位的乘法或除法。第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 2. 存貯管理部件存貯管理部件: :包括分段部件、分頁(yè)部件、保護(hù)測(cè)試部件。包括

17、分段部件、分頁(yè)部件、保護(hù)測(cè)試部件。 分段部件根據(jù)執(zhí)行部件的請(qǐng)求，計(jì)算有效地址，完成邏輯地址到分段部件根據(jù)執(zhí)行部件的請(qǐng)求，計(jì)算有效地址，完成邏輯地址到線性地址的轉(zhuǎn)換；保護(hù)測(cè)試部件完成總線周期分段的合法性檢查，并線性地址的轉(zhuǎn)換；保護(hù)測(cè)試部件完成總線周期分段的合法性檢查，并將轉(zhuǎn)換的線性地址隨同總線周期事務(wù)處理信息發(fā)送到分頁(yè)部件；分頁(yè)將轉(zhuǎn)換的線性地址隨同總線周期事務(wù)處理信息發(fā)送到分頁(yè)部件；分頁(yè)部件負(fù)責(zé)請(qǐng)求總線接口部件的總線服務(wù)。部件負(fù)責(zé)請(qǐng)求總線接口部件的總線服務(wù)。80386的存儲(chǔ)器由一個(gè)或多個(gè)可變長(zhǎng)度的存儲(chǔ)器由一個(gè)或多個(gè)可變長(zhǎng)度的段組成，最大的段可為的段組成，最大的段可為4G字節(jié)。字節(jié)。 分段部件通過(guò)

18、提供一個(gè)額外的尋址器件對(duì)邏輯地址空間進(jìn)行管理，分段部件通過(guò)提供一個(gè)額外的尋址器件對(duì)邏輯地址空間進(jìn)行管理，既可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的隔離，也可以實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)的再定位。既可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的隔離，也可以實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)的再定位。 分頁(yè)部件將分段部件或指令預(yù)取部件產(chǎn)生的線性地址轉(zhuǎn)換成物理分頁(yè)部件將分段部件或指令預(yù)取部件產(chǎn)生的線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址。每一頁(yè)為地址。每一頁(yè)為4K字節(jié)，每一段可以是一頁(yè)，也可以是若干頁(yè)。字節(jié)，每一段可以是一頁(yè)，也可以是若干頁(yè)。 80386上的每一個(gè)任務(wù)最多可以有上的每一個(gè)任務(wù)最多可以有16384個(gè)段，每個(gè)段最大可達(dá)個(gè)段，每個(gè)段最大可達(dá)4G字節(jié)，因此，可以為每個(gè)任務(wù)提供字節(jié)，因此，可

19、以為每個(gè)任務(wù)提供64T字節(jié)的虛擬存儲(chǔ)器。字節(jié)的虛擬存儲(chǔ)器。第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 3. 總線接口部件總線接口部件 功能是：功能是：在接收指令讀取、數(shù)據(jù)傳送、分段部件和分頁(yè)部件的在接收指令讀取、數(shù)據(jù)傳送、分段部件和分頁(yè)部件的請(qǐng)求時(shí)優(yōu)化編排這些請(qǐng)求級(jí)，以滿足中央處理器進(jìn)行請(qǐng)求時(shí)優(yōu)化編排這些請(qǐng)求級(jí)，以滿足中央處理器進(jìn)行外部總線傳送的要求和最大限度的利用總線的帶寬。外部總線傳送的要求和最大限度的利用總線的帶寬。產(chǎn)生和處理執(zhí)行當(dāng)前總線周期的各種信號(hào)。產(chǎn)生和處理執(zhí)行當(dāng)前總線周期的各種信號(hào)。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 4. 寄存器組寄存器組 Intel 80386 芯片內(nèi)集成了7類(lèi)寄存器，共32個(gè)。通用寄

20、存器指令指針標(biāo)志寄存器段寄存器系統(tǒng)地址寄存器調(diào)試寄存器測(cè)試寄存器控制寄存器第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 通用寄存器 8個(gè)32位的通用寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP 圖圖14.3 80386的通用寄存器的通用寄存器 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 指令指針指令指針 指令指針指令指針EIP是一個(gè)是一個(gè)32位的寄存器位的寄存器,用于保存下一條待預(yù)取的指用于保存下一條待預(yù)取的指令的偏移量。其低令的偏移量。其低16位即為位即為8086中的中的IP。標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器 標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器EFLAGS，也是一個(gè)也是一個(gè)32位的寄存器位的寄存器，如圖，如圖14.4示。示。 標(biāo)

21、志可分為以下三類(lèi)：標(biāo)志可分為以下三類(lèi)： 狀態(tài)標(biāo)志：反映執(zhí)行一條指令后的狀態(tài)與結(jié)果。它們是：狀態(tài)標(biāo)志：反映執(zhí)行一條指令后的狀態(tài)與結(jié)果。它們是：OF、SF、ZF、AF、PF、CF，共共6個(gè)。個(gè)。 控制標(biāo)志：用于控制處理器的工作方式。如控制標(biāo)志：用于控制處理器的工作方式。如DF。系統(tǒng)標(biāo)志：用于設(shè)置系統(tǒng)的工作方式等。系統(tǒng)標(biāo)志：用于設(shè)置系統(tǒng)的工作方式等。IF、TF、IOPL、NT、VM、RF。其中其中VM 和和RF是為是為80386擴(kuò)充的標(biāo)志。擴(kuò)充的標(biāo)志。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 圖圖14.4 80386的標(biāo)志寄存器的標(biāo)志寄存器（2424位）位） 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 段寄存器段寄存器 80386

22、有有6個(gè)個(gè)16位的段寄存器，它們用來(lái)保存識(shí)別當(dāng)前位的段寄存器，它們用來(lái)保存識(shí)別當(dāng)前可尋址段的段選擇符。其中可尋址段的段選擇符。其中CS指定代碼段，指定代碼段，SS指定堆棧指定堆棧段，段，DS、ES、FS和和GS指定現(xiàn)行數(shù)據(jù)段。指定現(xiàn)行數(shù)據(jù)段。系統(tǒng)地址寄存器系統(tǒng)地址寄存器 80368有有4個(gè)專(zhuān)用寄存器用來(lái)訪問(wèn)個(gè)專(zhuān)用寄存器用來(lái)訪問(wèn)80268/80368保護(hù)方保護(hù)方式所支持的表和段。這式所支持的表和段。這4個(gè)寄存器分別為個(gè)寄存器分別為:32位的位的GDTR和和IDTR，16位的位的DTR和和TR。他們?cè)L問(wèn)的表和段是他們?cè)L問(wèn)的表和段是GDT(全局全局描述符表描述符表)、IDT(中斷描述符表中斷描述符表

23、)、LDT(局部描述符表局部描述符表)、TSS(任務(wù)狀態(tài)段任務(wù)狀態(tài)段)。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 調(diào)試寄存器調(diào)試寄存器 80386有有6個(gè)個(gè)32位的調(diào)試寄存器位的調(diào)試寄存器DR0、DR1、DR2、DR3、DR6和和DR7，DR4、DR5為為Intel公司留用公司留用如如圖圖14.5所示。所示。第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 圖圖14.5 80386的調(diào)試寄存器的調(diào)試寄存器 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 測(cè)試寄存器測(cè)試寄存器 80368有有2個(gè)個(gè)32位的測(cè)試寄存器位的測(cè)試寄存器TR6和和TR7，用于控制對(duì)轉(zhuǎn)換后援緩用于控制對(duì)轉(zhuǎn)換后援緩沖器中的內(nèi)容可尋地址存貯器的測(cè)試。沖器中的內(nèi)容可尋地址存貯器的測(cè)試。

24、控制寄存器控制寄存器 80386有有4個(gè)個(gè)32位的控制寄存器，被命名為：位的控制寄存器，被命名為： CR0、CR1、CR2和和CR3。 5. 80386 的工作模式的工作模式 80386有三種工作模式：實(shí)模式、保護(hù)模式和虛擬有三種工作模式：實(shí)模式、保護(hù)模式和虛擬8086模式。模式。 實(shí)模式實(shí)模式 工作在這種模式下的工作在這種模式下的80386幾乎與幾乎與8086一樣，只不過(guò)速度一樣，只不過(guò)速度更快了一些，并多了幾條指令及幾個(gè)寄存器。更快了一些，并多了幾條指令及幾個(gè)寄存器。80386的實(shí)模式的實(shí)模式可以訪問(wèn)可以訪問(wèn)32位通用寄存器和采用帶有位通用寄存器和采用帶有32位超越指令前綴的尋位超越指令前

25、綴的尋址模式。址模式。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 實(shí)模式下的地址計(jì)算實(shí)模式下的地址計(jì)算 實(shí)模式下地址計(jì)算與實(shí)模式下地址計(jì)算與8086相同，在相同，在8086中，段寄存器內(nèi)容乘以中，段寄存器內(nèi)容乘以16（左移（左移4個(gè)二進(jìn)制位）再加上有效地址（有效地址是高個(gè)二進(jìn)制位）再加上有效地址（有效地址是高4位為位為0，低，低16位為偏移地址構(gòu)成的位為偏移地址構(gòu)成的20位地址），就得到一個(gè)位地址），就得到一個(gè)20位線性地址。位線性地址。 進(jìn)入、脫離和返回實(shí)模式進(jìn)入、脫離和返回實(shí)模式 如果對(duì)如果對(duì)CPU進(jìn)行復(fù)位，則進(jìn)入實(shí)模式下工作。此外，一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，則進(jìn)入實(shí)模式下工作。此外，一個(gè)系統(tǒng)要進(jìn)入保護(hù)模式，開(kāi)始

26、時(shí)程序也要暫時(shí)進(jìn)入實(shí)模式。系統(tǒng)復(fù)位就可要進(jìn)入保護(hù)模式，開(kāi)始時(shí)程序也要暫時(shí)進(jìn)入實(shí)模式。系統(tǒng)復(fù)位就可以進(jìn)入實(shí)模式，然后再用一條以進(jìn)入實(shí)模式，然后再用一條MOV至至CR0的指令將的指令將PE位置位，即切位置位，即切換到保護(hù)模式，從而離開(kāi)實(shí)模式。從保護(hù)模式返回實(shí)模式仍可以用換到保護(hù)模式，從而離開(kāi)實(shí)模式。從保護(hù)模式返回實(shí)模式仍可以用MOVMOV至至CR0CR0指令將指令將CR0CR0寄存器中的寄存器中的PEPE位復(fù)位來(lái)實(shí)現(xiàn)。但必須用合法的實(shí)位復(fù)位來(lái)實(shí)現(xiàn)。但必須用合法的實(shí)模式數(shù)值。模式數(shù)值。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 保護(hù)模式保護(hù)模式 在保護(hù)模式下，在保護(hù)模式下，80386可以訪問(wèn)可以訪問(wèn)232=4GB的

27、物理存儲(chǔ)器空間的物理存儲(chǔ)器空間，段的長(zhǎng)度是段的長(zhǎng)度是232=4GB，頁(yè)功能是可以選擇的。在這種模式下，頁(yè)功能是可以選擇的。在這種模式下，可以引入虛擬存儲(chǔ)器的概念可以引入虛擬存儲(chǔ)器的概念，以擴(kuò)充軟件所占用的存儲(chǔ)器，以擴(kuò)充軟件所占用的存儲(chǔ)器空間，允許程序大到空間，允許程序大到64T（246B）。）。 保護(hù)模式是從實(shí)模式轉(zhuǎn)變過(guò)來(lái)的，執(zhí)行指令：保護(hù)模式是從實(shí)模式轉(zhuǎn)變過(guò)來(lái)的，執(zhí)行指令：MOV CR0MOV CR0，（，（regreg或或menmen） 使使CR0CR0中的保護(hù)允許位中的保護(hù)允許位PEPE置置1 1，即進(jìn)入保護(hù)模式。，即進(jìn)入保護(hù)模式。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 保護(hù)模式地址計(jì)算保護(hù)模式地址

28、計(jì)算 保護(hù)模式下，地址由兩部分組成，一部分是段基地址，另一部保護(hù)模式下，地址由兩部分組成，一部分是段基地址，另一部分是分是3232位偏移量，兩者相加得到位偏移量，兩者相加得到3232位線性地址。位線性地址。 保護(hù)模式下，段寄存器中的值是一個(gè)選擇子，由它去訪問(wèn)一個(gè)保護(hù)模式下，段寄存器中的值是一個(gè)選擇子，由它去訪問(wèn)一個(gè)段描述符，從段描述符中獲得段基地址，在尋址過(guò)程中，描述符作段描述符，從段描述符中獲得段基地址，在尋址過(guò)程中，描述符作為媒介物，提供段基地址、段界限（大?。┘皩傩?。其尋址過(guò)程為媒介物，提供段基地址、段界限（大小）及屬性。其尋址過(guò)程如如圖圖14.614.6。 計(jì)算出的線性地址，在沒(méi)有分頁(yè)

29、機(jī)構(gòu)的情況下可以直接用作物計(jì)算出的線性地址，在沒(méi)有分頁(yè)機(jī)構(gòu)的情況下可以直接用作物理地址，如圖理地址，如圖14.714.7所示；在有分頁(yè)機(jī)構(gòu)的情況下，需要通過(guò)分頁(yè)機(jī)所示；在有分頁(yè)機(jī)構(gòu)的情況下，需要通過(guò)分頁(yè)機(jī)構(gòu)映射形成物理地址，構(gòu)映射形成物理地址，如圖如圖14.714.7所示。所示。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 圖圖14.6 簡(jiǎn)化的保護(hù)方式下的尋址過(guò)程簡(jiǎn)化的保護(hù)方式下的尋址過(guò)程 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 圖圖14.7 帶分頁(yè)的簡(jiǎn)化的保護(hù)方式下的尋址過(guò)程帶分頁(yè)的簡(jiǎn)化的保護(hù)方式下的尋址過(guò)程 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 在在80386中使用的所有段均由描述符表描述。描述符表共有三種中使用的所有段均由描述符表

30、描述。描述符表共有三種: : 全局描述符表（一張）全局描述符表（一張） 局部描述符表（多張）局部描述符表（多張） 中斷描述符表（一張）中斷描述符表（一張） 每個(gè)表最多可以保存每個(gè)表最多可以保存8192個(gè)個(gè)8字節(jié)的描述符。為了選擇這些描述符，字節(jié)的描述符。為了選擇這些描述符，段寄存器的內(nèi)容（選擇器）的高段寄存器的內(nèi)容（選擇器）的高13位作為進(jìn)入描述符表的索引。位作為進(jìn)入描述符表的索引。 每一個(gè)描述符表都有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的寄存器分別是每一個(gè)描述符表都有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的寄存器分別是: : 全局描述符表寄存器（全局描述符表寄存器（GDTR） 局部描述符表寄存器（局部描述符表寄存器（LDTR） 中斷描述符表

31、寄存器（中斷描述符表寄存器（IDTR） 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 全局描述符表（全局描述符表（GDT）含有可供系統(tǒng)所有任務(wù)使用的描述符。含有可供系統(tǒng)所有任務(wù)使用的描述符。GDT可可以容納除中斷服務(wù)用的描述符即中斷和自陷描述符之外的任一類(lèi)型的以容納除中斷服務(wù)用的描述符即中斷和自陷描述符之外的任一類(lèi)型的描述符。描述符。 局部描述符（局部描述符（LDT）含有與一個(gè)給定的任務(wù)有關(guān)的描述符。通常在設(shè)含有與一個(gè)給定的任務(wù)有關(guān)的描述符。通常在設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)時(shí)使每項(xiàng)任務(wù)有一個(gè)獨(dú)立的計(jì)操作系統(tǒng)時(shí)使每項(xiàng)任務(wù)有一個(gè)獨(dú)立的LDT。LDT可能只含有代碼、可能只含有代碼、數(shù)據(jù)、堆棧、任務(wù)門(mén)和調(diào)用門(mén)描述符。數(shù)據(jù)、堆棧、任務(wù)門(mén)

32、和調(diào)用門(mén)描述符。LDT是一種將給定任務(wù)的代碼是一種將給定任務(wù)的代碼段和數(shù)據(jù)段同操作系統(tǒng)其余部分隔離開(kāi)來(lái)的機(jī)構(gòu)。段和數(shù)據(jù)段同操作系統(tǒng)其余部分隔離開(kāi)來(lái)的機(jī)構(gòu)。 中斷描述符表中斷描述符表( (IDT)中包含有最多中包含有最多256個(gè)描述符。每個(gè)描述符為個(gè)描述符。每個(gè)描述符為8個(gè)字節(jié)，個(gè)字節(jié)，包含相應(yīng)的中斷處理程序的入口地址和特性。包含相應(yīng)的中斷處理程序的入口地址和特性。IDT中可能只含有任務(wù)門(mén)、中可能只含有任務(wù)門(mén)、中斷門(mén)和陷阱門(mén)。中斷門(mén)和陷阱門(mén)。第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 分段存儲(chǔ)器管理分段存儲(chǔ)器管理 在保護(hù)模式下，指針不能直接給出物理地址，而要通過(guò)分段部件的轉(zhuǎn)換在保護(hù)模式下，指針不能直接給出物理地址

33、，而要通過(guò)分段部件的轉(zhuǎn)換才能產(chǎn)生物理地址。這種轉(zhuǎn)換過(guò)程使用了以存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的所謂段描述才能產(chǎn)生物理地址。這種轉(zhuǎn)換過(guò)程使用了以存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的所謂段描述符表。符表。 段描述符表內(nèi)含有一些描述符，每個(gè)描述符由段描述符表內(nèi)含有一些描述符，每個(gè)描述符由8個(gè)字節(jié)組成，其中包括個(gè)字節(jié)組成，其中包括段的線性基地址和該段的界限（大?。┮约岸蔚囊恍傩浴＿@些屬性是：段的線性基地址和該段的界限（大?。┮约岸蔚囊恍傩?。這些屬性是：段的類(lèi)型（代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段或者某些專(zhuān)用段）、段的特權(quán)級(jí)、段的類(lèi)型（代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段或者某些專(zhuān)用段）、段的特權(quán)級(jí)、段的單位長(zhǎng)度、操作數(shù)的默認(rèn)長(zhǎng)度（段的單位長(zhǎng)度、操作數(shù)的默認(rèn)長(zhǎng)度（

34、16位或位或32位）。位）。段選擇符指向的目標(biāo)叫做段描述符。段描述符含有線性地址空間中某一段選擇符指向的目標(biāo)叫做段描述符。段描述符含有線性地址空間中某一給定區(qū)域。（即一個(gè)段）有關(guān)屬性的給定區(qū)域。（即一個(gè)段）有關(guān)屬性的8個(gè)信息。個(gè)信息。 虛擬虛擬8086模式模式: 虛擬虛擬8086模式是模式是80386新增加的，目的是使按新增加的，目的是使按8086編寫(xiě)的軟件能編寫(xiě)的軟件能在在80386的任務(wù)環(huán)境下運(yùn)行的任務(wù)環(huán)境下運(yùn)行。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 6. 80386的引腳功能說(shuō)明的引腳功能說(shuō)明 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 80386微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)板簡(jiǎn)介微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)板簡(jiǎn)介

35、80386系統(tǒng)板上主要部件：系統(tǒng)板上主要部件： （1） 80386主主CPU （2） 80387和和80287協(xié)處理器插座及其接口電路協(xié)處理器插座及其接口電路 （3） 高速緩存高速緩存Cache及其控制電路及其控制電路 （4） 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器DRAM及其譯碼控制電路及其譯碼控制電路 （5） ROM及其譯碼和控制電路及其譯碼和控制電路 （6） 總線控制及緩沖器電路總線控制及緩沖器電路 （7） 時(shí)鐘發(fā)生器電路時(shí)鐘發(fā)生器電路 （8） 外設(shè)控制器電路（包括中斷控制器、外設(shè)控制器電路（包括中斷控制器、DMA控制器、控制器、定時(shí)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等）計(jì)數(shù)器等） （9） AT總線控制器電路總線控制器電路 （

36、10） 實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)時(shí)時(shí)鐘CMOS RAM及鍵盤(pán)接口電路等及鍵盤(pán)接口電路等第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 7. 80386 微機(jī)主板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及支持總線微機(jī)主板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及支持總線14.1.5 8048614.1.5 80486微處理器微處理器 1989年推出年推出的的32位高性能微處理器位高性能微處理器 片內(nèi)包括：片內(nèi)包括： 總線接口部件總線接口部件 指令部件指令部件存儲(chǔ)管理部件（存儲(chǔ)管理部件（MMU）浮點(diǎn)處理部件（浮點(diǎn)處理部件（FPU）8K字節(jié)的超高速緩存部件字節(jié)的超高速緩存部件。使用使用RISC設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)，提高了指令的執(zhí)行速度。，提高了指令的執(zhí)行速度。 具有代碼級(jí)的向上兼容性。具有代碼級(jí)的向上

37、兼容性。 80486的性能比的性能比80386提高了提高了34倍。倍。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 指令預(yù)取指令預(yù)取指令譯碼指令譯碼指令執(zhí)行指令執(zhí)行分段部件分段部件分頁(yè)部件分頁(yè)部件1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳 圖圖14.10 80486內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 P C H AD P 0D P 1D P 2D P 3B S 1 6B S EB L A S TB R D YB R E OB O F FH O D AH O L DP L O C AL O C AW / RD / CM / I OB E 0B E 1B E 2B E 3A 2 0 MI G N N EF R E EP C OP

38、 W TF L U S HK E NE A D SA H O L DN M IR E S E TI N T RR D YA D S 超 高 速緩 存 控 制 8 0 4 8 6微 處 理 器3 2 位 地址 總 線3 2 位數(shù) 據(jù)D 0 - D 3 1時(shí) 鐘數(shù) 據(jù) 總 線總 線 控 制中 斷 信 號(hào)超 高 速 緩存 使 無(wú) 效頁(yè) 面 超 高 速緩 存 控 制數(shù) 據(jù) 出錯(cuò) 報(bào) 告 第 2 0 位地 址 屏 蔽奇 偶 校 驗(yàn)總 線 寬度 控 制突 發(fā) 控 制總 線 仲 裁總 線 周期 定 義字 節(jié)允 許A 2 - A 3 1圖圖14.11 80486引腳功能圖引腳功能圖 增加了增強(qiáng)的總線仲裁功能增

39、加了增強(qiáng)的總線仲裁功能片上超高速緩存填充用的突發(fā)總線機(jī)構(gòu)片上超高速緩存填充用的突發(fā)總線機(jī)構(gòu)行使無(wú)效機(jī)構(gòu)行使無(wú)效機(jī)構(gòu)奇偶校驗(yàn)的支持奇偶校驗(yàn)的支持80486與80386相比增加了:數(shù)據(jù)奇偶監(jiān)視數(shù)據(jù)奇偶監(jiān)視總線突發(fā)控制總線突發(fā)控制片上超高速緩存控制地址屏蔽片上超高速緩存控制地址屏蔽用于多處理器系統(tǒng)的信號(hào)用于多處理器系統(tǒng)的信號(hào)第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 80486的指令可分為的指令可分為11類(lèi)：類(lèi)：數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算移位移位/循循環(huán)環(huán)串處理串處理位處理位處理控制轉(zhuǎn)移控制轉(zhuǎn)移高級(jí)語(yǔ)言支持操作系統(tǒng)支持處理器控制浮點(diǎn)運(yùn)算 浮點(diǎn)控制 2. 2. 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) n80486的指令系統(tǒng)包括完整的的

40、指令系統(tǒng)包括完整的80386的指令系統(tǒng)和的指令系統(tǒng)和80486擴(kuò)充指令。擴(kuò)充指令。n采用采用RISC設(shè)計(jì)，減少了每條指令的平均占用時(shí)鐘周期數(shù)。設(shè)計(jì)，減少了每條指令的平均占用時(shí)鐘周期數(shù)。n對(duì)于使用頻度較高的基本指令由原來(lái)的微碼控制改為硬件邏輯直接控制。對(duì)于使用頻度較高的基本指令由原來(lái)的微碼控制改為硬件邏輯直接控制。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 80486所支持的數(shù)據(jù)類(lèi)型十分豐富：所支持的數(shù)據(jù)類(lèi)型十分豐富： 不帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)不帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù) 帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)，可以是帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)，可以是8位、位、16位、位、32位或位或64位；位； 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以是浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以是32位位,單單精度實(shí)

41、數(shù)，精度實(shí)數(shù)，64位雙精度位雙精度實(shí)數(shù)和實(shí)數(shù)和80位臨時(shí)精度實(shí)數(shù)；位臨時(shí)精度實(shí)數(shù)； BCD數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以是壓縮和非壓縮型的數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以是壓縮和非壓縮型的BCD數(shù)數(shù)串?dāng)?shù)據(jù)類(lèi)型，可以是位、字節(jié)、字或雙字序列串?dāng)?shù)據(jù)類(lèi)型，可以是位、字節(jié)、字或雙字序列 ASCII數(shù)據(jù)類(lèi)型；指針數(shù)據(jù)類(lèi)型；可以是數(shù)據(jù)類(lèi)型；指針數(shù)據(jù)類(lèi)型；可以是32位或位或48位。位。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 3. 3. 中斷和異常中斷和異常 80486同樣能夠定義同樣能夠定義256個(gè)中斷向量或異常處理程序，個(gè)中斷向量或異常處理程序，其中斷處理與其中斷處理與80386類(lèi)似。類(lèi)似。另外浮點(diǎn)處理部件使用的中斷另外浮點(diǎn)處理部件使用的中斷類(lèi)型為類(lèi)

42、型為7、13、16。 4. 4. 操作方式操作方式 實(shí)地址方式實(shí)地址方式保護(hù)方式保護(hù)方式保護(hù)方式下的虛擬保護(hù)方式下的虛擬8086方式方式 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 直接繼承了直接繼承了80386的操作方式的操作方式14.2 14.2 Intel PentiumIntel Pentium微處理器微處理器 1993年推出的高性能年推出的高性能32位結(jié)構(gòu)微處理器位結(jié)構(gòu)微處理器 采用采用RISC技術(shù)技術(shù) 集成度為集成度為310萬(wàn)只晶體管萬(wàn)只晶體管( (基本型基本型) ) 引進(jìn)了諸如數(shù)據(jù)完整性在內(nèi)的大型計(jì)算機(jī)的特性引進(jìn)了諸如數(shù)據(jù)完整性在內(nèi)的大型計(jì)算機(jī)的特性 擴(kuò)充了多重處理器的應(yīng)用能力擴(kuò)充了多重處理器的應(yīng)

43、用能力 與與86系列中原來(lái)的其他型號(hào)保持軟件完全兼容。系列中原來(lái)的其他型號(hào)保持軟件完全兼容。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 在以下幾方面對(duì)在以下幾方面對(duì)80486做了重大改進(jìn)：做了重大改進(jìn)：采用超級(jí)標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)浮點(diǎn)部件采用超級(jí)流水線技術(shù)增加了動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)加大了片上超高速緩存的容量較強(qiáng)的錯(cuò)誤檢測(cè)和報(bào)告功能采用了更多的測(cè)試掛鉤片上超高速緩存改用回寫(xiě)策略第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) （1）Pentium采用的先進(jìn)技術(shù)采用的先進(jìn)技術(shù) CISC技術(shù)和技術(shù)和RISC技術(shù)技術(shù) CISC技術(shù)復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)（Complex instruction set computer，CISC）RISC技術(shù)精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算

44、機(jī)技術(shù)（Reduced instruction set computer，RISC）它們是基于不同理論和構(gòu)思的兩種CPU設(shè)計(jì)技術(shù)。第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 1. Pentium 采用的先進(jìn)技術(shù)及其技術(shù)特點(diǎn)采用的先進(jìn)技術(shù)及其技術(shù)特點(diǎn) 1995年至年至2001年期間，年期間，Intel又相繼推出了：又相繼推出了： Pentium Pro Pentium MMX Pentium Pentium Pentium 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 采用采用RISCRISC技術(shù)的技術(shù)的CPUCPU特點(diǎn)：特點(diǎn)：指令系統(tǒng)只含簡(jiǎn)單而常用的指令，指令長(zhǎng)度短，并且每條指令的長(zhǎng)度指令系統(tǒng)只含簡(jiǎn)單而常用的指令，指令長(zhǎng)度短，并且

45、每條指令的長(zhǎng)度相同；相同；采用流水線機(jī)制來(lái)執(zhí)行指令，流水線機(jī)制是一種指令級(jí)并行處理方式，采用流水線機(jī)制來(lái)執(zhí)行指令，流水線機(jī)制是一種指令級(jí)并行處理方式，在同樣的時(shí)間段可以比非流水線機(jī)制下執(zhí)行更多的指令。在同樣的時(shí)間段可以比非流水線機(jī)制下執(zhí)行更多的指令。大多數(shù)指令利用內(nèi)部寄存器來(lái)執(zhí)行，所以，只需要一個(gè)時(shí)鐘周期。提大多數(shù)指令利用內(nèi)部寄存器來(lái)執(zhí)行，所以，只需要一個(gè)時(shí)鐘周期。提高了指令的執(zhí)行速度，減少了對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)，使內(nèi)存的管理簡(jiǎn)化。高了指令的執(zhí)行速度，減少了對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)，使內(nèi)存的管理簡(jiǎn)化。 PentiumPentium的大多數(shù)指令是簡(jiǎn)化指令，但仍然保留了一部分復(fù)雜指令，的大多數(shù)指令是簡(jiǎn)化指令，但仍然保

46、留了一部分復(fù)雜指令，而對(duì)這部分指令采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以，而對(duì)這部分指令采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以，PentiumPentium吸取了兩者之長(zhǎng)。吸取了兩者之長(zhǎng)。 采用采用CISC技術(shù)的技術(shù)的CPU特點(diǎn)：特點(diǎn)：n指令系統(tǒng)中包含很多指令，既有常用指令，又有用得較少的復(fù)雜指令，指令系統(tǒng)中包含很多指令，既有常用指令，又有用得較少的復(fù)雜指令，復(fù)雜指令實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的功能，但指令碼長(zhǎng)，這使微處理器的譯碼部件復(fù)雜指令實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的功能，但指令碼長(zhǎng)，這使微處理器的譯碼部件負(fù)擔(dān)加重，速度減慢；負(fù)擔(dān)加重，速度減慢；n訪問(wèn)內(nèi)存是使用多種尋址方式；訪問(wèn)內(nèi)存是使用多種尋址方式；n多采用微程序機(jī)制，在多采用微程序機(jī)制，在ROMROM中

47、存放了眾多的微程序。中存放了眾多的微程序。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 超標(biāo)量流水線技術(shù)超標(biāo)量流水線技術(shù) 所謂超標(biāo)量，就是一個(gè)處理器中有多條流水線。所謂超標(biāo)量，就是一個(gè)處理器中有多條流水線。在在PentiumPentium中，采用中，采用U U和和V V兩條流水線兩條流水線，每條流水線均含有獨(dú)立的，每條流水線均含有獨(dú)立的ALUALU地址生成電路和連接數(shù)據(jù)高速緩存地址生成電路和連接數(shù)據(jù)高速緩存CacheCache的接口，由此可通過(guò)各自的接口，由此可通過(guò)各自的接口對(duì)高速緩存存取數(shù)據(jù)，這稱(chēng)為高速緩存的接口對(duì)高速緩存存取數(shù)據(jù)，這稱(chēng)為高速緩存雙端接口雙端接口。雙端接口。雙端接口使使PentiumPenti

48、um具有更高的速度。具有更高的速度。超標(biāo)量流水線機(jī)制使得超標(biāo)量流水線機(jī)制使得PentiumPentium能夠?qū)?yīng)一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行兩條整能夠?qū)?yīng)一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行兩條整數(shù)運(yùn)算指令，比相同頻率的前一代數(shù)運(yùn)算指令，比相同頻率的前一代CPUCPU實(shí)際速度提高一倍。實(shí)際速度提高一倍。分支預(yù)測(cè)技術(shù)分支預(yù)測(cè)技術(shù) n分支預(yù)測(cè)技術(shù)能預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移是否發(fā)生，以確定以后執(zhí)行哪一段程序。分支預(yù)測(cè)技術(shù)能預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移是否發(fā)生，以確定以后執(zhí)行哪一段程序。nPentiumPentium用分支目標(biāo)緩沖器（用分支目標(biāo)緩沖器（branch target branch target bufferbuffer，BTBBTB）執(zhí)行預(yù)執(zhí)行預(yù)測(cè)功能測(cè)功

49、能 。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) （2）Pentium的技術(shù)特點(diǎn)的技術(shù)特點(diǎn) 除了采用除了采用CISC和和RISC相結(jié)合的技術(shù)、超標(biāo)量流水線相結(jié)合的技術(shù)、超標(biāo)量流水線技術(shù)和分支預(yù)測(cè)技術(shù)外，技術(shù)和分支預(yù)測(cè)技術(shù)外，Pentium還有以下特點(diǎn)：還有以下特點(diǎn)： 外部采用外部采用6464位總線，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸率位總線，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸率 設(shè)置了相互獨(dú)立的片內(nèi)指令高速緩存和數(shù)據(jù)高速緩存。設(shè)置了相互獨(dú)立的片內(nèi)指令高速緩存和數(shù)據(jù)高速緩存。 對(duì)對(duì)ADDADD、MULMUL、INCINC、DECDEC、PUSHPUSH、POPPOP、JMPJMP、CALLCALL和和LOADLOAD等常用指令采用硬件（組

50、合邏輯）來(lái)實(shí)現(xiàn)，使這些常用等常用指令采用硬件（組合邏輯）來(lái)實(shí)現(xiàn)，使這些常用指令的執(zhí)行速度大大提高。指令的執(zhí)行速度大大提高。 在實(shí)地址方式、保護(hù)方式和虛擬在實(shí)地址方式、保護(hù)方式和虛擬80868086方式基礎(chǔ)上增加了方式基礎(chǔ)上增加了系統(tǒng)管理方式（系統(tǒng)管理方式（system manage mode,SMMsystem manage mode,SMM） 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 2. Pentium的原理結(jié)構(gòu)的原理結(jié)構(gòu) （1 1）PentiumPentium的主要部件的主要部件 PentiumPentium內(nèi)部主要部件包括：內(nèi)部主要部件包括：總線接口部件總線接口部件U U流水線和流水線和V V流水線流

51、水線指令高速緩存指令高速緩存數(shù)據(jù)高速緩存數(shù)據(jù)高速緩存指令預(yù)取部件指令預(yù)取部件指令譯碼部件指令譯碼部件浮點(diǎn)處理部件浮點(diǎn)處理部件FPUFPU分支目標(biāo)緩沖器分支目標(biāo)緩沖器BTBBTB控制控制ROMROM寄存器組。寄存器組。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) （2 2）原理結(jié)構(gòu)）原理結(jié)構(gòu) 總線接口部件實(shí)現(xiàn)總線接口部件實(shí)現(xiàn)CPUCPU于系統(tǒng)總線的連接，包括于系統(tǒng)總線的連接，包括6464位數(shù)據(jù)線、位數(shù)據(jù)線、3232位位地址線和若干控制信號(hào)線，以此實(shí)現(xiàn)相互間的信號(hào)交流，并產(chǎn)生地址線和若干控制信號(hào)線，以此實(shí)現(xiàn)相互間的信號(hào)交流，并產(chǎn)生相應(yīng)的總線周期信號(hào)。相應(yīng)的總線周期信號(hào)。 兩條流水線兩條流水線U和和V。U流水線可執(zhí)行

52、所有的整數(shù)運(yùn)算指令，流水線可執(zhí)行所有的整數(shù)運(yùn)算指令，V流水線流水線只能執(zhí)行簡(jiǎn)單的整數(shù)運(yùn)算指令和數(shù)據(jù)交換指令。每條流水線有五只能執(zhí)行簡(jiǎn)單的整數(shù)運(yùn)算指令和數(shù)據(jù)交換指令。每條流水線有五級(jí)功能：取指、譯碼、生成地址、執(zhí)行指令和回寫(xiě)。級(jí)功能：取指、譯碼、生成地址、執(zhí)行指令和回寫(xiě)。 、指令高速緩存和數(shù)據(jù)高速緩存兩者分開(kāi)，從而減少了指令預(yù)、指令高速緩存和數(shù)據(jù)高速緩存兩者分開(kāi)，從而減少了指令預(yù)取和數(shù)據(jù)操作之間可能發(fā)生的沖突，并可提高命中率。取和數(shù)據(jù)操作之間可能發(fā)生的沖突，并可提高命中率。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 指令預(yù)取部件：每次取兩條指令，若為簡(jiǎn)單指令，且后一條指令不依指令預(yù)取部件：每次取兩條指令，若為簡(jiǎn)

53、單指令，且后一條指令不依賴(lài)于前一條指令的執(zhí)行結(jié)果，則指令預(yù)取部件便將兩條指令分別送到賴(lài)于前一條指令的執(zhí)行結(jié)果，則指令預(yù)取部件便將兩條指令分別送到U流水線和流水線和V流水線獨(dú)立執(zhí)行。流水線獨(dú)立執(zhí)行。 指令譯碼器：負(fù)責(zé)對(duì)指令進(jìn)行譯碼。指令譯碼器：負(fù)責(zé)對(duì)指令進(jìn)行譯碼。增強(qiáng)型浮點(diǎn)處理部件（增強(qiáng)型浮點(diǎn)處理部件（FPU）：在：在FPU中，采用快速硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)中，采用快速硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)加、乘、除運(yùn)算，使浮點(diǎn)運(yùn)算速度大為提高。加、乘、除運(yùn)算，使浮點(diǎn)運(yùn)算速度大為提高?？刂瓶刂芌OM：含有：含有Pentium的微代碼，控制部件直接控制流水線。的微代碼，控制部件直接控制流水線。分支目標(biāo)緩沖器分支目標(biāo)緩沖器BTB：

54、在遇到分支轉(zhuǎn)移指令時(shí)用來(lái)預(yù)測(cè)是否發(fā)生轉(zhuǎn)移。在遇到分支轉(zhuǎn)移指令時(shí)用來(lái)預(yù)測(cè)是否發(fā)生轉(zhuǎn)移。寄存器組：協(xié)助執(zhí)行部件工作。寄存器組：協(xié)助執(zhí)行部件工作。第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 3. Pentium的寄存器的寄存器 PentiumPentium處理器配備的寄存器可分為如下幾類(lèi)：處理器配備的寄存器可分為如下幾類(lèi)：（1 1）基本寄存器組：）基本寄存器組：包含通用寄存器、指令指針寄存器、標(biāo)志寄存器、包含通用寄存器、指令指針寄存器、標(biāo)志寄存器、段寄存器。段寄存器。（2 2）系統(tǒng)級(jí)寄存器組：）系統(tǒng)級(jí)寄存器組：包含系統(tǒng)地址寄存器、包含系統(tǒng)地址寄存器、PentiumPentium控制控制寄存器。寄存器。（3 3）調(diào)試寄

55、存器組：）調(diào)試寄存器組：比如調(diào)試寄存器比如調(diào)試寄存器DRDR0 0DRDR3 3。 （4 4）浮點(diǎn)寄存器組）浮點(diǎn)寄存器組 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 1996年底推出年底推出 集成了集成了450萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管 采用了采用了MMX（多媒體擴(kuò)展指令系統(tǒng)多媒體擴(kuò)展指令系統(tǒng) ）技術(shù)技術(shù) 指令指令CacheCache和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)CacheCache都由原來(lái)的都由原來(lái)的8 8KBKB擴(kuò)展到擴(kuò)展到1616KBKB。 仍仍屬屬P5架構(gòu)架構(gòu) 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 1 14.2.24.2.2Pentium MMXPentium MMX 1996年推出年推出 與后來(lái)推出的與后來(lái)推出的PentiumPenti

56、um 和和Pentium Pentium 同屬于同屬于P6P6架構(gòu)架構(gòu) 集成了集成了550萬(wàn)只晶體管萬(wàn)只晶體管 內(nèi)部核心頻率為內(nèi)部核心頻率為133MHz . 片內(nèi)片內(nèi)Cache規(guī)模大小為規(guī)模大小為16KB，其中指令其中指令Cache為為8KB，數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)Cache為為8KB。 片內(nèi)包括一個(gè)大小片內(nèi)包括一個(gè)大小256KB的二級(jí)的二級(jí)Cache芯片芯片 也采用了也采用了RISC技術(shù)技術(shù) 是超級(jí)流水線型的，它的流水線深度比是超級(jí)流水線型的，它的流水線深度比Pentium基本型更深基本型更深 采用采用亂序執(zhí)行操作方式來(lái)完成超級(jí)流水線的操作過(guò)程亂序執(zhí)行操作方式來(lái)完成超級(jí)流水線的操作過(guò)程 。第14章 高檔微

57、型計(jì)算機(jī) 12.2.312.2.3Pentium ProPentium Pro 12.2.4 12.2.4Pentium Pentium 1997年推出年推出 集成了集成了750萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管 最高頻率達(dá)最高頻率達(dá)500500MHz MHz 不但支持多媒體指令集不但支持多媒體指令集MMXMMX，而且除了而且除了1616KBKB的一級(jí)指的一級(jí)指令高速緩存和令高速緩存和1616KBKB的數(shù)據(jù)高速緩存外，還含有的數(shù)據(jù)高速緩存外，還含有512512KBKB的內(nèi)部二級(jí)高速緩存的內(nèi)部二級(jí)高速緩存 用一塊印刷電路板使用一塊印刷電路板使CPUCPU和二級(jí)高速緩存裝在一起，和二級(jí)高速緩存裝在一起，再用外殼

58、封裝再用外殼封裝 增加了由多分支預(yù)測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)和推測(cè)增加了由多分支預(yù)測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)和推測(cè)執(zhí)行技術(shù)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)執(zhí)行機(jī)制。執(zhí)行技術(shù)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)執(zhí)行機(jī)制。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 12.2.4 12.2.4Pentium Pentium 1999年年2月推出月推出 內(nèi)部核心集成了內(nèi)部核心集成了950萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管 時(shí)鐘頻率可達(dá)時(shí)鐘頻率可達(dá)800MHz 二級(jí)高速緩存為二級(jí)高速緩存為 512KB 最大尋址空間達(dá)最大尋址空間達(dá)64GB 增加了增加了71條互聯(lián)網(wǎng)流式單指令多設(shè)計(jì)的指令集條互聯(lián)網(wǎng)流式單指令多設(shè)計(jì)的指令集（streaming SIMD(single-in

59、struction multiple-data)extension,SSE）。）。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 12.2.4 12.2.4Pentium Pentium 2001年年推出推出 內(nèi)部含有內(nèi)部含有4200萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管 主頻高達(dá)主頻高達(dá)3.6GHz 采用一系列新技術(shù)面向網(wǎng)絡(luò)功能和圖像功能，具體如下：采用一系列新技術(shù)面向網(wǎng)絡(luò)功能和圖像功能，具體如下： 超長(zhǎng)流水線技術(shù)。超長(zhǎng)流水線技術(shù)。 跟蹤性指令高速緩存技術(shù)。跟蹤性指令高速緩存技術(shù)。 采用雙沿指令快速執(zhí)行機(jī)制。采用雙沿指令快速執(zhí)行機(jī)制。 能執(zhí)行能執(zhí)行SSE2指令集。指令集。 第14章 高檔微型計(jì)算機(jī) 14.3 14.3 IA-64

60、IA-64體系架構(gòu)體系架構(gòu) IAIA是是 “IntelIntel體系體系/ / Intel ArchitectureIntel Architecture”的縮寫(xiě)的縮寫(xiě) 人們將人們將Intel Intel 生產(chǎn)的生產(chǎn)的CPUCPU統(tǒng)稱(chēng)為統(tǒng)稱(chēng)為IntelIntel體系（體系（IAIA）CPUCPU。 從從8038680386開(kāi)始，桌面開(kāi)始，桌面PCPC使用的使用的CPUCPU，包含目前的包含目前的Pentium 處理器都是處理器都是32位架構(gòu)的位架構(gòu)的CPU，所以都被列所以都被列為為IA- -32。 IntelIntel最新一代的最新一代的ItaniumItanium處理器處理器“安騰安騰”，是，