的最新技术发展ppt课件

1、计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 第第1010章章 80X8680X86的最新技术开展的最新技术开展 Intel80X86处置器的开展处置器的开展Intel8080 8位微处置器位微处置器Intel8085 高档高档8位微处置器位微处置器指令比较完善，有了中断与指令比较完善，有了中断与DMA汇编、汇编、BASIC，FORTRAN、PL/M 后期配备后期配备CP/M操作系统操作系统 Intel8086 16位位8086数据总线数据总线16位、地址总线位、地址总线20位位Intel8088 准准16位位外部数据总

2、线外部数据总线8位，内部数据总线位，内部数据总线16位位IBM PC、IBM PC/XTIntel80286、MC68010 高档高档16位位数据总线数据总线16位，地址总线位，地址总线24位位IBM PC/AT实地址方式、虚地址维护方式实地址方式、虚地址维护方式虚地址方式可寻址虚地址方式可寻址16MB物理地址和物理地址和1GB的虚拟地址空间的虚拟地址空间计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 Intel80X86Intel80X86处置器的开展处置器的开展1 1Intel80386 32位微处置器位微处置器数据总

3、线数据总线32位，地址总线位，地址总线32位位实地址方式、虚地址维护方式、虚拟实地址方式、虚地址维护方式、虚拟8086方方式式虚地址方式可寻址虚地址方式可寻址4GB(232)物理地址和物理地址和64TB(246)的虚拟地址空间的虚拟地址空间Intel80486 32位微处置器位微处置器80386+80387+8KB的的Cache部分采用部分采用RISC技术、突发总线技术技术、突发总线技术运用时钟倍频技术运用时钟倍频技术Pentium奔腾奔腾 32位微处置器位微处置器5级超标量构造、分支预测技术级超标量构造、分支预测技术64条数据线、条数据线、32条地址线条地址线常用指令硬件化，运用微程序设计常

4、用指令硬件化，运用微程序设计Pentium MMX多能奔腾多能奔腾 32位位添加了添加了57条条MMX指令指令采用了采用了SIMD技术技术 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 Intel80X86Intel80X86处置器的开展处置器的开展2 2Pentium Pro高能奔腾高能奔腾 32位位64条数据线、条数据线、36条地址线条地址线实现了动态执行技术实现了动态执行技术(乱序执行乱序执行) Pentium II奔腾奔腾2 32位微处置器位微处置器Pentium Pro + MMX双独立总线构造双独立总线构造P

5、entium III奔腾奔腾3 32位微处置器位微处置器添加了添加了70条条SSE指令指令初次内置序列号初次内置序列号 Pentium 4 32位微处置器位微处置器(非非P6中心构造中心构造)超级管道技术超级管道技术添加了添加了144条条SSE2指令指令简单简单ALU运转在运转在2倍的处置器中心频率下倍的处置器中心频率下Itanium 64位微处置器位微处置器采用采用EPIC技术、技术、RISC技术和技术和CISC技术技术具有显示并行功能具有显示并行功能具有断定执行功能具有断定执行功能具有数据预装的功能具有数据预装的功能采用三级高速缓存采用三级高速缓存 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院

6、COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 Intel Intel 微处置器开展图微处置器开展图计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 现代微机开展的特点现代微机开展的特点微处置器性能不断加强微处置器性能不断加强微处置器支持芯片被高度集成微处置器支持芯片被高度集成主板总线构造发生改动主板总线构造发生改动 坚持向上兼容性坚持向上兼容性 微机主板构造发生很大变化微机主板构造发生很大变化计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOG

7、Y吉林大学吉林大学 10.1 8028610.1 80286的体系构造的体系构造 IntelIntel公司在公司在8080年代初推出了新的微处置器年代初推出了新的微处置器Intel Intel 8028680286，这是一种具有存储器管理和维护机构的，这是一种具有存储器管理和维护机构的1616位微处位微处置器。置器。8028680286芯片采用芯片采用6868引脚四列直插式封装，时钟频率有引脚四列直插式封装，时钟频率有8MHz8MHz和和10MHz10MHz两种。两种。主要特点：主要特点：1 1CPUCPU内部有内部有4 4个处置单元，可并行任务个处置单元，可并行任务2 2支持存储器管理和维护

8、功能，存储器管理支持存储器管理和维护功能，存储器管理功能可实如今实地址和维护虚地址方式下访问存储器，维功能可实如今实地址和维护虚地址方式下访问存储器，维护功能包括对存储器的合法操作，对义务虚现特权级维护。护功能包括对存储器的合法操作，对义务虚现特权级维护。3 3实现虚拟存储管理实现虚拟存储管理 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 8028680286的内部构造的内部构造 8028680286在内部构造上比在内部构造上比80868086添加了指令执行部件添加了指令执行部件(IU)(IU)，同，同时将时将80868

9、086中的总线接口部件分成总线部件中的总线接口部件分成总线部件(BU)(BU)、地址部件、地址部件(AU)(AU)。这样，这样，8028680286的的CPUCPU有四个独立的处置元件：有四个独立的处置元件：EUEU、AUAU、BUBU、IUIU，这四个部件并行地操作。，这四个部件并行地操作。 地址单元 AU 总线单元 BU 地址加法器 地址驱动器 A23-0, BHE, M/IO 段基址 预取器 协处理器接口 段大小 总线控制 总线信号 偏移量加法器 段限检查 总线缓冲器 D15-0 6 字节预取队列 寄存器 ALU 指令译码器 控制器 3 条已被译码的指令队列 执行单元 EU 指令单元 I

10、U 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 8028680286存放器组存放器组 8028680286具有具有1515个个1616位的存放器组，可以分成三组：通用存放器、位的存放器组，可以分成三组：通用存放器、段存放器、形状和控制存放器。其中通用存放器和段存放器与段存放器、形状和控制存放器。其中通用存放器和段存放器与80868086完全一样，而形状和控制存放器中有完全一样，而形状和控制存放器中有3 3个公用存放器，用来个公用存放器，用来记录或控制记录或控制8028680286的某些形状，包括形状标志存放器的某些形状

11、，包括形状标志存放器(F)(F)、指令指、指令指示器示器(IP)(IP)、机器形状字存放器、机器形状字存放器(MSW)(MSW)。1 1指令指示器指令指示器IPIP。这个。这个1616位的存放器用来指出下一条要执行位的存放器用来指出下一条要执行的指令偏移地址。的指令偏移地址。2 2形状标志存放器形状标志存放器F F。F F存放器用来记录算术或逻辑运算类指存放器用来记录算术或逻辑运算类指令操作结果的性质，在进展令操作结果的性质，在进展I/OI/O操作时，操作时，I/OI/O所在的特权级，也由所在的特权级，也由F F存放器来记录。存放器来记录。I/OI/O特权标志特权标志IOPL(IOPL(第第1

12、212、1313位位) )：用来指定：用来指定I/OI/O操作时处于操作时处于0 03 3特特权级中的哪一级。权级中的哪一级。嵌套义务标志嵌套义务标志NT(NT(第第1414位位) )：用来表示当前执行的义务能否嵌套在：用来表示当前执行的义务能否嵌套在另一个义务内。当另一个义务内。当NT=1NT=1时，表示当前义务被嵌套于另一个义务中，时，表示当前义务被嵌套于另一个义务中，执行完该义务后，要前往到原来的义务中去。执行完该义务后，要前往到原来的义务中去。3 3机器形状字存放器机器形状字存放器MSWMSW。MSWMSW用来表示当前处置器所处的形用来表示当前处置器所处的形状，目前只运用了它的低状，目

13、前只运用了它的低4 4位，其中一位用来使位，其中一位用来使CPUCPU进入虚地址维进入虚地址维护方式，其他三位那么起控制协处置器接口作用，其中，护方式，其他三位那么起控制协处置器接口作用，其中，PEPE为维为维护方式允许位，用来启动微处置器任务方式，当护方式允许位，用来启动微处置器任务方式，当PE=0PE=0，为实地址，为实地址方式，方式，PE=1PE=1，为虚地址方式。，为虚地址方式。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 机器形状存放器机器形状存放器MSWMSW功能表功能表 当执行当执行RESETRESET后

14、，后，MSWMSW被自动置成被自动置成FFF0HFFF0H，即将，即将8028680286置成实置成实地址方式。用地址方式。用LMSWLMSW和和SMSWSMSW指令可在实地址方式装入和存储指令可在实地址方式装入和存储机器形状字存储器的内容。机器形状字存储器的内容。 表3.1.1 机器状态寄存器功能表 位 名称 功能 0 PE 保护方式允许，把80286置于保护方式，并且除RESET外，不能被消除。 1 MP 监督协处理器：允许WAIT指令引起“协处理器不存在异常。” 2 EM 仿真协处理器： 当ESC指令允许仿真一个协处理器时， 将引起 “协处理器不存在异常” 。 3 TS 任务转换：表示下

15、一条若使用协处理器指令时，将会引起异常，允许用软件测试当前协处理器处理的上、下文是否属于当前任务。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 8028680286的实地址与虚地址维护方式的实地址与虚地址维护方式 1. 808261. 80826的实地址方式的实地址方式8082680826的实地址方式与的实地址方式与80868086任务方式根任务方式根本一样。为了和本一样。为了和80868086兼容，兼容，8082680826的的2424根地址线中只需低根地址线中只需低2020位位A19A19A0A0有用，因此，在实地

16、址方式可寻址空间为有用，因此，在实地址方式可寻址空间为1MB1MB。在实地址。在实地址方式中，方式中，8082680826保管了两个固定的存储区域。在存储器高端保管了两个固定的存储区域。在存储器高端0FFFF0H0FFFF0H0FFFFFH0FFFFFH保管的是系统初始化区。在存储器低端保管的是系统初始化区。在存储器低端000000H000000H0003FFH0003FFH，存放的是中断矢量表。，存放的是中断矢量表。2. 808262. 80826虚地址维护方式虚地址维护方式8082680826在实地址方式下操作只相当于在实地址方式下操作只相当于一个快速的一个快速的80868086，而在虚地

17、址维护方式下操作才干充分发扬，而在虚地址维护方式下操作才干充分发扬8028680286的作用。的作用。在虚地址维护方式中，在虚地址维护方式中，8082680826用实地址方式的功能和存储器管理、用实地址方式的功能和存储器管理、对虚拟存储器的支持以及对地址空间的维护合为一体，从而使对虚拟存储器的支持以及对地址空间的维护合为一体，从而使8082680826能可靠地支持多用户系统。在虚地址维护方式中，能可靠地支持多用户系统。在虚地址维护方式中，8082680826的的2424根地址线根地址线A23A23A0A0全被用上，因此，可直接寻址的地址空间范全被用上，因此，可直接寻址的地址空间范围为围为16M

18、B16MB。8082680826经过集成在片内的维护机构，能给每个义务提经过集成在片内的维护机构，能给每个义务提供最大可达供最大可达1000MB1000MB的虚拟存储空间。的虚拟存储空间。虚拟地址维护方式的物理存储器也是由两部分组成的，即段基地虚拟地址维护方式的物理存储器也是由两部分组成的，即段基地址和段内偏移量。段基地址是址和段内偏移量。段基地址是2424位的，将段基地址和相应特征集位的，将段基地址和相应特征集合在一同构成一张表合在一同构成一张表描画符表，存放在存储器的某一区域。描画符表，存放在存储器的某一区域。于是，在虚地址维护方式下各段存放器的内容，不再是段基地址于是，在虚地址维护方式下

19、各段存放器的内容，不再是段基地址而是一个参数，用这个参数从描画符表中取出相应的描画符，就而是一个参数，用这个参数从描画符表中取出相应的描画符，就找到了段基地址，与找到了段基地址，与1616位偏移量相加构成了所要寻址单元的物理位偏移量相加构成了所要寻址单元的物理地址。地址。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 10.2 8038610.2 80386的体系构造的体系构造 IntelIntel公司于公司于19841984年底推出高性能的年底推出高性能的3232位微处置位微处置器器Intel 80386Intel 8

20、0386，它是，它是8082680826的扩展，从而构的扩展，从而构成由成由80868086、8018680186、8028680286、8038680386组成的完好的组成的完好的8686系列。系列。 8038680386的最大特点是在的最大特点是在CPUCPU芯片上集成了一个存储芯片上集成了一个存储器管理部件器管理部件(MMU)(MMU)，可对，可对246246的虚拟存储空间和的虚拟存储空间和4 4千兆字节千兆字节(232)(232)的物理存储空间进展分段和分页的物理存储空间进展分段和分页管理，段的最大空间为管理，段的最大空间为4 4千兆字节。千兆字节。 8038680386的时钟频率有的

21、时钟频率有16MHz16MHz和和20MHz20MHz两种，每秒钟两种，每秒钟可继续执行三四百万条指令，性能为可继续执行三四百万条指令，性能为8028680286的三的三倍，已超越许多超级小型机的速度。倍，已超越许多超级小型机的速度。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 8038680386的内部构造的内部构造 8038680386逻辑上由六个功能部件组成：总线接口部件、代码预取部逻辑上由六个功能部件组成：总线接口部件、代码预取部件、指令译码部件、存储器管理部件、执行部件及控制部件。这件、指令译码部件、存储器管

22、理部件、执行部件及控制部件。这六个功能部件采用流水线构造，这样可以同时处置多条指令，以六个功能部件采用流水线构造，这样可以同时处置多条指令，以减少程序实践执行时间。减少程序实践执行时间。总线接口部件完成在总线周期内对必要的信号线进展控制。在其总线接口部件完成在总线周期内对必要的信号线进展控制。在其他五个部件没有传送要求时，总线接口部件那么执行从存储器预他五个部件没有传送要求时，总线接口部件那么执行从存储器预取指令的任务。取指令的任务。代码预取部件从存储器中以代码预取部件从存储器中以4 4个字节为单位预先取出指令，存放个字节为单位预先取出指令，存放在在1616个字节的指令预取队列中。个字节的指令

23、预取队列中。指令译码部件从代码预取部件中的预取队列里按顺序取出指令并指令译码部件从代码预取部件中的预取队列里按顺序取出指令并译码。译码。执行部件与别的部件协同完成指令的功能。执行部件与别的部件协同完成指令的功能。存储器管理部件由分段部件和分页部件构成，分段部件将逻辑地存储器管理部件由分段部件和分页部件构成，分段部件将逻辑地址转换为线性地址，芯片上有一个段描画符高速缓冲存放器，其址转换为线性地址，芯片上有一个段描画符高速缓冲存放器，其中存有当前段的段描画符，它可加快这种转换。分页部件将线性中存有当前段的段描画符，它可加快这种转换。分页部件将线性地址转换为物理地址，在芯片中还有页描画符高速缓冲存放

24、器。地址转换为物理地址，在芯片中还有页描画符高速缓冲存放器。它存放着页描画符。分页部件把物理总线地址接到总线接口部件，它存放着页描画符。分页部件把物理总线地址接到总线接口部件，以执行存储器访问或以执行存储器访问或I/OI/O访问。访问。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 8038680386的内部构造框图的内部构造框图3输入 加法器描画符存放器界限和属 性 PLA 加法器页 面超高速缓 存控制和保 持 PLA 恳求特权 地 址 驱动器 流水线/ 总线宽度 控制器 多 路 收发器 维护检 测部件 移位地址 加法

25、器 乘 / 除 存放器堆 译码和 定序 控制 ROM 指令译码 已译码 队 列 预取器 界限 检测器 16B指令 队列 32 32 分段部件 分页部件 总线控制 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 8038680386存放器组存放器组1 1 1 1通用存放器通用存放器8038680386有八个有八个3232位的通用存放器：位的通用存放器：EAXEAX、EBXEBX、ECXECX、EDXEDX、ESPESP、EBPEBP、ESIESI、EDIEDI。为了与。为了与80868086系列微处置器兼容，系列微处置器兼容

26、，各存放器的低各存放器的低1616位部分可作为位部分可作为1616位寄器存器运用，这时分别指定位寄器存器运用，这时分别指定为为AXAX、BXBX、CXCX、DXDX、SPSP、BPBP、SISI和和DIDI。前四个寄器的低。前四个寄器的低1616位又可位又可分作高分作高8 8位和低位和低8 8位，作为位，作为8 8位寄器运用。位寄器运用。2 2段存放器段存放器8038680386有六个有六个1616位段存放器：位段存放器：CSCS、DSDS、SSSS、ESES、FSFS和和GSGS。其中。其中CSCS为代码段、为代码段、SSSS为堆栈段、其他为数据段。段存放为堆栈段、其他为数据段。段存放器主要

27、在实地址方式时存放段基地址，在维护方式时，它作为保器主要在实地址方式时存放段基地址，在维护方式时，它作为保管段描画符的选择器。管段描画符的选择器。3 3公用存放器公用存放器8038680386有两个有两个3232位公用存放器：指令指针位公用存放器：指令指针(EIP)(EIP)和标志存放器和标志存放器(EFLAGS)(EFLAGS)。EIPEIP的低的低1616位称为位称为IPIP，用于执行，用于执行80868086的指令。的指令。EFLAGSEFLAGS的低的低1616位和位和8028680286的形状标志存放器完全一样，新添加的的形状标志存放器完全一样，新添加的两个标志位在高两个标志位在高1

28、616位中。其中位中。其中VMVM用于控制方式转移，当用于控制方式转移，当VM=1VM=1时，时，从维护方式转换到虚拟从维护方式转换到虚拟80868086方式；当方式；当VM=0VM=0时，恢复维护方式。时，恢复维护方式。RFRF是恢复标志，当指令执行终了时，是恢复标志，当指令执行终了时，RF=0RF=0；执行过程中发生中断时，；执行过程中发生中断时，RF=1RF=1。因此，在页变换后需检查。因此，在页变换后需检查RFRF标志，假设标志，假设RF=1RF=1，那么再执行，那么再执行该指令；假设该指令；假设RF=0RF=0时，那么从下一条指令开场执行。时，那么从下一条指令开场执行。计算机科学与技

29、术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 8038680386存放器组存放器组2 24 4控制存放器控制存放器8038680386有四个有四个3232位的控制存放器：位的控制存放器：CR0CR0CR3CR3。CR0CR0是机器形状存放器，各位的含义如表是机器形状存放器，各位的含义如表3.2.13.2.1所示。所示。PGPG为分页允为分页允许位，指示能否运用分页。许位，指示能否运用分页。EFEF、EMEM、MPMP位控制了与协处置器的接位控制了与协处置器的接口，口，TSTS进展义务切换。进展义务切换。PGPG、PEPE组合后设置操作

30、方式，用来控制组合后设置操作方式，用来控制8038680386的任务方式。的任务方式。CR1CR1是是IntelIntel公司的保管存放器。公司的保管存放器。CR2CR2是页缺点线性地址存放器，保管最后发生页缺点的线性地址。是页缺点线性地址存放器，保管最后发生页缺点的线性地址。CR3CR3是页目录地址存放器，用来保管页表的基地址。是页目录地址存放器，用来保管页表的基地址。 5 5系统地址存放器系统地址存放器8038680386有四个系统地址存放器：有四个系统地址存放器：GDTRGDTR、IDTRIDTR、LDTRLDTR和和TRTR。GDTRGDTR为全局描画符表存放器，用来保管为全局描画符表

31、存放器，用来保管GDTGDT的的3232位线性基地址和位线性基地址和1616位界限值。位界限值。IDTRIDTR为中断描画符表存放器，用来保管为中断描画符表存放器，用来保管IDTIDT的的3232位位线性基地址和线性基地址和1616位界限值。位界限值。LDTRLDTR为部分描画符表存放器，用来保为部分描画符表存放器，用来保管管LDTLDT的的1616位选择器的值。位选择器的值。TRTR为义务形状存放器，用来保管为义务形状存放器，用来保管TSTS的的1616位选择器的值。这四个存放器在维护方式时都可运用，但在实位选择器的值。这四个存放器在维护方式时都可运用，但在实地址时只能访问地址时只能访问GD

32、TRGDTR和和IDTRIDTR。6 6调试存放器调试存放器8038680386有八个有八个3232位调试存放器位调试存放器DR0DR0DR7DR7，用于，用于调试功能。调试功能。DR0DR0DR3DR3设定四个断点线性地址。设定四个断点线性地址。DR6DR6是调试形状存是调试形状存放器，保管断点的当前形状，放器，保管断点的当前形状，DR7DR7是调试控制存放器，设置断点是调试控制存放器，设置断点并指示中断结果，并指示中断结果，DR4DR4和和DR5DR5保管，供保管，供IntelIntel公司运用。公司运用。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND

33、TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 8038680386任务方式任务方式三种任务方式三种任务方式1. 实地址方式实地址方式2. 维护虚地址方式维护虚地址方式3. 虚拟虚拟8086方式方式实地址方式与虚拟实地址方式与虚拟8086方式的区别方式的区别 任任务务模模式式 寻寻址址范范围围 内内存存管管理理方方式式 实实地地址址 单单任任务务，整整个个CPU 的的方方式式 整整个个系系统统 1M 分分段段 虚虚拟拟 8086 多多任任务务，一一个个任任务务的的方方式式 每每个个任任务务 1M 分分段段，分分页页 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TEC

34、HNOLOGY吉林大学吉林大学 10.3 8048610.3 80486的体系构造的体系构造 8048680486是是IntelIntel公司于公司于19891989年推出的年推出的3232位高档微处位高档微处置器，它在置器，它在8038680386的根底上作了一些改良。简单的根底上作了一些改良。简单地说，地说，8048680486芯片相当于一片芯片相当于一片8038680386加上一片加上一片80387(80387(数学协处置器数学协处置器) )，再加上，再加上8KB8KB的内片快速缓的内片快速缓存存(Cache)(Cache)。 8048680486完全拥有完全拥有8038680386的一

35、切功能，诸如页式存储的一切功能，诸如页式存储管理、段式存储管理、管理、段式存储管理、DEBUGDEBUG功能，自测试功能、功能，自测试功能、三种任务方式、多义务、流水线指令执行方式和三种任务方式、多义务、流水线指令执行方式和3232位整数算术逻辑运算，等等。位整数算术逻辑运算，等等。 8048680486完全和完全和8038680386兼容，目的码一级也兼容。在兼容，目的码一级也兼容。在软件上，软件上，8048680486实践上和实践上和8038680386一样，区别主要表一样，区别主要表如今底层硬件实现上的不同。如今底层硬件实现上的不同。8048680486可以用于高可以用于高档微机和任务站

36、，它的属性能使它在档微机和任务站，它的属性能使它在DOSDOS、OS/2OS/2、WindowsWindows和和UNIXUNIX系统上得到广泛的运用。系统上得到广泛的运用。计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 8048680486特点特点 1在Intel CPUIntel CPU的历史上初次采用了的历史上初次采用了RISCRISC技术，常用指技术，常用指令仅需一个时钟周期便可完成。令仅需一个时钟周期便可完成。2 28048680486采用了突发总线采用了突发总线(Burst Bus)(

37、Burst Bus)同同RAMRAM进展高速数据交换。进展高速数据交换。通常通常CPUCPU同同RAMRAM交换数据时，是获得一个地址，交换一个数据，再交换数据时，是获得一个地址，交换一个数据，再获得一个地址，交换一个数据，而采用突发总线后，每获得一个获得一个地址，交换一个数据，而采用突发总线后，每获得一个地址，那么这个地址及其后地址的数据都一同进展交换。地址，那么这个地址及其后地址的数据都一同进展交换。3 380486 CPU80486 CPU将数学协处置器和将数学协处置器和CacheCache及及CacheCache控制器一同集成控制器一同集成到片内，极大的提高了到片内，极大的提高了CPU

38、CPU的处置速度。的处置速度。随着随着CPUCPU任务时钟的提高，普通动态任务时钟的提高，普通动态RAMRAM芯片的存取速度相对较低，芯片的存取速度相对较低，不能跟上快速不能跟上快速CPUCPU的速度，致使的速度，致使CPUCPU出现等待形状。为此，在出现等待形状。为此，在8038680386系统中，采用在主机板上设置高速缓冲存贮器系统中，采用在主机板上设置高速缓冲存贮器(Cache RAM)(Cache RAM)的方法，是的方法，是CPUCPU在大多数情况下可以快速访问最近运用过的指令在大多数情况下可以快速访问最近运用过的指令和数据，实现零等待，从而大大提高系统的性能。和数据，实现零等待，从

39、而大大提高系统的性能。由于以上特点，在一样的时钟频率下，由于以上特点，在一样的时钟频率下，80486 CPU80486 CPU的的处置速度普处置速度普通比通比8038680386快快2 23 3倍。即使是时钟频率为倍。即使是时钟频率为25MHz25MHz的的486SX-25486SX-25，在运，在运转转Word Perfect 5.1Word Perfect 5.1、Page Maker4.0Page Maker4.0、Microsoft 6.0Microsoft 6.0和和Auto Auto CAD 11.0CAD 11.0等等8 8种典型运用程序时，其运转速度平均也是时钟频率种典型运用程

40、序时，其运转速度平均也是时钟频率为为40MHz40MHz的的386DX-40386DX-40的的1.221.22倍。倍。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 8048680486内部构造内部构造 2X32DB 桶式移位器存放器文件 ALU 分段部件 描画符 存放器 界限和属 性PLA 分 页 部 件 转换后援 缓冲器 超高速 缓存 8KB超高 速缓存 地址驱动器 写缓冲器4 X 80 数据总线收发器 总 线 控 制 请 求 定 序 器 突发总线控制 总线宽度控制 超高速换存控制 奇偶校验 生成和控制 浮 点 部

41、 件 浮点存放 器文件 控制和维护 测试部件 控 制 ROM 指令 译码 预取器 2 X 16B 指令队列 32AB 128 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 386/486386/486机的根本构造机的根本构造微处置器微处置器80386/80486总线控制器总线控制器Cache控控制器制器Cache主存主存80387(386微机微机)扩展总线扩展总线控制器控制器实时时钟实时时钟/日历日历 CMOS RAMISA总线总线CPU部分总线部分总线集成外围控集成外围控制器制器计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院

42、COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 10.4 Pentium10.4 Pentium的体系构造的体系构造 特点特点: :80 x8680 x86系列微处置器兼容系列微处置器兼容3232位地址总线、位地址总线、6464位数据总线位数据总线RISCRISC型超标量流水线型超标量流水线:U:U浮点运算流水线浮点运算流水线, ,五五级指令预取，指令译码，地址生成，执级指令预取，指令译码，地址生成，执行指令，回写行指令，回写,V,V定点运算流水线定点运算流水线 重新设计的高性能浮点运算器重新设计的高性能浮点运算器独立的指令独立的指令CacheCache和数据和

43、数据CacheCache加强的错误检测和报告功能加强的错误检测和报告功能分支指令预测分支指令预测常用的指令固化常用的指令固化: :指令指令 MOV INC DEC MOV INC DEC PUSH POP JMP CALL ADD NOPPUSH POP JMP CALL ADD NOP等固化等固化计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 PentiumPentium的构造特点的构造特点1 1RISCRISC型型CPUCPU采用超标量微构造实现，有两条指令流水线，采用超标量微构造实现，有两条指令流水线，即即UU流水线

44、和流水线和VV流水线。流水线。U U和和V V流水线都执行整数指令，流水线都执行整数指令，但只需但只需U U流水线执行浮点指令。流水线执行浮点指令。每条流水线在一个时钟内执行一条常用的指令，所以每条流水线在一个时钟内执行一条常用的指令，所以PentiumPentium在每个时钟可以执行两条指令，或在一个时钟内在每个时钟可以执行两条指令，或在一个时钟内执行一条浮点指令。执行一条浮点指令。PentiumPentium片上有两个独立的超高速缓存，即指令和数据超片上有两个独立的超高速缓存，即指令和数据超高速缓存。它们分别为高速缓存。它们分别为8KB8KB，是，是8048680486的两倍。的两倍。数据

45、超高速缓存有两个端口，分别用于两条流水线。它有数据超高速缓存有两个端口，分别用于两条流水线。它有一个公用的转换后援缓存器一个公用的转换后援缓存器TLBTLB，用来把线性地址转，用来把线性地址转换成数据超高速缓存用的物理地址。换成数据超高速缓存用的物理地址。指令超高速缓存，转移目的缓冲器和预取缓冲器担任将原指令超高速缓存，转移目的缓冲器和预取缓冲器担任将原始指令送入始指令送入PentiumPentium的执行部件。指令取自指令超高速缓的执行部件。指令取自指令超高速缓存或外部总线。存或外部总线。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY

46、吉林大学吉林大学 PentiumPentium的构造特点的构造特点2 2转移地址由转移目的缓冲器予以记录。转移地址由转移目的缓冲器予以记录。指令超高速缓存的指令超高速缓存的TLBTLB将线性地址转换成指令超高速缓存将线性地址转换成指令超高速缓存用的物理地址。用的物理地址。译码部件将预取的指令译码成译码部件将预取的指令译码成PentiumPentium可以执行的指令。可以执行的指令。控制控制ROMROM含有控制实现含有控制实现PentiumPentium体系构造必需执行的运算顺体系构造必需执行的运算顺序微代码，控制序微代码，控制ROMROM部件直接控制两条流水线。部件直接控制两条流水线。Pent

47、iumPentium为了支持共享主存的多处置器系统。还改动了片为了支持共享主存的多处置器系统。还改动了片上超高速缓存的主存改写方式。上超高速缓存的主存改写方式。8048680486采用通写方式，而采用通写方式，而PentiumPentium那么改用回写方式，抑制了访问总线的运用次数那么改用回写方式，抑制了访问总线的运用次数PentiumPentium还经过总线监测能否更新了与该超高速缓存一样还经过总线监测能否更新了与该超高速缓存一样的数据内容。假设在本身的超高速缓存中有同一主存地址的数据内容。假设在本身的超高速缓存中有同一主存地址的内容，那么使其无效，以坚持系统的一致性。的内容，那么使其无效，

48、以坚持系统的一致性。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 PentiumPentium微处置器内部构造微处置器内部构造分支目的分支目的缓冲器缓冲器 代码代码Cache 8KBTLB指令指令指针指针预取缓冲存储器预取缓冲存储器指令译码部件指令译码部件256位位总总 线线 接接 口口 部部 件件分页部件分页部件64位数位数据总线据总线 预取预取地址地址32位地位地址总线址总线控制控制控控 制制 部部 件件地址生成地址生成U流水线流水线地址生成地址生成V流水线流水线控制控制ROMALUU流水线流水线ALUV流水线流水

49、线整数存放器组整数存放器组桶形移位器桶形移位器数据数据 Cache 8KBTLB浮点部件浮点部件控制控制存放器组存放器组加法器加法器除法器除法器乘法器乘法器80位位80位位分支检测和目的地址分支检测和目的地址64位数位数据总线据总线32位地位地址总线址总线32位位32位位32位位32位位32位位32位位计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 5 5个部分：个部分：根本构造存放器：根本构造存放器：1616个，通用，指令、标志、段个，通用，指令、标志、段系统级存放器：系统级存放器： 9 9个，系统地址，控制个，系统地址

50、，控制调试存放器：调试存放器： 8 8个个模型公用存放器：模型公用存放器：2020个个浮点存放器：浮点存放器： 1818个个 PentiumPentium存放器存放器计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 1通用存放器：通用存放器：EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP、ESP 2公用存放器：公用存放器：EIP、EFLAGSEFLAGS：17个标志位，分三类：形状个标志位，分三类：形状9个，控制个，控制5个，系统个，系统3个个 PentiumPentium根本构造存放器根本构造存放器1

51、116位通用存放器位通用存放器高高16位扩展位扩展32位通用存放器位通用存放器16位的位的IP高高16位扩展位扩展32位指令指针存放器位指令指针存放器EIP嵌套标志嵌套标志 I/O特权位特权位恢复标志恢复标志虚拟虚拟8086方式方式 对齐检查对齐检查 虚拟中断位虚拟中断位 虚拟中断挂起位虚拟中断挂起位标识位标识位 这部分同这部分同8088OF3122 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0DF IF TF SF ZFAFCFPFIOPLNTRFVMACVIFVIPID保保 留留计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COM

52、PUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 PentiumPentium根本构造存放器根本构造存放器2 23. 3. 段存放器：段存放器：CSCS、DSDS、SSSS、ESES、FSFS、GSGS实地址方式下：段地址，段地址实地址方式下：段地址，段地址1616偏移量物理地址偏移量物理地址维护方式下：段选择符，即段描画符的索引值。维护方式下：段选择符，即段描画符的索引值。6464位段描画符存放器用户不可见。位段描画符存放器用户不可见。 段寄存器段寄存器 段描述符寄存器段描述符寄存器 15 0 段基址段基址 段长段长 属性属性 16 位位 CS 32 位位 20 位位

53、 12 位位 SS DS ES FS GS 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 PentiumPentium系统级存放器系统级存放器1 11 1系统地址存放器系统地址存放器 GDTGDT：全局描画符表，操作系统运用的段描画符和各项义务公：全局描画符表，操作系统运用的段描画符和各项义务公用的段描画符放在一同组成的表。整个系一致个。用的段描画符放在一同组成的表。整个系一致个。LDTLDT：部分描画符表，某项义务公用的一切的各种段描画符放：部分描画符表，某项义务公用的一切的各种段描画符放在一同组成的表。每个义务各有一

54、个。在一同组成的表。每个义务各有一个。IDTIDT：中断描画符表，一种特殊的表，它把每个中断向量与段：中断描画符表，一种特殊的表，它把每个中断向量与段描画符联络在一同，包含中断效力程序入口地址和特性。描画符联络在一同，包含中断效力程序入口地址和特性。整个系一致个。整个系一致个。TRTR：义务存放器，保管当前正在执行的义务的形状。：义务存放器，保管当前正在执行的义务的形状。 47 线性基地址线性基地址 16 15 段长段长 0 GDTR 32 位位 16 位位 IDTR 15 选择符选择符 0 63 基地址基地址 32 31 段长段长 12 11 属性属性 0 TR 16 位位 32 位位 20

55、 位位 12 位位 LDTR 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 PentiumPentium段描画符段描画符 段描画符：段描画符：8 8个字节，共个字节，共6464位位段基址：段基址：3232位位段长：段长：2020位位访问权属性：访问权属性：1212位位P P：存在位，：存在位，P P1 1该段在物理存储器中，该段在物理存储器中，P P0 0不存在不存在DPLDPL：本段特权级，：本段特权级，2 2位，编码位，编码00001111，共共4 4级，级，0 0最高最高S S：本段是代码段或数据段吗，：本段是代码

56、段或数据段吗，S S1 1本段是代码段或数据段的描画符，本段是代码段或数据段的描画符，S S0 0不是，而是系统描画符。不是，而是系统描画符。TYPETYPE：段描画符的类型，：段描画符的类型，3 3位，包括：位，包括：E E、EDED、W WE E1 1代码段描画符，代码段描画符，E E0 0数据段描画符数据段描画符EDED1 1数据段向下扩展，即偏移量应大于段长，数据段向下扩展，即偏移量应大于段长，EDED0 0数数据段向上扩展，即偏移量应小于、等于段长据段向上扩展，即偏移量应小于、等于段长W W1 1数据段允许写入，数据段允许写入，W W0 0数据段可读不可写数据段可读不可写A A：访问

57、标志，：访问标志， A A1 1该段被访问过，该段被访问过，A A0 0该段未被访问过该段未被访问过G G：段长单位，：段长单位， G G1 1该段的段长以页面为单位，该段的段长以页面为单位，G G0 0该段的段长以字节为单位该段的段长以字节为单位D D：本次寻址的操作数的位数只用于代码段，：本次寻址的操作数的位数只用于代码段，D D1 1默许值为默许值为1616位地址位地址及及1616位或位或8 8位数据，位数据，D D0 0默许值为默许值为3232位地址及位地址及3232位或位或8 8位数据位数据O O及及U U都为都为0 0，系统保管，与以后，系统保管，与以后CPUCPU兼容。兼容。 7

58、 段描述符 0 7 段基址 3124 6 G D O U 段长 1916 5 P DPL S TYPE A 4 段基址 2316 3 段基址 158 2 段基址 70 1 段长 158 0 段长 70 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 PentiumPentium描画符表构造描画符表构造 PentiumPentium以段为单位分配内存。以段为单位分配内存。描画符用于描画段的信息，由描画符用于描画段的信息，由8 8个字节组成。个字节组成。各个段的描画符作为一种数据构造，组合在一同，构成了各个段的描画符作为一种数

59、据构造，组合在一同，构成了描画符表。描画符表。描画符表的开场地址放在描画符表存放器中，该首地址加描画符表的开场地址放在描画符表存放器中，该首地址加上描画符表偏移量，就得到相应的描画符。上描画符表偏移量，就得到相应的描画符。 描描述述符符偏偏移移地地址址 =段段选选择择符符8 段段 物物理理存存储储器器 开开始始地地址址 段段长长 属属性性 描描述述符符 描描述述符符 描描述述符符 描描述述符符 8 字字节节 描描述述符符表表 开开始始地地址址 描描述述符符表表寄寄存存器器 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 P

60、entiumPentium系统级存放器系统级存放器2 22 2控制存放器控制存放器作用：保管全局性及其形状。作用：保管全局性及其形状。 31 7 6 5 4 3 2 1 0MCE0PSE DE TSDVMEPVI保管，缺省为全保管，缺省为全0C R431 12 11 4 3 0PWTPCD页目录基地址存放器页目录基地址存放器C R3页缺点线性地址存放器页缺点线性地址存放器C R231 0保保 留留C R1WP31 30 29 18 17 16 5 4 3 2 1 0NE ETPEMPNWCDPGC R031 0EMTSAM计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE