微处理器及其结构讲稿.ppt

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1、微处理器及其结构微处理器及其结构第一页，讲稿共二十五页哦2.3.1 802862.3.1 80286微处理器微处理器第二页，讲稿共二十五页哦1 1、地址线的增加，使内存容量提高到、地址线的增加，使内存容量提高到2 22424字节字节=16MB=16MB。2 2、8028680286可以使用虚拟内存。可以使用虚拟内存。3 3、8028680286可以同时运行多个任务，在可以同时运行多个任务，在8028680286的微机中，可使处理的微机中，可使处理器在各任务之间迅速方便地进行切换。器在各任务之间迅速方便地进行切换。4 4、时钟频率提高，、时钟频率提高，8028680286最大时钟频率高达最大时钟

2、频率高达20MHz20MHz，比，比5MHz5MHz的的80868086高高4 4倍。倍。5 5、比、比80868086多一种工作模式，多一种工作模式，80868086只有实模式，而只有实模式，而8028680286有实模有实模式和保护模式。式和保护模式。一、一、8028680286主要特点主要特点第三页，讲稿共二十五页哦二、二、8028680286功能模块功能模块第四页，讲稿共二十五页哦2.3.2 803862.3.2 80386微处理器微处理器第五页，讲稿共二十五页哦1 1 1 1、时钟频率提高、时钟频率提高、时钟频率提高、时钟频率提高 20MHz20MHz20MHz20MHz以上，远远高

3、于以上，远远高于以上，远远高于以上，远远高于80286802868028680286的时钟频率。的时钟频率。的时钟频率。的时钟频率。2 2 2 2、寻址能力增强、寻址能力增强、寻址能力增强、寻址能力增强 80386803868038680386提供了提供了提供了提供了32323232位地址总线，使得寻址能力由位地址总线，使得寻址能力由位地址总线，使得寻址能力由位地址总线，使得寻址能力由80286802868028680286的的的的 16MB16MB16MB16MB，提高，提高，提高，提高到到到到4096MB4096MB4096MB4096MB（2 2 2 232323232=4GB=4GB=

4、4GB=4GB）。）。）。）。3 3 3 3、增强内存管理、增强内存管理、增强内存管理、增强内存管理 从从从从80386803868038680386开始，除了分段管理外，还增加了内存分页开始，除了分段管理外，还增加了内存分页开始，除了分段管理外，还增加了内存分页开始，除了分段管理外，还增加了内存分页 (Memory(Memory(Memory(Memory Paging)Paging)Paging)Paging)的技术。的技术。的技术。的技术。4 4 4 4增加了虚拟增加了虚拟增加了虚拟增加了虚拟86868686工作方式工作方式工作方式工作方式 除了保持了除了保持了除了保持了除了保持了802

5、86802868028680286的实地址方式和保护方式外，的实地址方式和保护方式外，的实地址方式和保护方式外，的实地址方式和保护方式外，80386803868038680386还增加了还增加了还增加了还增加了一种叫做保护方式下的虚拟一种叫做保护方式下的虚拟一种叫做保护方式下的虚拟一种叫做保护方式下的虚拟8086808680868086方式（简称虚拟方式（简称虚拟方式（简称虚拟方式（简称虚拟8086808680868086或虚拟或虚拟或虚拟或虚拟86868686或或或或V86V86V86V86方式）。方式）。方式）。方式）。一、一、8038680386主要特点主要特点第六页，讲稿共二十五页哦二

6、、二、8038680386功能模块功能模块第七页，讲稿共二十五页哦四、四、8038680386寄存器结构寄存器结构第八页，讲稿共二十五页哦8038680386寄存器特点寄存器特点1.1.1.1.通用寄存器和标志寄存器都扩展到通用寄存器和标志寄存器都扩展到通用寄存器和标志寄存器都扩展到通用寄存器和标志寄存器都扩展到32323232位，在原位，在原位，在原位，在原16161616位基础上前面加位基础上前面加位基础上前面加位基础上前面加E E E E。数据寄存器可进行数据寄存器可进行数据寄存器可进行数据寄存器可进行8 8 8 8位、位、位、位、16161616位和位和位和位和32323232位操作。

7、位操作。位操作。位操作。2.2.2.2.段寄存器仍为段寄存器仍为段寄存器仍为段寄存器仍为16161616位，但增加两个数据段寄存器位，但增加两个数据段寄存器位，但增加两个数据段寄存器位，但增加两个数据段寄存器FSFSFSFS和和和和GSGSGSGS3.3.3.3.增加三个控制寄存器增加三个控制寄存器增加三个控制寄存器增加三个控制寄存器CR0CR0CR0CR0、CR2CR2CR2CR2和和和和CR3CR3CR3CR3（无（无（无（无CR1CR1CR1CR1）。）。）。）。4.4.4.4.系统地址寄存器与系统地址寄存器与系统地址寄存器与系统地址寄存器与80286802868028680286类似。

8、类似。类似。类似。第九页，讲稿共二十五页哦2.3.3 804862.3.3 80486微处理器微处理器第十页，讲稿共二十五页哦1.804861.804861.804861.80486可以模拟多个可以模拟多个可以模拟多个可以模拟多个80286802868028680286处理器处理器处理器处理器 80486804868048680486可以模拟多个可以模拟多个可以模拟多个可以模拟多个80286802868028680286微处理器来提供更多层次的微处理器来提供更多层次的微处理器来提供更多层次的微处理器来提供更多层次的 多任务多任务多任务多任务功能。功能。功能。功能。2.2.2.2.首次部分吸取首

9、次部分吸取首次部分吸取首次部分吸取RISCRISCRISCRISC技术技术技术技术 80486804868048680486在在在在IntelIntelIntelIntel的微处理器生产史上首次吸取了的微处理器生产史上首次吸取了的微处理器生产史上首次吸取了的微处理器生产史上首次吸取了RISCRISCRISCRISC技术，使技术，使技术，使技术，使80486804868048680486在一个时钟内完成一条简单指令的执行。在一个时钟内完成一条简单指令的执行。在一个时钟内完成一条简单指令的执行。在一个时钟内完成一条简单指令的执行。3.3.3.3.采用突发总线方式与内存交换采用突发总线方式与内存交换

10、采用突发总线方式与内存交换采用突发总线方式与内存交换 80486804868048680486采用了突发式总线的方式与内存进行高速数据交换，从采用了突发式总线的方式与内存进行高速数据交换，从采用了突发式总线的方式与内存进行高速数据交换，从采用了突发式总线的方式与内存进行高速数据交换，从而大大加快了微处理器与内存交换数据的速度。而大大加快了微处理器与内存交换数据的速度。而大大加快了微处理器与内存交换数据的速度。而大大加快了微处理器与内存交换数据的速度。4.4.4.4.集集集集CacheCacheCacheCache与与与与FPU(FPU(FPU(FPU(浮点单元浮点单元浮点单元浮点单元)与一体，

11、提高了微处理器处理速度与一体，提高了微处理器处理速度与一体，提高了微处理器处理速度与一体，提高了微处理器处理速度一、一、8048680486主要特点主要特点第十一页，讲稿共二十五页哦2.3.4 Pentium2.3.4 Pentium微处理器微处理器第十二页，讲稿共二十五页哦1.1.1.1.与与与与X86X86X86X86兼容兼容兼容兼容2.RISC2.RISC2.RISC2.RISC型超标量结构型超标量结构型超标量结构型超标量结构 即微处理器内具有多个指令单元，多条指令流水线。即微处理器内具有多个指令单元，多条指令流水线。即微处理器内具有多个指令单元，多条指令流水线。即微处理器内具有多个指令

12、单元，多条指令流水线。3.3.3.3.高性能浮点运算部件高性能浮点运算部件高性能浮点运算部件高性能浮点运算部件4.4.4.4.双重分离双重分离双重分离双重分离CacheCacheCacheCache5.5.5.5.增加错误检测与报告分析功能增加错误检测与报告分析功能增加错误检测与报告分析功能增加错误检测与报告分析功能6.646.646.646.64位外部数据总线位外部数据总线位外部数据总线位外部数据总线7.7.7.7.分支指令预测分支指令预测分支指令预测分支指令预测8.8.8.8.常用指令固化及微代码改进常用指令固化及微代码改进常用指令固化及微代码改进常用指令固化及微代码改进9.9.9.9.增

13、加系统管理方式增加系统管理方式增加系统管理方式增加系统管理方式一、一、Pentium Pentium 主要特点主要特点第十三页，讲稿共二十五页哦五、五、Pentium Pentium 地址方式地址方式1.1.1.1.所有处理器（包括所有处理器（包括所有处理器（包括所有处理器（包括Pentium)Pentium)Pentium)Pentium)实方式下寻址同实方式下寻址同实方式下寻址同实方式下寻址同8086808680868086。2.2.2.2.保护方式下同保护方式下同保护方式下同保护方式下同80386/48680386/48680386/48680386/486类似，采用分段及分页管理。类似

14、，采用分段及分页管理。类似，采用分段及分页管理。类似，采用分段及分页管理。3.3.3.3.与与与与80386803868038680386等不同的是页面大小可选择为等不同的是页面大小可选择为等不同的是页面大小可选择为等不同的是页面大小可选择为4KB4KB4KB4KB和和和和4MB4MB4MB4MB。对于。对于。对于。对于4KB4KB4KB4KB大小的页，大小的页，大小的页，大小的页，转换方法同转换方法同转换方法同转换方法同80386803868038680386；对于；对于；对于；对于4MB4MB4MB4MB的页，仅作一次页目录的转换。的页，仅作一次页目录的转换。的页，仅作一次页目录的转换。的

15、页，仅作一次页目录的转换。4.Pentium4.Pentium4.Pentium4.Pentium的基本总线周期在非流水线方式下为两个时钟周期，的基本总线周期在非流水线方式下为两个时钟周期，的基本总线周期在非流水线方式下为两个时钟周期，的基本总线周期在非流水线方式下为两个时钟周期，T1T1T1T1和和和和T2T2T2T2：T1T1T1T1发送状态（地址和数据），发送状态（地址和数据），发送状态（地址和数据），发送状态（地址和数据），T2T2T2T2执行状态（读写数据）在突执行状态（读写数据）在突执行状态（读写数据）在突执行状态（读写数据）在突发总线方式下少于发总线方式下少于发总线方式下少于发总

16、线方式下少于2 2 2 2个时钟周期，对于连接数据读写效率提高个时钟周期，对于连接数据读写效率提高个时钟周期，对于连接数据读写效率提高个时钟周期，对于连接数据读写效率提高（仅在一个时钟发地址，后续时钟均为读写数据）。（仅在一个时钟发地址，后续时钟均为读写数据）。（仅在一个时钟发地址，后续时钟均为读写数据）。（仅在一个时钟发地址，后续时钟均为读写数据）。第十四页，讲稿共二十五页哦2.3.5 Pentium Pro 2.3.5 Pentium Pro 处理器处理器第十五页，讲稿共二十五页哦2.3.5 Pentium Pro 2.3.5 Pentium Pro 处理器处理器Pentium Pro P

17、entium Pro Pentium Pro Pentium Pro 主要特点主要特点主要特点主要特点1.1.1.1.高度集成：核心高度集成：核心高度集成：核心高度集成：核心550550550550万只管子，万只管子，万只管子，万只管子，Cache 1550Cache 1550Cache 1550Cache 1550万只管子万只管子万只管子万只管子2.2.2.2.三条指令部件，三条指令部件，三条指令部件，三条指令部件，14141414级超级流水线级超级流水线级超级流水线级超级流水线3.3.3.3.双重分离双重分离双重分离双重分离CacheCacheCacheCache增大。增大。增大。增大。4

18、.4.4.4.二级二级二级二级cachecachecachecache 达达达达256KB256KB256KB256KB与微处理器相联与微处理器相联与微处理器相联与微处理器相联5.5.5.5.动态分支预测及推理执行动态分支预测及推理执行动态分支预测及推理执行动态分支预测及推理执行6.6.6.6.工艺更加先进：工艺更加先进：工艺更加先进：工艺更加先进：2.9V,0.62.9V,0.62.9V,0.62.9V,0.6微米结构微米结构微米结构微米结构Pentium ProPentium ProPentium ProPentium Pro主要用于服务器，不用于主要用于服务器，不用于主要用于服务器，不用

19、于主要用于服务器，不用于PCPCPCPC第十六页，讲稿共二十五页哦2.3.6 MMX Pentium2.3.6 MMX Pentium微处理器微处理器含义：具有多媒体扩展技术的含义：具有多媒体扩展技术的含义：具有多媒体扩展技术的含义：具有多媒体扩展技术的Pentium Pentium Pentium Pentium 处理器。处理器。处理器。处理器。第十七页，讲稿共二十五页哦2.3.7 Pentium II 2.3.7 Pentium II 微处理器微处理器第十八页，讲稿共二十五页哦2.3.8 Pentium III2.3.8 Pentium III微处理器微处理器第十九页，讲稿共二十五页哦2.

20、3.9 Pentium 42.3.9 Pentium 4微处理器微处理器第二十页，讲稿共二十五页哦IntelIntelIntelIntel微处理器一览表微处理器一览表微处理器一览表微处理器一览表处理器处理器主要参数主要参数8088808880868086802868028680386803868048680486PentiumPentiumPentium ProPentium ProPentium IIPentium IIPentium IIIPentium IIIPentium 4Pentium 4推出时间（年）推出时间（年）197919791978197819821982198519851

21、98919891993/19941993/199419951995199719971999199920002000工作电压（工作电压（V V）5 55 55 55 55/3.35/3.35/3.35/3.33.3/2.93.3/2.92.8/2.02.8/2.02.0/1.82.0/1.81.7/1.21.7/1.2主频范围主频范围(Hz)(Hz)4.77M4.77M4.77M4.77M625M625M2033M2033M33100M33100M60133M60133M150233M150233M233400M233400M4501300M4501300M1.4G4G1.4G4G总线频率总线频

22、率MHzMHz1.1931.1931.1931.1938 81633163333336666666666/10066/100100/133100/133400/800400/800集成管子数（只）集成管子数（只）2.92.9万万4 4万万13.413.4万万27.527.5万万120120万万310310万万550550万万750750万万950950万万420017800420017800万万 L1 CacheL1 Cache8KB8KB8KB+8KB8KB+8KB8KB+8KB8KB+8KB16KB+16KB16KB+16KB16KB+16KB16KB+16KB8/168/16Tc 12K

23、BTc 12KBL2 CacheL2 Cache256KB256KB主频一半速度主频一半速度512KB512KB主频一半速度主频一半速度512KB512KB一半主频一半主频(256KB(256KB主频主频)256KB-1MB256KB-1MB速速L3 CacheL3 Cache全速全速2MB2MB通过寄存器位数通过寄存器位数1616161616163232323232323232323232323232外部数据线条数外部数据线条数8 8161616163232323264646464646464646464外部地址线条数外部地址线条数202020202424323232323232363636

24、3636363636存储器空间存储器空间1MB1MB1MB1MB16MB16MB4GB4GB4GB4GB4GB4GB64GB64GB64GB64GB64GB64GB64GB64GBI/OI/O组织组织(端口个端口个)64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K制造工艺制造工艺2m2m2m2m2m2m2m2m1m1m0.80.6m0.80.6m0.60.35m0.60.35m0.350.25m0.350.25m0.25m0.25m0.18/0.13m0.18/0.13m90nm90nm工作方式工作方式实方式实方式实方式实

25、方式实方式实方式保护方式保护方式实方式实方式保护保护V86V86实方式实方式保护、保护、V86V86实，保护、实，保护、V86V86、系统管理、系统管理实、保护、实、保护、V86V86、系统管理、系统管理实、保护、实、保护、V86V86系系统管理统管理实、保护、实、保护、V86V86、系统管理系统管理实、保护、实、保护、V86V86、系统管理、超线程系统管理、超线程超级流水线超级流水线(条条)1 12 23 33 33 33232流水线级数流水线级数5 55 51414141414142020系统内存形式系统内存形式DIPDIPDIPDIPDIPDIP3030线的线的SIMMSIMM3030线

26、的线的SIMMSIMM30/7230/72线的线的SIMMSIMM7272线线SIMMSIMM168168线线DIMMDIMM7272线线SIMMSIMM168168线线DIMMDIMM168168线线DIMMDIMM168168线线DIMMDIMM168/184168/184线线DIMMDIMM184 RIMM184 RIMM存储器组织（体）存储器组织（体）1 1个个2 2个个2 2个个4 4个个4 4个个8 8个个8 8个个8 8个个8 8个个8 8个个第二十一页，讲稿共二十五页哦2.3.10 Itanium处理器处理器第二十二页，讲稿共二十五页哦2.3.10 Itanium处理器处理器第二十三页，讲稿共二十五页哦2.3.10 Itanium处理器处理器第二十四页，讲稿共二十五页哦2.3.10 Itanium处理器处理器第二十五页，讲稿共二十五页哦