微处理器及其体系结构

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1、第2章IA-32结构微处理器本章主要教学内容IA-32结构微处理器的概要历史8086微处理器的基本性能指标、组成及其寄存器结构8086微处理器的存储器组织8088与8086的关系与比较80286、80386、80486等高档微处理器(选讲)教学重点:8086微处理器的组成及其寄存器结构8086微处理器的存储器组织11971年世界上第一枚集成电路的通用型CPU诞生摩尔        诺宜斯         葛洛夫第一个微处理器40042.1IA-32结构微处理器的概要历史21974年世界上第一个知名的个人

2、电脑诞生基于8080芯片的计算机ProcessorTechnologySol-2031978年,8086处理器诞生了从8086开始,才有了目前应用最广泛的PC行业基础出现了IBMPC/XT计算机历史上第一个成就两大国际企业的CPU41982年:英特尔发布了80286处理器51985年:英特尔发布了80386处理器历史上第一个具有“多任务”功能的CPU61993年:第一款与数字无关的处理器“Pentium”Pentium处理器集成了310万个晶体管,最初推出的初始频率是60MHz、66MHz,后来提升到2

3、00MHz以上。引入了SIMD(单指令多数据)执行方式内建MMX(多媒体指令集)7PentiumII首次引入了S.E.C封装(SingleEdgeContact)技术,将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上1997年英特尔发布了PentiumII处理器8从PentiumIII开始,英特尔又引入了70条新指令(SSE)1999年英特尔发布了PentiumIII处理器9Pentium4提供了SSE2指令集,这套指令集增加144个全新的指令2000年英特尔发布了Pentium4处理器102001年:“Itan

4、ium”第一款英特尔64位CPU诞生在Itanium处理器中体现了一种全新的设计思想,完全是基于平行并发计算而设计(EPIC)。112003年英特尔发布了PentiumM处理器PentiumM处理器加上802.11的无线WiFi技术,就构成了英特尔Centrino(迅驰)移动运算技术的整套解决方案122005年第二季度,基于“Smithfield”双核心的英特尔Pentium8XX处理器发布Pentium8XX处理器采用90纳米工艺生产,支持800MHz前端总线,配备2MB二级缓存(每个核心1MB),能

5、用两个核心实现两个线程。132.28086微处理器的内部结构微型计算机是由具有不同功能的一些部件组成的,包含运算器和控制器电路的大规模集成电路,称为“微处理器”,又称“中央处理器(CPU)”,其职能是执行算术/逻辑运算,并负责控制整个计算机系统,使之能自动协调地完成各种操作。2.2.1基本性能指标16位微处理器;采用高速运算性能的HMOS工艺制造,芯片上集成了2.9万只晶体管;使用单一的+5V电源,40条引脚双列直插式封装;时钟频率为5MHz~10MHz,基本指令执行时间为.3ms~0.6ms16根数据

6、线和20根地址线,可寻址的地址空间达1MB8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器组成多处理器系统,从而极大地提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。142.2.28086微处理器内部结构组成图2-18086CPU内部结构框图执行部件EU执行部件中包含一个16位的算术逻辑单元(ALU),8个16位的通用寄存器,一个16位的状态标志寄存器,一个数据暂存寄存器和执行部件的控制电路。总线接口部件BIU内部设有四个16位段地址寄存器:代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和附加段寄存器E

7、S,一个16位指令指针寄存器IP,一个6字节指令队列缓冲器,20位地址加法器和总线控制电路。执行部件EU功能:从BIU的指令队列中取出指令代码,经指令译码器译码后执行指令所规定的全部功能。执行指令所得结果或执行指令所需的数据,都由EU向BIU发出命令,对存储器或I/O接口进行读/写操作。总线接口部件BIU功能:根据执行部件EU的请求,负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。158086CPU的指令流水线工作模式(1)每当8086的指令队列中有两个空字节,或8088的指令队列中有一个空字节时,B

8、IU就会自动把指令取到指令队列中。其取指的顺序是按指令在程序中出现的前后顺序。(2)每当EU准备执行一条指令时,它会从BIU部件的指令队列前部取出指令的代码,然后用几个时钟周期去执行指令。在执行指令的过程中,如果必须访问存储器或者I/O端口,那么EU就会请求BIU,进入总线周期,完成访问内存或者I/O端口的操作;如果此时BIU正好处于空闲状态,会立即响应EU的总线请求。(3)当指令队列已满,且EU又没有总线访问请求时,BIU便进入空闲状态。

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