[工学]微型计算机原理第2章潘名莲版

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1、微型计算机原理及应用西南民族大学电信学院授课教师：杜诚联系方式：13076035417Email：dcheng_76@tom.com9/18/2021西南民族大学电气信息工程学院第二章IA-32结构微处理器及其体系结构微处理CPU是组成微计算机或微处理器系统的核心，是一种包含运算器和控制器电在内的大规模集成电路、除执行算术、逻辑运算和信息处理外，还担负控制整个计算机系使其能自动协调地完成系统操作。CPU的性能、体系结构就决定了整个系统的功能。CPU及其总线结构义是进行系统硬件连接及软件设计的支柱。9/18/20212．1微处理器的主要性能指标微处理器的性能指标基本上确定了由其组成的微机的

2、功能。描述微处理器的性能，通常用到下面的一些概念。一、字长微处理器的字长是指它在交换、加工和存放信息时，其信息位的最基本的长度，它决定一次传送的二进制的位数。9/18/2021各类微处理器的字长不同，例如有四位的、八位的、十六位的、三十二位的等。字长长、位数多的机器处理的精度和速度都更高，因此，字长是微处理器最重要的指标之一。为了辩别信息在长度方面的差别，计算机中用了一个术语——字节(Byte)。字节是通用的基本单元，它由8个二进制位(bit)组成，9/18/2021一个16位的数，对八位微处理器，需进行二次传送处理，而对十六位的微处理器则需一次，这就是字长长的机器在处理速度上带来的优越性。

3、字长由微处理器对外数据通路的数据总线的条数决定。同时字长又确定了微处理器的内部结构，现代的CPU为了提高内部运算能力，加宽了内部数据通道的宽度，使得内部字长和对外数据总线宽度不一致。9/18/2021二、指令数告诉计算机完成某种操作的命令被称为指令。一台微计算机可以有几十到几百种指令。称为16位的微处理器，是指数据总线条数和内部结构均为16位，而对外数据总线只有8条的16位内部结构又称为准16位机。一台计算机完成的操作种类愈多，即指今数愈多，表示该微处理器系统的功能愈强。9/18/2021特别是Intel公司后来推出的80286、80386和80486的更高性能的微处理器，它们的指令码对80

4、86来说是其母集。三、运算速度计算机完成一件具体任务所需的一组指令称作程序。执行程序所花的时间就是完成该任务的时间指标。花得愈短．机器速度愈高。微处理器的各种指令其执行时间是不一样的。9/18/2021为了衡量微处理器的速度，将选用实现同一操作的指令寄存器加法指令作为基本指令，它的执行时间就作为基本指令执行时间，基本指令执行时间由时钟周期及所用时钟周期数决定。基本指令执行时间愈短，表示微处理器工作速度愈高。现代CPU的运算速度以主频的大小衡量。9/18/2021四、访存空间访存空间是指由该微处理器构成的系统所能访问(Access)的存储单元数。此单元数是由传送地址信息的地址总线的条数决定的。

5、八位微处理器有16条地址总线．所能编出的地址码有216=65536种，即由它区分的存储空间就有65536个单元。9/18/2021计算机中常称1024为1K，因此把65536简称为64K单元；十六位微处理器有20条地址线。访存空间为：220=1048576≈1024K，比之八位机大16倍。计算机中常用字节，页面，KB，MB，GB，TB表示存储量。9/18/2021五高速缓存大小主存储器通常由大规模MOS电路构成，其工作速度要比CPU慢一个数量级。当运行程序时，CPU要频繁地访问内存，从中读取指令代码和交换数据。从而对CPU速度形成瓶颈。为缓解这种瓶颈就需要在CPU与主存储器之同建立高速缓存(

6、Cache)。9/18/2021自80486CPU之后，已把Cache集成进CPU内部，形成多级Cache结构，并L1表示第一级，用L2表示第二级。高速缓存器的大小对CPU的运算速度也有很大的影响，特别对执行浮点运算和多媒体功能更为显著。9/18/2021五、是否能构成多处理器系统若微处理器具有协处理器接口，则可用来构成多处理系统．这样，可将主处理器CPU的某些任务，如浮点数据运算，输入／输出分由协处理器去完成，而将整个系统功能上百倍地增加。在十六位微处理器之前的低位数微处理器是不具有本性能的9/18/2021六、工艺形式及其它采用不同工艺制造的微处理器，其性能有很大差别，因而对使用环境的要

7、求也不同，选用时应区分。其它还有控制功能(包括中断、等待、保持和复原等)、封装形式、所用电源种类、功耗等，选用时也是应注意的指标。9/18/2021还由于它具有协处理器接口，横向性能也大为提高，因此，在复杂的控制和诊断，字处理，通信网络和终端，图象处理以及在原来由小型机占据的那些领域中都得到了迅速而广泛的应用。8086与八位微处理器相比，在运行速度，运算处理能力和访存空间等性能方而有很大纵向提高；P33表2-