微机原理与接口技术课件(铁道大学)第2章.ppt

《微机原理与接口技术课件(铁道大学)第2章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第2章微处理器结构2.1微处理器的发展历史2.2微处理器的功能结构习题22.1微处理器的发展历史2.1.1微处理器的发展由于集成电路工艺和计算机技术的发展，20世纪60年代末和70年代初，袖珍计算机得到了普遍的应用。为了研制灵活的计算机芯片，1971年10月，美国Intel公司首先推出Intel4004微处理器。这是实现4位并行运算的单片处理器，构成运算器和控制器的所有元件都集成在一片大规模集成电路芯片上，是第一片微处理器。从1971年第一片微处理器推出至今30多年的时间里，微处理器经历了五代的发展。第一代，1971年开始，是4位微处理器和低档8位微处理器的时期。典型产品有：1971

2、年10月，Intel4004(4位微处理器)；1972年3月，Intel8008(8位微处理器)，集成度为2000管/片，采用PMOS工艺，10μm光刻技术。第二代，1973年开始，是8位微处理器的时期。典型产品有：1973年，Intel8080(8位微处理器)；1974年3月，Motorola的MC6800；1975～1976年，Zilog公司的Z80；1976年，Intel8085。其中Intel8080的集成度为5400管/片，采用NMOS工艺，6μm光刻技术。第三代，1978年开始，是16位微处理器的时期。典型产品有：1978年，Intel8086；1979年，Zilog公司

3、的Z8000；1979年，Motorola的MC68000，集成度为68000管/片，采用HMOS工艺，3μm光刻技术。第四代，1981年开始，是32位微处理器的时期。典型产品有：1983年，Zilog公司的Z80000；1984年，Motorola的MC68020，集成度为17万管/片，采用CHMOS工艺，2μm光刻技术；1985年，Intel80386，集成度为27.5万管/片，采用CHMOS工艺，1.2μm光刻技术。自Intel80386芯片推出以来，又出现了许多高性能的32位及64位微处理器，如Motorola的MC68030、MC68040，AMD公司的K6-2、K6-3、

4、K7以及Intel的80486等。第五代：1993年3月被称为Pentium的微处理器面市，1996年，一种具有双CPU，可进行并行处理的PentiumPro问世、1998年PentiumⅡ被推向市场、后继PentiumⅢ、Pentium4面市。。。。。4G16M1M64K64G安腾Itanium2．微处理器的发展趋势目前微型计算机基本上是沿着两个方向发展：一是生产性能更好的单片机及4位、8位微型计算机，主要是面向要求低成本的家电、传统工业改造及普及教育等，其特点是专用化、多功能、可靠性好；二是发展16位、32位、64位微型计算机，面向更加复杂的数据处理、OA、DA科学计算等，其特点

5、是大量采用最新技术成果，在IC技术、体系结构等方面，向高性能、多功能的方向发展。下面主要介绍一下高档微处理器技术发展的一些趋势。1)多级流水线结构在一般的微处理器中，在一个总线周期(或一个机器周期)未执行完以前，地址总线上的地址是不能更新的。在流水线结构情况下，如8086以上的总线周期中，当前一个指令周期正执行命令时，下一条指令的地址已被送到地址线，这样从宏观来看两条指令执行在时间上是重叠的。这种流水线结构可大大提高微处理器的处理速度。8086两级流水80468五级流水2)芯片上存储管理技术该技术是把存储器管理部件与微处理器集成在一个芯片上。目前把数据高速缓存、指令高速缓存与MMU(

6、存储器管理单元)结合在一起的趋势已十分明显，这样可以减少CPU的访问时间，减轻总线的负担。例如，摩托罗拉的MC68030将256个字节的指令高速缓存、256个字节的数据高速缓存与MMU做在一起构成Cache／MemoryUnit。3)虚拟存储管理技术该技术已成为当前微处理器存储器管理中的一个重要技术，它允许用户将外存看成是主存储器的扩充，即模拟一个比实际主存储器大得多的存储系统，而且它的操作过程是完全透明的。4)并行处理的哈佛(HarVard)结构为了克服MPU数据总线宽度的限制，尤其是在单处理器情况下，进一步提高微处理器的处理速度，采用高度并行处理技术——HarVard结构己成为引

7、人注目的趋势。哈佛结构的基本特性是：采用多个内部数据／地址总线；将数据和指令缓存的存取分开；使MMU和转换后援缓冲存储器(TLB)与CPU实现并行操作。该结构是一种非冯·诺依曼结构。5)RISC结构RISC结构就是简化指令集的微处理器结构。其指导思想是在微处理器芯片中，将那些不常用的由硬件实现的复杂指令改由软件来实现，而硬件只支持常用的简单指令。这种方法可以大大减少硬件的复杂程度，并显著地减少处理器芯片的逻辑门个数，从而提高处理器的总性能。这种结构更适合于