微机体系结构ppt课件.ppt

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1、第2章微机体系结构2.1微处理器2.2内存储器2.3系统总线2.1微处理器CPU是微机系统的核心部件，其性能的高低往往代表了微机的档次。微机体系结构中的许多先进技术是在CPU中体现出来的。衡量CPU性能的主要技术指标有以下几方面：2.1.1主频主频是指CPU内部电路工作的时钟频率，主频越高，意味着CPU的运行速度越快。1．主频信号的产生CPU的工作频率是从主板上获得的。在主板上有一块时钟电路和一个石英振荡器，当给石英晶体两极加上电压后，便产生出某一固定频率的振荡信号，该周期信号先经过时钟电路进行放大和整波处理，再进行分频或倍频处理，最后产生出CP

2、U所需要的主频信号。2．主频与系统频率的关系系统总线的工作频率一般称为系统频率，也叫基频或外频。在386时代以前，CPU的工作速度与系统总线的速度相当。所以，主频与总线频率相同。从486开始，CPU的速度提升越来越快，而总线及其他芯片的提升速度已经无法跟上CPU的发展脚步。为了充分发挥CPU的高性能，采取了CPU内部工作频率高而外部电路工作频率低的方法。在CPU内部增加了一个时钟倍频电路，CPU主频是通过倍频的方法来实现的，即时钟倍频电路将系统频率按某个倍数提高，这种倍数关系也叫倍频系数。CPU主频＝系统频率×倍频系数3．主频与系统的稳定性一方面

3、是由于制造工艺的限制，各器件的反应速度存在极限值，当达到或超过极限值后，器件就不能正常工作，机器会出现不稳定或死机现象。另一方面CPU在高速运行过程中随着主频的增高发热量也会加剧，热量的积累会导致CPU过热而不能正常工作。因此CPU在出厂前会标定出额定工作频率。4．超频让CPU在超出额定频率的条件下工作，这就是所谓的超频。为了保证超频的成功，一般要适当调高CPU的工作电压，同时必须加大散热器和风扇转速。生产商为制止这一现象，对不同的CPU采取了不同的锁频措施。锁频方式分为锁基频和锁倍频两种：锁基频就是固定了系统频率，只能调节倍频；锁倍频就是固定了

4、倍频关系，只能调节基频。5．前端总线频率前端总线（FrontSideBus，FSB）是指CPU的外部总线，也就是CPU与主板北桥芯片之间的数据传输通道，也可以认为它是CPU与主板之间的接口。在PentiumIII以前，前端总线与系统总线并没有什么区别。Pentium4采用了4路并行数据传输技术，也就是说CPU数据总线由原来的64位增加到4×64位，因此，前端总线的数据传输带宽提高到原来的4倍，相当于前端总线频率是系统总线频率的4倍。目前，CPU主频、前端总线频率、系统总线频率已经成为三个不同的概念。2.1.2位宽位宽又叫基本字长，俗称线宽，是指C

5、PU一次操作所能处理的二进制数据长度。通常用CPU内部ALU的位数来代表，字长往往与CPU内部寄存器以及地址线和数据线相当。数据线是CPU与内存及I/O端口交换数据的通道，宽度代表了一次交换数据的能力。地址线决定了CPU的寻址能力，内存访问控制方式在微机发展历史上起了重要作用。寄存器位数代表了各指令的功能和执行效率，是CPU具体能力的体现。2.1.3指令系统指令系统是CPU性能的集中体现，任何型号的CPU都有属于自己的指令系统，它是由CPU制造商设计决定的。指令的格式、种类、寻址方式、指令的多少以及完善程度和执行速度都能反映出该CPU的设计水平和

6、性能优劣。1．8086/8088指令系统8086/8088这两种CPU的指令系统完全相同，采用可变长度指令格式，每条指令由1到6个字节组成，共有7种寻址方式，支持8位和16位两种数据处理能力。该指令系统包含七种类型共计110余条指令。2．80286指令系统80286指令系统共计117条指令，其中91条与8086/8088相同，另外扩充和增加了26条。80286结构和性能比8086/8088有了很大提高，一方面为了与8086/8088保持兼容，另一方面为充分发挥286的优势，提供了两种工作模式：实地址模式和保护模式，实地址模式相当于仿真8086/8

7、088；保护模式下，可以使用24位地址总线，寻址16M内存空间。80386指令系统包含了80286的全部指令及功能，由于CPU已升级为32位，因此在原来的基础上对数据传送、算术运算、串操作类共计17条指令进行了扩充，并且增加了10条新的指令。386除了拥有286的两种工作模式之外，同时提供了第三种工作模式——虚拟模式。486在386指令系统的基础上进一步扩充，增加了6条新的指令。3．80386/80486指令系统4．Pentium/PentiumMMX指令系统Pentium指令系统与486完全相同，没有增加新的指令。处理器的高性能是通过超标量技术

8、高效率执行指令来实现的。面对不断增加的多媒体信息处理需求，Intel在Pentium的基础上推出PentiumMMX，即包含多媒体指令的