微處理器及其結(jié)構(gòu)

微處理器及其結(jié)構(gòu)第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2.3.180286微處理器第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四1、地址線的增加，使內(nèi)存容量提高到224字節(jié)=16MB。2、80286可以使用虛擬內(nèi)存。3、80286可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)，在80286的微機(jī)中，可使處理器在各任務(wù)之間迅速方便地進(jìn)行切換。4、時(shí)鐘頻率提高，80286最大時(shí)鐘頻率高達(dá)20MHz，比5MHz的8086高4倍。5、比8086多一種工作模式，8086只有實(shí)模式，而80286有實(shí)模式和保護(hù)模式。一、80286主要特點(diǎn)第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四二、80286功能模塊第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2.3.280386微處理器第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四1、時(shí)鐘頻率提高

20MHz以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于80286的時(shí)鐘頻率。2、尋址能力增強(qiáng)

80386提供了32位地址總線，使得尋址能力由80286的16MB，提高到4096MB（232=4GB）。3、增強(qiáng)內(nèi)存管理從80386開始，除了分段管理外，還增加了內(nèi)存分頁(MemoryPaging)的技術(shù)。4．增加了虛擬86工作方式除了保持了80286的實(shí)地址方式和保護(hù)方式外，80386還增加了一種叫做保護(hù)方式下的虛擬8086方式（簡稱虛擬8086或虛擬86或V86方式）。一、80386主要特點(diǎn)第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四二、80386功能模塊第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四四、80386寄存器結(jié)構(gòu)第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四80386寄存器特點(diǎn)1.通用寄存器和標(biāo)志寄存器都擴(kuò)展到32位，在原16位基礎(chǔ)上前面加E。數(shù)據(jù)寄存器可進(jìn)行8位、16位和32位操作。2.段寄存器仍為16位，但增加兩個(gè)數(shù)據(jù)段寄存器FS和GS3.增加三個(gè)控制寄存器CR0、CR2和CR3（無CR1）。4.系統(tǒng)地址寄存器與80286類似。第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2.3.380486微處理器第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四1.80486可以模擬多個(gè)80286處理器

80486可以模擬多個(gè)80286微處理器來提供更多層次的多任務(wù)功能。2.首次部分吸取RISC技術(shù)

80486在Intel的微處理器生產(chǎn)史上首次吸取了RISC技術(shù)，使80486在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)完成一條簡單指令的執(zhí)行。3.采用突發(fā)總線方式與內(nèi)存交換

80486采用了突發(fā)式總線的方式與內(nèi)存進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換，從而大大加快了微處理器與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)的速度。4.集Cache與FPU(浮點(diǎn)單元)與一體，提高了微處理器處理速度一、80486主要特點(diǎn)第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2.3.4Pentium微處理器第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四1.與X86兼容2.RISC型超標(biāo)量結(jié)構(gòu)即微處理器內(nèi)具有多個(gè)指令單元，多條指令流水線。3.高性能浮點(diǎn)運(yùn)算部件4.雙重分離Cache5.增加錯(cuò)誤檢測與報(bào)告分析功能6.64位外部數(shù)據(jù)總線7.分支指令預(yù)測8.常用指令固化及微代碼改進(jìn)9.增加系統(tǒng)管理方式一、Pentium主要特點(diǎn)第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四五、Pentium地址方式1.所有處理器（包括Pentium)實(shí)方式下尋址同8086。2.保護(hù)方式下同80386/486類似，采用分段及分頁管理。3.與80386等不同的是頁面大小可選擇為4KB和4MB。對(duì)于4KB大小的頁，轉(zhuǎn)換方法同80386；對(duì)于4MB的頁，僅作一次頁目錄的轉(zhuǎn)換。4.Pentium的基本總線周期在非流水線方式下為兩個(gè)時(shí)鐘周期，T1和T2：T1發(fā)送狀態(tài)（地址和數(shù)據(jù)），T2執(zhí)行狀態(tài)（讀寫數(shù)據(jù)）在突發(fā)總線方式下少于2個(gè)時(shí)鐘周期，對(duì)于連接數(shù)據(jù)讀寫效率提高（僅在一個(gè)時(shí)鐘發(fā)地址，后續(xù)時(shí)鐘均為讀寫數(shù)據(jù)）。第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2.3.5PentiumPro處理器第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2.3.5PentiumPro處理器PentiumPro主要特點(diǎn)1.高度集成：核心550萬只管子，Cache1550萬只管子2.三條指令部件，14級(jí)超級(jí)流水線3.雙重分離Cache增大。4.二級(jí)cache達(dá)256KB與微處理器相聯(lián)5.動(dòng)態(tài)分支預(yù)測及推理執(zhí)行6.工藝更加先進(jìn)：2.9V,0.6微米結(jié)構(gòu)PentiumPro主要用于服務(wù)器，不用于PC第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2.3.6MMXPentium微處理器含義：具有多媒體擴(kuò)展技術(shù)的Pentium處理器。第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2.3.7PentiumII微處理器第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2.3.8PentiumIII微處理器第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2..3.9Pentium4微處理器第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四Intel微處理器一覽表處理器主要參數(shù)80888086802868038680486PentiumPentiumProPentiumIIPentiumIIIPentium4推出時(shí)間（年）197919781982198519891993/19941995199719992000~工作電壓（V）55555/3.35/3.33.3/2.92.8/2.02.0/1.81.7/1.2主頻范圍(Hz)4.77M4.77M6~25M20~33M33~100M60~133M150~233M233~400M450~1300M1.4G~4G總線頻率MHz1.1931.193816~3333666666/100100/133400/800~集成管子數(shù)（只）2.9萬4萬13.4萬27.5萬120萬310萬550萬750萬950萬4200~17800萬~L1Cache————————8KB8KB+8KB8KB+8KB16KB+16KB16KB+16KB8/16Tc12KBL2Cache————————————256KB主頻一半速度512KB主頻一半速度512KB一半主頻(256KB主頻)256KB-1MB速L3Cache——————————————————全速2MB~通過寄存器位數(shù)16161632323232323232外部數(shù)據(jù)線條數(shù)8161632326464646464外部地址線條數(shù)20202432323236363636存儲(chǔ)器空間1MB1MB16MB4GB4GB4GB64GB64GB64GB64GBI/O組織(端口個(gè))64K64K64K64K64K64K64K64K64K64K制造工藝>2μm>2μm>2μm2μm1μm0.8~0.6μm0.6~0.35μm0.35~0.25μm0.25μm0.18/0.13μm90nm~工作方式實(shí)方式實(shí)方式實(shí)方式保護(hù)方式實(shí)方式保護(hù)V86實(shí)方式保護(hù)、V86實(shí)，保護(hù)、V86、系統(tǒng)管理實(shí)、保護(hù)、V86、系統(tǒng)管理實(shí)、保護(hù)、V86系統(tǒng)管理實(shí)、保護(hù)、V86、系統(tǒng)管理實(shí)、保護(hù)、V86、系統(tǒng)管理、超線程超級(jí)流水線(條)————————123333×2流水線級(jí)數(shù)————————5514141420系統(tǒng)內(nèi)存形式DIPDIPDIP30線的SIMM30線的SIMM30/72線的SIMM72線SIMM168線DIMM72線SIMM168線DIMM168線DIMM168線DIMM168/184線DIMM184RIMM存儲(chǔ)器組織（體）1個(gè)2個(gè)2個(gè)4個(gè)4個(gè)8個(gè)8個(gè)8個(gè)8個(gè)8個(gè)第21頁，共25頁，2