教學(xué)課件-微機(jī)原理(第五版)-孫杰

微機(jī)原理（第五版）第1章微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介

第1章微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)是一種能夠按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)、高速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲(chǔ)的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)能夠完成的基本操作及主要功能為：輸入：接受由輸入設(shè)備（如鍵盤(pán)）提供的數(shù)據(jù)處理：對(duì)數(shù)據(jù)、字符、圖像等各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，按指定的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出：將處理所產(chǎn)生的結(jié)果（信息）由輸出設(shè)備進(jìn)行輸出存儲(chǔ)：程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以上4種基本操作通常被稱為IPOS循環(huán)，它反映了計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本步驟，即輸入（Input）、處理(Processing)、輸出(Output）和存儲(chǔ)(Storage)。1.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述從系統(tǒng)組成的角度看，一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。其中微機(jī)硬件系統(tǒng)無(wú)論是8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)還是更高檔的64位機(jī)，它們的基本組成結(jié)構(gòu)相似，由處理器子系統(tǒng)、系統(tǒng)總線、存儲(chǔ)器、I/O接口和I/O設(shè)備等組成，如圖1.1所示。圖1.1

微機(jī)硬件系統(tǒng)1.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述處理器子系統(tǒng)是由微處理器及其支持電路一起構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的，是微機(jī)系統(tǒng)的控制中心，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部件進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和控制。存儲(chǔ)器分為主存和外存兩類主存也稱內(nèi)存，速度快，但容量小、造價(jià)高，主要存放當(dāng)前正在運(yùn)行的程序和正待處理的數(shù)據(jù)。主存通常在主機(jī)內(nèi)的主板上，CPU可以通過(guò)總線直接存取。外存也稱為輔存，容量大、造價(jià)低、信息可長(zhǎng)期保存，但速度慢，主要存放當(dāng)前暫不運(yùn)行的程序和暫不處理的數(shù)據(jù)。外存安裝在主機(jī)箱內(nèi)或主機(jī)箱外，CPU通過(guò)I/O接口進(jìn)行存取。I/O設(shè)備也稱外部設(shè)備或外圍設(shè)備，或簡(jiǎn)稱外設(shè)，其功能是為微機(jī)提供具體的輸入輸出手段。一般外設(shè)需要有I/O接口電路來(lái)充當(dāng)它們和CPU間的橋梁，通過(guò)該電路來(lái)完成信號(hào)變換、數(shù)據(jù)緩沖、與CPU聯(lián)絡(luò)等工作。1.1.1微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)是由主機(jī)系統(tǒng)和外部設(shè)備兩部分組成的，下面分別予以介紹。

1、主機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)主要包括微處理器、內(nèi)存儲(chǔ)器、輸入輸出接口和系統(tǒng)總線等部分，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.2。

圖1.2微型計(jì)算機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)1.1.1微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)構(gòu)成2、微型計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備微型計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備包括外存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等，如圖1.3所示。圖1.3微型計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備1.1.1微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)構(gòu)成外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器又稱輔助存儲(chǔ)器或輔存，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除內(nèi)存儲(chǔ)器外，以計(jì)算機(jī)能接受的形式存儲(chǔ)信息的其他媒體，如磁盤(pán)存儲(chǔ)器、光盤(pán)存儲(chǔ)器、U盤(pán)等。它們的特點(diǎn)是能長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，而且設(shè)備價(jià)格便宜，存儲(chǔ)量大。軟盤(pán)容量軟盤(pán)容量=盤(pán)面數(shù)*磁道數(shù)*每磁道扇區(qū)數(shù)*每扇區(qū)容量

例如，1.44MB軟盤(pán)片有兩面，每面80個(gè)磁道，每道18個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)存儲(chǔ)512個(gè)字節(jié)。硬盤(pán)容量硬盤(pán)容量=柱面（磁道）數(shù)*磁頭數(shù)*每磁道扇區(qū)數(shù)*每扇區(qū)容量1.1.1微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)構(gòu)成輸入設(shè)備輸入設(shè)備是計(jì)算機(jī)外部設(shè)備之一，是向計(jì)算機(jī)輸送數(shù)據(jù)的設(shè)備。其功能是將計(jì)算機(jī)程序、文本、圖形、圖像、聲音以及現(xiàn)場(chǎng)采集的各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)據(jù)形式并輸送到計(jì)算機(jī)。常見(jiàn)的輸入設(shè)備有鍵盤(pán)和鼠標(biāo)等。輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)信息傳送到外部媒介，并轉(zhuǎn)化成某種人們所認(rèn)識(shí)的表示形式。在微型計(jì)算機(jī)中，最常用的輸出設(shè)備有顯示器和打印機(jī)。

1.1.2微機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)有以下一些內(nèi)容:字長(zhǎng)字長(zhǎng)以二進(jìn)制位為單位，是CPU能夠同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它直接關(guān)系到計(jì)算機(jī)的計(jì)算精度、功能和運(yùn)算能力。微機(jī)字長(zhǎng)一般都是以2的冪次為單位，如4位、8位、16位、32位和64位等。運(yùn)算速度計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度（平均運(yùn)算速度）是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，一般用百萬(wàn)條指令/秒（MIPS）來(lái)描述。因?yàn)槲C(jī)執(zhí)行不同類型指令所需時(shí)間是不同的，通常用各類指令的平均執(zhí)行時(shí)間和相應(yīng)指令的運(yùn)行比例綜合計(jì)算，作為衡量微機(jī)運(yùn)行速度的標(biāo)準(zhǔn)。目前微機(jī)的運(yùn)行速度已達(dá)數(shù)萬(wàn)MIPS。時(shí)鐘頻率（主頻）時(shí)鐘頻率是指CPU在單位時(shí)間（秒）內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)。通常，時(shí)鐘頻率以兆赫（MHz）或吉赫（GHz）為單位。一般的時(shí)鐘頻率越高，其運(yùn)算速度就越快。1.1.2微機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)內(nèi)存容量?jī)?nèi)存一般以KB或MB、GB為單位。內(nèi)存容量反映了內(nèi)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。存儲(chǔ)容量越大，其處理數(shù)據(jù)的范圍就越廣，運(yùn)算速度一般也就越快。存取周期對(duì)內(nèi)存儲(chǔ)器進(jìn)行一次完整的讀寫(xiě)操作所需的時(shí)間稱為存取周期，即從發(fā)出一次讀寫(xiě)命令到能夠發(fā)出下一次讀寫(xiě)命令所需要的最短時(shí)間。對(duì)于破壞性讀寫(xiě)存儲(chǔ)器（如動(dòng)態(tài)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器DRAM等），存取周期包括存取時(shí)間、重寫(xiě)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間三部分。存取周期的大小影響微機(jī)運(yùn)行速度。微機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器的存取周期一般在幾十到幾百納秒（ns，即10-9秒）1.1.3微型計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是由美藉匈牙利科學(xué)家馮.諾依曼于1946年提出的。迄今為止所有投入實(shí)用的計(jì)算機(jī)都是按馮.諾依曼的提出的結(jié)構(gòu)體系和工作原理設(shè)計(jì)制造的，故又統(tǒng)稱為“馮.諾依曼型計(jì)算機(jī)”。馮.諾依曼型計(jì)算機(jī)的工作原理：(如圖1.7所示)存儲(chǔ)程序

將要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)事先編成二進(jìn)制形式的編碼存入主存儲(chǔ)器中；程序控制

執(zhí)行時(shí)，由CPU調(diào)用主存儲(chǔ)器中的程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。1.1.4微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展歸納起來(lái)可分為以下幾個(gè)方面：科學(xué)計(jì)算(數(shù)值計(jì)算)科學(xué)計(jì)算也稱數(shù)值計(jì)算。計(jì)算機(jī)最開(kāi)始是為解決科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中遇到的大量數(shù)學(xué)問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算而研制的計(jì)算工具。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)值計(jì)算在現(xiàn)代科學(xué)研究中的地位不斷提高，在尖端科學(xué)領(lǐng)域中，顯得尤為重要。數(shù)據(jù)處理(信息處理)在科學(xué)研究和工程技術(shù)中，會(huì)得到大量的原始數(shù)據(jù)，其中包括大量圖片、文字、聲音等信息處理就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分類、排序、存儲(chǔ)、計(jì)算、傳輸、制表等操作。自動(dòng)控制自動(dòng)控制是指通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)某一過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)操作，它不需人工干預(yù)，能按人預(yù)定的目標(biāo)和預(yù)定的狀態(tài)進(jìn)行過(guò)程控制。所謂過(guò)程控制是指對(duì)操作數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、檢測(cè)、處理和判斷，按最佳值進(jìn)行調(diào)節(jié)的過(guò)程。目前被廣泛用于操作復(fù)雜的鋼鐵企業(yè)、石油化工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等生產(chǎn)中。1.1.4微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助教學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign，簡(jiǎn)稱CAD)是指借助計(jì)算機(jī)的幫助，人們可以自動(dòng)或半自動(dòng)地完成各類工程設(shè)計(jì)工作。目前CAD技術(shù)已應(yīng)用于飛機(jī)設(shè)計(jì)、船舶設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)等。人工智能方面的研究和應(yīng)用人工智能(ArtificialIntelligence，簡(jiǎn)稱AI)。人工智能是指計(jì)算機(jī)模擬人類某些智力行為的理論、技術(shù)和應(yīng)用。人工智能是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)新的領(lǐng)域，這方面的研究和應(yīng)用正處于發(fā)展階段，在醫(yī)療診斷、定理證明、語(yǔ)言翻譯、機(jī)器人等方面，已有了顯著的成效。多媒體技術(shù)應(yīng)用隨著電子技術(shù)特別是通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)有能力把文本、音頻、視頻、動(dòng)畫(huà)、圖形和圖像等各種媒體綜合起來(lái)，構(gòu)成一種全新的概念—“多媒體”

(Multimedia)。在醫(yī)療、教育、商業(yè)、銀行、保險(xiǎn)、行政管理、軍事、工業(yè)、廣播和出版等領(lǐng)域中，多媒體的應(yīng)用發(fā)展很快。1.2PC系列微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)

PC系列微型計(jì)算機(jī)從誕生到現(xiàn)在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展過(guò)程，一些部件和標(biāo)準(zhǔn)雖然進(jìn)行了一些調(diào)整和改進(jìn)，但其基本結(jié)構(gòu)并未發(fā)生很大變化。下面我們將分別介紹PC系列微機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史和80X86系列微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。

1.2.1PC系列微機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史和結(jié)構(gòu)演化

微機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史第一代PC為準(zhǔn)16位微機(jī)，以IBM公司的IBMPC/XT機(jī)為代表；

第二代PC為16位微機(jī)，以IBMPC/AT為代表；

第三代PC為32位微機(jī)，如386SX386DX微機(jī)；第四代PC（32位微機(jī))，如486SX和486DX微機(jī)；第五代PC（32位微機(jī)），以Intel公司的Pentium微機(jī)為代表；第六代PC（32位微機(jī)），以Intel公司推出PentiumII、PentiumIII、

Pentium4微機(jī)為代表；第七代PC為64位微機(jī)，目前微機(jī)采用的主流CPU為Intel公司的Corei系列（包括Corei3、Corei5、Corei7）。1.2.1PC系列微機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史和結(jié)構(gòu)演化

微型計(jì)算機(jī)總線發(fā)展簡(jiǎn)介ISA和EISA總線ISA是IBM開(kāi)發(fā)的用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的總線標(biāo)準(zhǔn)。有8位和16位兩種。ISA總線的最高傳輸速率是8MB/秒。PCI總線PCI是一種高速的32位或64位總線，其速度比ISA快20倍以上。32位PCI總線的最高傳輸速率可達(dá)132MB/秒。AGP總線AGP總線專門(mén)用于加速圖像顯示，迄今為止，共有四種AGP標(biāo)準(zhǔn)：AGP、AGP2X、AGP4X和AGP8X。USBUSB全稱為UniversalSerialBus（通用串行總線），實(shí)際應(yīng)用中，先后經(jīng)歷了USB1.1、USB2.0和USB3.0。PCI-E(PCIExpress)總線PCI-E是第三代標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出總線，具有更高的性能和更低的成本。1.2.2IBMPC/AT微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展歷程中，IBMPC/AT計(jì)算機(jī)奠定了現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

IBMPC/AT采用80286微處理器作為核心處理器，兼容8086/8088的指令系統(tǒng)，有更快的工作速度，支持虛擬存儲(chǔ)和多任務(wù)操作，對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)有兩種方式，即實(shí)地址方式和保護(hù)虛地址方式。IBMPC/AT主板構(gòu)成的具體電路框圖可參見(jiàn)第六章中的圖6.1。1.2.380386／80486微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)386微機(jī)是32位的，硬件系統(tǒng)的基本組成仍然和PC/XT及PC/AT微機(jī)系統(tǒng)類似。這些微機(jī)最核心的芯片—80386微處理器和80387數(shù)字協(xié)處理器是一致的，外圍芯片則各不相同。386微機(jī)的系統(tǒng)總線采用的是ISA總線，386微機(jī)的主頻一般配置為33MHz，內(nèi)存2MB~8MB，硬盤(pán)容量為100MB。486微機(jī)和386微機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)大體相同，它們都是具有32位數(shù)據(jù)總線和32位地址總線的32位微機(jī)。486微機(jī)的系統(tǒng)配置較386微機(jī)的規(guī)模更大—些，例如，內(nèi)存通常為4MB~8MB，硬盤(pán)容量為160MB~500MB?？偩€結(jié)構(gòu)在ISA總線的基礎(chǔ)上，又增加了3個(gè)VL-BUS總線插槽。1.2.4現(xiàn)代微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)代微機(jī)經(jīng)歷了由基于南北橋芯片的基本結(jié)構(gòu)到基于PCH(平臺(tái)管理控制中心)芯片的基本結(jié)構(gòu)發(fā)展過(guò)程。從Intel440BX芯片組開(kāi)始，主板上的芯片組采用南北橋芯片，二者采用PCI總線相連接。從Intel810芯片組開(kāi)始，引入了“加速中心架構(gòu)”，用MCH（內(nèi)存控制中心）取代了以往的北橋芯片，用ICH(輸入\輸出控制中心)取代南橋芯片。其后IntelCorei系列CPU包含了MCH，相應(yīng)的主板上只保留PCH芯片。有關(guān)這兩種架構(gòu)的內(nèi)容將在第六章進(jìn)行介紹。1.3主板芯片組簡(jiǎn)述芯片組是主板的核心組成部分，如果說(shuō)中央處理器（CPU）是整個(gè)電腦系統(tǒng)的心臟，那么芯片組將是整個(gè)身體的軀干。1.3.1主板芯片組的起源早期微機(jī)的控制電路由中小規(guī)模的集成電路(IC)芯片構(gòu)成，可分為兩類：一類是通用的IC電路，另一類是專用功能的IC電路。在當(dāng)今的微機(jī)系統(tǒng)中，幾乎毫無(wú)例外地采用了由超大規(guī)模集成電路制作的控制芯片組來(lái)完成微機(jī)系統(tǒng)的控制。現(xiàn)在芯片組的生產(chǎn)主要有兩大陣營(yíng)，一方是生產(chǎn)CPU的主流廠商Intel，另一方是以VIA、SIS及ALI為代表的非Intel陣營(yíng)。1.3.2Intel芯片組目前，Intel芯片組的845系列、865系列、915系列、925系列等芯片組分別支持的前端總線頻率有：400MHz、533MHz、800MHz和1066MHz等。1.3.3其他主流芯片組簡(jiǎn)介由于CPU兩大陣營(yíng)Intel和AMD互不兼容，因此芯片組也分成兩大系列。VIA芯片組如，支持Intel平臺(tái)的芯片組有，P4X266、P4X266E、PT800和PM880等；支持AMD平臺(tái)的芯片組有，KT266、KT333、KT600和KT880等。SIS芯片組如，支持Intel平臺(tái)的芯片組有，SIS645、SIS651和SIS656等；支持AMD平臺(tái)的芯片組有，SIS735、SIS741GX和SIS748等。ATI芯片組如，支持Intel平臺(tái)的芯片組有，Radeon9100IGP、Radeon9100ProIGP、RX330等。ULI芯片組如，支持Intel平臺(tái)的芯片組有，M1683和M1685等；支持AMD平臺(tái)的芯片組有，M1647等。1.4 平板電腦平板電腦（TabletPersonalComputer），簡(jiǎn)稱TabletPC、FlatPc、Tablet、Slates，是一種小型、方便攜帶的個(gè)人電腦，以觸摸屏作為基本的輸入設(shè)備。它的觸摸屏（也稱為數(shù)位板技術(shù)）允許用戶通過(guò)觸控筆或數(shù)字筆而不是傳統(tǒng)的鍵盤(pán)或鼠標(biāo)來(lái)進(jìn)行操作。用戶可以通過(guò)內(nèi)建的手寫(xiě)識(shí)別、屏幕上的軟鍵盤(pán)、語(yǔ)音識(shí)別或者一個(gè)真正的鍵盤(pán)。一般可分為，滑蓋型平板電腦、純平板電腦、商務(wù)平板電腦和工業(yè)用平板電腦四類。1.4.1 平板電腦的特點(diǎn)平板電腦具有以下特點(diǎn)：第一便攜，平板電腦體積小而輕，可以隨時(shí)轉(zhuǎn)移它的使用場(chǎng)所，具有很強(qiáng)的移動(dòng)靈活性。作為一個(gè)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，人們可以隨時(shí)在線瀏覽，但平板電腦不能取代筆記本電腦，兩種產(chǎn)品可以獨(dú)立并存。第二價(jià)格低廉，由于采用了低成本的處理器和軟件，平板電腦的價(jià)格相對(duì)便宜。第三強(qiáng)大的識(shí)別輸入功能，具有數(shù)字墨水和手寫(xiě)識(shí)別輸入功能，以及強(qiáng)大的筆輸入識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別能力。第四操作系統(tǒng)選擇多樣化，常見(jiàn)的有iPhoneOS、Android、Windows等系統(tǒng)。1.4.2 平板電腦生產(chǎn)廠商目前，平板電腦市場(chǎng)有3類企業(yè)，第一類是山寨廠商；第二類是品牌廠商，如聯(lián)想、惠普、戴爾等PC企業(yè)；第三類則是消費(fèi)數(shù)碼企業(yè)。表1.2中給出了一些廠商代表。1.4.3 平板電腦典型代表下面我們介紹幾種具有代表性的平板電腦品牌型號(hào)。參數(shù)見(jiàn)表1.3。本章小結(jié)

本章簡(jiǎn)要介紹了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、重要性能指標(biāo)和基本工作過(guò)程進(jìn)行了說(shuō)明，還分別介紹了PC系列微機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史和80X86系列微機(jī)和現(xiàn)代微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。主板芯片組是主板的核心，通過(guò)對(duì)Intel等主板芯片組的簡(jiǎn)介，讀者可以了解芯片組的基本知識(shí)，為繼續(xù)深入學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。本章還對(duì)目前較為流行的幾種平板電腦做了簡(jiǎn)單介紹。習(xí)題在微型計(jì)算機(jī)中，主機(jī)系統(tǒng)主要包括什么？解釋下列術(shù)語(yǔ)： 微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。簡(jiǎn)述馮.諾依曼型計(jì)算機(jī)的工作原理。簡(jiǎn)述微機(jī)系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，硬件是指什么？軟件是指什么？硬件與軟件之間是什么關(guān)系？繪制出計(jì)算機(jī)工作原理示意圖。何謂系統(tǒng)總線？一般微型計(jì)算機(jī)中有哪些系統(tǒng)總線？

什么是主板芯片組？主流的芯片組廠商有哪些？什么是平板電腦？有什么特點(diǎn)？一般分為哪幾類？微機(jī)原理（第五版）孫杰解統(tǒng)顏米昶編著大連理工大學(xué)出版社第2章微處理器（目錄）2.1 微處理器概述 2.1.1 Intel處理器的起源和發(fā)展2.1.2 Intel處理器簡(jiǎn)介2.1.3 其他主流的微處理器簡(jiǎn)介2.2 微處理器的硬件結(jié)構(gòu) 2.2.1 中央處理單元（CPU）的構(gòu)成 2.2.2 基本功能部件 2.2.3 微處理器的基本寄存器 2.3 處理器的總線 2.3.1 總線的結(jié)構(gòu) 2.3.2 總線的操作 2.4 微處理器的基本操作流程 2.4.1 指令執(zhí)行的基本過(guò)程

第2章微處理器（目錄）2.4.2 微處理器的時(shí)序 2.5 Intel處理器的結(jié)構(gòu)和原理 2.5.1 80X86處理器的結(jié)構(gòu) 2.5.2 Pentium4處理器結(jié)構(gòu) 2.5.3 IntelCore2處理器結(jié)構(gòu) 2.5.4 微處理器的主要性能指標(biāo) 2.6 IA-32微處理器相關(guān)技術(shù)術(shù)語(yǔ) 2.6.1 CISC與RISC 2.6.2 流水線 2.6.3 超流水線和超標(biāo)量 2.6.4 亂序執(zhí)行 2.6.5 分支預(yù)測(cè)和推測(cè)執(zhí)行第2章微處理器（目錄）2.6.6 Cache 2.7IA-32微處理器的工作方式2.8ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)2.8.1 概述 2.8.2 ARM微處理器的工作狀態(tài)和模式2.8.3 ARM處理器系列 2.8.4 典型ARM微處理器

小結(jié)習(xí)題 第2章微處理器2.1 微處理器概述個(gè)人電腦從8088(XT)發(fā)展到現(xiàn)在的IntelCorei64位時(shí)代，只經(jīng)過(guò)了四十年左右的時(shí)間。從生產(chǎn)技術(shù)來(lái)說(shuō)，最初的8088集成了29000個(gè)晶體管，而IntelCorei7-980x的集成度超過(guò)了11.7億個(gè)晶體管；8088是0.75MIPS（百萬(wàn)個(gè)指令每秒)，IntelCorei7已超過(guò)了80000MIPS。2.1.1 Intel處理器的起源和發(fā)展CPU從最初發(fā)展至今已經(jīng)有三十多年的歷史了，這期間，按照其處理信息的字長(zhǎng)，CPU可以分為：4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及64位微處理器，可以說(shuō)個(gè)人電腦的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進(jìn)的。

2.1.1 Intel處理器的起源和發(fā)展圖2.1Intel4004和8008處理器

1、4位和8位微處理器1971年，Intel公司推出了世界上第一款微處理器4004，這是第一個(gè)可用于微型計(jì)算機(jī)的四位微處理器，它包含2300個(gè)晶體管，隨后Intel又推出了性能更強(qiáng)的8位處理器8008，見(jiàn)圖2.1。2.1.1 Intel處理器的起源和發(fā)展圖2.2Intel8088處理器以及IBMPC

2、16位微處理器1978年Intel公司生產(chǎn)的8086是第一個(gè)16位的微處理器。1979年，Intel公司又開(kāi)發(fā)出了8088處理器，1981年，美國(guó)IBM公司將8088處理器用于其研制的個(gè)人計(jì)算機(jī)中（稱為IBMPC）見(jiàn)圖2.2。1982年，Intel公司在8086的基礎(chǔ)上，研制出了80286處理器，見(jiàn)圖2.3。

圖2.3Intel80286處理器2.1.1 Intel處理器的起源和發(fā)展圖2.4Intel80386處理器

3、32位微處理器

1985年10月17日，Intel劃時(shí)代的產(chǎn)品——80386DX正式發(fā)布了，其內(nèi)部包含27.5萬(wàn)個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率為12.5MHz，見(jiàn)圖2.4。1989年，Intel推出性能更強(qiáng)的80486處理器，見(jiàn)圖2.5。1993年Intel公司把自己的新一代586CPU產(chǎn)品命名為Pentium(奔騰)，見(jiàn)圖2.6。圖2.5Intel80486處理器圖2.6IntelPentium處理器

2.1.1 Intel處理器的起源和發(fā)展圖2.7PentiumMMX

多能奔騰(PentiumMMX)見(jiàn)圖2.7。PentiumPro(高能奔騰，686級(jí)的CPU)見(jiàn)圖2.8。P6架構(gòu)的PentiumⅡ微處理器見(jiàn)圖2.9。PentiumⅢ（采用Katmai核心）見(jiàn)圖2.10。Pentium4（采用Willamette核心）見(jiàn)圖2.11。奔騰D（PentiumD），具有兩個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行核心，見(jiàn)圖2.11。圖2.8PentiumPro圖2.9PentiumⅡ圖2.10PentiumⅢ圖2.11Pentium4和PentiumD2.1.1 Intel處理器的起源和發(fā)展圖2.13 Core2Extreme雙核處理器和Core2Extreme四核處理器

4、Intel的64位微處理器2001年Intel發(fā)布了64位的Itanium(安騰)處理器，見(jiàn)圖2.12。

2002年Intel發(fā)布了Itanium2處理器，見(jiàn)圖2.12。

2006年7月Intel發(fā)布Core2(酷睿2)，見(jiàn)圖2.13。

2008至2010三年間，Intel先后發(fā)布了IntelCorei7、Corei5和Corei3，如圖2.14所示。

圖2.12Itanium處理器和Itanium2處理器

圖2.14 IntelCorei7、IntelCorei5和IntelCorei32.1.2 Intel處理器簡(jiǎn)介

CPU推出時(shí)間CPU類型字長(zhǎng)(位)時(shí)鐘頻率（MHz）數(shù)據(jù)總線位數(shù)(位)地址總線位數(shù)(位)可尋址的內(nèi)存大小集成的晶體管數(shù)目197140044<14416B2300197280808<181664KB50001978.68086166/816201MB29，0001979.68088164.778201MB29，0001982.28028616162416MB134，0001985.101988.680386(DX)80386(SX)3232(DX)/16(SX)32(DX)/24(SX)4GB(DX)/16MB(SX)275，0001989.680486(DX)3225/3332324GB1.2百萬(wàn)1991.480486(SX)3225/3332324GB1.18百萬(wàn)1993.3Pentium(P5)3260/6664324GB3.1百萬(wàn)1994.3Pentium(P54C)3275/90/100/120/133/150/166/20064324GB3.1百萬(wàn)1996.10PentiumMMX(P55C)32133/166/20064324GB4.5百萬(wàn)1997.5PentiumII(外頻66MHz)PentiumII(外頻100MHz)32233/266/300/333300/350/400/45064324GB7.5百萬(wàn)1999PentiumIII32450/500/800/100064324GB24百萬(wàn)表2.1Intel處理器性能指標(biāo)2.1.2 Intel處理器簡(jiǎn)介

CPU推出時(shí)間CPU類型字長(zhǎng)(位)時(shí)鐘頻率（MHz）數(shù)據(jù)總線位數(shù)(位)地址總線位數(shù)(位)可尋址的內(nèi)存大小集成的晶體管數(shù)目2000.11Pentium4321.4GHz～2.0GHz64324GB42百萬(wàn)2004Pentium4-64643.0GHz-3.8GHz6436/4064GB/1TB125百萬(wàn)2005PentiumD642.8GHz-3.6GHz6436/4064GB/1TB321百萬(wàn)2006Core2Duo641.8GHz～3.3GHz6436/4064GB/1TB291百萬(wàn)2006Core2Quad642.1GHz～3.2GHz6436/4064GB/1TB582百萬(wàn)2008Nehalem643.46GHz6436/4064GB/1TB731百萬(wàn)2008~Corei7642.53GHz~4.0GHz6436/4814億(IvyBridge)2010~Corei3642.50GHz~

3.33GHz6436/483.82億2011SandyBridge643.6GHz6436/4064GB/1TB22.7億(SandyBridge-EP-8)2013Haswell64QPI速率:4.8GT/s~6.4GT/sDMI速率:2.5GT/s~5.0GT/s6439/4816億,制造工藝22nm,支持更為成熟的三柵極晶體管2000.11Pentium4321.4GHz～2.0GHz64324GB42百萬(wàn)2004Pentium4-64643.0GHz-3.8GHz6436/4064GB/1TB125百萬(wàn)2005PentiumD642.8GHz-3.6GHz6436/4064GB/1TB321百萬(wàn)表2.1Intel處理器性能指標(biāo)(續(xù)一)2.1.2 Intel處理器簡(jiǎn)介

CPU推出時(shí)間CPU類型字長(zhǎng)(位)時(shí)鐘頻率（MHz）數(shù)據(jù)總線位數(shù)(位)地址總線位數(shù)(位)可尋址的內(nèi)存大小集成的晶體管數(shù)目2006Core2Duo641.8GHz～3.3GHz6436/4064GB/1TB291百萬(wàn)2006Core2Quad642.1GHz～3.2GHz6436/4064GB/1TB582百萬(wàn)2008Nehalem643.46GHz6436/4064GB/1TB731百萬(wàn)2008~Corei7642.53GHz~4.0GHz6436/4814億(IvyBridge)2010~Corei3642.50GHz~

3.33GHz6436/483.82億2011SandyBridge643.6GHz6436/4064GB/1TB22.7億(SandyBridge-EP-8)2013Haswell64QPI速率:4.8GT/s~6.4GT/sDMI速率:2.5GT/s~5.0GT/s6439/4816億,制造工藝22nm,支持更為成熟的三柵極晶體管表2.1Intel處理器性能指標(biāo)(續(xù)二)2.1.3 其他主流的微處理器簡(jiǎn)介

1. IntelCeleron(賽揚(yáng))為滿足低端市場(chǎng)的需要，Intel于1998年4月推出了一款廉價(jià)的CPU產(chǎn)品，Celeron（中文名叫賽揚(yáng)）。2. AMD系列處理器K5處理器是AMD（AdvancedMicroDevices）公司第一個(gè)獨(dú)立生產(chǎn)的x86級(jí)CPU，該產(chǎn)品于1996年發(fā)布。AMD公司的處理器產(chǎn)品發(fā)展歷史，見(jiàn)右圖。2.1.3 其他主流的微處理器簡(jiǎn)介

3. Cyrix與VIA公司的處理器CyrixMⅡ是Cyrix公司于1998年3月開(kāi)始生產(chǎn)的，也是Cmhyrix公司獨(dú)自研發(fā)的最后一款微處理器。VIA公司在收購(gòu)Cyrix之后，正式推出了代號(hào)為Joshua的第一款微處理器。4. RiseRise公司是一家成立于1993年11月的美國(guó)公司，主要生產(chǎn)x86兼容的CPU，在1998年推出了mP6CPU。5.我國(guó)的龍芯

2002年9月28日，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所正式發(fā)布國(guó)內(nèi)首枚高性能通用CPU芯片-龍芯(Godson)。龍芯處理器產(chǎn)品包括龍芯1號(hào)、龍芯2號(hào)、龍芯3號(hào)三大系列，涵蓋小、中、大三類CPU產(chǎn)品。在通用領(lǐng)域，龍芯處理器已經(jīng)應(yīng)用在：個(gè)人電腦、服務(wù)器及高性能計(jì)算機(jī)、行業(yè)電腦終端、以及云計(jì)算終端等方面。在嵌入式領(lǐng)域，基于龍芯CPU的防火墻等網(wǎng)安系列產(chǎn)品已達(dá)到規(guī)模銷(xiāo)售。2.1.3 其他主流的微處理器簡(jiǎn)介

雙核心處理器雙核心處理器(DualCoreProcessor)，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在一塊CPU基板上集成兩個(gè)處理器核心并通過(guò)并行總線將各處理器核心連接起來(lái)，是美國(guó)斯坦福大學(xué)提出的CMP(ChipMultiProcessors，單芯片多處理器)技術(shù)中最基本、最簡(jiǎn)單、最容易實(shí)現(xiàn)的一種類型。2005年Intel和AMD相繼推出自己的雙核心處理器，雙核心才真正走入了主流的X86領(lǐng)域。（1）Intel雙核心處理器Intel早期推出的臺(tái)式機(jī)雙核心處理器常見(jiàn)的有PentiumD、PentiumEE(PentiumExtremeEdition)和CoreDuo、Core2Duo等幾種類型。其結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖2.24。圖2.24MCH協(xié)調(diào)兩顆核心之間的相互調(diào)用2.1.3 其他主流的微處理器簡(jiǎn)介

（2）AMD的雙核心處理器AMD推出的雙核心處理器分別是雙核心的Opteron系列和全新的Athlon64X2系列處理器。AMD在Athlon64X2雙核心處理器的內(nèi)部提供了一個(gè)稱為SystemRequestQueue(系統(tǒng)請(qǐng)求隊(duì)列)的技術(shù)，在工作的時(shí)候每一個(gè)核心都將其請(qǐng)求放在SRQ中，當(dāng)獲得資源之后請(qǐng)求將會(huì)被送往相應(yīng)的執(zhí)行核心，也就是說(shuō)所有的處理過(guò)程都在CPU核心范圍之內(nèi)完成，并不需要借助外部設(shè)備，雙核心AMDAthlon64X2內(nèi)部架構(gòu)見(jiàn)圖2.26。圖2.26雙核心AMDAthlon64X2內(nèi)部架構(gòu)2.2微處理器的硬件結(jié)構(gòu)2.2 微處理器的硬件結(jié)構(gòu)

下面我們以Intel的8086CPU（如圖2.1所示）為例，對(duì)CPU的結(jié)構(gòu)做一個(gè)介紹。從功能上來(lái)看，8086CPU可以分為兩部分，即總線接口部件（BusInterfaceUnit，BIU）和執(zhí)行部件（ExecutionUnit，EU）。CPU在工作時(shí)，BIU不斷地從存儲(chǔ)器取指令送入指令預(yù)取隊(duì)列（IPQ），EU不斷地從IPQ取出指令執(zhí)行，EU和BIU構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的2工位流水線，其中指令預(yù)取隊(duì)列IPQ是實(shí)現(xiàn)流水線操作的關(guān)鍵（如同流水線的傳送帶）。Pentium及其以后的CPU將一條指令劃分成更多的階段，以便可以同時(shí)執(zhí)行更多的指令。

第2章微處理器2.1 微處理器概述

從外部封裝形式來(lái)看，CPU常常是矩形或正方形的塊狀物，通過(guò)眾多的引腳與主板相連。從內(nèi)部來(lái)看，CPU是一片大小通常不到1/4英寸的薄薄的硅晶片，其英文名稱為die（核心）。在這塊小小的硅片上，密布著數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的晶體管，它們好像大腦的神經(jīng)元，相互配合協(xié)調(diào)，完成著各種復(fù)雜的運(yùn)算和操作。

2.2 微處理器的硬件結(jié)構(gòu)

下面我們以Intel的8086CPU（如圖2.27所示）為例，對(duì)CPU的結(jié)構(gòu)做一個(gè)介紹。從功能上來(lái)看，8086CPU可以分為兩部分，即總線接口部件（BusInterfaceUnit，BIU）和執(zhí)行部件（ExecutionUnit，EU）。CPU在工作時(shí)，BIU不斷地從存儲(chǔ)器取指令送入指令預(yù)取隊(duì)列（IPQ），EU不斷地從IPQ取出指令執(zhí)行，EU和BIU構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的2工位流水線，其中指令預(yù)取隊(duì)列IPQ是實(shí)現(xiàn)流水線操作的關(guān)鍵（如同流水線的傳送帶）。Pentium及其以后的CPU將一條指令劃分成更多的階段，以便可以同時(shí)執(zhí)行更多的指令。

2.2.1中央處理單元（CPU）的構(gòu)成

2.2.2基本功能部件1、總線接口部件（BusInterfaceUnit，BIU）

總線接口部件負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)?？偩€接口部件將從內(nèi)存中取出的指令送到指令隊(duì)列，并配合執(zhí)行部件從內(nèi)存或外設(shè)端口中取數(shù)據(jù)，同時(shí)還要把執(zhí)行完的數(shù)據(jù)結(jié)果送到指定的內(nèi)存單元或外設(shè)端口中。8086的總線接口部件由下列4部分組成：4個(gè)16位段地址寄存器（CS、DS、ES、SS）16位的指令指針寄存器IP（InstructionPointer）20位的地址加法器6字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器除了以上提到的4部分外，總線接口部件中還包含總線控制邏輯（輸入/輸出控制電路），它主要功能是分時(shí)傳遞地址信息或數(shù)據(jù)信息。2.2.2基本功能部件2、

執(zhí)行部件（ExecutionUnit，EU）執(zhí)行部件負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行，8086CPU的執(zhí)行部件由下列4部分組成：（1）4個(gè)通用寄存器，即AX、BX、CX、DX；（2）4個(gè)專用寄存器，即基數(shù)指針寄存器BP（BasePointer）堆棧指針寄存器SP（StackPointer）源變址寄存器SI（SourceIndex）目的變址寄存器DI（DestinationIndex）；（3）標(biāo)志寄存器（又稱作程序狀態(tài)字PogramStatusWord，簡(jiǎn)記作PSW）；（4）算術(shù)邏輯部件ALU（ArithmeticLogicUnit）。執(zhí)行部件的功能如下：（1）從指令隊(duì)列中取出指令。（2）對(duì)指令進(jìn)行譯碼，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。（3）接收由總線接口送來(lái)的數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)至接口。（4）進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算。2.2.2基本功能部件3、

8086CPU執(zhí)行程序的操作過(guò)程8086CPU執(zhí)行程序的操作過(guò)程如下：（1）

形成20位的物理地址，并根據(jù)此地址找到程序所在的存儲(chǔ)器單元，從該單元取出指令字節(jié)，依次放入指令隊(duì)列中。（2）

當(dāng)8086的指令隊(duì)列中有2個(gè)空字節(jié)時(shí)，總線接口部件就會(huì)自動(dòng)取指令至隊(duì)列中。（3）

執(zhí)行部件從總線接口的指令隊(duì)列首取出指令代碼，執(zhí)行該指令。（4）

當(dāng)指令隊(duì)列已滿，而執(zhí)行部件又不使用總線時(shí)，總線接口部件進(jìn)入空閑狀態(tài)。（5）

執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令、返回指令時(shí)，先清空指令隊(duì)列內(nèi)容，再將要執(zhí)行的指令放入指令隊(duì)列中。2.2.3微處理器的基本寄存器早期的8086，8088和80286的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為16位（二進(jìn)制位），是圖2.3所示的寄存器組的子集。而對(duì)于80386，80486，Pentium，PentiumPro等CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為32位（二進(jìn)制位）的。微處理器的基本寄存器中包括8、16、32位的三種不同寄存器組，見(jiàn)圖2.3。8位的寄存器有AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH和DL等8個(gè)，16位寄存器有AX、BX、CX、DX、SP、BP、DI、SI、IP、FLAGS、CS、DS、ES、SS、FS和GS，擴(kuò)展的32位寄存器有EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、EDI、ESI、EIP和EFLAGS。這些寄存器是由它們的字母名稱引用。需要注意的是32位寄存器和兩個(gè)16位寄存器FS、GS只存在于80386及更高級(jí)的微處理器中。2.2.3微處理器的基本寄存器圖2.298086-PentiumPro微處理器的基本寄存器2.2.3微處理器的基本寄存器寄存器分為通用寄存器（或多功能寄存器）和專用寄存器兩種。1、通用寄存器32位的通用寄存器包括EAX、EBX、ECX、EDX、EBP、EDI和ESI。下面分別予以說(shuō)明。EAX（累加器）它可以是一個(gè)32位的寄存器（EAX）、或是一個(gè)16位的寄存器（AX）也可以是一個(gè)8位寄存器AH和AL中的任一個(gè)。EBX（基地址寄存器）可以用EBX、BX、BH或BL的形式訪問(wèn)。BX寄存器在微處理器中用來(lái)保存存儲(chǔ)單的偏移地址，在80386及其以上的微處理器中，EBX也可尋址存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)。ECX（計(jì)數(shù)寄存器）可以通過(guò)ECX、CX、CH或CL的形式訪問(wèn)，是可以保存計(jì)數(shù)值的通用寄存器。在80386及其以上的微處理器中，它也可以保存存儲(chǔ)單元的偏移地址。2.2.3微處理器的基本寄存器EDX（數(shù)據(jù)寄存器）可以EDX、DX、DH或DL的形式訪問(wèn)，是一個(gè)通用寄存器，用來(lái)存放乘法結(jié)果的—部分或除法執(zhí)行前被除數(shù)的一部分。在80386及其以上的微處理器中，該寄存器也可以尋址存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)。EBP（基址指針寄存器）可指向所有型號(hào)微處理器的存儲(chǔ)器地址，用來(lái)傳送存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)。該寄存器可以BP或EBP的形式來(lái)訪問(wèn)。EDI（目的變址寄存器）通常在串操作指令中用來(lái)訪問(wèn)目的串?dāng)?shù)據(jù)。它也可作為一個(gè)32位或16位通用寄存器用。

ESI（源變址寄存器）通常在串操作指令中用來(lái)訪問(wèn)源串?dāng)?shù)據(jù)。它也可作為一個(gè)32位或16位通用寄存器用。2.2.3微處理器的基本寄存器2、

專用寄存器EIP、ESP專用寄存器包括EIP、ESP、EFLAGS和段寄存器CS、DS、ES、SS、FS和GS。下面先介紹一下EIP和ESP。

EIP（指令指針寄存器）存儲(chǔ)指令在代碼段中的偏移地址，通常不能被直接訪問(wèn)，也不能直接賦值，指令中不會(huì)出現(xiàn)對(duì)指令指針寄存器的操作。當(dāng)微處理器工作在實(shí)方式下時(shí)，該寄存器為IP（16位），當(dāng)80386及其以上的微處理器工作于保護(hù)方式時(shí)，它為EIP（32位）。ESP（堆棧指針寄存器）用來(lái)訪問(wèn)被稱為堆棧的存儲(chǔ)區(qū)域。堆棧通過(guò)這—指針來(lái)存取數(shù)據(jù)。該寄存器的16位寄存器形式為SP，32位寄存器形式為ESP。堆棧在微處理器中起著重要的作用，它用于暫存數(shù)據(jù)和過(guò)程的返回地址。堆棧是一個(gè)LIFO（Last-inFirst-out后進(jìn)先出）存儲(chǔ)區(qū)，后進(jìn)先出是數(shù)據(jù)入棧和出棧的規(guī)則。2.2.3微處理器的基本寄存器3、標(biāo)志寄存器EFLAGS標(biāo)志寄存器EFLAGS是一個(gè)專用的寄存器，在早期的8086-80286微處理器中它的位數(shù)是16位，用FLAGS表示，在80386及更高級(jí)的32位微處理器中，標(biāo)志寄存器是一個(gè)32位的，用EFLAGS表示。標(biāo)志寄存器的作用是用來(lái)存放有關(guān)微處理機(jī)工作過(guò)程中的狀態(tài)標(biāo)志信息、控制標(biāo)志信息以及系統(tǒng)標(biāo)志信息，各種條件碼（例如進(jìn)位、符號(hào)、溢出）及方式位等信息。寄存器中各位的含義如圖2.4所示。下面將各有效位的意義做一簡(jiǎn)要的說(shuō)明：（1）CF（CarryFlag）進(jìn)位標(biāo)志位。若CF=1，表示本次運(yùn)算中最高位（第7位或第15位）有進(jìn)位（加法運(yùn)算時(shí)）或有借位（減法運(yùn)算時(shí)）。（2）PF（ParityFlag）奇偶標(biāo)志位。PF=1，表示本次運(yùn)算結(jié)果的低八位中有偶數(shù)個(gè)“1”；PF=0，表示有奇數(shù)“1”。2.2.3微處理器的基本寄存器圖2-30標(biāo)志寄存器2.2.3微處理器的基本寄存器（3）AF（AuxiliaryCarryFlag）輔助進(jìn)位標(biāo)志位。AF=1，表示8位運(yùn)算結(jié)果（限使用AL寄存器）中低4位向高4位有進(jìn)位（加法運(yùn)算時(shí)）或有借位（減法運(yùn)算時(shí)），這個(gè)標(biāo)志位只在BCD數(shù)運(yùn)算中才起作用。（4）ZF（ZeroFlag）零標(biāo)志位。ZF=1，表示運(yùn)算結(jié)果為0（各位全為0），否則ZF=0。（5）SF（SignFlag）符號(hào)標(biāo)志位。SF=1，表示運(yùn)算結(jié)果的最高位（第7位或第15位）為“1”（有符號(hào)數(shù)的負(fù)數(shù)），否則SF=0。（6）TF（rapflag）陷阱控制標(biāo)志位。陷阱標(biāo)志可使微處理器進(jìn)入跟蹤方式，即進(jìn)入單步調(diào)試狀態(tài)；如果T標(biāo)志為1，微處理器可以根據(jù)調(diào)試寄存器和控制寄存器指示的條件中斷程序的執(zhí)行。如果T為0，則不進(jìn)入跟蹤（調(diào)試）方式。（7）IF（InterruptFlag）中斷允許標(biāo)志位?？刂戚斎胍_INTR的操作。若I＝l，INTR信號(hào)被允許；若I＝0，則INTR信號(hào)被屏蔽。IF的狀態(tài)由指令STI置位（置1）和指令CLI復(fù)位（清0）。2.2.3微處理器的基本寄存器（8）DF（DirectionFlag）方向標(biāo)志位。在串操作指令中，通過(guò)方向標(biāo)志可選擇對(duì)DI或SI寄存器內(nèi)容進(jìn)行遞增或遞減方式。若D＝1，則寄存器的內(nèi)容自動(dòng)地遞減；若D＝0，則寄存器內(nèi)容自動(dòng)地遞增。DF標(biāo)志由STD指令置位，由CLD指令復(fù)位。（9）OF（OverflowFlag）溢出標(biāo)志位。OF=1表示二個(gè)用補(bǔ)碼表示的有符號(hào)數(shù)的加法或減法結(jié)果超出了該字長(zhǎng)所能表示的范圍。例如，進(jìn)行8位運(yùn)算時(shí)，OF=1表示運(yùn)算結(jié)果大于+127或小于－128，此時(shí)不能得到正確的運(yùn)算結(jié)果。OF標(biāo)志對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果沒(méi)有意義。（10）IOPL（I/OPrivilegeLevel）I/O特權(quán)級(jí)標(biāo)志位。在保護(hù)方式操作中使用，用于選擇I/O設(shè)備的特權(quán)級(jí)。如果當(dāng)前特權(quán)級(jí)高于IOPL，I/O指令能順利執(zhí)行。如果當(dāng)前特權(quán)級(jí)低于IOPL，則產(chǎn)生中斷，使任務(wù)掛起。注意，這里IOPL＝00為最高級(jí)，IOPL＝11為最低級(jí)。（11）NT（NestedTask）嵌套標(biāo)志位。嵌套標(biāo)志表示在保護(hù)方式下，當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)嵌套于另一任務(wù)中。當(dāng)一個(gè)任務(wù)被軟件嵌套時(shí)，該標(biāo)志置1?；謴?fù)標(biāo)志與調(diào)試操作一起使用．用于控制在下一條指令后，恢復(fù)程序的運(yùn)行。2.2.3微處理器的基本寄存器（12）VM（VirtualMode）虛擬8086方式標(biāo)志位。用來(lái)在保護(hù)方式系統(tǒng)中選擇虛擬8086方式，一個(gè)虛擬8086系統(tǒng)允許在存儲(chǔ)器系統(tǒng)中同時(shí)存在多個(gè)1MB的DOS存儲(chǔ)器分區(qū)。這就允許系統(tǒng)執(zhí)行多個(gè)DOS程序。（13）AC（AlignmentCheckt）地址對(duì)齊檢測(cè)標(biāo)志位。當(dāng)訪問(wèn)字或雙字時(shí)，如果地址不處在字或雙字的邊界上，則地址對(duì)齊撿測(cè)標(biāo)志置1。只有80486SXCPU中含有AC標(biāo)志，該標(biāo)志供協(xié)處理器80487SX使用，用于同步。（14）VIF（VirtualInterruptFlag）虛擬中斷標(biāo)志位。該標(biāo)志只存在于Pentium/Pentiumpro微處理器中，它是中斷允許標(biāo)志的復(fù)本。（15）VIP（VirtualInterruptPending）虛擬中斷掛起標(biāo)志位。用于在Pentium/Pentiumpro微處理器中提供有關(guān)虛擬8086方式中斷的信息。它在多任務(wù)環(huán)境下為操作系統(tǒng)提供虛擬8086方式中斷和中斷掛起信息。（16）ID（Identification）CPU的標(biāo)識(shí)標(biāo)志位。表示Pentium/Pentiumpro支持CPUID指令。CPUID指令為系統(tǒng)提供廠有關(guān)Pentium處理器的信息，如其型號(hào)及制造商。2.2.3微處理器的基本寄存器4、段寄存器編程時(shí)，程序和各種不同類型的數(shù)據(jù)分別存放在不同的邏輯段中，它們的“段基址”存放在“段寄存器”中，段內(nèi)的偏移地址存放在其他相應(yīng)的寄存器中。下面給出了各個(gè)段寄存器及其在系統(tǒng)中的功能。

（1）CS（code）代碼段寄存器。代碼段是微處理器用來(lái)存放代碼（程序和過(guò)程）的—段存儲(chǔ)區(qū)域。代碼段寄存器定義了代碼段存儲(chǔ)區(qū)的起始地址。（2）DS（data）數(shù)據(jù)段寄存器。數(shù)據(jù)段是一段存放供程序使用的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)。數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)根據(jù)其偏移地址來(lái)訪問(wèn)。（3）ES（extra）附加段寄存器。附加段是一個(gè)附加的數(shù)據(jù)段，供串操作指令用來(lái)存放目的串?dāng)?shù)據(jù)。（4）SS（stack）堆棧段寄存器。堆棧段定義了一個(gè)用作堆棧的存儲(chǔ)區(qū)。堆棧段當(dāng)前的入口地址由堆棧指針寄存器（SP）確定。2.3處理器的總線處理器的總線稱作片內(nèi)總線是，指的是在微處理機(jī)芯片內(nèi)部的總線，它是專門(mén)用來(lái)連接各功能部件的信息通路。

2.3.1總線的結(jié)構(gòu)1、

總線標(biāo)準(zhǔn)的四個(gè)特性物理特性功能特性電器特性時(shí)間特性

2、總線分類片內(nèi)總線根據(jù)其功能可以分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線2.3處理器的總線

2.3.2總線的操作微處理機(jī)系統(tǒng)中的各種操作，包括從CPU把數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器、從存儲(chǔ)器把數(shù)據(jù)讀到CPU、從CPU把數(shù)據(jù)寫(xiě)入輸出端口、從輸出端口把數(shù)據(jù)讀到CPU、CPU中斷操作、直接存儲(chǔ)器存取操作、CPU內(nèi)部寄存器操作等，本質(zhì)上都是通過(guò)總線進(jìn)行的信息交換，統(tǒng)稱為總線操作。為完成一個(gè)總線操作周期，一般要分成4個(gè)階段：總線請(qǐng)求和仲裁（BusRequestandArbitration）階段尋址（Addressing）階段數(shù)據(jù)傳送（DataTransfering）階段結(jié)束（Ending）階段2.4微處理器的基本操作流程

2.4.1指令執(zhí)行的基本過(guò)程如圖2-31所示，計(jì)算機(jī)指令執(zhí)行的基本過(guò)程一般按照以下步驟進(jìn)行：取指令，從指令指針?biāo)傅膬?nèi)存單元中取出一條指令送到指令寄存器。譯碼，對(duì)指令進(jìn)行譯碼，并且對(duì)指令指針進(jìn)行增值，以便取得下一條指令。取操作數(shù)，根據(jù)指令要求到內(nèi)存單元或寄存器中取得操作數(shù)，對(duì)某些特定指令不需要取操作數(shù)這一步驟。執(zhí)行指令，依據(jù)指令的要求完成相應(yīng)的運(yùn)算，如果執(zhí)行的是轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令或者返回指令，則重新設(shè)置指令指針的值，以便取得下一條要執(zhí)行的指令。存結(jié)果，將運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行保存，此結(jié)果既包括操作數(shù)的運(yùn)算結(jié)果，也包括相應(yīng)的指令執(zhí)行狀態(tài)信息。2.4微處理器的基本操作流程圖2-31指令執(zhí)行的基本過(guò)程2.4.2微處理器的時(shí)序微處理器的各種不同操作的實(shí)現(xiàn)都是在時(shí)鐘信號(hào)的同步控制下，按時(shí)序一步一步進(jìn)行的。因此，時(shí)序是反映微處理器功能特性的一個(gè)重要方面?？偩€時(shí)序基本概念（1）時(shí)鐘周期、總線周期及指令周期CPU的操作都是在系統(tǒng)時(shí)鐘CLK的控制下按節(jié)拍有序地進(jìn)行的。系統(tǒng)時(shí)鐘一個(gè)周期信號(hào)所持續(xù)的時(shí)間稱為時(shí)鐘周期（T），大小等于頻率的倒數(shù)，是CPU的基本時(shí)間計(jì)量單位。CPU與存儲(chǔ)器或I/O接口交換信息是通過(guò)總線進(jìn)行的。CPU通過(guò)總線完成一次訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O接口操作所需要的時(shí)間，稱為總線周期（buscycle）。一個(gè)總線周期由多個(gè)時(shí)鐘周期（T）組成。對(duì)于不同型號(hào)的微處理器，一個(gè)總線周期所包含的時(shí)鐘周期數(shù)并不相同。2.4.2微處理器的時(shí)序（2）等待狀態(tài)和空閑狀態(tài)通過(guò)一個(gè)總線周期完成一次數(shù)據(jù)傳送，一般要有輸出地址和傳送數(shù)據(jù)兩個(gè)基本過(guò)程。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)一些慢速設(shè)備在T2、T3、T4三個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)不能完成數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)，那么總線就不能被系統(tǒng)正確使用。為此，允許在總線周期中插入用以延長(zhǎng)總線周期的T狀態(tài)，稱為“等待狀態(tài)”（Tw）。另外，如果在一個(gè)總線周期后不立即執(zhí)行下一個(gè)總線周期，即總線上無(wú)數(shù)據(jù)傳輸操作，此時(shí)總線則處于所謂“空閑狀態(tài)”，在這期間，CPU執(zhí)行空閑周期Ti，Ti也以時(shí)鐘周期T為單位。圖2.6給出了8086CPU的總線周期及其“等待狀態(tài)”和“空閑狀態(tài)”的情況。圖2-32等待狀態(tài)和空閑狀態(tài)2.4.2微處理器的時(shí)序基本的總線時(shí)序總線操作按數(shù)據(jù)傳送方向可分為總線讀操作和總線寫(xiě)操作。前者是指CPU從存儲(chǔ)單元或I/O端口中讀取數(shù)據(jù)，后者是指CPU將數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定存儲(chǔ)單元或I/O端口。（1）簡(jiǎn)化的8086讀總線周期若要從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)，則微處理器首先在地址總線上輸出所讀存儲(chǔ)單元的地址，接著發(fā)出一個(gè)讀命令信號(hào)（RD）給存儲(chǔ)器，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間（時(shí)間的長(zhǎng)短取決于存儲(chǔ)器的工作速度），數(shù)據(jù)被讀出到數(shù)據(jù)總線上，然后微處理器通過(guò)數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)接收到它的內(nèi)部寄存器中。一個(gè)簡(jiǎn)化的8086讀總線周期時(shí)序如圖2.7所示。在總線讀周期中，CPU在T1狀態(tài)送出地址及相關(guān)信號(hào)；T2發(fā)出讀命令和總線驅(qū)動(dòng)器8286控制命令；在T3、Tw等待數(shù)據(jù)的出現(xiàn)；在T4狀態(tài)將數(shù)據(jù)讀入CPU。2.4.2微處理器的時(shí)序圖2-33簡(jiǎn)化的8086讀總線周期時(shí)序2.4.2微處理器的時(shí)序（2）簡(jiǎn)化的8086寫(xiě)總線周期8086/8088的寫(xiě)總線周期與讀總線周期有很多相似之處，基本寫(xiě)周期也包含4個(gè)狀態(tài)T1，T2，T3和T4。當(dāng)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備速度較慢時(shí)，在T3和T4之間插入1個(gè)或多個(gè)等待狀態(tài)Tw。為了把數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器，微處理器首先要把欲寫(xiě)入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元的地址輸出到地址總線上，然后把要寫(xiě)入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線上，同時(shí)發(fā)出一個(gè)寫(xiě)命令信號(hào)（WR）給存儲(chǔ)器。一個(gè)簡(jiǎn)化的8086寫(xiě)總線周期時(shí)序如圖2.8所示。2.4.2微處理器的時(shí)序圖2-34簡(jiǎn)化的8086寫(xiě)總線周期時(shí)序2.4.2微處理器的時(shí)序 8086CPU的總線操作有以下幾點(diǎn)特征：8086的一個(gè)總線周期包含4個(gè)時(shí)鐘周期（即T1、T2、T3和T4）；8086采用地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用技術(shù)，即在一組復(fù)用的“地址/數(shù)據(jù)”總線上，先傳送地址信息（T1期間），然后傳送數(shù)據(jù)信息（T2、T3、T4期間），從而可以減少微處理器的引腳。最大模式下，8086的總線讀寫(xiě)操作在邏輯上和最小模式下的讀寫(xiě)操作是一樣的，但在分析操作時(shí)序時(shí)有所不同。最大模式下應(yīng)考慮總線控制器8288產(chǎn)生的一些控制信號(hào)的作用。2.5Intel處理器的結(jié)構(gòu)和原理

Intel公司后來(lái)開(kāi)發(fā)的80x86系列CPU在8088/8086的基礎(chǔ)上各方面的技術(shù)和性能又有了很大的提高和改進(jìn)。

2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)1、Intel80286CPU 1982年1月Intel公司推出的80286CPU是比8086/8088更先進(jìn)的16位微處理器芯片，其特征是內(nèi)部操作和寄存器都是16位的，內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.9。該芯片集成了13.5萬(wàn)個(gè)晶體管，采用68引線4列直插式封裝。80286不再使用分時(shí)復(fù)用地址/數(shù)據(jù)引腳，具有獨(dú)立的16條數(shù)據(jù)線D15D0和24條地址線A23A0。2.4.180X86處理器的結(jié)構(gòu)圖2-35

Intel

80286功能結(jié)構(gòu)2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)2、Intel80386CPU 1985年Intel公司推出了與8086/8088、80286兼容，具有的高性能32位微處理器80386，見(jiàn)圖2.10。該處理器芯片以132條引線網(wǎng)絡(luò)陣列式封裝，其中數(shù)據(jù)引腳和地址引腳各32條，時(shí)鐘頻率為12.5MHz及16MHz。

Intel80386微處理器的主要特點(diǎn)如下：采用全32位結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部寄存器、ALU等都是32位，數(shù)據(jù)線和地址線也均為32位提供32位外部總線接口，最大數(shù)據(jù)傳輸率為32MB/s，具有自動(dòng)切換數(shù)據(jù)總線寬度的功能具有片內(nèi)集成的存儲(chǔ)器管理部件MMU，可支持虛擬存儲(chǔ)和特權(quán)保護(hù)，虛擬存儲(chǔ)器空間可達(dá)64太字節(jié)（TB）具有實(shí)地址方式、保護(hù)方式和虛擬8086方式3種工作方式采用了比8086更先進(jìn)的流水線結(jié)構(gòu)，使其能高效、并行地完成取指、譯碼、執(zhí)行和存儲(chǔ)管理功能（指令隊(duì)列16字節(jié)長(zhǎng)）2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)圖2-36

Intel

80386功能結(jié)構(gòu)2.4.180X86處理器的結(jié)構(gòu)

圖2.11給出了Intel80386微處理器包括的6個(gè)功能部件：分段部件SU分頁(yè)部件PU執(zhí)行部件EU預(yù)取部件IPU譯碼部件IDU總線部件BIU線性地址譯碼指令數(shù)據(jù)（操作和結(jié)果）有效地址物理地址32位指令字節(jié)指令圖2-37Intel80386的6個(gè)功能部件外部總線2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)

Intel80386微處理器包括的6個(gè)功能部件：（1）總線接口部件（BIU） BIU是微處理器與系統(tǒng)的接口，在取指令、取數(shù)據(jù)、分段部件請(qǐng)求和分頁(yè)部件請(qǐng)求時(shí)，能有效地滿足微處理器對(duì)外部總線的傳輸要求。

（2）指令預(yù)取部件（IPU） IPU的功能是從存儲(chǔ)器預(yù)先取出指令，它有一個(gè)能容納16條指令的隊(duì)列。

（3）指令譯碼部件（IDU） IDU的功能是從預(yù)取部件的指令隊(duì)列中取出指令字節(jié)，對(duì)它們進(jìn)行譯碼后存入自身的已譯碼指令隊(duì)列中，并且作好供執(zhí)行部件處理的準(zhǔn)備工作。

（4）指令執(zhí)行部件（EU） EU由控制部件、數(shù)據(jù)處理部件和保護(hù)測(cè)試部件組成。EU負(fù)責(zé)執(zhí)行指令。

（5）分段部件（SU）

分段部件的作用是應(yīng)執(zhí)行部件的請(qǐng)求，把邏輯地址轉(zhuǎn)換成線性地址。

（6）分頁(yè)部件（PU）

分頁(yè)部件的作用是把由分段部件產(chǎn)生的線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址。2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)3、Intel80486CPU

80486是Intel公司1990年推出的第二代32位微處理器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.12。80486CPU使用1微米的制造工藝，在芯片內(nèi)部集成了120萬(wàn)個(gè)晶體管，其數(shù)目是80386的4倍以上。Intel80486微處理器數(shù)據(jù)線和地址線均為32條，168個(gè)引腳的網(wǎng)絡(luò)陣列式封裝從內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成上看，80486微處理器是由提高了效率的80386微處理器、增強(qiáng)了性能的80387數(shù)值協(xié)同處理器、一個(gè)完整的片內(nèi)Cache及其控制器組合而成。從程序設(shè)計(jì)角度看，其體系結(jié)構(gòu)與80386相比幾乎沒(méi)有變化，可以說(shuō)是對(duì)80386的照搬。80486CPU芯片內(nèi)較之80386增加了了三個(gè)新的部件，它們分別是浮點(diǎn)部件FPU、控制和保護(hù)部件和Cache部件。同時(shí)還新增6條80386沒(méi)有的指令。2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)

圖2-38

Intel

80486內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)

80486微處理器的微體系結(jié)構(gòu)包括有9個(gè)功能部件，它們分別是：總線接口部件。片內(nèi)高速緩沖存儲(chǔ)器Cache。指令預(yù)取部件。指令譯碼部件?？刂撇考Ｕ麛?shù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)通路。浮點(diǎn)部件。分段部件。分頁(yè)部件。2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)80486微處理器的寄存器種類可分為以下幾種：（1）基本體系結(jié)構(gòu)寄存器。其中包括以下4種： ①通用寄存器

②指令指針寄存器

③標(biāo)志寄存器

④段寄存器（2）系統(tǒng)級(jí)寄存器，包括以下2種：

①控制寄存器

②系統(tǒng)地址寄存器（3）浮點(diǎn)寄存器，其中包括以下5種：

①數(shù)據(jù)寄存器

②標(biāo)記字寄存器

③狀態(tài)字寄存器

④指令和數(shù)據(jù)指針寄存器

⑤控制字寄存器（4）調(diào)試和測(cè)試寄存器2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)

4、IntelPentiumCPU IntelPentiumCPU是Intel公司1993年推出的第5代微處理器芯片。該芯片內(nèi)部集成了310萬(wàn)個(gè)晶體管，有64條數(shù)據(jù)線和36條地址線。PentiumCPU采用了新的體系結(jié)構(gòu)，其具有兩條流水線，這兩條流水線與浮點(diǎn)部件能夠獨(dú)立工作。PentiumCPU內(nèi)部有兩個(gè)超高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）。一個(gè)是指令超高速緩沖存儲(chǔ)器，另一個(gè)是數(shù)據(jù)超高速緩沖存儲(chǔ)器，這比只有一個(gè)指令與數(shù)據(jù)合用的超高速緩沖存儲(chǔ)器的80486更為先進(jìn)。Pentium微處理器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖2.13所示。2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)

圖2-39

Pentium

CPU原理結(jié)構(gòu)圖2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu) PentiumCPU內(nèi)部的主要部件有：總線接口部件U流水線和V流水線指令高速緩沖存儲(chǔ)器Cache數(shù)據(jù)高速緩沖存儲(chǔ)器Cache指令預(yù)取部件指令譯碼器浮點(diǎn)處理部件FPU分支目標(biāo)緩沖器BTB微程序控制器中的控制ROM寄存器組2.5.180X86處理器的結(jié)構(gòu)

Pentium的寄存器可以分為三組：基本寄存器組：

包括通用寄存器、指令寄存器、標(biāo)示寄存器以及段寄存器；系統(tǒng)寄存器組：

包括系統(tǒng)地址寄存器、控制寄存器；浮點(diǎn)部件寄存器組：

包括數(shù)據(jù)寄存器堆、控制寄存器、狀態(tài)寄存器、指令指針寄存器和數(shù)據(jù)指針寄存器以及標(biāo)記字寄存器。

Pentium處理器的虛擬存儲(chǔ)器（VirtualStorage）技術(shù)、高速緩存（Cache）技術(shù)以及超標(biāo)量流水線技術(shù)是現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三大支柱。2.5.2Pentium4處理器結(jié)構(gòu)

Pentium4處理器是一個(gè)在Pentium處理器基礎(chǔ)上完全重新設(shè)計(jì)的處理器。它擁有很多改進(jìn)了的革新特性的新技術(shù)和性能，比如“亂序推測(cè)執(zhí)行”和“超標(biāo)量執(zhí)行”等。很多這種新的革新和改進(jìn)使得處理器技術(shù)、處理技術(shù)和以前不能在高容量中實(shí)現(xiàn)的電路設(shè)計(jì)、可制造方法等方面的改進(jìn)成為可能。

圖2-40給出了使用了NetBurst（網(wǎng)際爆發(fā)）微結(jié)構(gòu)的Pentium4處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理。NetBurst結(jié)構(gòu)具有不少明顯的優(yōu)點(diǎn)，包括20段的超級(jí)流水線、高效的亂序執(zhí)行功能、2倍速的ALU、新型的片上緩存、SSE2指令擴(kuò)展集和400MHz的前端總線等等。2.5.2Pentium4處理器結(jié)構(gòu)圖

2-40

Pentium4

CPU微結(jié)構(gòu)圖2.5.2Pentium4處理器結(jié)構(gòu)Pentium4處理器的主要部件和工作特性：

BTB（BranchTargetBuffer）分支目標(biāo)緩存μO(píng)P（Micro-Operation）微指令或微操作AGU（AddressGenerationUnit）地址生成單元ALU算術(shù)邏輯單元InstructionTLB指令轉(zhuǎn)換旁視緩沖存儲(chǔ)器InstructionDecoder指令譯碼器TraceCache追蹤緩存Registerrenaming寄存器重命名2.5.2Pentium4處理器結(jié)構(gòu)Pentium4處理器的主要部件和工作特性：（續(xù)）μO(píng)PQueues和Schedulers（微操作隊(duì)列和調(diào)度）SSE2（StreamingSIMDExtension）數(shù)據(jù)流單指令多數(shù)據(jù)擴(kuò)展2前端總線采用了QDR（QuadDataRate）技術(shù)先進(jìn)的亂序推測(cè)執(zhí)行動(dòng)態(tài)引擎時(shí)鐘頻率（ALU的頻率、CPU的主頻和流水線頻率、追蹤緩存頻率）2.5.3IntelCore2處理器結(jié)構(gòu)IntelCore2處理器采用酷睿架構(gòu)（見(jiàn)圖2.41），下面將該架構(gòu)的主要特性描述如下：（1）4路解碼器、宏融合、微融合和分支預(yù)測(cè)單元（2）亂序執(zhí)行單元提供了更多的指令端口及增強(qiáng)的向量處理能力。（3）整數(shù)執(zhí)行單元三個(gè)整數(shù)算術(shù)/邏輯單元，在最理想的情況下每一個(gè)都能一個(gè)周期完成一條簡(jiǎn)單的64位整數(shù)（例如整數(shù)加法）指令。（4）浮點(diǎn)執(zhí)行單元擁有兩個(gè)浮點(diǎn)算術(shù)單元，均能執(zhí)行向量和標(biāo)量浮點(diǎn)算術(shù)操作，一個(gè)能執(zhí)行加法操作以及還有一些別的簡(jiǎn)單操作。（5）內(nèi)存相關(guān)性預(yù)測(cè)在亂序執(zhí)行過(guò)程中，MOB（MemoryOrderingBuffer，內(nèi)存重排序緩存）起著關(guān)鍵作用，它可以讓多個(gè)load和stor