第1章微机概论2009(网络)微机原理前言和祥解.ppt

4、微机原理与接口技术课程N+2的N的内涵 计算机各部件间需要大量而高速地交换信息，才能实现总体功能。例如： · CPU从存储器读取指令、数据，经过运算以后又将结果存入存储器； · CPU与I/O设备交换数据；　　　　　　 · CPU从接口中读取设备的状态信息，以了解设备工作的现状； · CPU向接口输出命令启动和控制设备工作；等等 1.1.2 冯·诺依曼体系结构 计算机组成原理讨论的基础就是冯·诺依曼体系结构的计算机，其基本设计思想就是存储程序和程序控制，具有以下特点： (1) 采用二进制形式表示数据和指令　　在存储程序的计算机中，数据和指令都是以二进制形式存储在存储器中的。从存储器存储的内容来看两者并无区别．都是由0和1组成的代码序列，只是各自约定的含义不同而已。计算机在读取指令时，把从计算机读到的信息看作是指令；而在读取数据时，把从计算机读到的信息看作是操作数。数据和指令在软件编制中就已加以区分，所以正常情况下两者不会产生混乱。有时我们也把存储在存储器中的数据和指令统称为数据，因为程序信息本身也可以作为被处理的对象，进行加工处理，例如对照程序进行编译，就是将源程序当作被加工处理的对象。 1982年，80286诞生，虽然80286和8086都同为16 位处理器，80286在性能上有了很大的提高。80286将 存储器的保护管理模式引入CPU的体系结构，从80286 开始，处理器支持实地址模式和虚拟保护模式。基于 80286的IBM个人计算机即IBM PC/AT。 80386是Intel 公司85年推出的第一个32位微处 理器，内部寄存器均为32位，32根地址线，最大地址 空间为4G字节，386DX包含27万5千个晶体管。在微处 理器内部，80386增加了系统管理等专用寄存器，集 成了规范的存储管理部件，并按照速度的不同，采用 了分级的总线结构。80386也是第一个支持片外Cache 的CPU。因此，基于386的微计算机系统，总体性能上 有了很大提高。 80486将8K字节的Cache集成在处理器芯片 内部，极大的提高存储器访问的速度。486采 用了取指、两级译码、执行和写回五级流水， 在流水线上多数指令的执行一个时钟周期就能 完成。虽然，首批486的主频从386DX的20MHz 仅提高到了25MHz，指令的执行速度却提高了3 倍多，从386的6MIPS（每秒百万指令流）提高 到20MIPS。从80486开始，数值运算协处理器 被集成在主处理器内部，意味着处理器功能的 又一进步。 九十年代初，Pentium微处理器问世,这个32位的 微处理器把外部数据总线的宽度扩充到64位，也就是 说处理器每次可以传送8个字节。Pentium内部集成了 8KB的代码Cache和8KB的数据Cache,独立的代码Cache 和数据Cache避免了同时进行取指和读写操作数时产 生的Cache访问冲突。Pentium采用了超标量流水线和 指令分支预测技术,集成了高性能的浮点处理单元。 多数情况下,超标量流水线每个时钟周期可以执行两 条整型指令和一条浮点处理指令。整数处理能力比 486提高两倍，浮点处理能力比486提高5-10倍。图1- 4是不同频率下80386 到 Pentium的性能比较图。从 图中可以看出，相同频率（100MHz）的Pentium比 80486 iCOMP指数提高2倍。 继Intel第五代微处理器Pentium之后，第六代微 处理器Pentium Pro在2年以后面世。Pentium Pro处 理器内部同时集成了16KB的L1 Cache和256/512KB的 L2 Cache。并通过指令乱序执行以及重排序缓冲器进 一步提高指令级的并行性。Pentium Pro的首批CPU频 率就达到200MHz，性能为440MIPS。 1997年，Pentium II处理器诞生，PII内部L1级 指令Cache和数据Cache分别增加到16MB，内部L2级 Cache仍为256/512KB。它在超标量流水线结构中增强 了MMX指令的处理能力。从PII开始采用了双独立总线 结构,一条用于连接处理器内核和L2 Cache,一条连接 系统总线,处理器可以在2条总线上同时传送数据。 Pentium III在PII的基础上进一步提高了性能， 它的集成度达到820万晶体管，第一批CPU的主频为 500MHz，运行速度为1000MIPS。P III的最高频率为 1.40GHz。P III具有256 bit宽的Cache数据总线，它 增加了128位的SIMD（单指令多数据）寄存器，用于 Internet 流式 SIMD 扩展。P III还增强了动态执行 的微结构。　P4采用了