计算机硬件基础第二章.ppt

第二章 微处理器及其管理;微处理器的功能结构;CPU主要组成部分逻辑框图 ;ALU的逻辑符号 ;1．对用户透明寄存器 这类寄存器对用户来说是不可访问的。它是在操作系统的作用下，在CPU中起着控制计算机操作的作用。对用户透明寄存器至少包括程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）等。 2．可遍程寄存器 通用寄存器:存放数据，也可存放数据的地址 。 地址寄存器：存放地址，也称为地址指针寄存器。 标志寄存器：保存程序的运行状态，也称PSW寄存器。;2.1.2 指令集（Instruction Set）;MOV CL, 10 MOV AH, AL ADD CL, 5; 一台计算机指令系统的指令少则几十条，多则几百条。因此，不同类型的计算机，其硬件的功能差异很大，相应地，其指令系统的差别也很大。但无论其规模是大是小，一般都包含有如下的一些基本功能类型的指令。; CPU需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作。CPU经过这么多年的发展，采用的接口方式有:1.早期(Intel 386以前)的CPU引脚较少,大多直接焊接到主板上.2.针脚式。目前CPU的接口都是针脚式接口，对应到主板上就有相应的插座类型(Socket)。3.卡式接口。对应到主板上就有相应的插槽类型(Slot)。  CPU接口类型不同，在插孔数、体积、形状都有变化，所以不能互相接插。即使同一接口的CPU由于内核不同，电压不同等因素，也不一定就能在同一主板上使用。;微处理器;Socket F??? Socket F是AMD于2006年第三季度发布的支持DDR2内存的AMD服务器/工作站CPU的接口标准。与以前的Socket 940接口CPU明显不同，Socket F与Intel的Socket 775和Socket 771倒是基本类似。Socket F接口CPU的底部没有传统的针脚，而代之以1207个触点，即并非针脚式而是触点式，通过与对应的Socket F插槽内的1207根触针接触来传输信号。Socket F接口不仅能够有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。Socket F接口的Opteron也是AMD首次采用LGA封装，支持ECC DDR2内存。按照AMD的规划，Socket F接口将逐渐取代Socket 940接口。 ;SLOT 1 ??SLOT 1是英特尔公司为取代Socket 7而开发的CPU接口，并申请的专利。这样其它厂商就无法生产SLOT 1接口的产品。SLOT1接口的CPU不再是大家熟悉的方方正正的样子，而是变成了扁平的长方体，而且接口也变成了金手指，不再是插针形式。;Intel CPU 技术结构;EU BIU BUS; 指令流水线（Instructions Pipeline）是一种能够供多条指令重叠操作的处理器技术，是现代处理器设计中最为关键的技术之一。 ;(a) 四阶段流水线 ; 超标量（super scalar）处理机采用资源重复的并行性思想，设置多条指令流水线和多个功能部件。每个周期发送多条指令同时并行地对多条指令进行流水线处理。;三发射超标量流水线 ;为了提高处理器的并行处理能力 乱序执行(out of order execution)：处理器将多条指令不按程序规定的顺序，而按实际情况分发各相应单元进行处理，而执行结果重新按原程序的指令顺序排列后返回程序。 分支预测(branch prediction)和推测(speculation execution)执行：在指令结果出来之前，预测指令是否产生分支转移，并推测执行。采用转移目标缓冲存储器（Branch Target Buffer，BTB)保存最近转移指令的相关历史记录。; 复杂指令系统计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）是随着计算机科学和微电子等相关学科的发展，为满足实际应用的需要，同时照顾到计算机兼容性等诸多因素而出现的。并且，由于微处理器的功能越来越强，所以它的结构也越来越复杂。 ;典型CISC处理器结构 ; 采用RISC技术可以简化指令系统的设计，适合超大规模集成电路的实现，可以提高机器的执行速度和效率，降低设计成本，提高系统的可靠性等等。RISC技术在某些领域取得的令人瞩目的成就，对CISC技术构成了强有力的冲击。各具特色的RISC芯片不断涌现，并在许多领域已显示出其固有的优势，可以说RISC技术极具生命力。;RISC处理器的结构 ;精简指令条数，但必须优化编译程序 规范指令格式，指令长度一致 简化寻址方式，面向寄存器操作，缓解主存带宽压力。 优化指令流水线技术 ;直接寻址方式示意图 ; (a) 一次间接寻址