新编2015处理器(补充)详解.ppt

* 1 流水线的基本概念 取指令 分析指令 执行指令 写结果 以上是早期的处理器的工作过程,由于效率不 高,所以出现了流水线技术,采用指令流水线，能使 各操作部件同时对不同的指令进行加工,提高了机 器的工作效率。从另一方面讲,当处理器可以分解 为m个部件时，便可以每隔1/m个指令期解释一条 指令,加快了程序的执行速度,但对指令的执行速度 并没有加快。 8086CPU的流水技术 * 2 流水线的种类 指令流水线 是将指令的整个执行过程按流水线部件进行分段处理。典型的指令执行过程是取指令一指令译码一形成地址一取操作数一执行指令、回写结果一修改指令指针。 数据流水线 是指浮点运算、乘法、除法等都需要多个机器周期才能完成，为了加快运算速度，把流水线技术引入到运算操作部件中，就形成了运算流水线。 指令分解： ?取指?译码?形址?取数? 执行?写数?修改PC ? 浮点流水线 ?对阶?尾数相加?规格化? * 指令间的相关是指由于一段机器语言程序的相近指令之间出现了某种关联，因它们不能同时被解释，使指令流水线出现停顿，从而影响指令流水线的效率。 指令间的相关大体可分 控制相关（control dependency） 部件相关（unit dependency） 数据相关（data dependency） 3 流水线的相关问题 控制相关 当一条指令要等前一条（或几条）指令作出转移方向的决定后才能开始进入流水线时，便发生控制相关。 措施有 1.延迟转移法 2.猜测转移法 部件（设备）相关 当多条指令进入流水线后，在同一机器时钟内争用同一部件，此时发生部件相关。 措施有 1. 停一拍 2.增加专用设备 数据相关 数据相关在几条相近的指令间共用同一个存储单元或寄存器时发生。 数据相关有三种情形，读--写相关（先写后读，即RAW--Read After Write）、写--读相关（先读后写，即WAR--Write Ater Read）、写--写相关（先写后写，WAW--Write After Wrete）。 解决这种数相关，可采用数据旁路（bypassing）或称数据内部传递（internal forwarding）技术。 * 高性能处理机技术 常见的多发射技术 超标量技术 超流水线技术 超长指令字技术 超标量（super scalar）技术是指可以在每个时钟 周期内同时并行发送多条独立指令，即以并行操 作方式将两条或两条以上指令，编译、执行之。 需要多套执行设备，用空间换时间。 超长指令字（VLIW）采用多条指令在多处理部件中并行处理的体系结构。VLIW是由编译程序在编译时挖掘出指令间潜在的并行性后，把多条能并行执行的操作组合成一条具有多个操作段的超长指令 流水线技术使计算机系统结构产生重大革新。另一出路是开发多发射技术，即设法在一个时钟周期内发出多条指令 超流水线（super pipe lining）技术是流水线的执行周期为机器周期的1/n；即将机器周期分成n个子周期，每个子周期发射一条指令。 通用微处理器 微处理器Micro Processing Unit，CPU是一种通用的MPU。 CPU 是计算机的核心，具有运算能力和控制能力。 CPU的功能： 算术逻辑运算 保存少量数据 译码并执行规定操作 与存储器和外设交换数据 提供系统的定时和控制信号 相应中断请求 CPU的组成： 算术逻辑部件 累加器和通用寄存器 程序计数器、指令寄存器和译码器 时序和控制部件 主要内容： 5.1 8086/8088CPU 5.2 IBM PC微机及工作原理 5.3 16位MPU到32位MPU的过渡 5.4 Pentium系列处理器 5.5 通用MPU的评价 5.6 RISC技术 8086/8088CPU Intel 8086/8088芯片引脚介绍 8086/8088CPU Intel 8086/8088特点 与以前的4位、8位微处理器相比，特点鲜明。 集流水线、寄存器结构、总线结构、复杂指令于一身的经典微处理器。 结构图 最早采用流水线结构的微处理器 采用分时服用的总线结构 存储器空间进行分段管理 丰富的指令集 丰富的寄存器组 容易构成的时序系统 8086/8088CPU 最早采用流水线结构的微处理器 采用分时复用的总线结构 存储器空间进行分段管理 8086实用20为地址信号，可寻址1MB地址空间。 存放地址的寄存器IP、SP、BP、SI、DI只有16位。 段（逻辑段）： 最多可包含64KB； 起始地址（基址）是一个能被16整除的数，最后4位为0； 基址是用软件设置； 段和段