第十三章 pentium.ppt

32位机为了支持多任务操作及提高处理速度，普遍采用了一些现代先进计算机硬、软件技术，在体系结构的设计上有了概念性的变化和革新，如流水线技术、虚拟存储器技术、高速缓冲存储器技术、内存管理技术及分支预测技术等，为实现多用户多任务多操作系统提供了有力支持。 ①Pentium内部总线是32位，但与存储器链接的外部数据总线位64位，使得一个总线周期中数据传输量提高一倍。另外还支持数据成组传输。 ②设置相互独立的片内指令Cache和数据Cache ，使得原来需要访问内存的操作转换为访问高速Cache的操作，提高了取指令和读写数据的速度。 ③使用两条指令流水线并行执行指令。 ④内部集成了增强型浮点处理部件FPU。 ⑤对常用指令采用硬件实现。 ⑥采用分段和分页两级存储管理机制，使得存储管理可靠快速。 ⑦增强了信息传输准确性的检测能力和机器异常事件的处理能力。 ⑧为系统的扩展提供了很好的检测和测试能力。 CISC：复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer）是指以微程序为基础、具有较复杂指令系统的计算机。 在60年代到80年代初期这一阶段中，以微程序控制器为基础的处理器占主流地位，IBM公司从60年代初开始把计算机产品系列化后，处理器体系结构设计中采用微程序技术作为控制指令执行的控制器的基础。在一个产品系列中，低档机指令系统中的指令的基本操作,可以以微程序方式存放在微存储器中（只读存储器），这个微存储器称为“核”。如果高档机要求增加功能更强的、更复杂的指令，则只需要扩充这个核，增加相应的微程序，即可做到从低档机到高档机的软件向上兼容。 随着大规模集成电路技术的发展，计算机的硬件成本不断下降，软件成本不断提高，使得指令系统增加了更多更复杂的指令，以提高操作系统的效率。另外，同一系列的新型机对其指令系统只能扩充而不能减去旧型机的任意一条，以达到程序兼容。这样一来，指令系统越来越复杂，有的计算机指令甚至达到数百条，如Intel公司的8086、80286、80386微处理器等。 日益庞大的指令系统不仅使计算机研制周期变长，而且还有难以调试、难以维护等一些自身无法克服的缺点。 后来人们发现机器执行的指令中85％左右的都是简单指令，复杂指令甚少，因此开始研制精简指令系统计算机(RISC)。 RISC：精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer）是指采用简化了的指令系统和硬连线控制器的计算机。它是在高效的流水线技术的基础上，充分利用指令并行执行和编译优化技术的计算机。 RISC出现在80年代，它的含义是简化指令系统的计算机，它舍弃不常用的复杂指令，并充分改进频繁使用的基本指令的实际执行效率，把微程序控制器改为硬连线控制器，加强寄存器-寄存器操作指令，从而简化了计算机结构，提高了性能。后来，RISC技术强调优化流水线技术，使在一个机器周期内完成一个基本指令的执行。 相对于CISC型CPU ,RISC型CPU不仅精简了指令系统，还采用了一种叫做“超标量和超流水线结构”，大大增加了并行处理能力。架构在同等频率下，采用RISC架构的CPU比CISC架构的CPU性能高很多。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU，特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。RISC指令系统更加适合高档服务器的操作系统UNIX，现在Linux也属于类似UNIX的操作系统。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。 RISC结构是对计算机体系结构的一次重大变革，它可使微型计算机、工作站、小型计算机、大型计算机甚至超级计算机都由同一类型的处理机组成，这些不同机型的软件可做到二进制兼容。经过发展，RISC已成为一种体系结构的设计思想，它与CISC的差别已不再是指令集的多少，远远超出了原来的含义和概念。 计算机流水线(Computer Pipeline) 把计算机的指令或操作分解成一系列可独立执行的步，并将多条指令或多个操作的步，按流水线方式重叠执行的一种工作方式。其特点是多条指令或多个操作并行处理，虽然每条指令或每个操作的执行步骤并未减少，但从整体看却加快了指令流进程，提高了整体处理速度。 计算机流水线一般分为指令流水线和运算流水线两种。 80年代初出现RISC后，即把流水线技术作为首选技术，在RISC中最初的目标是每个时钟周期执行一条指令，后来提出在一个时钟周期执行多条指令的目标，于是便出现了超流水线（Superpipelined）、超标量（Superscalar）等体系结构。 超流水线结构是把一个时钟周期再细分为多个子周期，每个子周期发出一条指令