微机原理与接口技术课件(铁道大学)第2章.ppt

2．微处理器的发展趋势 目前微型计算机基本上是沿着两个方向发展： 一是生产性能更好的单片机及4位、8位微型计算机，主要是面向要求低成本的家电、传统工业改造及普及教育等，其特点是专用化、多功能、可靠性好； 二是发展16位、32位、64位微型计算机，面向更加复杂的数据处理、OA、DA科学计算等，其特点是大量采用必威体育精装版技术成果，在IC技术、体系结构等方面，向高性能、多功能的方向发展。下面主要介绍一下高档微处理器技术发展的一些趋势。 1)多级流水线结构 在一般的微处理器中，在一个总线周期(或一个机器周期)未执行完以前，地址总线上的地址是不能更新的。在流水线结构情况下，如8086以上的总线周期中，当前一个指令周期正执行命令时，下一条指令的地址已被送到地址线，这样从宏观来看两条指令执行在时间上是重叠的。这种流水线结构可大大提高微处理器的处理速度。 2)芯片上存储管理技术 该技术是把存储器管理部件与微处理器集成在一个芯片上。目前把数据高速缓存、指令高速缓存与MMU(存储器管理单元)结合在一起的趋势已十分明显，这样可以减少CPU的访问时间，减轻总线的负担。例如，摩托罗拉的MC68030将256个字节的指令高速缓存、256个字节的数据高速缓存与MMU做在一起构成Cache／MemoryUnit。 3)虚拟存储管理技术 该技术已成为当前微处理器存储器管理中的一个重要技术，它允许用户将外存看成是主存储器的扩充，即模拟一个比实际主存储器大得多的存储系统，而且它的操作过程是完全透明的。 4)并行处理的哈佛(HarVard)结构 为了克服MPU数据总线宽度的限制，尤其是在单处理器情况下，进一步提高微处理器的处理速度，采用高度并行处理技术——HarVard结构己成为引人注目的趋势。 哈佛结构的基本特性是：采用多个内部数据／地址总线；将数据和指令缓存的存取分开；使MMU和转换后援缓冲存储器(TLB)与CPU实现并行操作。该结构是一种非冯·诺依曼结构。 5)RISC结构 RISC结构就是简化指令集的微处理器结构。其指导思想是在微处理器芯片中，将那些不常用的由硬件实现的复杂指令改由软件来实现，而硬件只支持常用的简单指令。 这种方法可以大大减少硬件的复杂程度，并显著地减少处理器芯片的逻辑门个数，从而提高处理器的总性能。这种结构更适合于当前微处理器芯片新半导体材料的开发和应用。但是，这些材料与硅相比，其加工技术难于掌握，技术还不成熟，芯片的集成度还远远满足不了传统的复杂指令系统计算机(CISC)的要求。 6）整片集成技术（Wafer scale Integration) 目前高档微处理器已基本转向CMOS VLS工艺，集成度已突破千万晶体管大关。一个令人瞩目的动向是新一代的微处理器芯片已将更多的功能部件集成在一起，并做在一个芯片上。目前在一个MPU的芯片上己实现了芯片上的存储管理、高速缓存、浮点协处理器部件、通信I/O接口、时钟定时器等。同时，单芯片多处理器并行处理技术也己由不少厂家研制出来。 另外，从微型计算机系统角度来看，采用多机系统结构、增强图形处理能力、提高网络通信性能等方面都是当前微型计算机系统所追求的目标。 提高微处理器能力主要办法： 1、提高芯片的时钟频率 缺点：频率越高功耗越大，处理器和主板设计越困难，成本越高。 2、增加数据总线宽度 DIP封装价格昂贵，现采用PAG封装 3、改变微处理器结构，使尽可能多的指令并行工作。 超流水、超标量。结构复杂 与其他几种16位微处理器相比，8086的内部结构规模较小，仍采用40引脚的双列直插式封装。 8086的一个突出特点是多重处理能力，用8086 CPU与8087协处理器以及8089I/O处理器组成的多处理器系统，可大大提高其数据处理和输入/输出能力。另外，与8086配套的各种外围接口芯片非常丰富，方便用户开发各种系统。 1995年，Intel公司推出了80386EX，也叫嵌入式PC，它在一个集成芯片上包囊了AT类PC的所有部件，它还有24根输入/输出数据线、26位的地址总线、16位的数据总线、一个DRAM刷新控制器，以及可编程的芯片选择逻辑。 80386的指令系统和早期8086、8088、80286的指令系统是向下兼容的，附加的指令涉及到32位的寄存器，还可以管理内存系统。 2.2.2 Intel 8086微处理器功能结构 1. 8086 CPU的内部结构 如果是运算操作，操作数据经过运算暂