清华微机讲义第二章IA-32结构微处理器.ppt

第二章 IA-32结构微处理器 2.1 IA-32结构微处理器的概要历史 摩尔定律：每18个月微处理器芯片上的晶体管数翻一倍。 微型计算机发展史…… 1.INTEL 8086 微处理器 1、IA-32重要特点和发展： 2、8086微处理器的组成 3、8086和8088的关系 4、IA-32结构的段寄存器结构 1、IA-32重要特点： 在早期的计算机系统上开发的目标程序仍然可以在当前必威体育精装版型的CPU上执行。 目前IA-32结构是最流行的计算机结构。 2、8086微处理器的组成 有16位寄存器和16位外部数据线，具有20根地址总线，寻址1MB地址空间。 3、8086和8088的关系 8088除了有较小的8位外部数据总线外，其他与8086几乎是一样的。 4、IA-32结构的段寄存器结构 8086引进了段这个思想到INTEL-32结构中，关于段……有16位的段寄存器，它包含最大为64KB的内存段的指针。所以一次用4个段寄存器，8086能寻址256KB而不需要在段之间切换。同时还有一个重要元素就是段指针。这样用段寄存器和段指针就可以形成20位地址，一共提供了1MB的地址范围。 另外：80286还提供了保护方式操作。这种方式是用段寄存器的内容作为选择子来描述浮表的指针。描述符提供了24位基地址，允许最大的物理存储器的尺寸至16MB。同时提供虚拟存储器管理和各种保护机制。 2.INTEL 80386微处理器 1 、第一个32位处理器 2、 提供了向后兼容性 3 、32位总线支持4GB的存储体 4 、把分页结构引入到IA-32结构中 5 、80386的并行处理能力 1 、第一个32位处理器 内部引入了32位寄存器用于容纳操作数和地址，但是每个32位寄存器的后一半16位保留了早期处理器8086和80286的16位寄存器的特性。 2、 提供了向后兼容性 根据上段的描述，我们完全可以想象出兼容性是如何体现的。在80386上能形成虚拟的8086方式。 3 、32位总线支持4GB的存储体 32位的结构为每个软件的进程提供了逻辑空间，而且32位的机构同时支持分段存储模式和平面存储模式 4 、把分页结构引入到IA-32结构中 同时采用了分页的管理内存的方式，让采用高级操作系统成为可能。 5 、80386的并行处理能力 80386包含了6个并行部件，这六个部件可以同时操作，然后相互无干扰的分工完成全部操作。 这六个部件是：总线接口单元、码预取单元、指令单元、指令译码单元、执行单元、段单元和分页单元。 3. INTEL 80486微处理器 1 、指令译码和执行单元扩展了5级流水线段 2、 增加了一个8KB的一级缓存 3、 第一次集成了80x87FPU（浮点运算单元） 4 、在CPU降频方面的设计 1 、指令译码和执行单元扩展了5个流水线段 增加了并行执行能力，也就是说在其他的并行操作最多可在不同段上同时执行5条指令。也就是说每一个周期内CPU都能处理完一条指令。 2、 增加了一个8KB的一级缓存 大大增加了每个时钟执行一条指令的百分比。 3、 第一次集成了80x87FPU（浮点运算单元）并增加了新的引脚、位和指令以支持更复杂和更强有力的系统。 4 、在CPU降频方面的设计 允许处理器在减慢的时钟速率下执行，以节省电源或关闭电源，进一步节省电源。使CPU应用到笔记本成为可能。 4.INTEL奔腾(pentium)处理器 1 、增加了第二条流水线U和V 2 、一级缓存增加到16KB并有分别的作用 3 、增加了分支预测和分支表 4 、增加了APIC以支持多奔腾处理器 5 、MMX技术 1 、增加了第二条流水线U和V 以前是5级，现在是多了一条，U和V，实现两条流水线同时工作。 2 、一级缓存增加到16KB并有分别的作用 一般用于代码，一般用于数据。 3 、增加了分支预测和分支表 4 、增加了APIC以支持多奔腾处理器 Advanced Programmable Interrupt Controller) 以支持多奔腾处理器系统。 5 、MMX技术 此技术在高级媒体、影象处理和数据压缩应用程序上极大的增强了IA-32处理器的性能。 5 INTEL P6系列处理器 主要是应用在服务器上的CPU P42 6.INTEL奔腾2处理器 1 、cache的扩大 2 、低电源设计 3 、高端服务器应用领域的XEON 4 、低端和家用为主的CELERON 7.INTEL 奔腾3处理器 1 、引进流SIMD 2、 0.18微米处理技术 8.INTEL奔腾4处理器 1、 第一个基于INTEL的NET BURST的处理器 2 、奔腾4具有的更多优点 2.2 IA-32微处理器的功能结构 从处理器的功能结构入手，以程序员的角度分析处理器各部分的作用。 1、Intel 808