第2章IntelA-32处理器结构与原理1.ppt

2.4.4 45nm的酷睿2处理器Penryn的新特性 2.5 Nehalem微架构的处理器 增强的大型英特尔? 高级智能高速缓存 二级高速缓存增大 50%并搭配24路组相联设计，可进一步提高命中率并最大限度提升使用率。 增强型英特尔? 虚拟化技术 通过改进微体系结构而不是虚拟机软件，使虚拟机迁移速度平均提高25-75%。 快速 Radix-16 除法器 可在每次迭代中计算4位的商（上代是2位），从而使延迟降低了2倍。 增强型英特尔? 动态加速技术 当一个内核处于空闲状态时，该增强特性可利用该内核释放的性能扩展空间（如电能），来提升另一个仍处于激活状态的内核性能。 Nehalem微架构基本特点 原生四核结构 采用SMT技术，每核可同时执行2个线程 4发射超标量，每核四条16级流水线 48位虚拟地址空间，40位物理地址空间 45nm芯片工艺 Nehalem微架构的新特点 更大的并行性 增加了乱序考察窗和调度表 改进后的更高效的算法 加快线程同步原语的执行 加快了分支预测失败时的处理速度 改进了硬件预取和Load-Store调度 提高了分支预测的性能 新增加了2级分支目标缓冲器，增大了对指令流历史的记录 新增加了重命名式返回栈缓冲，存放CALL指令的返回地址，并防止返回栈缓冲溢出 Nehalem微架构的新特点 采用SMT（同时多线程）技术 同一个执行核能同时执行两个线程 新的缓存结构 与Core微架构一样的L1 Cache（32KB指令Cache与32KB数据Cache） 每个核配新的256KB极低延迟L2 Cache 新增8MB包含共享式 L3 Cache，当L3 Cache没有命中，则数据肯定不在L1和L2 Cache中 集成了内存控制器 支持3通道的DDR3内存 Nehalem微架构的新特点 用QuickPath代替了前端总线（FSB） 最大带宽高达25.6GB/s 采用高速差分信号传送 采用点到点互连技术，不仅连接CPU和北桥，还作为CPU与CPU之间的连接 2.6 IA-32处理器基本执行环境 实地址模式 - 与8086/8088兼容，但可以处理32位数据- 1MB内存空间，分段管理，所有程序全在0 (核心)级- MS-DOS运行在此模式下，PC机开机首先进入的也 是该模式- 对内存和程序甚至操作系统没有任何保护能力 保护模式 - 支持多任务操作，并保护每个任务的数据和程序- 存储器采用虚拟地址空间、线性地址空间和物理地址空间三种方式来描述，具有存储保护功能- 虚拟地址空间64TB（246）- 4级管理，可以使用分页或分段技术管理内存- Windows、Linux操作系统均运行在该模式下 虚拟8086模式（V86模式） 系统管理模式 - 为操作系统和正在运行的应用程序提供透明的电源管理和系统安全平台功能- 进入本模式系统将转到一个独立的地址空间运行，并保存当前程序或任务的基本环境 - 在保护模式下可以同时模拟多个8086处理器的工作 支持，虚拟8086模式是Pentium保护模式中多任务的一个任务 不支持 多任务 每个8086程序任务寻址1MB，总寻址空间4GB 1MB 存储空间 既分段又分页 分段管理 内存管理 虚拟8086模式 实地址模式 比较项目 IA-32e模式（支持Intel EM64T的IA-32处理器才有） 兼容模式 类似于32位保护模式，传统的16位或32位程序无需重新编译就可以运行在64位操作系统中。在64位模式和保护模式下支持的所有特权级别在兼容模式同样支持。 64位模式 允许64位操作系统运行存取64位线性地址空间的应用程序，程序可访问的线性地址空间达到264字节，物理地址空间增加到240字节。通用寄存器的宽度增加到64位，并新增了8个通用寄存器和8个SIMD寄存器。 工作模式的转换 2.6.2 IA-32处理器中的寄存器 基本寄存器 系统级寄存器 调试与测试寄存器 浮点寄存器 通用寄存器 指令指针寄存器 标志寄存器 段寄存器 控制寄存器 系统地址寄存器 数据寄存器 地址指针寄存器 变址寄存器 AH AL BH BL CH CLDH DL SP BP DI SI 累加器 基址变址 计数 数据 堆栈指针 基址指针 目的变址 源变址 32位 1.通用寄存器 16位 AXBXCXDXSPBPDISI 16位名称 AX、BX、CX、DX、SP、BP、DI、SI分别是EAX、EBX、ECX、EDX 、ESP、EBP、EDI、ESI的低16位 AL、BL 、CL、DL分别是AX、BX、CX、DX的低八位 AH、BH 、CH、DH分别是AX、BX、CX、DX的高八位 EAXEBX