第2章微机系统中的微处理器me.ppt

串行工作方式： 传统计算机的CPU采用串行工作方式： 串行工作方式特点： 1）CPU执行指令时总线处于空闲状态 2）CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成 缺点：CPU无法全速运行 解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立刻得到 并行工作方式： 8086/8088CPU采用并行工作方式 课前思考题 简述你对80x86 CPU的功能结构的理解，并说明是如何提高效率的？ 内存中一个按先入后出方式操作的特殊区域 每次压栈和退栈均以WORD为单位 SS存放堆栈段地址，SP存放段内偏移，SS:SP构成了堆栈指针 堆栈用于存放返回地址、过程参数或需要保护的数据 常用于响应中断或子程序调用 1.80x86微处理器的基本结构和发展 （2）80386微处理器工作模式 实地址模式：80386复位后将直接进入实地址模式，在此模式下，80386CPU除相当于一个高速的8086/8088CPU外，可在需要时将操作数位数扩展到32位。同时，20位的地址总线不再与32位的数据总线分时复用。 虚拟地址保护模式：此模式支持多任务模式，分为286保护模式和386保护模式两种。286保护模式与80286保护模式相同，尤其是操作数和段内偏移地址保持为16位，也采用“虚拟段”的方式管理存储器，CPU可寻址16MB的物理地址空间和1GB的虚拟地址空间。386保护模式是对286保护模式的改进，采用段页式存储器管理和保护机制。其操作数和段内偏移地址都是32位，操作数也是32位， CPU可寻址232B=4GB物理地址空间（实存）及246=64TB的虚拟存储空间。 虚拟8086方式。此方式可以在实地址方式运行8086应用程序的同时，利用80386CPU的虚拟保护机构运行多用户操作系统及程序。即可同时运行多个用户程序，并能得到保护，是每个用户都感到自己拥有一台完整的计算机，非常灵活。 （3）80486微处理器 采用RISC技术，减少不规则的控制部分，从而缩短了指令的执行周期，而且将基本指令由以前 80386 采用的微代码控制改为硬件逻辑直接控制，缩短了指令的译码时间。 内含8KB的Cache，可高速存取指令和数据，高速缓存系统截取80486对内存的访问。如果查询所需要的指令或数据在高速缓存中，即命中（Hit），则无需插入等待状态，便直接把指令或数据从Cache中取到；相反，如果未命中（Miss），CPU便从主存中读取指令或数据以进行补充。实际上，高速缓存的“命中”率很高，使得插入的等待状态趋于零，同时高“命中”率必然降低外部总线的使用频率，提高了系统的性能。 80486芯片内包含有与外部80387完全兼容且功能又有扩充的片内80387协处理器，称作浮点运算部件（FPU），在80486内部，CPU和FPU之间的数据通道是64位，80486内部数据总线宽度为64位（80386只为32位），而且CPU和Cache之间以及Cache与主存之间的数据通道均为128位，比 80386 加 80387 组合的速度高出几倍 。 80486采用了猝发式总线（BURST BUS）的总线技术，系统取得一个地址后，与该地址相关的一组数据都可以进行输入/输出，有效地解决了CPU与存储器之间的数据交换问题。 延袭 80386 体系结构。从程序员的角度来看，80486并没有改变80386的体系结构，与8086/8088、80186/80188、80286、80386在目标代码一级完全保持了向上的兼容性。80486 CPU与8086的兼容性是以实地址的方式来保证的，其保护地址方式和80386指标一样，80486也继承了虚拟8086方式。 增加了面向多处理机的机构，支持多处理机系统。 80486 在提高单体CPU性能的基础上，还可以使用几个 80486 构成多处理机结构。 80486和80386一样，适合于多任务处理的操作系统。以它们为CPU的微机可以运行UNIX、XENIX、OS/2、DOS等不同的操作系统。 2.Pentium微处理器 （1）采用全新设计的增强型浮点运算器，浮点运算速度是80486DX的4~6倍。 （2）采用超标量流水线（Super Scaler Pipeline）结构，组成两条流水线：U流水线和V流水线。在最佳状态下，Pentium可在一个时钟周期内执行两条指令。而80486只有一条流水线，在最佳状态下，一个时钟周期内只能执行完一条指令。 （3）采用二元分离式高速缓冲存储器（Dual On Board Caches），将指令高速缓存和数据高速缓存分离，各自拥有8KB的高速缓存，使其可以同时工作，减少等待时间和数据班期次数。 （4）采用转移目标缓冲器（Branch Target Buffer），预测转移指令的目标地址，从而可以在转移指令进入流水线