微机原理与接口技术_11高档微处理器新特性.pptVIP

本章主要内容 11.1 80X86微处理器发展历程 11.1.1 Intel 8086及80286微处理器 Intel 8086微处理器有16位寄存器和16位外部数据总线，具有20位地址总线，寻址1MB地址空间。Intel 8088微处理器除了有较小的8位外部数据总线外，其他与8086微处理器是相同的。 Intel 80286微处理器在IA-32结构中引进了保护方式操作。这种新的操作方式用段寄存器的内容作为选择子或描述符表的指针。描述符提供24位基地址，允许最大的物理存储器的尺寸至16MB，支持在段对换基础上的虚拟存储器管理和各种保护机制。 11.1.2 Intel 80386微处理器 Intel 80386微处理器是IA-32结构微处理器系列中的第一个32位处理器。它在结构中引入了32位寄存器用于容纳操作数和地址。每个32 位寄存器的后一半保留两个早期处理器版本（Intel 8086和80286）的16为寄存器的特征，以提供完全的后向兼容。提供了一种新的虚拟8086方式，以在新的32位处理器上最有效地执行为8086和8088微处理器建立的程序。 IA-32结构已经考虑到维护在目标码级后向兼容的任务，以保护Intel公司客户在软件上的大量投资。同时，在结构的每一代上，最有效的微结构和硅片制造技术已经用于生产高性能的处理器。在IA-32微处理器的每一代中，Intel公司已经构思并采用不断发展的技术到它的微结构中以追求速度更快的计算机。各种形式的并行处理已经使这些技术得到最大的性能增强，Intel 80386微处理器是包括若干并行操作部件的第一个IA-32结构微处理器。 11.1.3 Intel 80486微处理器 Intel 80486微处理器由把Intel 80386微处理器的指令译码和执行单元扩展为五个流水线段，增加了更多的并行执行能力，其中每个段（当需要时）与其他的并行操作最多可在不同段上同时执行五条指令。每个段以能在一个时钟周期内执行一条指令的方式工作，所以Intel 80486微处理器能每个时钟周期执行一条指令。在芯片上增加了一个8KB的一级缓存（Cache）大大增加了每个时钟执行一条指令的百分比，包括操作数在一级Cache中的存储器访问指令。 11.1.4 Intel Pentium（奔腾）处理器 Intel Pentium处理器增加了第二个执行流水线以达到超标量性能（两个已知的流水线u和v一起工作，实现每个时钟执行两条指令）。片上的一级Cache也加倍了，8KB用于代码，另外8KB用于数据。数据Cache 使用MESI协议以支持更有效的回写方式，以及由Intel 80486处理器使用的写通方式。 11.1.5 Intel P6系列处理器 Intel Pentium Pro处理器是基于P6微结构的第一个处理器。P6处理器系统随后的成员是Intel Pentium Ⅱ、Intel Pentium Ⅱ Xeon（至强）、Intel Celeron（赛扬）、Intel PentiumⅢ、Intel PentiumⅢ Xeon（至强）处理器。 Pentium Pro处理器是三路超标量结构，允许每个时钟周期执行三条指令。它也引入了在超标量实现中的动态执行的概念（微数据流分析、超顺序执行、出众的分支预测和推理执行）。三个指令译码单元并行工作把目标码译码为微结构操作码micro-ops（micro-architecture op-codes）。 11.1.6 Intel PentiumⅡ处理器 Intel Pentium Ⅱ处理器把MMX技术加至P6系列处理器具有新的包装和若干硬件增强。处理器核心包装在SECC上，允许容易设计和灵活的母板结构。第一级数据和指令Caches每个扩展至16KB，支持二级Ccache的尺寸为256KB、512KB和1MB。半速的后沿总线连接二级Cache至处理器。 11.1.7 Intel Pentium Ⅲ?处理器 Pentium Ⅲ处理器引进流SIMD扩展（SSE）至IA-32结构。SSE扩展把由Intel MMX引进的SIMD执行模式，扩展为新的128微寄存器和能在组合的单精度浮点数上执行SIMD操作。 Pentium Ⅲ Xeon（至强）处理器用Intel的0.18微米处理技术的全速在模高级传送缓存（Advanced Transfer Cache）扩展了IA-32处理器的性能级。 11.1.8 Intel Pentium 4处理器 Intel Pentium 4处理器是第一个基于Intel NetBurst微结构的处理器。Intel NetBurst微结构是新的32位微结构，它允许处理器操作在比以前的IA-32结构微处理器更高的时钟速度和性能等级上。 1