第5章 Pentium系统原理

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1、第5章Pentium系统原理本章知识要点：本章以Pentium微处理器芯片为平台，把芯片内的诸如寄存器组、总线接口部件、存储管理部件、指令Cache、数据Cache、分支转移缓冲存储器、控制部件、预取缓冲部件、指令译码部件、整数部件、浮点部件等各部件的结构、功能、操作原理等，从系统的角度分别进行了描述。把Pentium所采用的超标量执行技术、分支转移预测技术、流水线操作技术、虚拟存储技术、浮点流水线技术等先进技术，进行了说明和剖析。5．1CISC和RISC1复杂指令系统计算机—CISC每一种微处理器的CPU都有属于它自己的指令系统。CPU正是通过执行一系列的

2、特定的指令来实现应用程序的某种功能。像Intelx86系列，为了增加新的功能，就必须增加新的指令；另一方面，为了保持向上兼容，又必须保留原有的指令。每条指令又有若干个不同的操作字段，用来说明要操作的数据类型，以及存放的位置。这就意味着一个较大的指令系统和复杂的寻址技术。以这样的微处理器为平台的计算机系统就是“复杂指令系统计算机”(CISC)。CISC也有许多优点，如指令经编译后生成的指令程序较小执行起来较快，节省硬件资源。像存取指令的次数少，占用较少的存储器等。2精简指令系统计算机—RISC“精简指令系统计算机”(RISC)的核心思想，是通过简化指令来使计算

3、机的结构更加简单、合理，从而提高CPU的运算速度。解决途径就是减少微处理器指令总数和减少指令操作的时钟周期数。经过当时的技术比较测试表明，处于同样工艺水平的芯片，RISC的运行速度是CISC运行速度的3-5倍。特征：(1)每个计算机周期执行一条指令(2)进行的是寄存器与寄存器之间的操作(3)寻址方式简单(4)指令格式简单5．2Pentium体系结构5．2．1Pentium寄存器Pentium微处理器配备的寄存器按类可分为如下几类：（1）基本体系结构寄存器：①通用寄存器；②指令指针寄存器；③标志寄存器；④段寄存器；（2）系统级寄存器：①系统寄存器；②系统地址寄

4、存器；（３）调试和测试寄存器：（４）浮点寄存器：浮点寄存器包括：①数据寄存器；②标记字寄存器；③状态字寄存器；④　指令和数据指针寄存器；⑤控制字寄存器；AXBXCXDXBPSIDISPEAXEBXECXEDXEBPESIEDIESP累加寄存器基址寄存器计数寄存器数据寄存器基地址指针寄存器源变址寄存器目标变址寄存器堆栈指针寄存器32位寄存器名称中间是16位寄存器名称AHBHCHDHALBLCLDL斜体表示8位寄存器名称163115078通用寄存器代码段寄存器CS堆栈段寄存器SS数据段寄存器DS附加数据段寄存器ES附加数据段寄存器FS附加数据段寄存器GS段寄存器

5、代码段寄存器CS堆栈段寄存器SS015310标志寄存器FLAGS指令指针寄存器IP标志和指令指针寄存器注：图中的深色部分表明，只有32位的80386、80486，Pentium微处理器才配备有、且可以用这些32位的寄存器。１．基本体系结构寄存器（1）通用寄存器8个通用寄存器也可以称之为多功能寄存器，它们全部是32位寄存器，而且用户可以随意使用这8个32位通用寄存器。在这些寄存器内存放着逻辑操作和算术运算用的操作数，除堆栈指针寄存器ESP不能作为变址寄存器使用外，其余七个通用寄存器在进行地址计算时都可用来存放参与运算的操作数。（２）段寄存器Pentium微处理

6、器配备有6个16位的段寄存器，他们分别是：代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS、附加数据段寄存器ES、附加数据段寄存器FS、附加数据段寄存器GS。这6个段寄存器与80386的6个段寄存器同宗、同名、同功能。段寄存器的另一种称呼叫段选择符，也有的称其为段选择子。（３）标志寄存器Pentium微处理器标志寄存器的作用是用来存放有关Pentium微处理器的状态标志信息、控制标志信息以及系统标志信息。各条件码（例如进位、符号、溢出）及方式位均存放在的标志寄存器EFLAGS中，如图所示。标志寄存器中这些标志不仅控制着微处理器的某些操作，且随时随地的指示

7、出微处理器的状态。标志寄存器内不仅有状态和控制标志，而且还有几位是系统标志位。状态标志位用S表示，控制标志位用C表示，系统标志位用Ｘ表示。（４）指令指针寄存器指令指针寄存器EIP内保存有当前代码段中下一条要执行指令的偏移量。指令指针寄存器不直接供程序员使用，它由控制转移指令（转移、返回等指令）、中断及异常隐含地进行控制。3．系统级寄存器（１）系统地址寄存器①全局描述符表寄存器GDTR②中断描述符表寄存器IDTR③局部描述符表寄存器LDTR④任务寄存器TR全局描述符寄存器中断描述符寄存器选择符选择符32位线性基地址32位线性基地址32位段界限属性界限GDTRI

8、DTRLDTRTR1615047150系统段寄器描述