第二章 Pentium微处理器的体系结构new

《第二章 Pentium微处理器的体系结构new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、微机原理马洪兵hoganma@263.net62785531(O),62775255(H)答疑时间：星期一下午答疑地点：东主楼9区314第二章Pentium微处理器的体系结构2.1计算机体系结构的含义2.2Pentium微处理器的内部结构2.3实模式软件体系结构2.4保护模式软件体系结构2.5浮点部件软件体系结构2.1计算机体系结构的含义计算机体系结构=computerarchitecture(计算机系统结构)计算机体系结构是程序员所看到的系统的一些属性：概念性的结构和功能上的表现，这些属性既不同于数据流和控制的组织，也不同于逻辑设计和物理实现。Amdahl,196

2、4计算机体系结构是连接硬件和软件的一门学科，它研究的内容不但涉及计算机硬件，也涉及计算机软件。计算机体系结构与计算机组成区别在于关心的问题不同：计算机体系结构关心的是怎样合理地进行软硬件功能分配，为软件人员提供适用的计算机计算机组成关心的是怎样合理地实现分配给硬件的功能和指标，提高性能价格比兼容性针对系列计算机要求所有机种间能够保持向上兼容和向后兼容向上兼容：为某个档次机种编制的软件能够不加修改地运行在比它高档的机种上向后兼容：为某个时期生产的机种编制的软件能够不加修改地运行在它之后生产的机种上兼容性针对（软件）体系结构，非硬件实现Pentium微处理器的运行模式：

3、实模式、保护模式2.2Pentium微处理器的内部结构1.Pentium微处理器的外形和封装1993年开始推出，共生产三代：P5(Pentium60/66)0.8m,5V电压P54C(Pentium75/90/100/120/133/150/166/200),0.6m,3.8V电压P55C(PentiumMMX166/200/233),0.35m,2.8V电压集成度：310万晶体管/片采用296引脚的引脚栅格阵列（PGA）陶瓷封装技术2.Pentium微处理器的功能结构3.超标量与流水线①超标量和流水线的概念超标量：配置多个执行部件和指令译码电路，能同时执行多

4、条指令。Pentium由三个执行单元组织而成，一个执行浮点指令，另两个执行整型指令（U流水线和V流水线），这意味着Pentium同时可以执三条指令超标量流水线：在CPU中把一条指令分解成多个可单独处理的操作，使每个操作在一个专门的硬件站（stage）上执行，这样一条指令需要顺序地经过流水线中多个站的处理才能完成，但是前后相连的几条指令可以依次流入流水线中，在多个站间重叠执行，因此可以实现指令的并行处理。80486的指令分PF、D1、D2、EX、WB五个操作步骤012345687时间i1PFD1D2EXWBPFD1D2EXWBPFD1D2EXWBPFD1D2EXWBi

5、2i3i4②整数流水线五个阶段的整数流水线：PF(预取)：处理器从代码cache中预取指令D1(译码阶段1)：处理器对指令译码确定操作码和寻址信息。在这个阶段还进行指令的成对性检查和分支预测D2(译码阶段2)：产生访问存储器的地址EX(执行)：处理器或者访问数据cache，或者利用ALU、筒型移位器或其他功能单元计算结果WB(写回)：利用指令运行结果更新寄存器和标志寄存器时间i1PFD1D2EXWBPFD1D2EXWBPFD1D2EXWBPFD1D2EXWBi2i3i4012345687PFD1D2EXWBPFD1D2EXWBPFD1D2EXWBPFD1D2EXWB

6、i5i6i7i8UVUVUVUVPentium的超标量流水线指令配对U、V两条流水线并行执行的要满足一些前提条件，Pentium数据手册定义了配对规则：1.两条指令都是简单指令2.没有写后读和写后写的依赖关系3.一条指令不能同时既包含位移量又包含立即数4.带前缀的指令只能出现在U流水线中此外，条件分支转移指令和非条件分支转移指令和，只有当它们作为配对中的第二条指令出现时才可以配对。简单指令：完全由硬件执行而无需任何微码控制，在一个时钟周期内执行的指令movreg,reg/mem/immmovmem,reg/immalureg,reg/mem/immalumem,re

7、g/immincreg/memdecreg/mempushreg/mempopregleareg,memjmp/call/jccnearnop例：MOVAX,5INCBXMOVAX,5INCAX分支预测P.310③浮点流水线八个阶段的浮点流水线：PF预取D1译码阶段1D2译码阶段2EX取操作数X1浮点执行步骤1X2浮点执行步骤2WT写浮点数ER出错报告浮点流水线中的前五个步骤与整数流水线中的五个步骤是同步执行的，只是多出三个步骤4.CacheP.3092.3实模式软件体系结构1.寄存器结构指令指针IP段寄存器CS,DS,SS,ES,FS,GS通用寄存器EAX,E