微型计算机系统与接口 3第3章 Pentium系统结构与原理

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1、第3章Pentium系统结构与原理2005年1月版权所有©天津大学电子信息工程学院课件制作组3．1概述1985年，Intel推出第一台与它的前辈机在体系结构以及软件上兼容的32位微处理器80386。此后，Intel的32位体系结构的微处理器就逐渐成为性能/价格比好、计算性能优越的微处理器。Intel通过采用最先进的计算机设计及硅片制造工艺，不断发展完善了它的系列产品技术含量。Pentium（奔腾）系列机就是Intel产品的最杰出的代表之一。IntelPentium微处理器与其前辈Intel486微处

2、理器一样，做到了与Intel体系结构的微处理器在二进制软件级100%兼容。此外，Intel的Pentium处理器还通过采用最新技术来重现Intel的32位指令系统结构，为新的软件及现有的软件提供了性能良好的硬件平台。经优化的双执行部件使“核心”指令可在一个时钟周期内执行完。而超标量体系结构、转移预测及流水线等先进的技术，则可使多条指令高效地并行执行。分离式的指令高速缓冲存储器（指令Cache）和数据高速缓冲存储器（数据Cache）连同128位及256位内部数据总线，以及64位可成组传送的外部总线，使

3、配备有先进技术的硬件平台得以充分展示Pentium微处理器整体性能。2005年1月版权所有©天津大学电子信息工程学院课件制作组3．１．１Pentium微处理器常用术语(1)分支转移(Branch)是程序的流动方向可能发生改变的地方。分支转移可以是无条件的分支转移，也可以是有条件的分支转移。无条件分支转移意味着程序的流动方向一定要改变；而条件分支转移则意味着程序的流动方向可能会改变，也可能不会改变，这要依赖于某些因素才可以确定。(2)分支转移预测(BranchPrediction)用来决定一个具体分支

4、转移操作是否起作用，即是否真的改变程序流动的一种处理器的“猜测”操作。(3)译码(Decode)一是检查一条指令的格式，二是确定它是哪种类型操作的指令，并给出这条指令所需的操作数。(4)依赖性或相关性(Dependency)只有当一条指令执行完毕之后，才允许另一条指令执行的一个条件。如果一条指令的输出是另一条指令的输入时，发生真相关(TrueDependency)，乱序执行有可能会引起假相关(FalseDependency)的出现，但通过寄存器重命名可以绕过它。2005年1月版权所有©天津大学电子信

5、息工程学院课件制作组(5)执行部件(ExecutionUnit)是处理器用于执行指令所规定的具体操作的CPU的核心硬件部分。这些非常具体的操作是指诸如数学运算、内存存取以及分支转移处理等。(6)取指令(Fetch)是指从高速缓冲存储器Cache内或从内存储器中取出指令代码，以备译码之用的操作。(7)浮点数(FloatingPoint)是指把任何一个数都表示成仅有一位整数和若干位十进制小数再乘上一个指数、来表示一个数的表示方法，（其中，指数是以2或其他数为底的幂次）；例如，1.23104。(8)指令

6、(Instruction)是构成程序的最基本的单位；是指挥处理器完成某项具体任务操作的一个或多个字节的信息。2005年1月版权所有©天津大学电子信息工程学院课件制作组(9)微操作(Micro-Op)是Intel用于RISC类微处理器内部操作的术语。为了提高处理效率，通常是把x86指令译码成相应的微操作。（RISC类微处理器的指令通常比x86指令更简单，而且其指令格式也比较一致。）(10)微代码(Microcode)是指带有控制电位的微指令序列，用于协调复杂指令的执行而把它划分为更小可执行的部分。(1

7、1)不阻塞(Nonblocking)是指在程序的执行过程中、还允许后续操作的执行（哪怕是在第一个操作还没有令人满意地执行完之前）。该术语是说即使在Cache不命中(Miss)时仍能继续进行它的处理操作。这里所说的不命中是指所需要的数据当前不在Cache内的情况。(12)乱序执行(Out-Of-OrderExecution)是指Pentium微处理器允许指令按照不同于程序指定的顺序发送给CPU执行部件的一种方法。当执行完成之后，指令会重新组合为适当的序列（有时也把乱序说成是失序、倒序）。2005年1月

8、版权所有©天津大学电子信息工程学院课件制作组(13)流水线操作(Pipeline)类似于大工业生产的“装配线”设计，Pentium微处理器的流水线操作是指把指令的操作处理分解成许多更小的操作步骤(Step)或操作阶段（Stage)，每个操作步或操作阶段都由各自独立的电路来实现的。当一条指令执行完了一个操作步骤之后，它就按顺序进入到流水线操作的下一个操作步骤，而前一个操作步骤则会继续处理后续的指令。(14)寄存器(Register)从某种意义上说，它是一个容量非常小、速