计算机硬件技术基础 第2版 耿增民 孙思云 第2章

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1、第2章微处理器及其管理中央处理器即通常所谓的CPU（CentralProcessingUnit），是计算机的运算和控制核心。作为计算机中最核心的部件，CPU负责读取指令，对指令译码并执行指令。CPU通过执行指令，实现运算和控制过程。在日常生活中人们通常以CPU的类型来判断计算机的档次，例如，装有Pentium4CPU的是P4计算机、装有PentiumIIICPU的是P3计算机等。虽然这种方法不太准确，但也说明了在计算机的性能指标中CPU起着决定性的作用。本章要点2.1微处理器的基本知识2.2微处理器技术2.3典型的微处理器2.4微处理器的性能测试程

2、序习题2本章逻辑结构2.1微处理器的基本知识2.1.1微处理器的发展历程2.1.2微处理器的组成2.1.3微处理器的内部结构2.1.4微处理器的工作模式2.1.5微处理器的指令系统2.1.5　微处理器的接口类型2.2微处理器技术2.2.1流水线技术2.2.2动态执行技术2.2.3多内核技术2.2.4RISC技术2.2.5多媒体和超线程技术本章逻辑结构2.3精简典型的微处理器2.3.1Intel微处理器2.3.1AMD微处理器2.4微处理器的性能测试程序2.4.1MMX技术2.4.2CPU的编号2.4.3微处理器性能测试2.1微处理器的基本知识2.1

3、.1微处理器的发展历程1974年，著名的美国Intel公司发明了世界上第一片微处理器Intel40041989年，Intel公司推出了80486芯片，这种芯片实破了100万个晶体管的的界限，集成了120万个晶体管。1999年，Intel公司发布了PentiumIII处理器。2000年，Intel公司发布了Pentium 4 CPU。随后的10年里，Intel公司在X86的体系架构上，发展了双核CPU、多核CPU，更快前端总线的CPU，低功耗高性能的移动处理平台CPU等等。2.1微处理器的基本知识2.1.2微处理器的组成1．控制器控制器是整个微机系统

4、的指挥中心，对协调整个微机系统有序工作极为重要。其主要作用是控制程序的执行。包括对指令进行译码、寄存，并按指令要求完成规定的操作，即指令控制、时序控制和操作控制。控制器主要由以下几个基本部分组成。①程序计数器（PC），又称指令计数器，用来确定下一条指令的地址。②指令寄存器（IR），用于暂存从内存中取出的将要进行译码处理的指令。③指令译码器（ID），用于解析获知指令的功能，并按规定格式将信息存储于寄存器。④时序和逻辑控制器，根据来自译码单元的指令，它会生成控制信号，告诉运算逻辑单元（ALU）和寄存器如何运算、对什么进行运算以及对结果进行怎样的处理。控

5、制器的主要功能有：①从内存中取一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；②对指令进行译码，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。③指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间的数据流动方向。2.1微处理器的基本知识2.1.2微处理器的组成2．运算器控制器是运算器即算术逻辑单元（ALU，ArithmeticLogicUnit），是CPU芯片的运算部件。ALU主要由加法器组成，辅之以移位寄存器及相应控制逻辑组合而成的电路，它在控制信号的作用下可以对操作数进行算术或逻辑运算，输出运算结果。运算器有两个主要功能：①执行各种算术运算；②执行各种逻辑运算，

6、如两个值的比较等。2.1微处理器的基本知识2.1.2微处理器的组成3．寄存器寄存器是CPU内部的高速存储单元，用于存放程序运行过程中所使用的各种数据和指令，除此外，它还负责存储指针跳转信息以及循环操作命令，是运算逻辑单元（ALU）直接接口的存储区域。在应用方面，“可编程”寄存器又可分为下面几种：（1）通用寄存器通用寄存器在CPU中数量多，使用频率高，是数据调度的主要部件，其中既可以存放数据，也可存放数据的地址。（2）地址寄存器地址寄存器用于存放数据的地址，用于存储器的寻址操作，或程序执行跳转地址，也称为地址指针寄存器。（3）标志寄存器标志寄存器（F

7、lagsRegister，FR）是一个存放条件标志、控制标志寄存器，主要用于反映处理器的状态和运算结果的某些特征及控制指令的执行。标志寄存器中存储的信息称为程序状态字(ProgramStatusWord，PSW)，所以标志寄存器也称为PSW寄存器。2.1微处理器的基本知识2.1.3微处理器的内部结构当前通用的微型计算机皆为x86体系结构，因此以Intel公司最早推出的8086/8088CPU为例，描述微处理器的内部结构。8086/8088CPU从功能上划分成两个独立部件：总线接口单元BIU（BusInterfaceUnit）和执行单元EU（Exec

8、utionUnit）。执行单元EU是程序中各条指令执行的核心，完成指令译码、运算及其他操作的执行。执行单元EU从总线接口单