微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與接口：ch(12)

1、第二章 微處理器,8086 微處理器 IA 微處理器的進(jìn)化 Pentium 微處理器,2.2 IA 微處理器的進(jìn)化 ---IA處理器性能的提高及采用的相關(guān)技術(shù),從78年推出的8086到2000年推出的Pentium4，速度和集成度上千倍的增長(zhǎng)微處理機(jī)的運(yùn)行速度、處理能力、存儲(chǔ)容量是技術(shù)人員追求的目標(biāo)處理器和存儲(chǔ)器的速度間隙是影響處理及性能的一個(gè)主要矛盾矛盾是推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力,1、預(yù)取指令隊(duì)列,較快速度指令執(zhí)行和

2、較慢速度指令讀取的矛盾預(yù)取指令隊(duì)列——增強(qiáng)指令級(jí)并行性,IA微處理器的預(yù)取指令隊(duì)列,2、地址流水線和Cache技術(shù),80386： 20~25Mhz CPU 可以實(shí)現(xiàn)零等待的存儲(chǔ)器訪問交叉存儲(chǔ)和地址流水線技術(shù)加快訪問速度 16M:交叉存儲(chǔ) 70ns ->110ns; 流水線->140ns存儲(chǔ)器分層和外部Cache 256kB SRAM 存取時(shí)間<25nsCPU和Cache的數(shù)據(jù)傳送是通過

3、外部總線進(jìn)行的，外部總線又成為制約CPU訪問時(shí)間的因素。,,,80386的地址流水線訪問和交叉存儲(chǔ),,2、地址流水線和Cache技術(shù),80486：Cache設(shè)計(jì)在CPU芯片中，內(nèi)部統(tǒng)一Cache結(jié)構(gòu)代碼與數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在同一Cache中 5級(jí)流水線，1條指令/CLK （）內(nèi)部統(tǒng)一Cache結(jié)構(gòu)發(fā)生Cache的爭(zhēng)用問題 例如：執(zhí)行MOV mem，reg,2、地址流水線和Cache技術(shù),代碼與數(shù)據(jù)分離的Cache結(jié)構(gòu) 獨(dú)立

4、的8KB代碼Cache和8KB數(shù)據(jù)Cache 兩級(jí)Cache（ Pentium 和486）采用了二級(jí)Cache技術(shù)，在內(nèi)部Cache不命中時(shí)，訪問CPU外部的第二級(jí)Cache（Pentium）Cache的發(fā)展，單條流水線的指令執(zhí)行速度已經(jīng)不能和指令的快速預(yù)取相匹配指令隊(duì)列加長(zhǎng)，刷新代價(jià)增大,3、超標(biāo)量流水線技術(shù)與指令分支預(yù)測(cè),Pentium CPU：超標(biāo)量流水線使得Pentium的整數(shù)指令執(zhí)行速度比80486提高1倍,浮點(diǎn)

5、指令提高4倍 Pentium采用了指令的分支預(yù)測(cè)技術(shù)，在預(yù)測(cè)正確的情況下，不發(fā)生時(shí)間延誤。,4、MMU和虛擬存儲(chǔ)器,MMU和虛擬存儲(chǔ)機(jī)制擴(kuò)大存儲(chǔ)空間286：MMU，16MB物理、1GB虛擬16K個(gè)段描述符描述16K個(gè)存儲(chǔ)段，每段64KB實(shí)模式1M386：MMU增加分頁(yè)選擇，線形—物理地址轉(zhuǎn)換，4GB物理、64TB虛擬控制寄存器CR0：PE位，實(shí)模式—保護(hù)模式轉(zhuǎn)換Pentium：64GB物理空間、 64TB虛擬

6、,5、 IA處理器的 寄存器組織,寄存器字長(zhǎng)和功能的擴(kuò)充支持性能提高字長(zhǎng)增加到32位系統(tǒng)寄存器調(diào)試寄存器,1、 IA處理器的寄存器組織,1）基本結(jié)構(gòu)寄存器通用REGAX~DX — EAX~EDXSP、BP、SI、DI — ESP、EBP、ESI、EDI 段REGCS、SS、DS、ES、FS、GS (段描述符的索引)指令指針REG IP — EIP標(biāo)志REGFlags —— EFlags*2）系

7、統(tǒng)級(jí)寄存器控制REGCR0~CR3*，CR4 控制處理器系統(tǒng)級(jí)操作系統(tǒng)地址REGGDTR 存放全局描述符表的基地址和限長(zhǎng)IDTR 存放中斷描述符表的基地址和限長(zhǎng)LDTR 選擇符（LDT描述符的索引)TR 選擇符（當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)段描述符的索引）3）調(diào)試與測(cè)試寄存器調(diào)試REGDR0~DR7 用于系統(tǒng)調(diào)試測(cè)試REGTR6~TR7，TR3~TR5 用于CPU內(nèi)部cache測(cè)