从8086到PentiumⅢ的结构特点

从从 8086 到到 Pentium 的结构特点的结构特点 一 一 80286 微处理器微处理器 1 80286 是一种高性能的 16 位微处理器 片内集成有存储管理和保护机构 它有两 种工作方式 实方式和保护方式 2 实方式又称实地址方式 兼容了 8086 的全部功能 8086 的汇编语言源程序不作任 何修改可以在 80286 中运行 80286 是 8086 向上兼容的微处理器 80286 有 24 条地址线 在实方式下只使用 20 条地址线 具有字节即 1MB 的寻址能力 存储器的寻址及分段 20 2 同 8086 3 保护方式又称保护虚地址方式 能可靠地支持多用户和多任务系统 使用 24 条地 址线 具有字节 即 16MB 的寻址能力 保护方式下的分段同实方式的分段有所不同 24 2 这时的存储空间是由可变长度的段组成 段长小于等于 64KB 保护方式下的存储段除代 码段 数据段 堆栈段和附加段外还有任务状态段 TSS 和描述子表段 DTS 4 在保护方式下 80286 采用描述子和选择子这样的数据结构来实现内存的寻址 描 述子是用来描述某一存储段的特性 段基址 段限和访问权字节等 的数据结构 选择子 用来从相应的描述子表中选择所需要的描述子 二者配合以实现存储器的寻址 保护方式下的存储器寻址如下图所示 图 2 6 保护方式下的存储器寻址 二 二 80386 微处理器微处理器 1 80386 是一种高性能的 32 位微处理器 它的数据总线是 32 位 内部寄存器和运算 器也都是 32 位 具有 32 位地址线 能寻址 4GB 的物理地址 虚拟存储空间为 64TB 2 80386 有 8 个 32 位通用寄存器 EAX EBX ECX EDX ESP EBP ESI 和 EDI 它们是 8086 的 16 位通用寄存器 AX BX CX DX SP BP SI 和 DI 的扩展 如下图 2 7 所示 EAXAH AX AL EBXBH BX BL ECXCH CX CL EDXDH DX DL ESPSP EBPBP ESISI EDIDI EIPIP EFLAGSFLAGS CS DS ES SS FS GS 图 2 7 8086 的通用寄存器 此外指令指针和标志寄存器也扩展为 32 位 标识为 EIP 和 EFLAG 而段寄存器仍为 16 位 不过增加了 2 个 分别标识为 FS 和 GS 80386 的 6 个 16 位段寄存器 称为 选 择子 作用同 80286 中的 4 个段选择子 每个段寄存器都有一个与之相联系的段描述子寄 存器 用来描述一个段的段基地址 段限和其他一些段的属性 共 64 位信息 3 80386 有 3 种存储器地址空间 逻辑地址 线性地址和物理地址 逻辑地址由段 选择子和段内偏移量组成 又称 虚拟地址 80386 内部的 分段部件 将逻辑地址空间 转换为 32 位的线性地址空间 分页部件 将线性地址空间转换为物理地址空间 物理地 址就是芯片引脚上出现的地址 80386 中分页部件是可选的 若不允许分页部件操作 则 分段部件转换后的 32 位线性地址即为物理地址 4 80386 有三种工作方式 实方式 保护方式和虚拟 8086 方式 三 三 80486 微处理器微处理器 80486 微处理器基本上沿用了 80386 的体系结构 以保持同 86 系列微处理器在目标码 级的兼容 但为了提高 80486 的性能 在 80486 芯片内还集成了两大部件 一是 8KB 的高 速缓冲存储器 Cache 二是高性能的浮点处理部件 因此 80486 可看成是 高性能的 80386 高性能的 80387 浮点处理部件 FPU 高速缓冲存储器 Cache 此外 80486 采用了一部分的 RISC 精简指令系统计算机 技术 降低了每条指令执 行时所需的时钟数 达到每个时钟可执行 1 2 条指令 同时 80486 采用一种猝发式总线 Bunt Bus 的总线技术 使取得一个地址后 与该地址有关的 16 个字节数据可以进行输 入 输出 大大提高了成组数据输入输出的速度 四 四 Pentium 微处理器微处理器 Pentium 微处理器是第 5 代 80X86 系列微处理器 中文名为 奔腾 Pentium 芯片的主要特点是 由 U 和 V 两条流水线构成超标量流水线结构 极大地提高了指令的执行速度 重新设计的浮点部件 采用 8 级流水线操作 使每个时钟周期能完成 1 2 个浮点操 作 增加片内 Cache 容量 片内集成有一个 8KB 的指令 Cache 和一个 8KB 的数据 Cache 减少了数据和指令存取的冲突 提高了内存速度的访问 增加了分支预测机制 保证流水线的指令预取步骤不会空置 采用 64 位外部数据总线 提高了 CPU 同内存之间数据传送的速度 由于 Pentium 芯片内部 ALU 和通用寄存器仍是 32 位的 所以还是 32 位微处理器 五 五 Pentium Pro 微处理器微处理器 Pentium Pro 的中文名为 高能奔腾 其主要特点为 采用三路超标量结构和 14 级超级流水线结构 提高了处理器的并行处理能力 指令分解为微操作 采用 RISC 技术提高了指令的运行速度 采用乱序执行和推测执行技术 使指令流能最有效地利用内部资源 一个封装内安装了两个芯片 一个是 CPU 内核和两个 8KB 的一级高速缓存 Ll Cache 一个是 256KB 的二级高速缓存 L2 Cache 这一 L2 Cache 以全速总线同 CPU 内 核相连 提高了程序运行的速度 六 六 Pentium MMX 微处理器微处理器 Pentium MMX 全称为 Pentium with MMX 即带多媒体扩展技术的奔腾 简称 MMX 中文名为 多能奔腾 多能奔腾中的 MMX 技术是对 32 位 Intel 体系结构 IA 32 的重大革新 增加了如下特 性 增加了 57 条处理多媒体和通信应用的指令 引入了 4 种新的 64 位数据类型及其紧缩表示 采用饱和运算 解决了运算中上溢或下溢的结果被截断的问题 具有积和运算能力 大大提高矢量点积的运算速度 普遍应用于音频和视频图像的 压缩与解压缩 七 七 Pentimn II 和和 Pentium 微处理器微处理器 Pentium 和 Pentium 是在 Pentium Pro 的基础上引入多媒体扩展技术 Pentimn II 可以看成是 Pentium Pro MMX 技术 57 条用于多媒体和通信的指令 Pentium II 采用双重独立的总线结构 一条是二级 Cache 总线 一条是处理器至主存 的系统总线 CPU I O 总线 使 L2 Cache 的运算速度达到 Penti