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文档简介
Intel结构32位计算机技术深圳职业技术学院高等教育出版社课程任务
以IA-32计算机为对象,介绍当今流行的32位计算机硬件技术,以达到具备IA-32计算机硬件分析能力的目的。同时,介绍MASM6.1x汇编语言的知识以及以MASM6.1x汇编语言为工具来辅助观察硬件动作行为的方法,以达到具备初步IA-32计算机硬件功能测试能力的目的。 IA-32计算机——IntelArchitecture 32位计算机学习方法:1.课程内容前后交叉,常规的循序渐进式的学习方法不管用了。2.书、手册、资料是学习硬件的主要手段。3.硬件的规律性较差,要求在理解的基础上记忆。4.英文是学习好硬件的工具之一。1.1冯·诺依曼计算机
的基本概念和结构冯·诺依曼计算机:
(VonNeumannmachine)按程序存储(Stored-Program)概念建造的计算机称之为冯·诺依曼计算机。
冯·诺依曼计算机的要点:1、使用二进制(Binary)表示指令和数据;2、使用程序存储工作原理;3、计算机的硬件由 运算器(ALU)、
控制器(CU)、
存储器(Memory,也称内存或主存)、
输入设备(Inputdevice)、
输出设备(Outputdevice)
五部件组成。几个术语:
指令(instruction)
:
也称机器指令(Machineinstruction)。 它是控制计算机硬件进行工作的命令(Command)。数据(Data):
指的是能够由计算机处理的数字、字母和符号等。机器语言(MachineLanguage):
由于计算机的硬件仅能识别二进制代码表示的指令和数据,所以这种二进制代码也称之为机器语言。注:计算机硬件如何识别内存中的指令和数据: 指令和数据分区存放(程序存储区和数据存储区),分区访问。程序(Program):
指的是为求解某一问题而设计的一系列指令的集合。
CISC(ComplexInstructionSetComputer):复杂指令系统计算机。RISC(ReducedInstructionSetComputer):精简指令系统计算机。1、使用二进制表示指令和数据 计算机为什么要使用二进制而不使用十进制: 主要因为二进制的一个数位使用仅有两种稳定状态的电路即可表示,而十进制则需要具有十种稳定状态的电路才可表示。显然,使用二进制比使用十进制,电路实现简单多了。另外二进制进行算术和逻辑运算都很方便。 以使用5V直流电源的逻辑电路为例,在正逻辑的情况下:3V以上的电平称之为高电平,代表数字1。0.8V以下的电平称之为低电平,代表数字0。 数字信号的波形示意图:2、使用存储程序工作原理 程序存储工作原理的要点: 程序设计, 把程序置入内存, 从内存中取指令并执行。
注意: 汇编语言中的可执行语句(ExecutableStatement)与机器指令有一一对应的关系,即一条汇编语言可执行语句,能且仅能翻译成一条相应的机器指令; 而一条高级语言语句可翻译成相应的数条机器指令。3.计算机硬件的结构冯·诺依曼计算机的硬件结构如图1.2所示。冯·诺依曼计算机五部件的功能: 运算器的主要功能是从存储器中取出原始数据,进行运算,并把结果送回存储器。 存储器的主要功能是存放程序和数据。 输入设备的主要功能是把程序和原始数据输入到存储器。 输出设备的主要功能是把存放在存储器中的结果输出。 控制器是计算机全机的控制中心。微处理机(Microprocessor):
把运算器和控制器制造在一块硅片上,称之为微处理机。微型计算机:
以微处理机为核心,再加上内存和I/O设备组成。
1.2IA-32Intel计算机的概况1.2.1计算机发展简史
1946年诞生世界上第一台数字电子计算机。 通常以所采用的基本硬件技术来划分计算机发展的不同阶段:第一代计算机
使用的电路器件是电子管或真空管。第二代计算机
使用的电路器件是晶体管(Transistor)。第三代计算机
使用的电路器件是小规模集成电路SSI(SmallScaleIntegrated)和中规模集成电路MSI(MiddleScaleIntegrated)。第四代计算机
使用的电路器件是大规模集成电路LSI(LargeScaleIntegrated)和超大规模集成电路VLSI(VeryLSI)。
包括IA-32Intel计算机在内的许多微型计算机都属于第四代计算机。1.2.2IA-32Intel系列CPU的概况 分为两个阶段:
·x86结构
时代·IA-32时代。X86:16位:8086、8088、80186、 80286(引入保护方式)32位:80386(引入虚存)、 80486(在CISC
上应用 RISC)64位:PentiumCPUIA—32: PentiumProCPU出现后,就不在使用x86的名称了,而改称IA-32了(其实,从80386开始都属于IA-32)。 PentiumProCPU之后开始采用P6微结构。P6微结构: 动态、双独立总线、超标量体系结构。NetBurst结构: 超流水线、减少预测转移失败、保持ALU处于忙状态、减少执行任务指令数。P6微结构CPU:
Celeron、PentiumIII、
PentiumIIIXeon。NetBurst微结构CPU:Pentium4、
Xeon。
(注: CPU结构: 指的是CPU中程序员可见的部分,如指令系统、寄存器和数据格式等。CPU的微结构: 指的是CPU结构在芯片上的实现,即通常所说的组织层次。)(部分技术介绍:·以RISC技术为基础,支持CISC型指令: 其作法是通过把CISC指令分解为几个不同的RISC指令,在并行执行的流水线上运行,巧妙地解决了CISC型指令也能在RISC型的流水线上执行的问题,从而极大地提高了CPU的性能。
·PentiumCPU中引入的双路超标量技术:
在x86结构CPU中首次实现了双路超标量技术。做法是:在Pentium内部设置有两条指令流水线,所以Pentium就可以在一个机器周期内处理两条指令,进一步提高了指令处理的并行度,从而进一步加速了指令的处理速度。理论上说,Pentium的指令处理速度可达80486的2倍。·P6微结构中的动态执行技术:所谓动态执行技术,包含 转移预测、
数据流分析、
指令池、 推测执行等要点。
·P6微结构中的双独立总线:在P6核心中,实际上有两条互相独立的总线。 一条连接系统主存,称之为前端总线(FrontSideBus)。
另一条连接系统L2Cache,称之为后端总线(BackSideBus)。)系列化的IA-32Intel计算机系列计算机的特点:软件向上兼容(Up-compatible)。系列计算机的六个统一:指令系统统一、数据格式统一、字符编码统一、中断系统统一、控制方式统一、I/O操作方式统一。计算机功能的层次结构
系统软件:
是一组通用的软件,往往由计算机制造公司随机带给用户或者由相关的软件公司提供给用户。包括: 操作系统(OperatingSystems)、
语言处理程序; 数据库管理系统;
实用程序(如:编辑、链接、调试、诊断程序等)。应用软件:
是指计算机在各种各样的应用领域中,人们为了应用计算机来解决本领域内所独有的问题而设计的软件。 分为: 科学计算; 事务处理; 自动控制; 计算机辅助工作; 人工智能等。操作系统基本功能
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