《32位微处理器内部结构》课件

《32位微处理器内部结构》1.字长(数据宽度)

字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数，它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。微处理器的字长有4位、8位、16位、32位和64位等等。2.寻址能力

指CPU能直接存取数据的内存地址的范围，它由CPU的地址总线的数目决定。

一.微型计算机的常用术语3.主频主频也叫时钟频率，用来表示微处理器的运行速度，主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是MHz。4.MIPS

MIPS是MillionsofInstructionPerSecond的缩写，用来表示微处理器的性能----运算速度，每秒钟能执行多少百万条指令.

5.微处理器的集成度指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。

一.微型计算机的常用术语型号发布年分字长(位)晶体管(万个)数据总线宽度外部总线宽度主频寻址空间高速缓存80861978162.916164.771M无80881979162.91684.771M无28619821613.416166~2016M无38619863227.5323212~334G有486198932120323225~1004G8K奔腾199332310646460~1664G8K奔腾Pro1995325506464150~20064G8K256K奔21997327506464233~33364G32K512KItanium2000642.2亿64641G以上64G6M集成三级酷睿2

2006642.91亿

64643.60G64G6M集成三级

二.微处理器的发展

二.微处理器的发展型号步进核心线程主频加速频率二级缓存三级缓存TDP插槽DMI内存支持图形核心Corei7-2620MJ1双核心四线程2.7GHz3.4GHz2×256KB4MB35WSocketG25GT/sDDR3-1333双通道HDGraphics3000Corei7-2640MJ1双核心四线程2.8GHz3.5GHz2×256KB4MB35WSocketG25GT/sDDR3-1333双通道HDGraphics3000Corei7-2629MJ1双核心四线程2.1GHz3GHz2×256KB4MB25WSocketG25GT/sDDR3-1333双通道HDGraphics3000Corei7-2649MJ1双核心四线程2.3GHz3.2GHz2×256KB4MB25WSocketG25GT/sDDR3-1333双通道HDGraphics3000

二.微处理器的发展

二.微处理器的发展

二.微处理器的发展

二.微处理器的发展微处理器的基本功能模块:总线接口单元BIU（寄存器组）执行单元EU（运算器和控制器、寄存器组）32位微处理器内部结构

一.微处理器的内部结构8086/8088内部结构

一.微处理器的内部结构内部暂存器

IP

ES

SSDSCS输入/输出控制电路外部总线执行部分控制电路123456∑ALU标志寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDI通用寄存器地址加法器指令队列缓冲器执行部件（EU)总线接口部件（BIU)16位20位16位8位

AXBXCXDX

物理地址加法器地址锁存器和驱动器预取协处理器接口总线控制数据收发6字节预取队列3译码指令指令队列

指令译码器寄存器控制器ALU偏移量加法器段界检查段基址段容量NMIINTRERRORBUSY地址部件AU执行部件EU总线部件BU指令部件IU80286内部结构

一.微处理器的内部结构存储管理(分段和分页部件)指令和数据流水线指令和数据CACHE指令预取浮点处理分支预测并行计算……微处理器的功能扩展模块:

一.微处理器的内部结构分段部件分页部件总线接口部件3输入加法器描述符寄存器边界和属性

PLA

加法器页高速缓存器控制和属性高速缓存器请求优先权

地址驱动器流水线/总线宽度控制器多路收发器保护测试部件桶形移位器加法器乘/除寄存器集

译码和定序器控制

ROM

指令译码已译码指令队列

预取器/

边界检测器

16字节指令队列32位有效地址总线

32位ALU总线指令预取部件指令译码部件执行部件32位有效地址总线

内部控制总线

80386内部结构

一.微处理器的内部结构桶形移位器寄存器文件

ALU

段管理部件

描述符寄存器界限和属性PLA

页管理部件转换后援缓冲器Cache

管理部件

8KBCache

地址驱动器写缓冲器4×80

数据总线收发器

总线控制请求序列发生器成组总线控制

总线宽度控制

Cache控制奇偶校验生成和控制

浮点运算部件浮点寄存器文件

控制部件

控制

ROM

指令译码器

指令预取部件

2

16B

指令队列128

232位数据总线32位线性地址32总线接口部件80486内部结构

一.微处理器的内部结构Pentium

采用了多项先进技术：

CISC和RISC相结合的技术超标量流水线技术分支预测技术

一.微处理器的内部结构

RISC和CISC：RISC（ReducedInstructionSetComputer），精简指令系统的计算机提供数目较少、格式与功能简单、运行高效的指令追求的是计算机控制器实现简单，运行高速，更容易在单块超大规模集成电路的芯片内制做出来

CISC（ComplexInstructionSetComputer），复杂指令系统的计算机相对于RISC一词而提出来的一种说法特点：指令条数多，格式多样，寻址方式复杂，每条指令的功能强。汇编程序设计容易些，但计算机控制器的实现困难多，很多指令被使用的机会并不多

一.微处理器的内部结构超标量流水线：

标量指单个量，一般的流水计算机因只有一条指令流水线，所以称为标量流水计算机，所谓超标量是指其具有两条以上的指令流水线.

Pentium有U、V两条整型流水线，一条浮点流水线。流水线：

是一种使多条指令重叠操作的技术,是当代微处理器设计中的关键技术之一。

把一条指令分解成若干个步骤来完成，在流水线上称为级，每级都在一个时钟周期内完成各自的操作。这样每个时钟周期都可以启动一条指令，m级的流水线上就会有m条指令在同时执行。

流水线的性能比非流水线作业几乎提高了m倍。

一.微处理器的内部结构PF(预取)：处理器从代码cache中预取指令

D1(译码阶段1)：处理器对指令译码确定操作码和寻址信息。在这个阶段还进行指令的成对性检查和分支预测

D2(译码阶段2)：产生访问存储器的地址

EX(执行)：处理器或者访问数据cache，或者利用ALU、筒型移位器或其他功能单元计算结果

WB(写回)：利用指令运行结果更新寄存器和标志寄存器

Pentium微处理器的五级超标量整数流水线

一.微处理器的内部结构

分支预测：

所谓分支预测是指当遇到转移指令、CALL调用指令、RET返回指令、INTn中断指令等跳转指令时，指令预取单元能够较准确地判定是否转移取指。

一.微处理器的内部结构预取缓冲存储器指令译码256控制ROM控制部件地址生成(U流水线)地址生成(V流水线)整数寄存器组ALU(U流水线)ALU(V流水线)筒型移位器8KB数据Cache浮点部件控制寄存器组加法器除法器乘法器80808KB代码Cache分支目标缓冲器预取地址指令指针转移校验和目标地址分页部件323232323232总线部件6464位读总线64位数据总线32位地址总线控制TLBTLB32位地址总线

一.微处理器的内部结构Pentium内部结构预取缓冲存储器指令译码256控制ROM控制部件地址生成(U流水线)地址生成(V流水线)整数寄存器组ALU(U流水线)ALU(V流水线)筒型移位器8KB数据Cache浮点部件控制寄存器组加法器除法器乘法器80808KB代码Cache分支目标缓冲器预取地址指令指针转移校验和目标地址分段分页部件323232323232总线部件6464位读总线64位数据总线32位地址总线控制TLBTLB32位地址总线

一.微处理器的内部结构Pentium内部结构①②④④⑤③⑧⑦⑥⑨⑩

486内部寄存器分为4类:基本结构寄存器浮点寄存器系统级寄存器调试测试寄存器应用程序只能访问基本结构寄存器和浮点寄存器。(我们只介绍基本结构寄存器)二.微处理器的基本结构寄存器AHAXALBHBXBLCHCXCLDHDXDLSPBPDISIIPFLAGSCSDSESSSFSGS32位名称EAXEBXECXEDXESPEBPEDIESI8位名称16位名称EIPEFLAGS

名称累加器基址变址计数数据堆栈指针基址指针目的变址源变址指令指针标志代码数据附加堆栈32位16位注意：

286以下蓝色区域不可用；

FS、GS无专用名称；二.微处理器的基本结构寄存器AX(accumulater)-----累加器

BX(Base)-----基址寄存器

CX(Count)-------计数器

DX(Data)-----数据寄存器AHAXALBHBXBLCHCXCLDHDXDLSPBPDISI32位名称EAXEBXECXEDXESPEBPEDIESI16位名称

名称累加器基址变址计数数据堆栈指针基址指针目的变址源变址8位名称1.通用寄存器二.微处理器的基本结构寄存器AX、BX、CX、DX共同特点：既可作为16位寄存器来用又可作为两个8位寄存器（高、低位）来用；都是用于暂存操作数，或是运算的中间结果或其它一些信息。指令＝操作码＋操作数AHAXALBHBXBLCHCXCLDHDXDLSPBPDISI32位名称EAXEBXECXEDXESPEBPEDIESI16位名称

名称累加器基址变址计数数据堆栈指针基址指针目的变址源变址8位名称二.微处理器的基本结构寄存器IP、SP、BP、SI、DI：为寻址存贮单元提供偏移地址。其中：IP(InstructionPointer)-------指令指针AHAXALBHBXBLCHCXCLDHDXDLSPBPDISI32位名称EAXEBXECXEDXESPEBPEDIESI16位名称

名称累加器基址变址计数数据堆栈指针基址指针目的变址源变址8位名称IPSP(StackPointer)------堆栈指针BP(BasePointer)------基址指针SI(SourceIndex)------源变址寄存器DI(DestinationIndex)------目的变址寄存器二.微处理器的基本结构寄存器CS、DS、ES、SS----