微機原理與接口技術(shù)-11高檔微處理器的新特性全解課件

第11章

高檔微處理器的新特性

第11章高檔微處理器的新特性本章主要內(nèi)容

11.180X86微處理器發(fā)展歷程

11.2典型微處理器的基本結(jié)構(gòu)

11.380X86微處理器的編程結(jié)構(gòu)

11.4典型微處理器的引腳結(jié)構(gòu)

11.5典型微處理器的基本時序

11.6典型微處理器的指令系統(tǒng)本章主要內(nèi)容11.180X86微處理器發(fā)展歷程111.180X86微處理器發(fā)展歷程11.180X86微處理器發(fā)展歷程11.1.1Intel8086及80286微處理器Intel8086微處理器有16位寄存器和16位外部數(shù)據(jù)總線，具有20位地址總線，尋址1MB地址空間。Intel8088微處理器除了有較小的8位外部數(shù)據(jù)總線外，其他與8086微處理器是相同的。Intel80286微處理器在IA-32結(jié)構(gòu)中引進了保護方式操作。這種新的操作方式用段寄存器的內(nèi)容作為選擇子或描述符表的指針。描述符提供24位基地址，允許最大的物理存儲器的尺寸至16MB，支持在段對換基礎(chǔ)上的虛擬存儲器管理和各種保護機制。11.1.1Intel8086及80286微處理器In11.1.2Intel80386微處理器Intel80386微處理器是IA-32結(jié)構(gòu)微處理器系列中的第一個32位處理器。它在結(jié)構(gòu)中引入了32位寄存器用于容納操作數(shù)和地址。每個32位寄存器的后一半保留兩個早期處理器版本（Intel8086和80286）的16為寄存器的特征，以提供完全的后向兼容。提供了一種新的虛擬8086方式，以在新的32位處理器上最有效地執(zhí)行為8086和8088微處理器建立的程序。11.1.2Intel80386微處理器Intel8IA-32結(jié)構(gòu)已經(jīng)考慮到維護在目標碼級后向兼容的任務(wù)，以保護Intel公司客戶在軟件上的大量投資。同時，在結(jié)構(gòu)的每一代上，最有效的微結(jié)構(gòu)和硅片制造技術(shù)已經(jīng)用于生產(chǎn)高性能的處理器。在IA-32微處理器的每一代中，Intel公司已經(jīng)構(gòu)思并采用不斷發(fā)展的技術(shù)到它的微結(jié)構(gòu)中以追求速度更快的計算機。各種形式的并行處理已經(jīng)使這些技術(shù)得到最大的性能增強，Intel80386微處理器是包括若干并行操作部件的第一個IA-32結(jié)構(gòu)微處理器。IA-32結(jié)構(gòu)已經(jīng)考慮到維護在目標碼級后向兼容的任務(wù)，以保護11.1.3Intel80486微處理器Intel80486微處理器由把Intel80386微處理器的指令譯碼和執(zhí)行單元擴展為五個流水線段，增加了更多的并行執(zhí)行能力，其中每個段（當需要時）與其他的并行操作最多可在不同段上同時執(zhí)行五條指令。每個段以能在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令的方式工作，所以Intel80486微處理器能每個時鐘周期執(zhí)行一條指令。在芯片上增加了一個8KB的一級緩存（Cache）大大增加了每個時鐘執(zhí)行一條指令的百分比，包括操作數(shù)在一級Cache中的存儲器訪問指令。11.1.3Intel80486微處理器Intel811.1.4IntelPentium（奔騰）處理器IntelPentium處理器增加了第二個執(zhí)行流水線以達到超標量性能（兩個已知的流水線u和v一起工作，實現(xiàn)每個時鐘執(zhí)行兩條指令）。片上的一級Cache也加倍了，8KB用于代碼，另外8KB用于數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)Cache使用MESI協(xié)議以支持更有效的回寫方式，以及由Intel80486處理器使用的寫通方式。11.1.4IntelPentium（奔騰）處理器In11.1.5IntelP6系列處理器IntelPentiumPro處理器是基于P6微結(jié)構(gòu)的第一個處理器。P6處理器系統(tǒng)隨后的成員是IntelPentiumⅡ、IntelPentiumⅡXeon（至強）、IntelCeleron（賽揚）、IntelPentiumⅢ、IntelPentiumⅢXeon（至強）處理器。11.1.5IntelP6系列處理器IntelPenPentiumPro處理器是三路超標量結(jié)構(gòu)，允許每個時鐘周期執(zhí)行三條指令。它也引入了在超標量實現(xiàn)中的動態(tài)執(zhí)行的概念（微數(shù)據(jù)流分析、超順序執(zhí)行、出眾的分支預測和推理執(zhí)行）。三個指令譯碼單元并行工作把目標碼譯碼為微結(jié)構(gòu)操作碼micro-ops（micro-architectureop-codes）。微機原理與接口技術(shù)_11高檔微處理器的新特性全解課件11.1.6IntelPentiumⅡ處理器IntelPentiumⅡ處理器把MMX技術(shù)加至P6系列處理器具有新的包裝和若干硬件增強。處理器核心包裝在SECC上，允許容易設(shè)計和靈活的母板結(jié)構(gòu)。第一級數(shù)據(jù)和指令Caches每個擴展至16KB，支持二級Ccache的尺寸為256KB、512KB和1MB。半速的后沿總線連接二級Cache至處理器。11.1.6IntelPentiumⅡ處理器Intel11.1.7IntelPentiumⅢ

處理器PentiumⅢ處理器引進流SIMD擴展（SSE）至IA-32結(jié)構(gòu)。SSE擴展把由IntelMMX引進的SIMD執(zhí)行模式，擴展為新的128微寄存器和能在組合的單精度浮點數(shù)上執(zhí)行SIMD操作。PentiumⅢXeon（至強）處理器用Intel的0.18微米處理技術(shù)的全速在模高級傳送緩存（AdvancedTransferCache）擴展了IA-32處理器的性能級。11.1.7IntelPentiumⅢ

處理器Pen11.1.8IntelPentium4處理器IntelPentium4處理器是第一個基于IntelNetBurst微結(jié)構(gòu)的處理器。IntelNetBurst微結(jié)構(gòu)是新的32位微結(jié)構(gòu)，它允許處理器操作在比以前的IA-32結(jié)構(gòu)微處理器更高的時鐘速度和性能等級上。11.1.8IntelPentium4處理器Inte11.1.9Intel64位處理器1．Core2Core2中文名為酷睿2，是英特爾公司于2006年推出的X86架構(gòu)微處理器，它采用全新的IntelCore微架構(gòu)，取代了自2000年起大多數(shù)英特爾處理器采用的NetBurst架構(gòu)。Core2采用0.065～0.045mm的制作工藝，處理器的速度為1.06～3.33GHz。11.1.9Intel64位處理器1．Core22．Corei7Corei7處理器是英特爾公司于2008年推出的64位四核心CPU。它沿用x86-64指令集，并以IntelNehalem微架構(gòu)為基礎(chǔ)，取代了IntelCore2系列處理器。Corei7采用0.045～0.032mm的制作工藝，處理器的速度為2.53～3.46GHz。Corei7的名稱并沒有特別的含義，更不是指第7代產(chǎn)品。微機原理與接口技術(shù)_11高檔微處理器的新特性全解課件3．Corei5英特爾公司于2009年9月1日正式發(fā)布了Corei5處理器。該處理器是Corei7派生系列中的低級版本，同樣基于IntelNehalem微架構(gòu)。與Corei7支持三通道存儲器不同，Corei5只會集成雙通道DDR3存儲器控制器。微機原理與接口技術(shù)_11高檔微處理器的新特性全解課件4．Corei3Corei3處理器是英特爾推出的首款CPU＋GPU產(chǎn)品。它是基于IntelWestmere微架構(gòu)，采用0.032～0.032mm的制作工藝，處理器的速度為2.50～3.33GHz。Corei3與Corei5類似，只集成雙通道DDR3存儲器控制器，也集成了一些北橋的功能和PCI-Express控制器，接口亦采用了LGA1156。處理器核心方面，Corei3的代號為Clarkdale，采用32納米制程的Corei3有兩個核心，支持超線程技術(shù)。在L3緩沖存儲器方面，Corei3的兩個核心共享4MB。Corei3在芯片組方面，也采用了IntelP55。4．Corei311.2典型微處理器的基本結(jié)構(gòu)11.2典型微處理器的基本結(jié)構(gòu)11.2.180286微處理器Intel80286微處理器是Intel公司1982年推出的產(chǎn)品。80286芯片內(nèi)含13.5萬個晶體管，內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是16位，地址總線為24位，可尋址224B即16MB內(nèi)存。80286片內(nèi)具有存儲器管理和保護機構(gòu)，它有實模式和保護模式兩種工作方式。11.2.180286微處理器Intel80286微處

80286將8086中BIU和EU兩個處理單元進一步分離成四個處理單元，分別是執(zhí)行部件EU、總線部件BU、指令部件IU和地址部件AU。整個80286采用流水線作業(yè)方式，使各部件能同時并行地工作。1．總線部件EU總線部件由地址鎖存器和驅(qū)動器、協(xié)處理器擴展接口、總線控制器、數(shù)據(jù)收發(fā)器、預取器和6字節(jié)預取隊列組成。2．指令部件IU指令部件中設(shè)有指令譯碼器和譯碼指令隊列，用來指令譯碼，并為執(zhí)行部件執(zhí)行做好準備。80286將8086中BIU和EU兩個處理單元進一步分離成四

3．執(zhí)行部件EU由寄存器、控制部件、算術(shù)邏輯運算單元ALU和微程序只讀存儲器組成，負責執(zhí)行指令，即完成算術(shù)運算、邏輯運算以及其他數(shù)據(jù)加工操作。4．地址部件AU地址部件由偏移量加法器、段界限檢查器、段基地址寄存器、段長度寄存器和物理地址加法器等組成。3．執(zhí)行部件EU11.2.280386微處理器80386是Intel公司1985年推出的一種高性能32位微處理器，80386內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是32位的，地址總線為32位，可尋址4GB。它是對8086～80286微處理器的徹底改進。其主要特點如下。1．80386CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)由6個邏輯單元組成。2．80386可以按實模式、保護模式以及虛擬8086三種模式對存儲器進行訪問。11.2.280386微處理器80386是Intel公司11.2.380486微處理器80486是Intel公司于1989年推出的第二代32位微處理器。集成度是80386的4倍以上，168個引腳，PGA封裝，體系結(jié)構(gòu)與80386幾乎相同，但在相同的工作頻率下處理速度比80386提高了2～4倍，80486的工作頻率最低為25MHz，最高達到132MHz。11.2.380486微處理器80486是Intel公司

從總的情況看，80486有如下特點。（1）80486在Intel微處理器歷史上首次采用了RISC技術(shù)。（2）80486采用了突發(fā)總線同外部RAM進行高速數(shù)據(jù)交換。（3）80486微處理器中配置了8KB的高速緩存器（Cache）。（4）80486微處理器內(nèi)部還設(shè)置了一個數(shù)值協(xié)處理器，這就使得80486不再需要片外80387的支持而直接具有浮點數(shù)據(jù)處理能力。（5）80486在其高速緩存部件與協(xié)處理器之間設(shè)置有兩條高速數(shù)據(jù)總線，這兩條32位總線也可作為一條64位總線使用。從總的情況看，80486有如下特點。11.2.4Pentium系列微處理器1．Pentium微處理器Pentium微處理器的主要特點如下。1）超標量流水線設(shè)計是Pentium處理器的核心。2）Pentium采用雙Cache結(jié)構(gòu)。3）Pentium微處理器中還設(shè)置有分支目標緩存器BTB。4）浮點運算部件。11.2.4Pentium系列微處理器1．Pentium

2．PentiumPro微處理器PentiumPro主要有三大特點。（1）PentiumPro采用了RISC技術(shù)，超標量與流水線相結(jié)合的核心結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了動態(tài)執(zhí)行技術(shù)。（2）PentiumPro處理器使用的是一種387管腳網(wǎng)格陣列（PGA）的陶瓷封裝技術(shù)，片內(nèi)除CPU外，集成了256或512KBL2Cache。（3）PentiumPro處理器支持不加附加邏輯的對稱多處理，即不需要額外的邏輯電路就可支持多達四個CPU，這一結(jié)構(gòu)對服務(wù)器、工作站實現(xiàn)多處理器系統(tǒng)特別有利。2．PentiumPro微處理器

3．PentiumⅡ微處理器PentiumⅡ的優(yōu)異性能與先進結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在以下三方面。1）動態(tài)執(zhí)行技術(shù)與MMX技術(shù)2）雙重獨立的總線結(jié)構(gòu)3）SEC單邊接觸封裝技術(shù)3．PentiumⅡ微處理器

4．PentiumⅢ微處理器PentiumⅢ微處理器與PentiumⅡ的最大不同在于如下三點。（1）PentiumⅢ也是采用雙重獨立總線結(jié)構(gòu)，但是前端總線的時鐘頻率至少為100MHz，處理器核心與L2Cache之間專用的后端總線時鐘頻率最初是主頻的一半，后來的產(chǎn)品也有與主頻同速。（2）PentiumⅢ處理器首次采用了Intel公司自行開發(fā)的流式單指令多數(shù)據(jù)擴展SSE技術(shù)。（3）PentiumⅢ微處理器首次設(shè)置了處理器序列號PSN（ProcessorSerialNumber）。4．PentiumⅢ微處理器11.380X86微處理器的編程結(jié)構(gòu)11.380X86微處理器的編程結(jié)構(gòu)11.3.1基本結(jié)構(gòu)寄存器組

1．通用寄存器（8個）80486共有8個32位的通用寄存器，包括累加器EAX、基址寄存器EBX、計數(shù)寄存器ECX、數(shù)據(jù)寄存器EDX、源變址寄存器ESI、目的變址寄存器EDI、基址指針寄存器EBP和堆棧指針寄存器ESP，這些通用寄存器用于保存數(shù)據(jù)或地址位移量。2．指令指針寄存器（1個）指令指針寄存器是一個32位寄存器，命名為EIP。11.3.1基本結(jié)構(gòu)寄存器組

1．通用寄存器（8個）

3．標志寄存器（1個）標志寄存器是一個32位的寄存器，命名為EFLAGS。4．段寄存器（6個）與8086相比，80286以上的微處理器除具有CS、DS、SS、ES寄存器外，又增加了FS和GS兩個新的16位寄存器，以支持對附加數(shù)據(jù)段的訪問。3．標志寄存器（1個）11.3.2系統(tǒng)級寄存器組

1．系統(tǒng)地址寄存器（4個）80X86的4個系統(tǒng)地址寄存器，用來保存系統(tǒng)描述符表所在存儲段的基址、界限和段屬性信息。系統(tǒng)描述符表主要有如下四種。（1）全局描述符表GDT（GlobalDescriptorTable）（2）局部描述符表LDT（LocalDescriptorTable）（3）中斷描述符表IDT（InterruptDescriptorTable）（4）任務(wù)狀態(tài)段TSS（TaskStateSegment）11.3.2系統(tǒng)級寄存器組

1．系統(tǒng)地址寄存器（4個）

2．控制寄存器（5個）1）CR0控制寄存器2）CR1控制寄存器3）CR2控制寄存器4）CR3控制寄存器5）CR4控制寄存器2．控制寄存器（5個）

3．測試寄存器（5個）80X86有5個測試寄存器，TR3～TR5用于高速緩存的測試操作（測試數(shù)據(jù)、測試狀態(tài)、測試控制），TR6～TR7則用于頁部件的測試操作（測試控制、測試狀態(tài)）。4．調(diào)試寄存器（8個）80X86有8個32位的調(diào)試寄存器，這8個調(diào)試寄存器支持80486微處理器的調(diào)試功能。3．測試寄存器（5個）11.3.3浮點寄存器組1．數(shù)據(jù)寄存器（8個）這是一組80位的寄存器，8個80位的數(shù)據(jù)寄存器中的每一個都分成同F(xiàn)PU的擴展精度數(shù)據(jù)類型對應(yīng)的字段。2．標記寄存器（1個）用來標記每個數(shù)值寄存器的內(nèi)容，每兩位標記表示8個數(shù)據(jù)寄存器中的一個，共16位。3．指令和數(shù)據(jù)指針寄存器（2個）包含一個指令指針和一個數(shù)據(jù)指針，以提供發(fā)生故障的指令的地址及其數(shù)據(jù)存儲器操作數(shù)的地址。4．控制字寄存器（1個）FPU提供若干選擇項，這些選擇項是通過將存儲器的控制字裝入控制寄存器進行選擇的。11.3.3浮點寄存器組1．數(shù)據(jù)寄存器（8個）11.4典型微處理器的引腳結(jié)構(gòu)11.4典型微處理器的引腳結(jié)構(gòu)11.4.180386微處理器80386采用PGA（管腳柵格陣列）封裝技術(shù)，芯片封裝在正方形管殼內(nèi)，管殼每邊三排引腳，共132根。11.4.180386微處理器80386采用PGA（管腳11.4.280486DX微處理器1．地址總線和數(shù)據(jù)總線2．控制總線1）奇偶校驗信號2）總線周期定義信號——表示正在操作的總線周期類型3）總線控制信號4）成組傳送控制5）高速緩存控制信號11.4.280486DX微處理器1．地址總線和數(shù)據(jù)總線6）高速緩存使無效控制信號7）頁面高速緩存控制信號8）數(shù)據(jù)出錯報告信號9）第20位地址A20屏蔽信號10）總線仲裁信號11）總線寬度控制信號12）中斷/復位信號微機原理與接口技術(shù)_11高檔微處理器的新特性全解課件3．時鐘信號CLK——時鐘信號（輸入）。CLK為80486提供基本的定時和內(nèi)部工作頻率。所有外部定時與計數(shù)操作都是相對于CLK的上升沿而制定的。3．時鐘信號11.4.3Pentium微處理器1．數(shù)據(jù)線及其控制信號2．地址線及控制信號3．系統(tǒng)控制信號4．總線周期定義信號（輸出）5．總線控制信號6．總線仲裁信號11.4.3Pentium微處理器1．數(shù)據(jù)線及其控制信號11.5典型微處理器的基本時序11.5典型微處理器的基本時序11.5.180386時序80386的總線周期可分為兩類：基本總線周期和地址流水線方式的總線周期。1．80386的基本總線周期每個周期由兩個總線狀態(tài)組成，命名為T1和T2。如果外部硬件的速度足夠快，任何存儲器或I/O地址都可由一個兩狀態(tài)的總線周期存取。2．80386的流水線方式總線周期這是一種對總線周期定時方式的選擇。流水線方式或非流水線方式可以在逐個周期上使用信號進行選擇。11.5.180386時序80386的總線周期可分為兩類11.5.2Pentium時序1．PentiumCPU的基本總線操作PentiumCPU可以形成兩種時序類型的總線周期：非流水線周期和流水線周期。2．Pentium總線狀態(tài)定義Ti：總線空閑狀態(tài)。T1：總線周期的第一個時鐘。T2：第一個待完成的總線周期的第二個及后續(xù)的時鐘。T12：有兩個待完成的總線周期，處理器在為第一個總線周期傳送數(shù)據(jù)的同時啟動第二個總線周期。TP：有兩個待完成的總線周期，且都在第二個及后續(xù)的時鐘里。TD：有一個待完成的總線周期，其地址、狀態(tài)和ADS#已被驅(qū)動，而數(shù)據(jù)和BRDY#引腳未被采樣。11.5.2Pentium時序1．PentiumCPU3．PentiumCPU的總線周期類型除了非流水線周期和流水線周期這兩種最基本的總線周期類型外，PentiumCPU還有單次非突發(fā)式數(shù)據(jù)傳送與突發(fā)式數(shù)據(jù)傳送總線周期、非緩存式與緩存式總線周期。在非突發(fā)式總線周期中，每次只能傳送一個數(shù)據(jù)單元，且至少需要兩個時鐘周期。突發(fā)式總線周期是一種特殊的總線周期，在突發(fā)式總線周期中，傳送第一個數(shù)據(jù)單元需要兩個時鐘周期，以后每個數(shù)據(jù)單元只需一個時鐘周期。3．PentiumCPU的總線周期類型11.6典型微處理器的指令系統(tǒng)11.6典型微處理器的指令系統(tǒng)11.6.1實地址方式下的32位微處理器指令系統(tǒng)80386以上的32位微處理器有三種基本工作方式，即實地址方式、保護方式和虛擬8086方式。這一系列的32位微處理器的指令系統(tǒng)包含了8086微處理器的全部指令系統(tǒng)，同時針對各32位微處理器的硬件結(jié)構(gòu)，擴充和增加了許多指令。11.6.1實地址方式下的32位微處理器指令系統(tǒng)803811.6.232位微處理器的擴充指令80386以上的微處理器還擴充了某些指令的功能，這些指令如下。1）IMULdest，src1，src22）CDQ3）CWDE4）SAL/SHL/SAR/SHRdest，count5）RCL/RCR/ROL/RORdest，count6）SHLDdest，src，count11.6.232位微處理器的擴充指令80386以上的微處7）SHRDdest，src，count8）MOVSD/CMPSD/LODSD/STOSD/SCASD9）INSdest，DX10）INSB/INSW/INSD11）OUTDX，src12）OUTSB/OUTSW/OUTSD13）LOOPWdest14）LOOPDdest15）LOOPEWdest/LOOPEDdest16）LOOPNEWdest/LOOPNEDdest17）MOVSXdest，src18）MOVSZdest，src7）SHRDdest，src，count11.6.3高級指令和保護控制指令80286微處理器是高檔的16位微處理器，增加了3條高級指令——BOUND、ENTER和LEAVE，80386以上的32位微處理器的指令系統(tǒng)兼容80286的指令系統(tǒng)，必然包括了這三條高級指令。另外，80386以上的32位微處理器的指令系統(tǒng)是80286指令系統(tǒng)的超集，支持實地址方式、保護方式和虛擬8086方式三種程序運行方式，具有模擬8086、80286任務(wù)的能力。32位保護控制指令是由非保護方式的指令系統(tǒng)和僅在保護方式下使用的一組指令組成。11.6.3高級指令和保護控制指令80286微處理器是高11.6.480386新增加的指令為了充分發(fā)揮硬件的性能，提高編程的靈活性和編程效率，80386微處理器又增加了許多新指令，這些指令如下。1．位操作指令2．條件設(shè)置指令3．傳送指令11.6.480386新增加的指令為了充分發(fā)揮硬件的性能11.6.580486新增加的指令80486微處理器片內(nèi)集成有FPU（FloatingPointUnit，浮點部件）和Cache（超高速緩沖存儲器），這一浮點部件保持了同80387的二進制的兼容性，且浮點處理指令也完全一致，所以80486指令系統(tǒng)中又包含了80387的全部指令，除此之外，80486還增加了6條新指令。11.6.580486新增加的指令80486微處理器片內(nèi)11.6.6Pentium處理器新增加的指令Pentium處理器的指令系統(tǒng)兼容了80486的全部指令，并根據(jù)Pentium的硬件結(jié)構(gòu)特點新增加和擴充了一些指令。1）CMPCHG8Bmem642）CPUID3）RDTSC4）RDMSR

5）WRMSR6）RSM11.6.6Pentium處理器新增加的指令Pentiu第11章

高檔微處理器的新特性

第11章高檔微處理器的新特性本章主要內(nèi)容

11.180X86微處理器發(fā)展歷程

11.2典型微處理器的基本結(jié)構(gòu)

11.380X86微處理器的編程結(jié)構(gòu)

11.4典型微處理器的引腳結(jié)構(gòu)

11.5典型微處理器的基本時序

11.6典型微處理器的指令系統(tǒng)本章主要內(nèi)容11.180X86微處理器發(fā)展歷程111.180X86微處理器發(fā)展歷程11.180X86微處理器發(fā)展歷程11.1.1Intel8086及80286微處理器Intel8086微處理器有16位寄存器和16位外部數(shù)據(jù)總線，具有20位地址總線，尋址1MB地址空間。Intel8088微處理器除了有較小的8位外部數(shù)據(jù)總線外，其他與8086微處理器是相同的。Intel80286微處理器在IA-32結(jié)構(gòu)中引進了保護方式操作。這種新的操作方式用段寄存器的內(nèi)容作為選擇子或描述符表的指針。描述符提供24位基地址，允許最大的物理存儲器的尺寸至16MB，支持在段對換基礎(chǔ)上的虛擬存儲器管理和各種保護機制。11.1.1Intel8086及80286微處理器In11.1.2Intel80386微處理器Intel80386微處理器是IA-32結(jié)構(gòu)微處理器系列中的第一個32位處理器。它在結(jié)構(gòu)中引入了32位寄存器用于容納操作數(shù)和地址。每個32位寄存器的后一半保留兩個早期處理器版本（Intel8086和80286）的16為寄存器的特征，以提供完全的后向兼容。提供了一種新的虛擬8086方式，以在新的32位處理器上最有效地執(zhí)行為8086和8088微處理器建立的程序。11.1.2Intel80386微處理器Intel8IA-32結(jié)構(gòu)已經(jīng)考慮到維護在目標碼級后向兼容的任務(wù)，以保護Intel公司客戶在軟件上的大量投資。同時，在結(jié)構(gòu)的每一代上，最有效的微結(jié)構(gòu)和硅片制造技術(shù)已經(jīng)用于生產(chǎn)高性能的處理器。在IA-32微處理器的每一代中，Intel公司已經(jīng)構(gòu)思并采用不斷發(fā)展的技術(shù)到它的微結(jié)構(gòu)中以追求速度更快的計算機。各種形式的并行處理已經(jīng)使這些技術(shù)得到最大的性能增強，Intel80386微處理器是包括若干并行操作部件的第一個IA-32結(jié)構(gòu)微處理器。IA-32結(jié)構(gòu)已經(jīng)考慮到維護在目標碼級后向兼容的任務(wù)，以保護11.1.3Intel80486微處理器Intel80486微處理器由把Intel80386微處理器的指令譯碼和執(zhí)行單元擴展為五個流水線段，增加了更多的并行執(zhí)行能力，其中每個段（當需要時）與其他的并行操作最多可在不同段上同時執(zhí)行五條指令。每個段以能在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令的方式工作，所以Intel80486微處理器能每個時鐘周期執(zhí)行一條指令。在芯片上增加了一個8KB的一級緩存（Cache）大大增加了每個時鐘執(zhí)行一條指令的百分比，包括操作數(shù)在一級Cache中的存儲器訪問指令。11.1.3Intel80486微處理器Intel811.1.4IntelPentium（奔騰）處理器IntelPentium處理器增加了第二個執(zhí)行流水線以達到超標量性能（兩個已知的流水線u和v一起工作，實現(xiàn)每個時鐘執(zhí)行兩條指令）。片上的一級Cache也加倍了，8KB用于代碼，另外8KB用于數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)Cache使用MESI協(xié)議以支持更有效的回寫方式，以及由Intel80486處理器使用的寫通方式。11.1.4IntelPentium（奔騰）處理器In11.1.5IntelP6系列處理器IntelPentiumPro處理器是基于P6微結(jié)構(gòu)的第一個處理器。P6處理器系統(tǒng)隨后的成員是IntelPentiumⅡ、IntelPentiumⅡXeon（至強）、IntelCeleron（賽揚）、IntelPentiumⅢ、IntelPentiumⅢXeon（至強）處理器。11.1.5IntelP6系列處理器IntelPenPentiumPro處理器是三路超標量結(jié)構(gòu)，允許每個時鐘周期執(zhí)行三條指令。它也引入了在超標量實現(xiàn)中的動態(tài)執(zhí)行的概念（微數(shù)據(jù)流分析、超順序執(zhí)行、出眾的分支預測和推理執(zhí)行）。三個指令譯碼單元并行工作把目標碼譯碼為微結(jié)構(gòu)操作碼micro-ops（micro-architectureop-codes）。微機原理與接口技術(shù)_11高檔微處理器的新特性全解課件11.1.6IntelPentiumⅡ處理器IntelPentiumⅡ處理器把MMX技術(shù)加至P6系列處理器具有新的包裝和若干硬件增強。處理器核心包裝在SECC上，允許容易設(shè)計和靈活的母板結(jié)構(gòu)。第一級數(shù)據(jù)和指令Caches每個擴展至16KB，支持二級Ccache的尺寸為256KB、512KB和1MB。半速的后沿總線連接二級Cache至處理器。11.1.6IntelPentiumⅡ處理器Intel11.1.7IntelPentiumⅢ

處理器PentiumⅢ處理器引進流SIMD擴展（SSE）至IA-32結(jié)構(gòu)。SSE擴展把由IntelMMX引進的SIMD執(zhí)行模式，擴展為新的128微寄存器和能在組合的單精度浮點數(shù)上執(zhí)行SIMD操作。PentiumⅢXeon（至強）處理器用Intel的0.18微米處理技術(shù)的全速在模高級傳送緩存（AdvancedTransferCache）擴展了IA-32處理器的性能級。11.1.7IntelPentiumⅢ

處理器Pen11.1.8IntelPentium4處理器IntelPentium4處理器是第一個基于IntelNetBurst微結(jié)構(gòu)的處理器。IntelNetBurst微結(jié)構(gòu)是新的32位微結(jié)構(gòu)，它允許處理器操作在比以前的IA-32結(jié)構(gòu)微處理器更高的時鐘速度和性能等級上。11.1.8IntelPentium4處理器Inte11.1.9Intel64位處理器1．Core2Core2中文名為酷睿2，是英特爾公司于2006年推出的X86架構(gòu)微處理器，它采用全新的IntelCore微架構(gòu)，取代了自2000年起大多數(shù)英特爾處理器采用的NetBurst架構(gòu)。Core2采用0.065～0.045mm的制作工藝，處理器的速度為1.06～3.33GHz。11.1.9Intel64位處理器1．Core22．Corei7Corei7處理器是英特爾公司于2008年推出的64位四核心CPU。它沿用x86-64指令集，并以IntelNehalem微架構(gòu)為基礎(chǔ)，取代了IntelCore2系列處理器。Corei7采用0.045～0.032mm的制作工藝，處理器的速度為2.53～3.46GHz。Corei7的名稱并沒有特別的含義，更不是指第7代產(chǎn)品。微機原理與接口技術(shù)_11高檔微處理器的新特性全解課件3．Corei5英特爾公司于2009年9月1日正式發(fā)布了Corei5處理器。該處理器是Corei7派生系列中的低級版本，同樣基于IntelNehalem微架構(gòu)。與Corei7支持三通道存儲器不同，Corei5只會集成雙通道DDR3存儲器控制器。微機原理與接口技術(shù)_11高檔微處理器的新特性全解課件4．Corei3Corei3處理器是英特爾推出的首款CPU＋GPU產(chǎn)品。它是基于IntelWestmere微架構(gòu)，采用0.032～0.032mm的制作工藝，處理器的速度為2.50～3.33GHz。Corei3與Corei5類似，只集成雙通道DDR3存儲器控制器，也集成了一些北橋的功能和PCI-Express控制器，接口亦采用了LGA1156。處理器核心方面，Corei3的代號為Clarkdale，采用32納米制程的Corei3有兩個核心，支持超線程技術(shù)。在L3緩沖存儲器方面，Corei3的兩個核心共享4MB。Corei3在芯片組方面，也采用了IntelP55。4．Corei311.2典型微處理器的基本結(jié)構(gòu)11.2典型微處理器的基本結(jié)構(gòu)11.2.180286微處理器Intel80286微處理器是Intel公司1982年推出的產(chǎn)品。80286芯片內(nèi)含13.5萬個晶體管，內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是16位，地址總線為24位，可尋址224B即16MB內(nèi)存。80286片內(nèi)具有存儲器管理和保護機構(gòu)，它有實模式和保護模式兩種工作方式。11.2.180286微處理器Intel80286微處

80286將8086中BIU和EU兩個處理單元進一步分離成四個處理單元，分別是執(zhí)行部件EU、總線部件BU、指令部件IU和地址部件AU。整個80286采用流水線作業(yè)方式，使各部件能同時并行地工作。1．總線部件EU總線部件由地址鎖存器和驅(qū)動器、協(xié)處理器擴展接口、總線控制器、數(shù)據(jù)收發(fā)器、預取器和6字節(jié)預取隊列組成。2．指令部件IU指令部件中設(shè)有指令譯碼器和譯碼指令隊列，用來指令譯碼，并為執(zhí)行部件執(zhí)行做好準備。80286將8086中BIU和EU兩個處理單元進一步分離成四

3．執(zhí)行部件EU由寄存器、控制部件、算術(shù)邏輯運算單元ALU和微程序只讀存儲器組成，負責執(zhí)行指令，即完成算術(shù)運算、邏輯運算以及其他數(shù)據(jù)加工操作。4．地址部件AU地址部件由偏移量加法器、段界限檢查器、段基地址寄存器、段長度寄存器和物理地址加法器等組成。3．執(zhí)行部件EU11.2.280386微處理器80386是Intel公司1985年推出的一種高性能32位微處理器，80386內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是32位的，地址總線為32位，可尋址4GB。它是對8086～80286微處理器的徹底改進。其主要特點如下。1．80386CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)由6個邏輯單元組成。2．80386可以按實模式、保護模式以及虛擬8086三種模式對存儲器進行訪問。11.2.280386微處理器80386是Intel公司11.2.380486微處理器80486是Intel公司于1989年推出的第二代32位微處理器。集成度是80386的4倍以上，168個引腳，PGA封裝，體系結(jié)構(gòu)與80386幾乎相同，但在相同的工作頻率下處理速度比80386提高了2～4倍，80486的工作頻率最低為25MHz，最高達到132MHz。11.2.380486微處理器80486是Intel公司

從總的情況看，80486有如下特點。（1）80486在Intel微處理器歷史上首次采用了RISC技術(shù)。（2）80486采用了突發(fā)總線同外部RAM進行高速數(shù)據(jù)交換。（3）80486微處理器中配置了8KB的高速緩存器（Cache）。（4）80486微處理器內(nèi)部還設(shè)置了一個數(shù)值協(xié)處理器，這就使得80486不再需要片外80387的支持而直接具有浮點數(shù)據(jù)處理能力。（5）80486在其高速緩存部件與協(xié)處理器之間設(shè)置有兩條高速數(shù)據(jù)總線，這兩條32位總線也可作為一條64位總線使用。從總的情況看，80486有如下特點。11.2.4Pentium系列微處理器1．Pentium微處理器Pentium微處理器的主要特點如下。1）超標量流水線設(shè)計是Pentium處理器的核心。2）Pentium采用雙Cache結(jié)構(gòu)。3）Pentium微處理器中還設(shè)置有分支目標緩存器BTB。4）浮點運算部件。11.2.4Pentium系列微處理器1．Pentium

2．PentiumPro微處理器PentiumPro主要有三大特點。（1）PentiumPro采用了RISC技術(shù)，超標量與流水線相結(jié)合的核心結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了動態(tài)執(zhí)行技術(shù)。（2）PentiumPro處理器使用的是一種387管腳網(wǎng)格陣列（PGA）的陶瓷封裝技術(shù)，片內(nèi)除CPU外，集成了256或512KBL2Cache。（3）PentiumPro處理器支持不加附加邏輯的對稱多處理，即不需要額外的邏輯電路就可支持多達四個CPU，這一結(jié)構(gòu)對服務(wù)器、工作站實現(xiàn)多處理器系統(tǒng)特別有利。2．PentiumPro微處理器

3．PentiumⅡ微處理器PentiumⅡ的優(yōu)異性能與先進結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在以下三方面。1）動態(tài)執(zhí)行技術(shù)與MMX技術(shù)2）雙重獨立的總線結(jié)構(gòu)3）SEC單邊接觸封裝技術(shù)3．PentiumⅡ微處理器

4．PentiumⅢ微處理器PentiumⅢ微處理器與PentiumⅡ的最大不同在于如下三點。（1）PentiumⅢ也是采用雙重獨立總線結(jié)構(gòu)，但是前端總線的時鐘頻率至少為100MHz，處理器核心與L2Cache之間專用的后端總線時鐘頻率最初是主頻的一半，后來的產(chǎn)品也有與主頻同速。（2）PentiumⅢ處理器首次采用了Intel公司自行開發(fā)的流式單指令多數(shù)據(jù)擴展SSE技術(shù)。（3）PentiumⅢ微處理器首次設(shè)置了處理器序列號PSN（ProcessorSerialNumber）。4．PentiumⅢ微處理器11.380X86微處理器的編程結(jié)構(gòu)11.380X86微處理器的編程結(jié)構(gòu)11.3.1基本結(jié)構(gòu)寄存器組

1．通用寄存器（8個）80486共有8個32位的通用寄存器，包括累加器EAX、基址寄存器EBX、計數(shù)寄存器ECX、數(shù)據(jù)寄存器EDX、源變址寄存器ESI、目的變址寄存器EDI、基址指針寄存器EBP和堆棧指針寄存器ESP，這些通用寄存器用于保存數(shù)據(jù)或地址位移量。2．指令指針寄存器（1個）指令指針寄存器是一個32位寄存器，命名為EIP。11.3.1基本結(jié)構(gòu)寄存器組

1．通用寄存器（8個）

3．標志寄存器（1個）標志寄存器是一個32位的寄存器，命名為EFLAGS。4．段寄存器（6個）與8086相比，80286以上的微處理器除具有CS、DS、SS、ES寄存器外，又增加了FS和GS兩個新的16位寄存器，以支持對附加數(shù)據(jù)段的訪問。3．標志寄存器（1個）11.3.2系統(tǒng)級寄存器組

1．系統(tǒng)地址寄存器（4個）80X86的4個系統(tǒng)地址寄存器，用來保存系統(tǒng)描述符表所在存儲段的基址、界限和段屬性信息。系統(tǒng)描述符表主要有如下四種。（1）全局描述符表GDT（GlobalDescriptorTable）（2）局部描述符表LDT（LocalDescriptorTable）（3）中斷描述符表IDT（InterruptDescriptorTable）（4）任務(wù)狀態(tài)段TSS（TaskStateSegment）11.3.2系統(tǒng)級寄存器組

1．系統(tǒng)地址寄存器（4個）

2．控制寄存器（5個）1）CR0控制寄存器2）CR1控制寄存器3）CR2控制寄存器4）CR3控制寄存器5）CR4控制寄存器2．控制寄存器（5個）

3．測試寄存器（5個）80X86有5個測試寄存器，TR3～TR5用于高速緩存的測試操作（測試數(shù)據(jù)、測試狀態(tài)、測試控制），TR6～TR7則用于頁部件的測試操作（測試控制、測試狀態(tài)）。4．調(diào)試寄存器（8個）80X86有8個32位的調(diào)試寄存器，這8個調(diào)試寄存器支持80486微處理器的調(diào)試功能。3．測試寄存器（5個）11.3.3浮點寄存器組1．數(shù)據(jù)寄存器（8個）這是一組80位的寄存器，8個80位的數(shù)據(jù)寄存器中的每一個都分成同F(xiàn)PU的擴展精度數(shù)據(jù)類型對應(yīng)的字段。2．標記寄存器（1個）用來標記每個數(shù)值寄存器的內(nèi)容，每兩位標記表示8個數(shù)據(jù)寄存器中的一個，共16位。3．指令和數(shù)據(jù)指針寄存器（2個）包含一個指令指針和一個數(shù)據(jù)指針，以提供發(fā)生故障的指令的地址及其數(shù)據(jù)存儲器操作數(shù)的地址。4．控制字寄存器（1個）FPU提供若干選擇項，這些選擇項是通過將存儲器的控制字裝入控制寄存器進行選擇的。11.3.3浮點寄存器組1．數(shù)據(jù)寄存器（8個）11.4典型微處理器的引腳結(jié)構(gòu)11.4典型微處理器的引腳結(jié)構(gòu)11.4.180386微處理器80386采用PGA（管腳柵格陣列）封裝技術(shù)，芯片封裝在正方形管殼內(nèi)，管殼每邊三排引腳，共132根。11.4.180386微處理器80386采用PGA（管腳11.4.280486DX微處理器1．地址總線和數(shù)據(jù)總線2．控制總線1）奇偶校驗信號2）總線周期定義信號——表示正在操作的總線周期類型3）總線控制信號4）成組傳送控制5）高速緩存控制信號11.4.280486DX微處理器1．地址總線和數(shù)據(jù)總線6）高速緩存使無效控制信號7）頁面高速緩存控制信號8）數(shù)據(jù)出錯報告信號9）第20位地址A20屏蔽信號10）總線仲裁信號11）總線寬度控制信號12）中斷/復位信號微機原理與接口技術(shù)_11高檔微處理器的新特性全解課件3．時鐘信號CLK——時鐘信號（輸入）。CLK為80486提供基本的定時和內(nèi)部工作頻率。所有外部定時與計數(shù)操作都是相對于CLK的上升沿而制定的。3．時鐘信號11.4.3Pentium微處理器1．數(shù)據(jù)線及其控制信號2．地址線及控制信號3．系統(tǒng)控制信號4．總線周期定義信號（輸出）5．總線控制信號6．總線仲裁信號11.4.3Pentium微處理器1．數(shù)據(jù)線及其控制信號11.5典型微處理器的基本時序11.5典型微處理器的基本時序11.5.180386時序80386的總線周期可分為兩類：基本總線周期和地址流水線方式的總線周期。1．80386的基本總線周期每個周期由兩個總線狀態(tài)組成，命名為T1和T2。如果外部硬件的速度足夠快，任何存儲器或I/O地址都可由一個兩狀態(tài)的總線周期存取。2．80386的流水線方式總線周期這是一種對總線周期定時方式的選擇。流水線方式或非流水線方式可以在逐個周期上使用信號進行選擇。11.5.180386時序80386的總線周期可分為兩類11.5.2Pentium時序1．PentiumCPU的基本總線操作PentiumCPU可以形成兩種時序類型的總線周期：非流水線周