计算机组成原理_中央处理器.ppt

例：课后习题6-14 9.制造工艺 线宽是指芯片上的最基本功能单元—门电路的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度与门电路的宽度相同，所以可以用线宽来描述制造工艺。线宽越小，意味着芯片上包括的晶体管数目越多。Pentium II的线宽是0.35微米，晶体管数达到7.5M个；Pentium Ⅲ的线宽是0.25微米，晶体管数达到9.5M个；Pentium 4的线宽是0.18微米，晶体管数达到42M个。 例：课后习题6-6 某机CPU芯片的主振频率为8MHv，其时钟周期是多少us？该机的平均指令执行速度为0.8MIPS,平均指令周期是是多少us？ 时钟周期是：1÷8MHv=0.125 us 平均指令周期是：1÷0.8MIPS=1.25 us 例：课后习题6-14 微程序是现代计算机组成的理论框架中非常重要的概念。 实现形式各不相同、五花八门，但存在意义都是相同的。 完全依赖硬件结构，每种微程序格式是针对特定的计算机硬件结构的。 实 例 * 为了使各部件能连续地工作，则提出先行控制的方式。图6-22中“分析”和“执行”阶段之间有等待的时间间隔Δt，但它们各自的流程中却是连续的。先行控制的主要目的是使各阶段的专用控制部件不间断的工作，以提高设备的利用率及执行速度。 6.6.2 先行控制原理（续） * * 流水处理技术是在重叠、先行控制方式的基础上发展起来的，它基于重叠的原理，但却是在更高程度上的重叠。 1.流水线 流水线是将一个较复杂的处理过程分成m个复杂程度相当、处理时间大致相等的子过程，每个子过程由一个独立的功能部件来完成，处理对象在各子过程连成的线路上连续流动。在同一时间，m个部件同时进行不同的操作，完成对不同子过程的处理。 6.6.3 流水工作原理 * 这种方式类似于现代工厂的生产流水线，在那里每隔一段时间（Δt）从流水线上流出一个产品，而生产这个产品的总时间要比Δt大得多。由于流水线上各部件并行工作，同时对多条指令进行解释执行，机器的吞吐率将大大提高。 例如，将一条指令的执行过程分成取指令、指令译码、取操作数和执行四个子过程，分别由四个功能部件来完成，每个子过程所需时间为Δt。四个子过程的流水线如图6-23（a）所示，图6-23（b）是流水线工作时的时空图。 1.流水线（续） * * ⑴按处理级别分类 流水线按处理级别可分为操作部件级、指令级和处理机级三种。操作部件级流水线是将复杂的算逻运算组成流水线工作方式。指令级流水线则是将指令的整个执行过程分成多个子过程。处理机级流水线又称为宏流水线，这种流水线由两个或两个以上处理机通过存储器串行连接起来，每个处理机对同一数据流的不同部分分别进行处理。各个处理机的输出结果存放在与下一个处理机所共享的存储器中。每个处理机完成某一专门任务。图6-24为处理机级流水线。 2.流水线分类 * * ⑵按功能分类 流水线按功能可分成单功能流水线和多功能流水线两种。单功能流水线只能实现一种固定的功能。多功能流水线则可有多种连接方式来实现多种功能。 2.流水线分类（续） * ⑶按工作方式分类 静态流水线在同一时间内只能以一种方式工作。它可以是单功能的，也可以是多功能的。当是多功能流水线，且从一种功能方式变为另一种功能方式时，必须先排空流水线，然后为另一种功能设置初始条件后方可使用。显然，不希望这种功能的转换频繁发生，否则将严重影响流水线的处理效率。 动态流水线则允许在同一时间内将不同的功能段连接成不同的功能子集，以完成不同的功能。显然，动态流水线必是多功能流水线，而单功能流水线必是静态的。 2.流水线分类（续） * ⑷按流水线结构分类 流水线按结构分为线性流水线和非线性流水线两种。在线性流水线中，从输入到输出，每个功能段只允许经过一次，不存在反馈回路。一般的流水线均属这一类。非线性流水线除有串行连接通路外，还有反馈回路，在流水过程中，某些功能段要反复多次使用。非线性流水线常用于递归或组成多功能流水线。 2.流水线分类（续） * 精简指令系统计算机（RISC）是80年代提出的一种新的设计思想，目前运行中的许多计算机都采用了RISC体系结构或采用了RISC设计思想。 6.7 精简指令系统计算机RISC * 1.RISC的主要特点（8个） ⑴指令总数较少（一般不超过100条）； ⑵基本寻址方式种类少（一般限制在2～3种）； ⑶指令格式少（一般限制在2～3种），而且长度一致