[工学]西电 微机原理第2章.pptVIP

第2章 8086/8088系统结构与80x86微处理器 第2章 8086/8088系统结构与80x86微处理器 2.1微处理器 2.2 8086 /8088CPU的功能结构 2.3 8086/8088寄存器结构 2.4 8086/8088存储器组织和I/O组织 2.5 Intel 80x86系列高档微处理器简介 2.1微处理器 微处理器是组成微型计算机系统的核心硬件 微处理器简称CPU，是用来实现运算和控制功能的部件 运算器：用于完成数据的算术和逻辑运算 CPU内部寄存器：用来暂存参加运算的操作数和运算结果 控制器：通常由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成 2.1概述 表2.1微处理器概况（续） 存储器三级结构 主存储器 通常由CPU之外的半导体存储器芯片组成，用来存放程序、原始操作数、运算的中间结果数据和最终结果数据 高速缓冲存储器Cache 将当前使用频率较高的程序和数据通过一定的替换机制从主存放入Cache，CPU在取指令或读取操作数时，同时对Cache和主存进行访问，如果Cache命中，则终止对主存的访问 大大减少了CPU读取指令和操作数所需的时间，使CPU的执行速度显著提高 外存储器 容量通常很大，可达GB甚至TB级 特点是存取速度慢 80386 CPU后处理器三种工作方式 存储器的管理采用的是分段的实方式 保护方式。机器可提供虚拟存储管理和多任务管理机制。为用户提供了一个比实际主存空间大得多的程序地址空间，允许多个用户或一个用户的多个任务同时在机器上运行 虚拟8086方式。一台机器可以同时模拟多个8086处理器的工作 2.1.2 微处理器的主要技术参数 微处理器品质的高低直接决定了一个PC系统的档次 微处理器主要技术参数反映出微处理器大致性能 1.字长 微处理器字长：是指在单位时间内同时处理的二进制数据的位数 微处理器按照其处理信息的字长可分为：8位CPU、16位CPU、32位CPU和64位CPU等 2.内部工作频率 又称为内频或主频，是衡量微处理器速度的重要参数，与微处理器实际的运算能力并没有直接关系 内部频率的倒数是时钟周期，是微处理器中最小的时间元素，微处理器每个动作至少需要一个时钟周期 3.外部工作频率 是由主板为CPU提供的基准时钟频率 在早期，微处理器的内频就等于外频 现在CPU外频跟內频不再只是一比一的同步关系，采用内部倍频技术 內频、外频和倍频三者之间的关系为：內频=外频×倍频 目前微处理器的內频已高达几个GHz，外频为266MHz和400MHz等。最高的倍频可达到十几甚至更高。理论上倍频是从1.5一直到无限，以0.5为一个间隔单位 4. 前端总线（Front Side Bus）频率 通常用FSB表示，是微处理器和外界交换数据的最主要通道，主要连接主存、显卡等数据吞吐率高的部件 前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大 Pentium Ⅳ之前，前端总线频率与外频是相同的 随着计算机技术的发展，前端总线频率高于外频。采用QDR（Quad Date Rate）技术或者其他类似的技术，使得前端总线频率成为外频的2倍、4倍甚至更高 5. 片内Cache的容量 又称CPU Cache。是容量和工作速度对提高计算机的速度起着关键的作用 CPU Cache可分为L1 Cache、L2 Cache，部分高端CPU还具有L3 Cache L1 Cache的容量基本在4KB～64KB之间 L2 Cache的容量则从128KB～2MB不等。是影响CPU性能的关键因素之一。在CPU核心不变的情况下，增加L2 Cache的容量能使其性能大幅度提高，而同一核心CPU的高低之分往往也是在L2 Cache上有差异 6. 地址总线宽度 决定了微处理器可以访问的最大物理地址空间 例如，Pentium有32位地址线，可寻址的最大容量为232=4GB 7. 数据总线宽度 决定了微处理器与外部Cache、主存以及I/O设备之间进行一次数据传输的信息量 数据总线和地址总线是相互独立的，数据总线宽度指明了芯片的信息传递能力，而地址总线宽度说明了芯片可以访问多少个主存单元 8. 工作电压 指的是微处理器正常工作所需的电压 近年来微处理器设计和制造工艺与內频的提高，微处理器的工作电压呈逐步下降趋势，以解决发热问题 目前一般台式机用CPU工作电压已在3V以下；笔记本专用CPU的工作电压就更低了，低至1.2V或0.8V 2.1.3微处理器的内部结构 ——基本功能 进行算术和逻辑运算； 具有接收存储器和I/O接口来的数据和发送数据给存储器和I/O接口的功能； 可以暂存少量数据； 能对指令进行寄存、译码并执行指令所规定的操作； 能提供整个系统所需的定