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微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù) 武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 主講 吳產(chǎn)樂 本課程在計(jì)算機(jī)課程體系中的位置 本課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和信息安全等專業(yè)本科和?？茖W(xué)生必修的一門專業(yè)課 其前修課程有大規(guī)模集成電路 計(jì)算機(jī)組成原理 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等 為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 分布式系統(tǒng) 大規(guī)模并行處理系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)集群 網(wǎng)格系統(tǒng)等打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 本課程的教學(xué)目的 系統(tǒng)學(xué)習(xí)微處理器 內(nèi)外存儲(chǔ)器 各種控制器和輸入 輸出接口芯片的結(jié)構(gòu)和原理 掌握構(gòu)成現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)的硬軟件組成和接口技術(shù) 切實(shí)掌握微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù) 計(jì)算機(jī)主板組成原理 各種接口設(shè)計(jì)及其驅(qū)動(dòng)編程方法 微機(jī)系統(tǒng)的研究和開發(fā) 深入了解微處理器和微機(jī)系統(tǒng)的新發(fā)展和新技術(shù) 學(xué)會(huì)系統(tǒng)科學(xué)地分析問題和解決問題 提高認(rèn)知能力和創(chuàng)新能力 本課程的要求 同學(xué)們不僅要學(xué)習(xí)32位微處理器的原理及微機(jī)各種接口電路的原理與作用 而且還要掌握常用接口的設(shè)計(jì)與分析方法 并具有一定的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰徒涌趹?yīng)用程序的編寫能力 為將來的學(xué)習(xí)與實(shí)踐打下良好基礎(chǔ) 請同學(xué)們下載電子講義 在課堂上注意聽講并在講義中補(bǔ)充課堂筆記 認(rèn)真獨(dú)立完成作業(yè) 做好實(shí)驗(yàn) 做好課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí) 本課程的所有教學(xué)活動(dòng)都可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行 歡迎大家登錄電子學(xué)習(xí)網(wǎng)站 本課程的教材 本課程內(nèi)容組織 第二章 32位微處理器體系結(jié)構(gòu)與工作原理 第三章 內(nèi)存儲(chǔ)器 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器硬件組織 存儲(chǔ)器子系統(tǒng) 第五章 微機(jī)與外設(shè)數(shù)據(jù)交換 中斷方式與8259DMA方式與8237 第六章 總線技術(shù) 系統(tǒng)總線局部總線外設(shè)總線通信總線 第七章 用戶交互接口 鍵盤接口 打印機(jī)接口 顯示器接口 第八章 外存儲(chǔ)器 磁記錄編碼 EIDE和SCSI接口 磁盤陣列 光盤 第四章 I O接口 計(jì)數(shù)器82C54并行接口82C55A串行通信與8250 第一章 微機(jī)系統(tǒng)和接口的組成原理 典型微處理器簡介 第九章 微計(jì)算機(jī)組成 IBMPC XT IBMPC AT 32位微機(jī)系統(tǒng) 第一章概論 1 1微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 微型計(jì)算機(jī)屬于第四代電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)品 一般主機(jī)按體積 性能和價(jià)格分為巨型機(jī) 大型機(jī) 中型機(jī) 小型機(jī)和微型機(jī)五類 起初 中央處理器CPU的運(yùn)算器和控制器集成在一片集成電路芯片上 稱為微處理器MPU 微處理器是微機(jī)系統(tǒng)的核心部分 自70年代初出現(xiàn)第一片微處理器芯片以來 微處理器的性能和集成度幾乎每兩年翻一番 其發(fā)展速度大大超過了前幾代計(jì)算機(jī) 1 1 1微機(jī)系統(tǒng) 微計(jì)算機(jī)和微處理器 1 2典型微處理器簡介1 2 18位微處理器 特點(diǎn) 產(chǎn)品 Intel8080 Motorola6800 ZilogZ80 RockwellR6502 特點(diǎn) 線寬 2 m NMOS 8000管主頻 1MHz M6800 2MHz 8080 2 5 4 0MHz Z80 總線 8DB 16AB 40DIP寄存器 8080有9個(gè) B C D E H L以及W Z 累加器 SP PCMC6800有6個(gè) PC SP IX Acc A Acc B CCRZ80有18個(gè)8位寄存器以及4個(gè)16位寄存器PC SP IX IYI O端口 i8080和Z80是獨(dú)立編址 M6800是存儲(chǔ)器映像指令 70 80條周期為2 s時(shí)鐘 單 多相電源 單 多電源 5v 12v功能 中斷 堆棧 微程序控制語言 匯編 高級(jí)語言的解釋和編譯應(yīng)用 商業(yè)和實(shí)時(shí)控制 智能終端 生產(chǎn) 進(jìn)程控制 PC 1 2 18位微處理器 i8080 Intel8080 由8080芯片 系統(tǒng)控制器8228 時(shí)鐘發(fā)生 驅(qū)動(dòng)器8224構(gòu)成 1973年 Motorola6800 ALU 指令譯碼和控制 寄存器組 I O和數(shù)據(jù)緩沖 1974年 1 2 18位微處理器 M6800 1 2 18位微處理器 Z80 Z80 由ALU 控制部件 寄存器組 總線及其緩沖器組成 1977年 兩組通用R 變址R 中斷頁面I 刷新計(jì)數(shù)器R 較強(qiáng)中斷能力 電源時(shí)鐘單一 158條指令 兼容8080指令系統(tǒng) 1 2 216位微處理器 i8086 i8088 1 1 Intel8086 8088 1978 1979年 線寬 1 5 mCOMS工藝2 9萬管5MHz 8MHz主頻DB 內(nèi)部 16位 外部 8086為16位 8088為8位AB 20位 尋址1MB地址空間EU ALUAX BX CX DX 通用寄存器SP BP 指針寄存器DI SI 變址寄存器FLAGS 狀態(tài)標(biāo)志CF PF AF ZF SF OF控制狀態(tài)DF IF TF指令譯碼控制電路BIU CS DS SS ES段寄存器IP指令指針內(nèi)部通信寄存器20位地址加法器 REGx16 偏移量指令隊(duì)列FIFO 8088是4B 8086是6B總線控制電路 1 2 216位微處理器 i8086 i8088 2 BIU 與內(nèi)存及I O芯片接口 提供總線控制信號(hào) 執(zhí)行外部總線周期 根據(jù)EU請求完成取指和數(shù)據(jù)交換 EU 指令執(zhí)行 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和有效地址計(jì)算并管理R 1 2 216位微處理器 i80186 i80188 2 Intel80186 80188單片機(jī) 內(nèi)含8MHz主頻 68引腳的8086 8088時(shí)鐘發(fā)生器片選和準(zhǔn)備好電路一個(gè)中斷控制器 PIC 1 二個(gè)DMA通道 DMAC 2 三個(gè)定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 CNT 3 應(yīng)用 智能控制器 網(wǎng)卡等 1 2 216位微處理器 i80286 1 3 Intel80286 1982年 1 概況增強(qiáng)16位 線寬1 5 2 m 13 4萬管 6 25MHz主頻DB 16四列直插封裝AB 24片內(nèi)MMU 物理地址16MB 虛擬地址1GB工作模式 實(shí) 地址 模式 8086全部功能 保護(hù) 虛擬地址 模式 實(shí)模式 存儲(chǔ)管理 虛存支持 保護(hù) 多任務(wù)多用戶支持 4級(jí)特權(quán)保護(hù) 支持OS與任務(wù)分離 支持任務(wù)中程序與數(shù)據(jù)保護(hù)CS DS SS ESTSS任務(wù)狀態(tài)段 DTS描述符表段 GDT LDT IDT 15條新指令 1 2 216位微處理器 i80286 2 總線部件BU指令部件IU執(zhí)行部件EU地址部件AU每個(gè)部件可與其他部件異步并行操作 運(yùn)行速度比較快 1 2 216位微處理器 i80286 3 2 內(nèi)部結(jié)構(gòu) BU IU EU AUBU CPU DB與80287FPU接口預(yù)取器和6B指令隊(duì)列IU 指令譯碼器 指令字節(jié) 69位微碼已譯碼指令隊(duì)列 容納3條指令EU ALU寄存器組 通用寄存器 FLAGS控制電路 69位微碼 控制電位序列AU 實(shí)地址模式 段基址 偏移量 20位物理地址保護(hù)模式 存儲(chǔ)保護(hù) 許可性 段限制邏輯地址 線性地址即24位物理地址 1 2 332位微處理器 i80386 1 1 Intel80386系列 1985 10 全32位體系結(jié)構(gòu)MMU片內(nèi) Cache片外1 5 1 0 m CHMOS工藝 132引腳 27 5萬管主頻 12 5 40MHz物理地址4GB 虛存空間64TB段頁式虛存6級(jí)流水線 1 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 6個(gè)部件組成 指令流水線 地址流水線 總線接口部件 CPU 芯片總線特權(quán)請求控制器地址驅(qū)動(dòng)器總線帶寬控制器多路收發(fā)器接收預(yù)取部件取指和執(zhí)行部件傳數(shù)的請求 并做優(yōu)先權(quán)處理 產(chǎn)生總線周期地址 數(shù)據(jù)和控制信號(hào) 與其它總線主控設(shè)備和協(xié)處理器接口 1 2 332位微處理器 i80386 2 總線接口指令預(yù)取指令譯碼執(zhí)行分段分頁部件 1 2 332位微處理器 i80386 3 指令預(yù)取部件預(yù)取器 總線空閑時(shí) 通過BIU按序取指送入預(yù)取隊(duì)列 預(yù)取隊(duì)列 16B 指令譯碼部件 指令譯碼部件指令譯碼 指令字節(jié) 內(nèi)部碼已譯碼指令隊(duì)列 緩沖深度3條指令 部件組成80386的指令流水線 執(zhí)行部件控制器數(shù)據(jù)處理器保護(hù)檢測把已譯碼指令隊(duì)列中的內(nèi)部碼轉(zhuǎn)換成時(shí)序控制信號(hào) 其他部件協(xié)同完成指令操作 還用專用硬件加速某些操作的執(zhí)行 分段部件 邏輯地址 線性地址三輸入加法器描述符寄存器限長和屬性PLA經(jīng)過分段有效性檢查 把邏輯地址轉(zhuǎn)換成線性地址 1 2 332位微處理器 i80386 4 分頁部件 線性地址 物理地址加法器頁Cache控制和特性PLA允許分頁時(shí) 將從分段部件或指令預(yù)取部件得到的線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址 并用TLB加速地址變換 變換后的物理地址送BIU 完成了內(nèi)存與I O的存取 部件組成80386的地址流水線 部件構(gòu)成存儲(chǔ)器管理部件MMU 1 2 332位微處理器 i80386 5 2 寄存器組32位寄存器 EAX EBX ECX EDX ESI EDI EBP ESP指令指針 EIP 32 IP 16 EFLAGS VM RF NT IOPL OF DF IF TF SF ZF AF PF CFVM 虛擬8086模式RF 恢復(fù)標(biāo)志NT 任務(wù)嵌套IOPL I O特權(quán)級(jí)控制RCR0 定義控制標(biāo)志CR1 保留CR2 頁故障線性地址CR3 頁目錄表基址系統(tǒng)地址寄存器測試寄存器調(diào)試寄存器段寄存器 16位 CS SS DS ES FS GS 1 2 332位微處理器 i80386 6 3 工作模式實(shí)模式 與8086相同 可以處理32位數(shù)據(jù) 增加FS GS保護(hù)模式 4GB物理空間 段長可達(dá)1MB 不用頁 4GB 啟動(dòng)頁 多任務(wù)保護(hù)機(jī)制虛擬8086模式 實(shí)模式 保護(hù)功能 4 存儲(chǔ)地址空間物理地址空間4GB虛擬地址空間64TB 1 2 332位微處理器 i80386 7 5 80386Family80386DX全32位 80386原型80386SX外部DB16位 外部AB24位80386SL采用低功耗和SMM 系統(tǒng)管理模式 的80386SX3 3V和5V電源 SMI和靜態(tài)CMOS工藝 系統(tǒng)閑置時(shí)工作頻率降到0Hz進(jìn)入休眠狀態(tài) 功耗低于0 25W80386DL采用SL技術(shù)的80386DX 低功耗和節(jié)能型80386EXAB為26位的80386SX 增加系統(tǒng)管理模式和能源管理技術(shù) 主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng) 1 2 332位微處理器 i80486 1 2 Intel80486系列 1989 4 1 特點(diǎn)1 0 0 8 m工藝120萬管25 120MHz168針PGARISC技術(shù) 40MIPS 常用指令執(zhí)行僅1T微碼控制 部分硬布線邏輯 降低指令執(zhí)行的時(shí)鐘數(shù)突發(fā)總線 BurstBUS 技術(shù) 地址相關(guān)的16B數(shù)據(jù)I O內(nèi)部集成了FPU和Cache 并支持二級(jí)Cache內(nèi)部結(jié)構(gòu) 總線接口部件指令預(yù)取部件指令譯碼部件控制部件整數(shù)部件段部件 重定位頁部件 固定頁面Cache 數(shù)據(jù)與指令共用8KB 4路組相聯(lián)FPU 算術(shù)運(yùn)算 超越函數(shù)全32位體系結(jié)構(gòu) 地址總線 數(shù)據(jù)總線和寄存器組數(shù)據(jù)總線動(dòng)態(tài)變換 8 16 32位 1 2 332位微處理器 i80486 2 總線接口指令預(yù)取指令譯碼控制整數(shù)分段分頁Cache浮點(diǎn)部件 1 2 332位微處理器 i80486 3 2 80486系列80486DX 80386 80387 8KBCache及控制器80486SX 80386 8KBCache及控制器80486SL低功耗節(jié)能型80486DX能工作在3 3V 電源切斷電路 SMI 休眠狀態(tài)80486SX2時(shí)鐘倍頻技術(shù)的80486SX80486DX2時(shí)鐘倍頻技術(shù)的80486DXIntelDX4時(shí)鐘3倍頻技術(shù)的80486DX0 6 m工藝 3 3V 時(shí)鐘頻率100NHz 16KBCache 1 2 332位微處理器 Pentium 1 3 IntelPentium系列 1 Pentium 1993 3 奔騰0 8 0 6 m靜態(tài)BiCMOS工藝 310萬管 273腳PGA 60 233MHz主頻 RISC與CISC結(jié)合產(chǎn)品 超級(jí)流水線 U V兩條流水線 1T執(zhí)行2條指令 每條流水線都有ALU 地址生成邏輯和數(shù)據(jù)Cache接口 5級(jí)流水 高性能FPU 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算高度流水線化 8級(jí)流水 每T可完成1 2個(gè)浮點(diǎn)操作獨(dú)立的指令Cache和數(shù)據(jù)Cache 都是8KB 數(shù)據(jù)Cache有二個(gè)接口分別與U V兩條流水線相連 2路組相聯(lián)存儲(chǔ)器 分支預(yù)測 提高性能到達(dá)90MIPS分支目標(biāo)緩沖器 BTB 的小Cache來動(dòng)態(tài)預(yù)測程序的分支操作 64位外部DB 用于同內(nèi)存以528MB S 66MHz鐘頻 交換數(shù)據(jù) 1個(gè)突發(fā)總線周期讀入256位數(shù)據(jù) 1 2 332位微處理器 Pentium 2 600nmBiCMOS工藝超級(jí)流水線高性能FPU獨(dú)立指令和數(shù)據(jù)CACHE分支預(yù)測外部DB64位 1 2 332位微處理器 PentiumPro 1 2 PentiumPro 1995 11 高能奔騰0 6 0 25 m四層BiCMOS工藝 387腳PGA 155 433MHz CPU內(nèi)核 有8KB代碼L1Cache 8KB數(shù)據(jù)L1Cahce 550萬管 與CPU同頻的256KBL2Cache 1550萬管 64位全速總線相連 5個(gè)并行處理單元 整數(shù) 2 存儲(chǔ) 1 裝載 1 浮點(diǎn) 1 CISC指令RISC化 將指令分解為微操作亂序執(zhí)行 Outoforderexecution CPU允許指令不按程序順序發(fā)給處理單元 能提前的立即分發(fā)執(zhí)行 然后重排單元將結(jié)果按指令順序重排 CPU內(nèi)電路滿負(fù)荷 提高其運(yùn)行速度動(dòng)態(tài)分支預(yù)測和推測執(zhí)行 dynamicbranchprediction speculativeexec 3路超標(biāo)量結(jié)構(gòu)和14級(jí)流水線結(jié)構(gòu) 提高并行處理能力 1 2 332位微處理器 PentiumPro 2 1 2 332位微處理器 PentiumMMX 3 PentiumMMX Multimediaextension 1997 1 多能奔騰0 35 mCMOS工藝 450萬管 160 233MHz 4種新的數(shù)據(jù)類型 8個(gè)64位寄存器和57條新指令 對IA 32指令系統(tǒng)擴(kuò)展 浮點(diǎn)寄存器別名映象 A V 圖形圖象處理 多媒體及通信 新數(shù)據(jù)類型 緊縮的字節(jié) 字 雙字和四字的64位數(shù)據(jù)放在8個(gè)64位寄存器 采用SIMD技術(shù)單指令處理多個(gè)數(shù)據(jù)飽和運(yùn)算 環(huán)繞處理 F000H 4000H 3000H溢出截?cái)?低位返回 進(jìn)位丟失飽和運(yùn)算 F000H 4000H FFFFH溢出結(jié)果截至數(shù)據(jù)類型最大 小位適用于圖形等多媒體處理積和運(yùn)算 矢量點(diǎn)積和矩陣乘法是A V和圖象數(shù)據(jù)基本運(yùn)算指令 PMADDWD積和運(yùn)算指令用于壓縮 解壓SIMD技術(shù) 與緊縮數(shù)據(jù)類型配合提高性能 1 2 332位微處理器 PentiumII 4 PentiumII 1997 5 AMDK6 20 25 m工藝 750萬管 233 450MHzPII PentiumPro PentiumMMX兩級(jí)Cache L1為16KB 16KB L2為512KB 移到片外 運(yùn)行頻率為CPU核心頻率一半 64位高速總線 除掉L2Cache即為Celeron 賽揚(yáng) 處理器 浮點(diǎn)與PII持平 后加入高速128KBCache 動(dòng)態(tài)執(zhí)行多分支預(yù)測 預(yù)測程序流向 加速處理器的工作流程 數(shù)據(jù)流分析 分析指令流數(shù)據(jù)依賴關(guān)系 優(yōu)化指令執(zhí)行排序 推測執(zhí)行 并行推測執(zhí)行指令 使執(zhí)行單元始終處于運(yùn)行狀態(tài) 雙重獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)DIBL2Cache總線 L2Cache與CPU專用總線 和系統(tǒng)總線 用于Mem 可提供3倍于單一總線結(jié)構(gòu)處理器的帶寬性能 單邊接觸盒 SEC 封裝CPU和L2Cache SEC Slot1 主板雙64位后端總線非PGA242觸點(diǎn) 1 2 332位微處理器 PentiumIII 5 PentiumIII 1999 2 AMDK7 Athlon0 25 m工藝 950萬管 70條SSE StreamingSIMDExtensions 指令 用于語言識(shí)別 實(shí)時(shí)壓縮 三位圖象處理 A V處理 L1Cache 16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache L2Cache 512KB 為CPU核心速度的一半 8x128bit單精度寄存器 同時(shí)處理4個(gè)單精度 4x32位 浮點(diǎn)變量 20億次 秒浮點(diǎn)運(yùn)算 繼承了PII的動(dòng)態(tài)執(zhí)行 雙重獨(dú)立總線技術(shù) 100MHz前端總線 1 2 332位微處理器 PIIICoppermine 6 PentiumIIICoppermine 1999 10 0 18 m工藝 主頻733MHz 外頻133MHz 2800萬管 1 1 1 7V256KB的L2Cache置于片內(nèi) 工作在CPU核心頻率下Cache轉(zhuǎn)換架構(gòu)L2Cache 256b寬通路 每時(shí)鐘傳32B 帶寬11 2GB S 先進(jìn)的系統(tǒng)緩沖器填充Buffer 4 6總線隊(duì)列 4 8回寫緩沖器 1 4移動(dòng)PC的SpeedStep技術(shù)降低速度和電壓后 延長運(yùn)行時(shí)間 外接電源時(shí) 以全速全壓運(yùn)行 2000 6AMDAthlon Thunderbird 雷鳥 與PIIICoppermine有相同的緩存特性 同時(shí)將L2緩存間聯(lián)合并發(fā)處理的通道數(shù)從2個(gè)增到16個(gè) 性能提升 1 2 332位微處理器 ProPIIPIII 1 2 332位微處理器 Pentium4 1 7 PentiumIV或Pentium4 2000 11 0 18 m工藝 6層鋁金屬層 4200萬管 面向互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 內(nèi)核構(gòu)架NetBurst IA 32體系結(jié)構(gòu)超級(jí)流水線技術(shù) 20級(jí) PIII是10級(jí) ALU用內(nèi)核頻率的2倍 直接加速了整數(shù)指令的執(zhí)行速度 將取指 譯碼 取數(shù) 執(zhí)行和回寫分給指令流水線不同級(jí)同時(shí)處理執(zhí)行跟蹤緩存指令L1Cache ExectcionTraceCache指令解碼 執(zhí)行跟蹤緩存 1200條微操作 第1級(jí)流水出現(xiàn)分支預(yù)測錯(cuò)誤 可從跟蹤緩存中重新獲取微操作 減少預(yù)測錯(cuò)誤影響 高級(jí)動(dòng)態(tài)執(zhí)行引擎 為EU動(dòng)態(tài)提供指令不使其停頓不等待數(shù)據(jù)的指令送到EU去執(zhí)行增強(qiáng)的分支預(yù)測功能和BTB 4KB 高效的亂序推測能力減少預(yù)測失敗引起的延遲快速執(zhí)行引擎 ALU在時(shí)鐘的上升和下降沿都執(zhí)行運(yùn)算 是CPU主頻的兩倍 平均半個(gè)時(shí)鐘周期完成1條指令 采用的是時(shí)鐘緩沖 Clockbuffering 電路 1 2 332位微處理器 Pentium4 2 1 2 332位微處理器 Pentium4 3 SSE2指令 對Internet 3D和多媒體技術(shù)144組指令提升多媒體指令的執(zhí)行性能128bit的MMX寄存器128bit的SIMD整數(shù)運(yùn)算128bit的雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算提升多媒體指令的執(zhí)行性能 如DVD MP3 MPEG 4的回放400MHz系統(tǒng)總線配合800MHz的RDRAM 其內(nèi)存帶寬 即3 2GB s數(shù)據(jù)傳輸率采用QDR QuadDateRate 技術(shù) 4條64位數(shù)據(jù)流 1 2 464位微處理器 基本術(shù)語 指令集CISC X86 x86 64指令集的Intel AMD等處理器 RISC PowerPC SPARC PA RISC MIPS Alpha等EPIC Itanium ItaniumIIX86 64 AMD64 EM64T 前身是IA 32E CPU擴(kuò)展指令集MMX 57條多媒體指令SSE 70條 50條SIMD浮點(diǎn)運(yùn)算 12條MMX整數(shù)運(yùn)算 8條優(yōu)化數(shù)據(jù)塊傳輸SSE2 144條 SSE部分和MMX部分SSE3 13條 數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)處理 特殊處理 優(yōu)化命令 超線程性能增強(qiáng)超標(biāo)量和超流水線超流水線通過流水細(xì)化 提高主頻 在1T內(nèi)完成多個(gè)操作 以時(shí)間換取空間 超標(biāo)量是內(nèi)置多路流水線實(shí)時(shí)執(zhí)行多處理器 以空間換取時(shí)間封裝針柵陣列 PGA 封裝的MPU使用socket插座單邊接觸盒 SEC 封裝的MPU使用slotX 1 2 464位微處理器 Itanium 1 Itanium 開發(fā)代碼Merced 安騰 Intel和HP IA 64架構(gòu) 64位尋址能力和64位寄存器工藝 Madison100nm Montecito90nm 4 1億管 指令定長 降低解碼復(fù)雜度 指令可對寄存器操作 顯式并行指令計(jì)算 EPIC 技術(shù)編譯器 分析指令間依賴關(guān)系無依賴關(guān)系的指令組合執(zhí)行部件 成組的指令群并行執(zhí)行并行調(diào)度是編譯時(shí)由軟件決定 硬件調(diào)度會(huì)增加復(fù)雜性和提高成本3級(jí)高速緩存 L132KB 指令和數(shù)據(jù) L2256KB L31 5 6MBItanium2的L3有9MB 其雙核的L3有24MB IA 64的分支預(yù)測在編譯控制 分支判斷與分支語句同時(shí)執(zhí)行 投機(jī)裝載 數(shù)據(jù)預(yù)裝數(shù)據(jù)提前幾十個(gè)周期放入L1Cache 避免未命中 減少訪存 主頻高900MHz 1 5GHz 400MHz系統(tǒng)總線 CPU帶寬6 4GB s 1 2 464位微處理器 ItaniumII IA 64架構(gòu) 向雙核或多核發(fā)展主要特點(diǎn) EPIC指令集分支預(yù)測推測執(zhí)行集束指令工作模式 由處理器狀態(tài)寄存器PSR決定執(zhí)行IA 64指令集還是IA 32指令集5組部件 指令處理 執(zhí)行 控制 內(nèi)存子系統(tǒng) IA 32兼容執(zhí)行引擎IA 32兼容執(zhí)行引擎 指令預(yù)取 解碼 調(diào)度和控制 專用執(zhí)行單元 通用寄存器 選擇器 描述符寄存器 浮點(diǎn)寄存器 MMX寄存器 SIMD流擴(kuò)展寄存器等IA 32EC技術(shù) IA 32執(zhí)行層技術(shù)將IA 32代碼譯成原始IA 64代碼 充分利用IA 64強(qiáng)大資源 IA 32EL軟件是與硬件分離的執(zhí)行層軟件 可全面增強(qiáng)IA 64系統(tǒng)上IA 32軟件的執(zhí)行性能爭議問題 IA 64處理器引入了x86toIA 64解碼器 但不是最有效 2 AMD64AMD使用x86結(jié)構(gòu)并擴(kuò)展到64位來獲得x86 64結(jié)構(gòu) 處理器能全速高性能地運(yùn)行x86和x86 64程序 64位模式不采用分段模式 具有長模式和遺傳模式 長模式包括64位模式和兼容模式 允許現(xiàn)有程序無需修改就運(yùn)行在長模式下 真正的64位x86芯片 增加到16個(gè)64位REG 8組128位SSEREG 給SIMD提供更多空間 1 2 464位微處理器 AMD64 1 1 2 464位微處理器 AMD64 2 AMD64位MPU體系架構(gòu) Hammer 面向4路及8路服務(wù)器市場 補(bǔ)充AthlonMP32位MPU適用于大型數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)挖掘 在線事務(wù)處理等企業(yè)級(jí)應(yīng)用集成化的DDRDRAM控制器 支持ECC內(nèi)存 檢查和糾正內(nèi)存中的代碼錯(cuò)AMD的HyperTransport總線結(jié)構(gòu) 使PC內(nèi)部芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到12 8Gbps此技術(shù)得到Apple Cisco Sun Transmeta Nvidia API PMC Sierra等支持AMD支持64位技術(shù) Athlon64系列 速龍 Opteron系列 皓龍 Sempron系列 閃龍 Turion系列 炫龍 1 2 464位微處理器 IntelEM64T 3 IntelEM64T 前身是IA 32E Intel擴(kuò)展64位內(nèi)存技術(shù) 增強(qiáng)IA 32結(jié)構(gòu) 擴(kuò)展到64位結(jié)構(gòu)操作 完全兼容現(xiàn)在的IA 32結(jié)構(gòu)和x86 64技術(shù) 具有傳統(tǒng)IA 32模式和擴(kuò)展IA 32e模式 擴(kuò)展IA 32e模式包括64位模式和兼容模式 由擴(kuò)展功能激活寄存器IA 32 EFER選定 64位模式下具有以下特性 64位線性平面地址 增加8個(gè)新的通用寄存器 都擴(kuò)展到64位 增加8個(gè)128位SIMD流擴(kuò)展寄存器 SSE SSE2和SSE3 64位寬的通用寄存器和指令指針寄存器 1 2 5微處理器簡介匯總 1 1 2 5微處理器簡介匯總 2 1 2 5微處理器簡介匯總 3 1 2 5微處理器簡介匯總 4 1 3微機(jī)接口技術(shù) 微機(jī)接口技術(shù)是通過硬件的連接和軟件的控制 將微處理器和各種LSI VLSI接口芯片有效地結(jié)合成微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù) 應(yīng)用接口技術(shù)的任務(wù)是對微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行硬 軟件設(shè)計(jì) 使微機(jī)能夠有效地與外部世界和用戶進(jìn)行聯(lián)系 充分發(fā)揮它的效能 硬件接口設(shè)計(jì)的任務(wù)是選擇和使用適當(dāng)?shù)腖SI VLSI接口芯片構(gòu)筑微處理器與系統(tǒng)部件 外部設(shè)備間的接口 軟件接口設(shè)計(jì)的任務(wù)是編制相應(yīng)程序使可編程接口芯片發(fā)揮應(yīng)有的功能和提高微機(jī)系統(tǒng)的性能和效率 1 3 1微機(jī)接口的類型 運(yùn)行輔助 1 運(yùn)行輔助接口微機(jī)的功能處于最 低 基本水平所需的接口CPU芯片總線變換成系統(tǒng)總線的那些接口地址鎖存數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和收發(fā)時(shí)鐘和片選等電路外存通過EIDE或SCSI接口與主機(jī)系統(tǒng)連接 1 3 1微機(jī)接口的類型 用戶交互 2 用戶交互接口用戶與主機(jī)系統(tǒng)交互的接口表示方法和表現(xiàn)速度的轉(zhuǎn)換終端 鍵盤 鼠標(biāo) 操縱桿 光筆 錄入筆 語音識(shí)別顯示 打印 語言合成表示方法的轉(zhuǎn)換 外設(shè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)與外設(shè)的不同表示表現(xiàn)速度的同步 硬件中斷或軟件輪詢使速度匹配主機(jī)與用戶交互主機(jī)與外設(shè)交互串并行接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 速率匹配 1 3 1微機(jī)接口的類型 傳感和控制 3 傳感和控制接口微機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用 傳感接口監(jiān)測狀態(tài) 控制接口驅(qū)操作傳感接口 A DC 模擬量 數(shù)字量數(shù)字量 系統(tǒng)總線接口 緩沖 接收 驅(qū)動(dòng)傳送給微機(jī)處理控制接口 D AC 數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量 電壓或電流直接或通過機(jī)電接口對外部世界控制控制接口有時(shí)比較復(fù)雜 1 3 2微機(jī)接口的基本功能