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1、32位微处理器 PentiumPentium的先进技术v先进的体系结构vCISC和RISC相结合的技术v超标量流水线技术v先进的分支预测技术先进的体系结构v内部总线是32位，但外部数据总线位64位v设置了相互独立的代码Cache和数据Cachev使用了两条指令流水线并行执行指令v内部集成了增强型浮点处理部件v对常用指令采用硬件实现v采用分段和分页两级存储管理机制，页面大小可 调v增强了信息传输准确性的检测能力和机器异常事 件的处理能力v为系统的扩展提供了很好的检测和调试能力CISC和RISC相结合的技术v复杂指令集计算机技术（CISC）特点：v指令系统中指令多v访问内存采用多种寻址方式v采用微
2、程序机制v简化指令集计算机技术（RISC）特点：v指令系统中只含有简单而常用的指令。指令 长度较短且长度相同v采用流水线机制来执行指令v大多数指令利用内部寄存器来执行，指令执 行时间只需要一个时钟周期。vPentium的大多数指令是简化指令，但仍然 保留了一部分复杂指令，对该部分指令采用 硬件来实现。超标量流水线技术v超标量，就是一个处理器中有多条指令流水线vPentium的一条流水线包含有： v 指令预取级PF v 首次译码级D1 v 二次译码级D2 v 执行级EX v 回写级WBv在Pentium中，采用U和V两条流水线。v注意前提条件先进的分支预测技术MOV DX，100；取填色矩形右上
3、角像素点的y坐标 AAA ：MOV CX，200 ；取填色矩形右上角像素点的x坐标 BBB： MOV AL，04 ；在AL中设置红色对应的值04HMOV AH，0CH ；在AH中设置对应写像素的功能码INT 10H ；在指定的像素位置填上指写颜色DEC CX ；x坐标左移一个像素点JNZ BBB ；继续对下一个点操作DEC DX ；横向填完一行再对下一行操作JNL AAA ；如未结束则继续HLT ；如填好则结束分支预测的方法采用Cache 动态预测Pentium的指令流水线技术v指令流水线的组成：总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件和 执行部件vPentium的一条整数运算流水线包含有：
4、v 指令预取级PF v 首次译码级D1 v 二次译码级D2 v 执行级EX v 回写级WBvPentium的浮点运算流水线包含8级Pentium的超标量流水线的运 行v在U流水线中可以执行任何指令v在V流水线中只能执行和U流水线当前执行 的指令符合配对规则的指令v配对规则：v两条指令都为RISC指令v两条指令互相没有寄存器关联性Pentium的工作方式从80386开始，有三种工作方式实地址方式(real address mode)保护虚拟地址方式(protected virtual address mode)即保护方式虚拟8086方式(virtual 8086 mode) 实地址方式v寻址机构
5、、存储器管理、中断处理机构均和 8086一样v操作数默认长度为16位v存储器容量最大位1MB，常用分段方式， 每段固定大小为4kBv存储器保留有两个固定区域保护方式v保护，主要是指对存储器的保护v特点：存储器采用逻辑地址空间、线性地址空间和物 理地址空间来描述。借助预映象机制将磁盘的存储空间有效映象到 内存，是逻辑地址空间大大超过了实际的内存 空间 既能进行16位运算，又能进行32位运算虚拟8086方式v在保护方式下，可通过软件切换到虚拟 8086方式，特点如下：v可以执行8086的应用程序v段寄存器的用法和实地址方式实一样v存储器的寻址空间位1MB，在分段的基础上又 分页，每页4KB。实地址
6、方式和虚拟8086方式区别 单任务和多任务问题 寻址空间问题 内存划分问题2.5 Pentium的原理结构 1. Pentium的主要部件 总线接口部件 U流水线和V流水线 指令Cache 数据Cache 指令预取部件 指令译码器 浮点处理部件FPU 分支目标缓冲器BTB 控制ROM 寄存器组 2. 原理结构 2.6 Pentium的寄存器 和相关机制Pentium的寄存器分为如下几类： 基本寄存器组 通用寄存器， 指令指针寄存器， 标志寄存器， 段寄存器； 系统寄存器组 地址寄存器， 调试寄存器， 控制寄存器， 模式寄存器； 浮点寄存器组数据寄存器标记字寄存器状态寄存器控制字寄存器指令指针寄
7、存器和数据指针寄存器 1. 基本寄存器组 标志寄存器 :段寄存器和描述符以及保护方式的寻址机 制v保护方式下，程序给出48位的逻辑地址被 分为段选择子和段内偏移量两部分。v通过段选择子从描述符表中找到一个项 描述符，描述符中包含了段的起始地址和相 关信息。v描述符表由操作系统建立。每个描述符表最 多含有8192个描述符。段选择子 偏移量段基址描述符表+32位线性地址分页 机构页面物理地址48位逻辑地址32位 段基址无分页机构v全局描述符表GDT一个系统一个，包含了系统各公用段所对应的描 述符，包括操作系统使用的代码段、数据段和堆 栈段，IDT和所有LDT占用段，每个任务的任务状 态段v局部描述
8、符表LDT每个任务一个，包含了对应任务的代码段、数据 段和堆栈段的描述符，状态段描述符在GDT中。v中断描述符表IDT一个系统一个v一个任务运行时，以此相关的GDT和LDT映象的 两部分地址空间可以达到4GB8192264TB段选择子的含义和功能 ：Pentium有两类段，即非系统段系统段 (1) 非系统段描述符 非系统段：代码段、数据段（堆栈段）非系统段描述符的格式和含义 ：(2) 系统段描述符 系统段描述符的格式和含义 ：2. 系统寄存器组v系统地址寄存器v全局描述符表寄存器GDTR 存放全局描述符表的32位线性基地址和16位的界限值v中断描述符表寄存器IDTR 存放中断描述符表的32位线
9、性基地址和16位的界限值v任务状态寄存器TR 16位选择子v局部描述符表寄存器LDTR 16位选择子 以上寄存器的内容由操作系统设置控制寄存器 :vCR0用来保存系统的标志vCR1是未定义的控制寄存器vCR2和CR3是专用于存储管理的地址寄存器 。3. 浮点寄存器组 Pentium的FPU状态寄存器 Pentium的FPU控制字寄存器 2.3.5 Pentium的主要信号 1. 地址线及控制信号 A31A3地址线 AP地址的偶校验码位 ADS#地址状态输出信号 A20M# A20以上的地址线屏蔽信号 APCHK#地址校验出错信号2. 数据线及控制信号 D63D0数据线 BE7#BE0#字节允许
10、信号 DP7DP0奇偶校验信号 PCHK#读校验出错 PEN#奇偶校验允许信号3. 总线周期控制信号 D/C#数据/控制信号 M/IO#存储器和I/O访问信号 W/R#读写信号 LOCK#总线封锁信号 BRDY#突发就绪信号 NA#下一个地址有效信号 SCYC分割周期信号4. Cache控制信号 CACHE#Cache控制信号 EADS#外部地址有效信号 KEN#Cache允许信号 FLUSH#Cache擦除信号 AHOLD地址保持/请求信号 PCDCache禁止信号 PWT片外Cache的控制信号 WB/WT#片内Cache回写/通写选择信号 HIT#和HITM#Cache命中信号和命中 C
11、ache的状态信号 INV无效请求信号 5. 系统控制信号 INTR可屏蔽中断请求信号 NMI非屏蔽中断请求信号 RESET系统复位信号 INIT初始化信号 CLK系统时钟信号 6. 总线仲裁信号 HOLD总线请求信号 HLDA总线请求响应信号 BREQ总线周期请求信号 BOFF#强制让出总线信号 7. 检测与处理信号 BUSCHK#转入异常处理的信号 FERR#浮点运算出错的信号 IGNNE#忽略浮点运算错误的信号 FRCMC#输入此信号会使CPU进行冗余校 验 IERR#冗余校验出错信号 8. 系统管理模式信号 SMI#系统管理模式中断请求信号 SMIACT# 系统管理模式信号9. 测试信
12、号 TCK从此端输入测试时钟信号 TDI用来输入串行测试数据 TDO此端获得输出的测试数据结果 TMS用来选择测试方式 TRST#测试复位，退出测试状态10. 跟踪和检查信号 BP3BP0以及PM1PM0 BT3BT0分支地址输出信号 IUU流水线完成指令 IV 流水线完成指令的执行过程 IBT指令发生分支 R/S#探针信号输入端 PRDY对R/S#的响应信号 Pentium的总线状态和总线周期 1 . Pentium的总线状态 (1) Pentium的几种总线状态 (2) 总线状态之间的转换 2. Pentium的总线周期 (1) 非流水线式读写周期 (2) 流水线式读写周期 (3) 突发式
13、读写周期 (a) 读周期(b) 写周期 Pentium的几种总线状态v T1状态 v T2状态 v T12状态 v T2P状态 v TD状态 v Ti状态 总线状态之间的转换Pentium的总线周期非流水线式读/写周期流水线式读/写周期 3) 突发式读/写周期非流水线式读/写周期流水线式读/写周期突发式读/写周期Pentium的中断机制仍为两大类硬件中断软件中断异常和中断异常分为三类v故障v陷阱v异常终止Pentium的保留中断中断类型号含义中断类型号含义0 1 2 3 4 5 6 7 8 9除数为0 中断 单步中断 非屏蔽中断 断点中断 溢出中断 BOUND指令故障中断 无效操作码中断 浮点部件不可用中断 双故障中断 保留10 11 12 13 14 15 16 17 . . 31 32255无效任务状态段中断 段不存在中断 堆栈异常中断 一般保护中断 页故障中断 保留 浮点错误中断 对准检查中断 保留可屏蔽中断中断描述符的通用格式中断向量和中断描述符Pentium的段页两级保护机制v存储器的段级保护v存储器的页级保护 存储器的段级保护（1）段类型提供读/写保护 （2）界限和粒度提供范围保护 （3）特权级对操作系统和驱动程序提供保护存储器的页级保护v(1) 页的特权级提供页保护v(2) 标志R/W提供页面写保护
