微机原理与接口技术(第2版)周明德ppt第一章

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1、微机原理与接口技术（第微机原理与接口技术（第2版）版）第第1章章 概概 述述1.1 IA-32结构的概要历史结构的概要历史 19711971年，年，IntelIntel公司发布了公司发布了Intel 4004Intel 4004，这是一个这是一个4 4位微处理器，被认为是世界上第位微处理器，被认为是世界上第一个微处理器。一个微处理器。 到了到了2020世纪世纪7070年代中期，微处理器的主年代中期，微处理器的主流是流是IntelIntel的的80808080、80858085，MotorolaMotorola的的68006800和和zilogzilog的的Z80Z80等等8 8位微处理器。位微

2、处理器。 20 20年来，年来，IntelIntel公司的微处理器有了极公司的微处理器有了极大的发展，从大的发展，从80868086（80888088）到）到8028680286、8038680386、8048680486、奔腾（也称为、奔腾（也称为8058680586）、奔）、奔腾腾MMXMMX、奔腾、奔腾PROPRO（也称为（也称为8068680686）、奔腾）、奔腾IIII、奔腾奔腾IIIIII，直至最新的奔腾，直至最新的奔腾4 4、奔腾、奔腾D D，形成，形成了了IAIA（Intel ArchitectureIntel Architecture）3232结构。结构。1.1.1 8086

3、 IA-32IA-32结构的起源能追溯到结构的起源能追溯到Intel 8086Intel 8086。 IA-32IA-32结构同时包括了结构同时包括了1616位处理器和位处理器和3232位处理器。位处理器。 IA-32 IA-32结构的最重要的成就之一是，在结构的最重要的成就之一是，在19781978年年IntelIntel公司的那些处理器上建立的目公司的那些处理器上建立的目标程序仍能在标程序仍能在IA-32IA-32结构系列最新的处理器结构系列最新的处理器上执行。上执行。1.1.2 80386 Intel 386 Intel 386处理器是处理器是IA-32IA-32结构系列中结构系列中的第

4、一个的第一个3232位处理器。位处理器。 它在结构中引入了它在结构中引入了3232位寄存器，用于位寄存器，用于容纳操作数和地址。容纳操作数和地址。 每个每个32位寄存器的后一半保留两个早位寄存器的后一半保留两个早期处理器版本（期处理器版本（8086和和80286）的）的16位寄位寄存器的特性，以提供完全的后向兼容。存器的特性，以提供完全的后向兼容。 Intel 386还提供了一种新的虚拟还提供了一种新的虚拟8086方式，以在新的方式，以在新的32位处理器上最有效地执位处理器上最有效地执行为行为8086处理器建立的程序。处理器建立的程序。 Intel 386处理器有处理器有32位地址总线，能位地

5、址总线，能支持多至支持多至4GB的物理存储器。的物理存储器。 1.1.3 80486 Intel 486处理器把处理器把Intel 386处理器的处理器的指令译码和执行单元扩展为指令译码和执行单元扩展为5个流水线段，个流水线段，增加了更多的并行执行能力，其中每个段增加了更多的并行执行能力，其中每个段（当需要时）与其他的并行操作最多可在（当需要时）与其他的并行操作最多可在不同段上同时执行不同段上同时执行5条指令。条指令。 80486的一个重大改进是在的一个重大改进是在IA-32处理处理器的芯片中引入了缓存。器的芯片中引入了缓存。 Intel 486处理器也是第一次把处理器也是第一次把x87 FP

6、U（浮点处理单元）集成到处理器上并增加（浮点处理单元）集成到处理器上并增加了新的引脚、位和指令，以支持更复杂和了新的引脚、位和指令，以支持更复杂和更强有力的系统（二级更强有力的系统（二级Cache支持和多处支持和多处理器支持）。理器支持）。1.1.4 奔腾（奔腾（Pentium） Intel奔腾（奔腾（Pentium）处理器增加了）处理器增加了第二个执行流水线以达到超标量性能（两第二个执行流水线以达到超标量性能（两个已知的流水线个已知的流水线u和和v，一起工作能实现每，一起工作能实现每个时钟执行两条指令）。个时钟执行两条指令）。1.1.5 P6系列处理器系列处理器 在在1995年，年，Inte

7、l公司引入了公司引入了P6系列处系列处理器。理器。 此处理器系列是基于新的超标量微结此处理器系列是基于新的超标量微结构的，它建立了新的性能标准。构的，它建立了新的性能标准。 P6系列微结构设计的主要目的之一是在系列微结构设计的主要目的之一是在仍使用相同的仍使用相同的0.6m、四层金属、四层金属BICMOS制制造过程的情况下使处理器的性能明显地超过造过程的情况下使处理器的性能明显地超过奔腾处理器，用与奔腾处理器同样的制造过奔腾处理器，用与奔腾处理器同样的制造过程要提高性能只能在微结构上有实质上的改程要提高性能只能在微结构上有实质上的改进。进。 Intel Pentium Pro处理器是基于处理器

8、是基于P6微微结构的第一个处理器。结构的第一个处理器。 P6处理器系统随后的成员是处理器系统随后的成员是Intel Pentium II、Intel Pentium II Xeon（至（至强）、强）、Intel Celeron（赛扬）、（赛扬）、Intel Pentium III和和Intel Pentium III Xeon（至（至强）处理器。强）处理器。1.1.6 奔腾奔腾II Intel Pentium II处理器把处理器把MMX技术加技术加至至P6系列处理器，并具有新的包装和若干系列处理器，并具有新的包装和若干硬件增强。硬件增强。 处理器核心包装在了处理器核心包装在了SECC上，这使其

9、上，这使其更具有了灵活的母板结构。更具有了灵活的母板结构。 第一级数据和指令第一级数据和指令Caches每个扩展至每个扩展至16KB，支持二级，支持二级Cache的尺寸为的尺寸为256KB、512KB和和1MB。 Pentium II Xeon（至强）处理器组合（至强）处理器组合Intel处理器前一代的若干额外特性，例如处理器前一代的若干额外特性，例如4way、8way（最高）可伸缩性和运行在（最高）可伸缩性和运行在“全时钟速度全时钟速度”后沿总线上的后沿总线上的2MB二级二级Cache，以满足中等和高性能服务器与工，以满足中等和高性能服务器与工作站的要求。作站的要求。1.1.7 奔腾奔腾II

10、I Pentium III处理器引进流处理器引进流SIMD扩展扩展（SSE）至）至IA-32结构。结构。 SSE扩展把由扩展把由Intel MMX引进的引进的SIMD执行模式扩展为新的执行模式扩展为新的128位寄存器和能在包位寄存器和能在包装的单精度浮点数上执行装的单精度浮点数上执行SIMD操作。操作。 Pentium III Xeon处理器用处理器用Intel公司的公司的0.18m处理技术的全速高级传送缓存处理技术的全速高级传送缓存（Advanced Transfer Cache）扩展了）扩展了IA-32处理器的性能级。处理器的性能级。1.1.8 Intel Pentium 4处理器处理器

11、Intel Pentium 4处理器是处理器是2000年推出的年推出的IA-32处理器，是第一个基于处理器，是第一个基于Intel NetBurst微结构的处理器。微结构的处理器。 Intel NetBurst微结构是新的微结构是新的32位微结位微结构，它允许处理器在比以前的构，它允许处理器在比以前的IA-32处理器处理器更高的时钟速度和性能等级上进行操作。更高的时钟速度和性能等级上进行操作。1.1.9 Intel超线程处理器超线程处理器 超线程技术允许单个物理处理器用共超线程技术允许单个物理处理器用共享的执行资源并发地执行两个或多个分别享的执行资源并发地执行两个或多个分别的代码流（线程）。的