pentium微处理器采用直径编程的指令是什么技术来提高指令执行的效率

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问答题简答题累加器和其它通用寄存器相比有何不同?
累加器是通用寄存器之一,但累加器和其它通用寄存器相比又有其独特之处。累加器除了可用做通用寄存器存放数据外,对某些操作......
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微处理器(Central Processing Unit,CPU)
  微处理器,即CPU(Central Processing Unit,中央处理单元,又称微处理器)是指由一片或几片组成的具有运算器和控制器功能的中央处理机部件,它是计算机系统的核心或“大脑”,支配整个计算机系统工作。
  微处理器最基本的功能结构包括:运算器、控制器、寄存器组及内部总线。图给出的是某8位微处理器的内部结构图,它包括:运算器、寄存器组(其中包括:累加器、状态寄存器、程序计数器和其他功能的寄存器组)、指令寄存译码器、、数据缓冲器、内部数据总线、外部引线(包括:地址信号线、数据信号线、控制/状态信号线)等。各部分在微处理器中起着不同的作用:
  (1)运算器:是执行运算的部件,在控制信号作用下可完成加、减、乘、除、与、或、非、异或以及移位等工作,故又称为算术逻辑单元。
  (2)寄存器组:用了加快运算和处理速度、暂存参加运算的数据或运算的中间结果,是微处理器中十分重要的部分。寄存器组中包括:
  1)累加器:是通用寄存器中的一个。通常微处理器中至少包含一个累加器,它的功能比其他寄存器多。
  2)状态寄存器:是寄存器组中的一个。专用于记录微处理器运行的某种重要状态,程序可以根据其提供的状态,来控制CPU的运行。
  3)程序计数器:是加一计数器,每提供一个地址后自动加一,指向下一步要执行指令所在存储单元的地址。8位机为16位加一计数器,可提供65536(=0~FFFFH)个地址,硬件决定上电或复位时的初值状态。程序计数器是专为处理器提供的,用户无法通过指令访问它。其内容可以通过内部数据总线得到修改。
  4)其他功能的寄存器组
  (3)内部数据总线:它是微处理器内部各部分之间的数据传输通道,且为双向的。其总线的宽度决定微处理器内部数据传输的位数。
  (4)指令寄存译码器:它由指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)和控制逻辑(PLA)组成,是整个微处理器的控制指挥中心。CPU通过总线将外部存储器中的指令取入,并暂存在IR中。对IR中的指令进行分析解释,通过控制逻辑(PLA)产生相应的控制信号,来整个有序地工作。
对CPU内部:控制着各部分的工作。
对CPU外部.摔制CPU对外部读操作或写操作.对存储器操作或对I/O接口操作等。
  (5)地址寄存器:用于寄存CPU要向外部发出的地址,其内容来源可以是程序计数器,也可以是内部总线。通过它将地址输出给CPU以外的存储器或I/O接口。
  (6)数据缓冲器:起到CPU内、外传输数据的缓冲作用,只有CPU允许数据传输时,该缓冲器的门才会打开。对于8位机它是8位的,对于16位机为16位。
  (7)数据信号线(DB):CPU与存储器或I/O接口之间传输数据的通道,其宽度决定CPU与外部存储器或I/O接口传输数据的位数。
  (8)地址信号线(AB):是CPU提供地址信息的通道,其宽度决定CPU对外的寻址范围。
  (9)控N/状态信号线:用于传输控制或状态信号的通道,如提供读信号、写信号、存储器选通信号、I/O接口选通信号等,也可以接收时钟信号等。
  随着的发展,微处理器功能的增强,微处理器的内部除了上述基本部分,还会增加存储器管理部件、高速缓存部件等。
  微处理器的工作过程就是执行程序的过程,而执行程序就是逐步执行一条条指令的过微处理器仅能识别机器指令,需使用各种将由高级程序设计语言编制的程序转机器指令构成的程序。微处理器在执行一条指令时,主要按以下几个步骤去完成:
取指令:控制器发出信息从存储器取一条指令。
指令译码:指令译码器将取得的指令翻译成起控制作用的微指令。
取操作数:如果需要,则从存储器取得该指令的操作数。
执行运算:CPU按照指令的要求,通过执行微指令,对操作数完成规定的运算处理。
回送结果:将指令的执行结果回送到内存或某寄存器中。
  微处理器的操作是周期性的,即取指令,指令译码,取操作数,再取指令……,这一系列操作步骤是精确地按照时序进行的,因此微处理器需要一个时序电路。时序电路受控于晶体振荡电路所生成的标准振荡脉冲信号,一旦机器加电,时序电路便连续不断地发出。
  在微机系统中,CPU是在时钟信号控制下,按节拍有序地执行指令序列。总线周期就是,它是指处理器通过总线一次完成一个字节或若干个字节的传输所需要的时间。向存储器或I/O端口写入一个字节或若干个字节所需时间,称为存储器写或I/O写总线周期;从存储器或I/O端口读出一个字节或若干个字节所需的时间称为存储器读或I/O读总线周期。
  一条指令从取指开始至执行完毕所需要的时间称为。通常一个指令周期由一个到几个总线周期构成:而一个基本的总线周期包括4个时钟周期,即4个时钟状态Tl、T2、T3和T4,需要时还要加入数量不定的等待周期(Tw)。若在完成一个总线周期后不发生任何总线操作,则填入空闲状态时钟周期(Ti);若存储器或I/O端口在中不能以足够快的速度做出响应,则在T3与T4间插入一个或若干个Tw。
  (1)T1状态:微处理器向数据/地址复用的总线上输出地址信息,指示寻址的存储单元或I/O设备的端口地址:此时地址锁存。
  (2)T2状态:地址信息消失,ADl5~ADO进入高阻状态,为传送数据作好准备。
  (3)T3状态:CPU通过ADl5~ADO传送数据,这些数据可能由微处理器发出,也可能来自存储器或I/O端口。
  (4)T4状态:微处理器从总线上读入数据到内部寄存器或将总线上的数据写入存储器或I/0端口,总线周期结束。
  早期的,执行一条指令的时间需要1个到几个总线周期;80486采用指令流水线设计,执行一条指令实际只需1个时钟周期(微处理器时钟周期);Pentium处理器采用超标量设计,在1个时钟周期(微处理器时钟周期)内可以执行两条指令。
  微处理器的工作时钟产生方法:一、由专用时钟电路加晶振产生;二、晶振直接接到微处理器时钟引脚上,由微处理器内部时钟电路处理生成。
  1.微处理器的特点
  (1)体积小,功耗低
  (2)高,使用环境要求低
  由于使用和超大规模集成电路,简化了外接线和外加逻辑,安装容易,大大提高了。
  (3)灵活,使用方便
  现在的微处理器芯片及其相应支持逻辑都有、,用户可根据不同的要求构成不同规模的。
  2.微处理器的分类
  (1)按微处理器位数分类有:位片、4位、8位、12位、16位、32位、64位等微处理器。
  (2)按微处理器的应用领域分类有:通用高性能微处理器、嵌入式微处理器、数字信号处理器和微控制器。
余春暄.80X86/PENTIUM 微机原理及接口技术.机械工业出版社,2007.2
李兰友,丁刚,沈振乾.微机原理与接口技术.清华大学出版社,2009.06
李自力.PC技术考点精要、题解与模拟试卷.电子科技大学出版社,2003.05
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  五、Pentium微处理器
  (一)Pentium特征
  (1)高集成度。片内集成有310万个晶体管。
  (2)时钟频率高。早期的Pentium为60MHz或66MHz。目前已发展到1500MHz。
  (3)采用超标量流水线结构,比相同频率的486DX CPU性能提高1倍。
  (4)数据总线宽度增加。外部数据总线宽度为64位。
  (5)使用分立的指令Cache和数据Cache结构,可以无冲突地同时完成指令预取和数据读写。
  (6)采用了新型的分页模式。
  (7)固化常用指令,进一步加快指令的运行。
  (8)Pentium内部提供了一个分支目标缓冲器,加快了循环操作的速度。
  (9)重新设计了浮点运算部件,其速度比80486快十多倍。
  (10)在数据的完整性、容错性和节电性等方面采用了新的设计方法。
  (11)Pentium的软件在二进制代码级上与保持向上兼容,可以在MS-DOS、Windows95、Windows NT、OS/2、UNIX和Solaris等操作系统下运行。
  (二)Pentium的内部结构
  1.超标量流水线
  2.分立的指令Cache和数据Cache
  3.新型的分页模式
  4.数据总线带宽增加
  5.重新设计的浮点运算部件
  6.固化常用指令
  7.采用动态转移预测技术(三)Pentium微处理器的寄存器组
  (1)基本结构寄存器组。包括通用寄存器、段寄存器、指令指针、标志寄存器。
  (2)系统级寄存器组。包括系统地址寄存器、控制寄存器。
  (3)调试和测试寄存器组。其中,基本结构寄存器组和浮点部件寄存器组是用户程序可访问的;系统级寄存器组仅能以特权级0的系统程序来访问;调试和测试寄存器组也只能以特权级0才可访问。
  (四)Pentium的工作模式
  Pentium微处理器的外部数据总线64位,但其内部寄存器仍是32位宽,故应认为是32位微处理器。Pentium的存储管理硬件基本上与8相同,只是有某些改进。Pentium也支持三种工作模式:实地址模式、受保护的虚拟地址模式和虚拟8086(V86)模式。
  (五)中断管理
  1.中断类型
  中断和异常,这两类事件可引起Pentium挂起当前的指令流。
  (1)中断
  中断由硬件信号引发,在程序执行的任何时刻都可能出现。有两类中断源:①可屏蔽中断。②非屏蔽中断。
  (2)异常
  异常由指令执行引发。有两类中断源:①执行异常。
  ②执行软件中断指令。
  2.中断处理
  中断处理程序的入口地址信息存放在一个表内。在实地址模式下,此表为中断向量表;在保护模式下,此表为中断描述符表。
  (六)总线时序
  Pentium微处理器中,每一个总线周期包含两个状态。Pentium微处理器两种典型的存储器操作时序为非流水线存储器周期与突发周期。
  (七)Pentium处理器的发展1.PentiumⅡ处理器
  PentiumⅡ的优异性能在于它采用动态执行技术与MMX技术、双重独立的总线结构和SEC单边接触封装技术。
  2.PentiumⅢ处理器
  PentiumⅢ最重要的技术创新之一就是增加了71条称为互联网SSE(Streaming SIMD Exˉtensions,直译为数据流单指令多数据扩展)的指令和处理机序列号。SIMD意为单指令多数据操作,就是让PentiumⅢ用一条指令完成以往需4条指令才能完成的任务,即在相同的时间周期内,PentiumⅢ可以处理4倍于原来的浮点运算数据。在高速缓冲存储器方面,PentiumⅢ和PentiumⅡ大体相同。
  3.PentiumⅣ微处理器
  PentiumⅣ处理器基于最新高科技技术:运用Hyper Pipelined通道技术,实现处理器性能和频率的大幅度提高;通过Rapid Execution Engine技术,处理器的算术逻辑单元运行在两倍的核心频率上,允许在1/2时钟周期里执行某一指令,大大降低了运算中的延迟;400MHz系统总线,新的总线结构相当于3倍的PentiumⅢ总线,它有128字节行,外部传输速率高达3.2GB/s;Execution Trace Cache技术,PentiumⅣ的L1Cache采用新的解码结构,可以更加有效地使用Cache的存储区;SSE2指令集,SSE2在MMX和SSE指令集的基础上新增144条指令集,提高了应用程序的处理能力。
  4.安腾(ltanium)处理器
  安腾处理器这款新一代Intel处理器,是Intel和HP合作的结晶,它是第一块由两大著名厂商合作的IA-64芯片。该款芯片不仅有多种配置和尺寸的缓存系统(128KB一级缓存、256KB~1024KB核心整合二级缓存、4MB全速片外三级缓存),还有创记录的核心频率(800MHz以上)和前端总线时钟频率、并且安腾处理器还兼容目前的IA-32体系架构。
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