第3章奔腾系列微处理器
第3章 奔腾系列微处理器
第3章奔腾系列微处理器 3.1 Pentium性能和结 构特点 32 Pentium的寄存器 33 Pentium的虚拟存 储器 34 Pentium的超标量 流水线 35 Pentium的引脚信 号 3.6 Pentium pro ~ Itanium的技术概况
◼ 3.1 Pentium性能和结 构特点 ◼ 3.2 Pentium的寄存器 ◼ 3.3 Pentium的虚拟存 储器 ◼ 3.4 Pentium的超标量 流水线 ◼ 3.5 Pentium的引脚信 号 ◼ 3.6 Pentium Pro ~Itanium的技术概况 第3章 奔腾系列微处理器
教学目的和教学要求 ■掌握 Pentium微处理器的原理结构、基本寄 存器组中各寄存器的组成和功能、 Pentium工 作的实模式、保护模式以及虚拟8086模式 ■掌握 Pentium微处理器的超标量流水线技术 ■熟悉存储器的保护、浮点运算部件以及与之 相配套一起实现浮点运算的浮点寄存器等 ■了解 Pentium微处理器的外部引脚 ■了解 Pentium pro~ itanium的技术概况
掌握Pentium微处理器的原理结构、基本寄 存器组中各寄存器的组成和功能、Pentium工 作的实模式、保护模式以及虚拟8086模式 掌握Pentium微处理器的超标量流水线技术 熟悉存储器的保护、浮点运算部件以及与之 相配套一起实现浮点运算的浮点寄存器等 了解Pentium微处理器的外部引脚 了解Pentium ProItanium的技术概况 教学目的和教学要求
本章重点、难点 重点 ■ Pentium工作的实模式、保护模式以及虚拟8086模式的工 作原理 ■ Pentium微处理器的超标量流水线技术 ■ Pentium微处理器的原理结构 难点: Pentium微处理器的只分段、只分页管理 Pentium微处理器的既分段又分页管理 存储保护中的特权级保护方式
重点： ◼ Pentium工作的实模式、保护模式以及虚拟8086模式的工 作原理 ◼ Pentium微处理器的超标量流水线技术 ◼ Pentium微处理器的原理结构 难点： ◼ Pentium微处理器的只分段、只分页管理 ◼ Pentium微处理器的既分段又分页管理 ◼ 存储保护中的特权级保护方式 本章重点、难点
3.1 Pentium性能和结构特点 3.1.1 Pentium性能简介(1) 1993年3月Ite公司推出了第五代微处理器 Pentium pentium是微处理器本质上的一次创新。 Pentium采用了08μm双极性互补金属氧化半导 体( BiCMOS)技术,它属于单芯片超标量流水线 微处理器,片内集成了多达310万个晶体管,工作电 压+5V,功耗15W。片内时钟频率〔微处理器主频) 与外片主总线的时钟频率相等,均为60MHz或 66MHz两种
3.1 Pentium性能和结构特点 3.1.1 Pentium性能简介（1） 1993年3月Intel公司推出了第五代微处理器 Pentium Pentium是微处理器本质上的一次创新。 Pentium采用了0.8μm双极性互补金属氧化半导 体（BiCMOS）技术，它属于单芯片超标量流水线 微处理器，片内集成了多达310万个晶体管，工作电 压+5V，功耗15W。片内时钟频率（微处理器主频） 与外片主总线的时钟频率相等，均为60MHz或 66MHz两种
3.1.1 Pentium性能简介(2) 1994年3月之后推出的 Pentium(P54C)采 用了06μm的CMOS技术,工作电压降为33V, 功耗降至4W。主总线时钟频率有50MHz、 60MHz以及66MHz等,经倍频后作为 Pentium P54C)内部的时钟频率(主频),表3-1列出 了几种 Pentium(P54C)的主频与工作电压
3.1.1 Pentium性能简介（2） 1994年3月之后推出的Pentium（P54C）采 用了0.6μm的CMOS技术，工作电压降为3.3V， 功耗降至 4W 。 主 总 线 时 钟 频 率 有 50MHz 、 60MHz以及66MHz等，经倍频后作为Pentium （P54C）内部的时钟频率（主频），表3-1列出 了几种Pentium（P54C）的主频与工作电压
表3-1几种 Pentium的主频与工作电压 型号主总线时钟倍数因子主频(MHz)工作电压 频(MHz) Pentium -90 60 1.5 90 33V或29v Pentium-100 60 1.5 100 3.3v Pentium -120 60 120 33v 60 Pentium-133 133 33v Pentium -150 60 2.5 150 33v Pentium -166 66 2.5 166 33v Pentium-200 66 200 33v
表3-1 几种Pentium的主频与工作电压 型 号 主总线时钟 频（MHz） 倍数因子 主频（MHz） 工作电压 Pentium－90 60 1.5 90 3.3V或2.9V Pentium－100 60 1.5 100 3.3V Pentium－120 60 2 120 3.3V Pentium－133 60 2 133 3.3V Pentium－150 60 2.5 150 3.3V Pentium－166 66 2.5 166 3.3V Pentium－200 66 3 200 3.3V
3.1.1 Pentium性能简介(3) Pentium通往外部存储器的数据总线为 64位,cPU内部主要寄存器的宽度仍然为32 位,那么 Pentium、 Pentium(P54c)应 该是32位微处理器。外部64位数据总线 (D63Do)每次可同时传输8字节的二进制 信息,若选用主总线时钟频率66MHz计算, 即存储器总线的时钟频率也为66MHz,则 Pentium与主存储器交换数据的速率可为 528MB/S
3.1.1 Pentium性能简介（3） Pentium通往外部存储器的数据总线为 64位，CPU内部主要寄存器的宽度仍然为32 位，那么Pentium、Pentium（P54C）应 该是32位微处理器。外部64位数据总线 （D63-D0）每次可同时传输8字节的二进制 信息，若选用主总线时钟频率66MHz计算， 即存储器总线的时钟频率也为66MHz，则 Pentium与主存储器交换数据的速率可为 528MB/S
312 Pentium的原理结构(1) 、 Pentium CPU内部的主要部件 ①总线接口部件 U流水线和V流水线 ③指令高速缓冲存储器 Cache ④数据高速缓冲存储器 Cache ⑤指令预取部件 ⑥指令译码器 ⑦浮点处理部件FPU ⑧分支目标缓冲器BTB ⑨微程序控制器中的控制ROM ⑩寄存器组 Pentium微处理器的原理结构图如图3-1所示
3.1.2 Pentium的原理结构(1) 一、Pentium CPU内部的主要部件 ①总线接口部件 ②U流水线和V流水线 ③指令高速缓冲存储器Cache ④数据高速缓冲存储器Cache ⑤指令预取部件 ⑥指令译码器 ⑦浮点处理部件FPU ⑧分支目标缓冲器BTB ⑨微程序控制器中的控制ROM ⑩寄存器组 Pentium微处理器的原理结构图如图3-1所示
Pentium cPl原理结构图 BTB分预取 皮目标 地址8KB代码Cahe 分支检测 与目标 指令 指针指 指令译码器 控制ROM 64位 数据总线 控制部件 32位总线 地址总线部件卜→ U流水线v流水线 浮点部件FPU 控制总线 控制 整数寄存器维 (流水线 线 加法 式移位器 80 半乘法 8KB数据 Cache TABL 图3-1 Pentium CPU原理结构图
Pentium CPU原理结构图