先进微处理器介绍
先进微处理器介绍
l.奔腾(Pent ium)微处理器介绍 提高微处理器性能有三个途径： )提高芯片内部时钟频率使操作速度加快，这 将受到微电子工艺及芯片功耗的限制。 2) 增加数据总线宽度，提高数据路径的流量， 这将要求芯片集成度提高、封装引脚增多。 3) 微体系结构中采用新技术，使更多的指令在 同一时刻并行执行（提高指令执行并行性 ILP),这是最重要的一点，这将要求芯片有 更高的集成度以及新的设计思想
. 奔腾(Pentium)微处理器介绍 提高微处理器性能有三个途径： 1) 提高芯片内部时钟频率使操作速度加快，这 将受到微电子工艺及芯片功耗的限制。 2) 增加数据总线宽度，提高数据路径的流量， 这将要求芯片集成度提高、封装引脚增多。 3) 微体系结构中采用新技术，使更多的指令在 同一时刻并行执行（提高指令执行并行性 ILP），这是最重要的一点，这将要求芯片有 更高的集成度以及新的设计思想
1.奔腾(Penti um)微处理器介绍 提高处理器指令执行并行性(LP)有两种方法： I)采用超级流水线(Super--pipeline):将指令的执 行分解成小的步骤（级），不同指令中不同步骤可并 行操作。级数分的多，并行执行的指令也多。超 级流水线指的是多级数的流水线（如8级以上）。 2)采用超标量(Super-Scalar):片内设置多重功 能相同的部件，为指令并行执行提供硬件基础
1. 奔腾(Pentium)微处理器介绍 提高处理器指令执行并行性（ILP）有两种方法： 1) 采用超级流水线(Super-pipeline): 将指令的执 行分解成小的步骤(级), 不同指令中不同步骤可并 行操作。级数分的多，并行执行的指令也多。超 级流水线指的是多级数的流水线(如8级以上)。 2) 采用超标量(Super-Scalar): 片内设置多重功 能相同的部件，为指令并行执行提供硬件基础
1.奔腾(Penti um)微处理器介绍 第一代奔腾微处理器采用0.8微米工艺，集成 度310万晶体管，工作频率66Mz,指令与486兼 容，性能比486大大提高，是Inter?芯片技术发展 中的里程碑。 ·奔腾微处理器结构特点 >哈佛结构，有分开的指令Cache与数据Cache, 各8KB容量
1. 奔腾(Pentium)微处理器介绍 第一代奔腾微处理器采用0.8微米工艺，集成 度310万晶体管，工作频率66MHz，指令与486兼 容，性能比486大大提高，是Inter芯片技术发展 中的里程碑。 • 奔腾微处理器结构特点 ➢ 哈佛结构，有分开的指令Cache与数据Cache, 各8KB容量
1.奔腾(Penti um)微处理器介绍 ·奔腾微处理器结构特点 >独立的两条整数执行流水线，U与V,在一时钟 周期内可以发射两条整数指令去执行。 >采用转移预测策略，减少转移指令带来的流 水线效能的损失
1. 奔腾(Pentium)微处理器介绍 • 奔腾微处理器结构特点 ➢ 独立的两条整数执行流水线，U与V，在一时钟 周期内可以发射两条整数指令去执行。 ➢ 采用转移预测策略，减少转移指令带来的流 水线效能的损失
Pentium微处理器结构框图 Branch Code cache Prediction 256-bit Prefetch Buffers 32 32 64-bit BUS 64-bit Pipelined Interface Integer Integer ALU ALU Floating 32 32 Point Unit Register Set 32 MUL ADD Data Cache DIV Pentium Internal Data Path
•Pentium 微处理器结构框图 Code cache Branch Prediction 64-bit BUS Interface Prefetch Buffers Integer ALU Integer ALU Register Set Data Cache 256-bit 32 32 32 32 Pipelined Floating Point Unit MUL ADD DIV 32 64-bit Pentium Internal Data Path
Pentium 流水线 I1 I3 I5 17 PF 12 I4 I6 I8 1 I3 I5 17 D1 12 14 I6 I8 I1 I3 I5 17 D2 12 I4 16 I8 I1 I3 I5 7 EX 12 I4 I6 I8 I1 I3 I5 17 WB 12 I4 I6 I8
I1 I3 I5 I7 I2 I4 I6 I8 PF I1 I3 I5 I7 I2 I4 I6 I8 I1 I3 I5 I7 I2 I4 I6 I8 I1 I3 I5 I7 I2 I4 I6 I8 I1 I3 I5 I7 I2 I4 I6 I8 D1 D2 EX WB Pentium 流水线
1.奔腾(Penti um)微处理器介绍 流水线和指令执行顺序： 奔腾为超标量结构，两条五级流水线(U、V),可 同时发射两条配对指令。U可执行X86任何指令， V执行“简单”指令。 >预取指令级PF: 从片内-Cache.取指令，有两个预取缓冲器，与 分支目标缓冲器BTB协作，一个预取缓冲按顺序 取指，另一个按转移指令目标预取，分支预测有 结果后不管执行哪个指令流，均已预取好了
1. 奔腾(Pentium)微处理器介绍 • 流水线和指令执行顺序： 奔腾为超标量结构，两条五级流水线(U、V)，可 同时发射两条配对指令。U可执行X86任何指令， V执行“简单”指令。 ➢ 预取指令级PF： 从片内I-Cache取指令，有两个预取缓冲器，与 分支目标缓冲器BTB协作，一个预取缓冲按顺序 取指，另一个按转移指令目标预取，分支预测有 结果后不管执行哪个指令流，均已预取好了
1.奔腾(Pent ium)微处理器介绍 流水线和指令执行顺序： >指令译码级D1: 两个并行的指令译码器，依“指令配对法则”决 定 发射一条指令还是二条指令。 >译码级D2: 进行操作数地址计算，有专门地址生成部件。 >执行级EX: 做AUL及访问数据Cachel的操作，复杂指令执行高 效微码操作，比486快
1. 奔腾(Pentium)微处理器介绍 • 流水线和指令执行顺序： ➢ 指令译码级D1： 两个并行的指令译码器，依“指令配对法则”决 定 发射一条指令还是二条指令。 ➢ 译码级D2： 进行操作数地址计算，有专门地址生成部件。 ➢ 执行级EX： 做AUL及访问数据Cache的操作，复杂指令执行高 效微码操作，比486快
1.奔腾(Pentium)微处理器介绍 ·流水线和指令执行顺序： >操作结果回写级WB: 回写操作结果，修改状态，完成执行
1. 奔腾(Pentium)微处理器介绍 • 流水线和指令执行顺序： ➢ 操作结果回写级WB： 回写操作结果，修改状态，完成执行