第5章__微處理器總線時(shí)序和系統(tǒng)總線

《第5章__微處理器總線時(shí)序和系統(tǒng)總線》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第5章微處理器總線時(shí)序和系統(tǒng)總線5.1微處理器性能指標(biāo)5.2微處理器總線5.38086微處理器的基本時(shí)序5.4系統(tǒng)總線習(xí)題55.1微處理器性能指標(biāo)CPU(CentralProcessingUnit)即中央處理器，從雛形出現(xiàn)到發(fā)展壯大的今天，由于制造技術(shù)越來越先進(jìn)，因此集成度越來越高，內(nèi)部的晶體管數(shù)已達(dá)到幾千萬個(gè)。雖然從最初的CPU發(fā)展到現(xiàn)在，其晶體管數(shù)增加了幾千倍，但是CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然可分為控制單元、邏輯單元和存儲(chǔ)單元三大部分。CPU的性能大致上反映了它所配置的微機(jī)的性能。CPU主要的性能指標(biāo)有11項(xiàng)，下面分別介紹。1.字長(zhǎng)所謂字長(zhǎng)，即處理器一次性加工運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的

2、最大位數(shù)。字長(zhǎng)是處理器性能指標(biāo)的主要量度之一，它與計(jì)算機(jī)其他性能指標(biāo)(如內(nèi)存最大容量、文件的最大長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的傳輸速度、計(jì)算機(jī)處理速度和精度等)有著十分密切的關(guān)系。字長(zhǎng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是決定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合性能的基礎(chǔ)。2.主頻主頻也就是CPU的時(shí)鐘頻率，簡(jiǎn)單地說就是CPU運(yùn)算時(shí)的工作頻率。一般說來，主頻越高，一個(gè)時(shí)鐘周期里面完成的指令數(shù)也越多，當(dāng)然CPU的速度也就越快。不過由于各種各樣的CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不盡相同，因此并非所有的時(shí)鐘頻率相同的CPU其性能都一樣。外頻是系統(tǒng)總線的工作頻率；倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數(shù)

3、。三者有著十分密切的關(guān)系，即：主頻=外頻×倍頻。3.內(nèi)存總線速度與擴(kuò)展總線內(nèi)存總線速度(MemoryBusSpeed)一般等同于CPU的外頻。內(nèi)存總線的速度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能來說很重要，由于內(nèi)存速度的發(fā)展滯后于CPU的發(fā)展速度，為了緩解內(nèi)存帶來的瓶頸，開發(fā)了二級(jí)(L2)緩存，來協(xié)調(diào)兩者之間的差異，內(nèi)存總線速度就是指CPU與二級(jí)高速緩存以及內(nèi)存之間的工作頻率。擴(kuò)展總線(ExpansionBus)指的是安裝在微機(jī)系統(tǒng)上的局部總線。如VESA或PCI總線，它們是CPU聯(lián)系外部設(shè)備的橋梁。4.工作電壓工作電壓(SupplyVoltage)指的是CPU正常工作所需的電壓。早期CPU(

4、286～486)的工作電壓為5V，由于制造工藝相對(duì)落后，以致CPU發(fā)熱量大，壽命短。隨著CPU的制造工藝與主頻的提高，CPU的工作電壓逐步下降，到奔騰時(shí)代，電壓曾有過3.5V，后來又下降到3.3V，甚至降到了2.8V，Intel最新出品的Coppermine已經(jīng)采用1.6V的工作電壓了。低電壓能解決耗電過大和發(fā)熱過高的問題，這對(duì)于筆記本電腦尤其重要。隨著CPU的制造工藝與主頻的提高，近年來各種CPU的工作電壓有逐步下降的趨勢(shì)。5.地址總線寬度地址總線寬度決定了CPU可以訪問存儲(chǔ)器的物理地址空間，簡(jiǎn)單地說就是CPU到底能夠使用多大容量的內(nèi)存。地址線的寬度為20位的微機(jī)，最

5、多可以直接訪問1MB的物理空間，但是對(duì)于386以上的微機(jī)系統(tǒng)，地址線的寬度為32位，最多可以直接訪問4096MB(4GB)的物理空間。6.數(shù)據(jù)總線寬度數(shù)據(jù)總線負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量的大小，而數(shù)據(jù)總線寬度則決定了CPU與二級(jí)高速緩存、內(nèi)存以及輸入/輸出設(shè)備之間一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘俊?.協(xié)處理器協(xié)處理器主要的功能就是負(fù)責(zé)浮點(diǎn)運(yùn)算。在486以前的CPU里面，是沒有內(nèi)置協(xié)處理器的，主板上可以另外加一個(gè)外置協(xié)處理器，其目的就是增強(qiáng)浮點(diǎn)運(yùn)算的功能。486以后的CPU一般都內(nèi)置了協(xié)處理器，協(xié)處理器的功能也不再局限于增強(qiáng)浮點(diǎn)運(yùn)算功能，含有內(nèi)置協(xié)處理器的CPU，可以加快特定類型的數(shù)值計(jì)算，

6、某些需要進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算的軟件系統(tǒng)(如高版本的AutoCAD)就需要協(xié)處理器支持。8.流水線技術(shù)、超標(biāo)量流水線(PipeLine)是Intel首次在486芯片中開始使用的技術(shù)。流水線的工作方式就像工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線。在CPU中由5～6個(gè)不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線，然后將一條X86指令分成5～6步后再由這些電路單元分別執(zhí)行，這樣就能實(shí)現(xiàn)在一個(gè)CPU時(shí)鐘周期完成一條指令，因此提高了CPU的運(yùn)算速度。超流水線是指CPU內(nèi)部的流水線超過通常的5～6步以上，例如，PentiumPro的流水線就長(zhǎng)達(dá)14步。將流水線的步(級(jí))數(shù)設(shè)計(jì)得越多，其完成一條指令的速度就越快，因

7、此才能適應(yīng)工作主頻更高的CPU。超標(biāo)量是指在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)CPU可以執(zhí)行一條以上的指令。只有Pentium級(jí)以上的CPU才具有這種超標(biāo)量結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)楝F(xiàn)代的CPU越來越多地采用了RISC技術(shù)。486以下的CPU屬于低標(biāo)量結(jié)構(gòu)，即在這類CPU內(nèi)執(zhí)行一條指令至少需要一個(gè)或一個(gè)以上的時(shí)鐘周期。9.高速緩存高速緩存(Cache)分內(nèi)置和外置兩種，用來解決CPU與內(nèi)存之間傳輸速度的匹配。內(nèi)置的高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對(duì)CPU的性能影響較大，容量越大，性能也就相對(duì)提高。不過高速緩沖存儲(chǔ)器均由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，高