PENTIUM系列微型计算机简介
第5章 32位微处理器Pentium
80386的功能结构图 图5-1 80386的功能结构图
1.80386的主要特点 1.80386的主要特点 80386可以工作在实地址模式和 80386可以工作在实地址模式和 保护模式，在保护模式下， 保护模式，在保护模式下，还可以转 变到虚拟8086模式。 8086模式 变到虚拟8086模式。无论采用哪一种 工作模式，80386均能运行8088/8086、 均能运行8088/8086 工作模式，80386均能运行8088/8086、 80286的软件 的软件。 80286的软件。
（1）总线接口部件（Bus Interface Unit，BIU）； 总线接口部件（ Unit，BIU）； 执行部件（ Unit，EU）； （2）执行部件（Execution Unit，EU）； 指令预取部件（ Unit，CPU）； （3）指令预取部件（Code Prefetch Unit，CPU）； 指令译码部件（ Unit，IDU）； （4）指令译码部件（Instruction Decode Unit，IDU）； 段管理部件——分段部件（Segment Unit，SU）； 分段部件（ Unit，SU）； （5）段管理部件 分段部件 页管理部件——分页部件（Paging Unit，PU）。 分页部件（ Unit，PU）。 （6）页管理部件 分页部件
为了分析方便起见， 为了分析方便起见，把它分为 中央处理部件（CPU）、 ）、存储器管理 中央处理部件（CPU）、存储器管理 部件(MMU)及总线接口部件（BIU） (MMU)及总线接口部件 部件(MMU)及总线接口部件（BIU） 共三大部分组成。 共三大部分组成。
80486的主要结构特点 5.1.2 80486的主要结构特点 1．主要结构特点
2．80386的功能结构 80386的功能结构
Pentium微处理器内部寄存器
Pentium微处理器的内部寄存器Pentium是Intel公司于1993年3月推出的第五代80X86系列微处理器，简称P5或80586，中文译名为“奔腾”。
与其前辈80X86微处理器相比，Pentium采用了全新的设计，它有64位数据线和32位地址线，但依然保持了与其前辈80X86的兼容性，在相同的工作方式上可以执行所有的80X86程序。
Pentium的内部结构如图2.4所示。
它主要由执行单元、指令Cache、数据Cache、指令预取单元、指令译码单元、地址转换与管理单元、总线单元以及控制器等部件组成。
其中核心是执行单元(又叫运算器)，它的任务是高速完成各种算术和逻辑运算，其内部包括两个整数算术逻辑运算单元(ALU)和一个浮点运算器，分别用来执行整数和实数的各种运算。
为了提高效率，它们都集成了几十个数据寄存器用来临时存放一些中间结果。
这些功能部件除地址转换和管理单元与80386/80486保持兼容外，其他都进行了重新设计。
1) 超标量体系结构和指令流水线Pentium由“U”和“V”两条指令流水线构成超标量流水线结构，其中每条流水线都有自己的ALU、地址生成逻辑和Cache接口。
这种双流水线技术可以使两条指令在不同流水线中并行执行。
图2.4 Pentium微处理器的内部结构每条流水线又分为指令预取PF、指令译码(一次译码)D1、地址生成(二次译码)D2、指令执行EX和回写WB共5个步骤。
图2.5给出了Pentium的指令流水线操作示意。
图2.5 Pentium指令流水线操作示意图当第一条指令完成指令预取，进入第二个操作步骤D1，执行指令译码操作时，流水线就可以开始预取第二条指令；当第一条指令进入第三个步骤D2，执行地址生成时，第二条指令进入第二个步骤D1，开始指令译码，流水线又开始预取第三条指令；当第一条指令进入第四个步骤EX，执行指令规定的操作时，第二条指令进入第三个步骤D2，执行地址生成，第三条指令进入第二个步骤D1，开始指令译码，流水线又开始预取第四条指令；当第一条指令进入第五个步骤WB，执行回写操作时，第二条指令进入第四个步骤EX，执行指令规定的操作，第三条指令进入第三个步骤D2，执行地址生成，第四条指令进入第二个步骤D1，开始指令译码，流水线又开始预取第五条指令。
微型计算机的发展历史
微型计算机的发展历史、现状及前景摘要自1981年美国IBM公司推出了第一代微型计算机IBM-PC/XT以来，以微处理器为核心的微型计算机便以其执行结果精确、处理速度快捷、小型、廉价、可靠性高、灵活性大等特点迅速进入社会各个领域，且技术不断更新、产品不断换代，先后经历了80286、80386、80486乃至当前的80586(Pentium)微处理器芯片阶段,并从单纯的计算工具发展成为能够处理数字、符号、文字、语言、图形、图像、音频和视频等多种信息在内的强大多媒体工具。
如今的微型计算机产品无论从运算速度、多媒体功能、软硬件支持性以及易用性方面都比早期产品有了很大的飞跃，便携式计算机更是以小巧、轻便、无线联网等优势受到了越来越多的移动办公人士的喜爱，一直保持着高速发展的态势。
关键词：微型计算机现状发展一微型计算机的发展历史第一台微型计算机——1974年，罗伯茨用8080微处理器装配了一种专供业余爱好者试验用的计算机“牛郎星”（Altair）。
第一台真正的微型计算机——1976年，乔布斯和沃兹尼克设计成功了他们的第一台微型计算机，装在一个木盒子里，它有一块较大的电路板，8KB的存储器，能发声，且可以显示高分辨率图形。
1977年，沃兹尼克设计了世界上第一台真正的个人计算机——AppleⅡ，并“追认”他们在“家酿计算机俱乐部”展示的那台机器为AppleⅠ。
1978年初，他们又为AppleⅡ增加了磁盘驱动器。
从微型计算机的档次来划分，它的发展阶段又可以分为以下几个阶段：第一代微机——第一代PC机以IBM公司的IBM PC/XT机为代表，CPU是8088，诞生于1981年，如图1-3所示。
后来出现了许多兼容机。
第二代微机——IBM公司于1985年推出的IBM PC/AT标志着第二代PC机的诞生。
它采用80286为CPU，其数据处理和存储管理能力都大大提高。
第三代微机——1987年，Intel公司推出了80386微处理器。
Pentium微处理器
§2.5
Itanium微处理器
地址总线６４位 数据总线６４位 地址总线６４位，数据总线６４位，内部集成度为 ６４ ６４ 2.2亿个晶体管，约是Pentium的10倍。 亿个晶体管，约是 的 倍 亿个晶体管 特点： 特点：
可有三级Cache； ； 可有三级 多个执行部件和多个通道； 多个执行部件和多个通道； 数量众多寄存器； 数量众多寄存器； 采用完全并行指令计算技术； 采用完全并行指令计算技术； 采用新机制的分支预测技术。 采用新机制的分支预测技术。
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本 节 结 束 ， 谢 谢 合 作 ！
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2．分支预测技术
为了减少由于转移导致流水线的效率损失 ， Pentium采用分支预测技术来动态预测指令的目标 Pentium 采用分支预测技术来动态预测指令的目标 地址，从而节省了CPU的执行时间。 CPU的执行时间 地址 ， 从而节省了 CPU 的执行时间 。 通常在用户程 序中包含不少的条件转移指令，在流水线计算机中， 序中包含不少的条件转移指令，在流水线计算机中， 这些转移指令由于产生分支可能使予取和予译码指 令作废。 Pentium内部有两个予取指令缓冲队列 内部有两个予取指令缓冲队列， 令作废。 Pentium内部有两个予取指令缓冲队列， 在执行条件转移指令前，一个以顺序方式予取指令， 在执行条件转移指令前，一个以顺序方式予取指令， 另一个以转移方式予取
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4．更快的浮点运算单元
浮点运算过程分为8个流水步级， 浮点运算过程分为 8 个流水步级 ， 前 4 步同整数 流水线，接下来两步为二级浮点操作， 流水线，接下来两步为二级浮点操作，最后两步为 写结果、出错报告等。 写结果、出错报告等。浮点运算单元对一些常用指 令如ADD、MUL等不是采用微程序 而是由硬件实现， 等不是采用微程序， 令如ADD、MUL等不是采用微程序，而是由硬件实现， ADD 使浮点运算速度更快。 使浮点运算速度更快。
奔腾(Pentium)微处理器介绍
奔腾(Pentium)微处理器介绍
奔腾(PenTIum)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。
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。
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。
提高处理器指令执行并行性（ILP）有两种方法：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)。
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。
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。
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。
微型计算机发展史
微型计算机发展史集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#自1981年美国IBM 公司推出第一代微型计算机IBM—PC／XT以来，微型机以其执行结果精确、处理速度怏捷、性价比高、轻便小巧等特点迅速进入社会各个领域，且技术不断更新、产品快速换代，从单纯的计算工具发展成为能够处理数字、符号、文字、语言、图形、图像、音频、视频等多种信息的强大多媒体工具。
如今的微型机产品无论从运算速度、多媒体功能、软硬件支持还是易用性等方面都比早期产品有了很大飞跃。
便携机更是以使用便捷、无线联网等优势越来越多地受到移动办公人士的喜爱，一直保持着高速发展的态势。
自第一台微型计算机MCS-4诞生后，一直到现在，微机计算机的发展非常迅速！对于微型计算机的发展，一般以字长和典型的微处理器芯片作为划分标志，将微型计算机的发展划分为五个阶段。
第一个阶段（1971～1973）主要是字长为4位的微型机和字长为8位的低档微型机。
这一阶段的典型微处理器有：世界上第一个微处理器芯片4004，以及随后的改进版4040，它们都是字长为4位的。
在随后的第二年，Intel又研制出了字长为8位的处理器芯片8008，集成度和性能都有所提高。
8008采用PMOS工艺，字长8位，基本指令48条，基本指令周期为20～50uS，时钟频率为500KHz，集成度约为3500晶体管/片。
第二个阶段（1973～1978）主要是字长为8位的中、高档微型机。
这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的I8080、I8085、Motorola公司的M6800、Zilog公司的Z80等。
以I8080为例，I8080采用NMOS工艺，字长8位，基本指令70多条，基本指令周期为2～10uS，时钟频率高于1MHz，集成度约为6000晶体管/片。
第三个阶段（1978～1985）主要是字长为16位的微型机。
这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的8086/8088/80286、Motorola公司的M68000、Zilog公司的Z8000等。
Pentium简介
PentiumPentium是英特尔的第五代x86架构之微处理器，于1993年3月22日开始出货，是486产品线的后代。
Pentium本应命名为80586或 i586，后来命名为“Pentium”（通常认为“Pentium”是希腊文“五（penta）”加拉丁文中代表名词的接尾语“ium”的造词），是因为阿拉伯数字无法被用作注册商标。
i586被使用在英特尔竞争对手所制造的类80586的微处理器。
简介Intel在1993年推出的全新一代的高性能处理器Pentium。
由于CPU市场的竞争越来越趋向于激烈化，Intel觉得不能再让AMD和其他公司用同样的名字来抢自己的饭碗了，于是提出了商标注册，由于在美国的法律里面是不能用阿拉伯数字注册的，于是Intel玩了个花样，用拉丁文去注册商标。
Pentium在拉丁文里面就是“五”的意思了。
Intel公司还替它起了一个相当好听的中文名字奔腾。
奔腾的厂家代号是P54C，Pentium的内部含有的晶体管数量高达310万个，时钟频率由最初推出的60MHZ和66MHZ，后提高到200MHZ。
单单是最初版本的66MHZ的Pentium微处理器，它的运算性能比33MHZ的80486DX就提高了3倍多，而100MHZ的Pentium则比33MHZ的80486DX要快6至8倍。
也就是从Pentium开始，我们大家有了超频这样一个用尽量少的钱换取尽量多的性能的好方法。
作为世界上第一个586级处理器，Pentium也是第一个令人超频的最多的处理器，由于Pentium的制造工艺优良，所以整个系列的CPU的浮点性能也是各种各样性能是CPU中最强的，可超频性能最大，因此赢得了586级CPU的大部分市场。
Pentium家族里面的频率有60/66/75//90/100/120/133/150/166/200，至于CPU的内部频率则是从60MHz到66MHz不等。
值得一提的是，从奔腾75开始，CPU的插座技术正式从以前的Socket4转换到同时支持Socket5和7同时支持，其中Socket7还一直沿用至今。
Pentium系列微处理器字长为多少
Pentium系列微处理器字长为多少？与数据线有关系吗？解答：从80386到Pentium 4的处理器字长都是32位。
与数据线有一定关系。
一般来说字长与数据线的个数相等，例如8086/80286/80386/80486。
但也存在不相等的情况，都有原因。
例如8088的字长为16位，但为了与当时8位的主流外设配合，所以其数据线也设计为8位。
再如，Pentium以后的Intel 80x86微处理器的数据线设计为64位，为的是与存储器交换数据具有更快的速度；但是其内部寄存器等结构是32位的，所以Pentium 仍然是字长为32位的微处理器。
机器的“字长”和地址线无关，和数据线紧密相关。
386到pentium 4的字长都是32位，都是“32位机”而从pentium 2开始，地址线变成了36根，可以直接寻址64GB的空间。
其他非IA - 32架构的机器我没有了解，猜想在intel 的64 bits处理器itantium上，int == 64 bitsCPU的相关技术参数1.主频主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。
CPU的主频＝外频×倍频系数。
很多人以为认为CPU的主频指的是CPU运行的速度，实际上这个认识是很片面的。
CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU 实际的运算能力是没有直接关系的。
当然，主频和实际的运算速度是有关的，但是目前还没有一个确定的公式能够实现两者之间的数值关系，而且CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。
由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。
因此主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。
2.外频外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。
外频是CPU与主板之间同步运行的速度，而且目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。
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10.1.5 外设总线与输入/输出接口
外设总线是用来连接外部设备的总线。在微机
系统中应用较早的外设总线有IDE、EIDE、SCSI接 口等。虽然它们在名称上是接口，但都属于总线范 畴，因为它们都是连接设备的公共通路，都是可以 同时连接几个设备。
10.1.6 主板结构
10.2 显示卡、声卡和视频卡 10.2.1 显 示 卡
在于系统逻辑控制、管理芯片组上。
10.1.4 总
线
总线是系统中各部件信息交换的公共通道。 1．内存总线 ：是CPU与内存之间交换信息的通路。 2．系统总线 ：是组成微机系统所用的总线。 常用的系统总线有ISA和EISA两种。 3．局部总线 ：是专门提供给高速I/O设备的总线。 现在有3种局部总线：① VESA局部总线； ② PCI局部总线； ③ AGP总线。
有特色的SMM（结构
分支目标 缓冲器 预取 地址 256 分支检验 与目标地址 预取缓冲器 指令译码器 控制ROM TLB 指令高速缓存（8KB）
64位数 据总线 32位地 址总线 控制总线 总 线 部 件
分 页 部 件
控制部件 浮点部件 地址通用器 （U流水） 地址通用器 （V流水）
特点：① 硬盘盘片的盘基采用铝合金制成，比
较坚硬；② 为了不损伤盘片，HDD一般使用浮 动磁头读/写；③ 为使磁头浮起来，HDD的主轴 转速较高；④ 硬盘驱动器的存储容量更大。 结构：包括主轴系统、数据转换系统、磁头驱动 和定位系统、空气净化系统和接口电路等5部分。
硬盘驱动器的工作过程 在写入时，由控制器送来要写入的数据，通 过接口送到写入电路。磁头选择电路选择好要写 入的磁头，磁头驱动和定位系统把该磁头定位在 要写入的磁道位置上，然后数据就可以写入到选 定的盘面、磁道和扇区上。 读出时，由磁头选择电路选定磁头，磁头驱 动和定位系统使之定位在要读出的磁道位置，然后 由该磁头读出相应扇区的信息，通过读电路将读出 信息进行放大、滤波、整形后，再送到接口电路。
第10章 Pentium系列微型计算机简介 本章主要教学内容
1、Pentium系列微型计算机的系统板组成 2、显示卡、声卡、视频卡等插卡的简单工作原 理 3、软盘、硬盘和CD—ROM驱动器的类型及其工 作原理
教学目的：使学生了解Pentium系列微型计算机 教学重点：Pentium系列微型计算机组成 教学难点：各个部件的工作原理
显示卡又称显示适配器，用于控制文字或图 形的显示。早期的VGA显示卡只起到CPU与显示 器之间的接口作用，而现代微机的显示卡还起到 处理图形数据、加速图形显示等作用。 图形显示的核心部分是图形加速芯片，在其 中固化一定数量的常用基本图形程序模块。 现代新型的显示卡大多采用了三维图形芯片 和AGP接口
10.1.2 内存与高速缓存
1．内存
内存的大小直接影响系统执行应用软件的能
力和速度。目前内存常采用动态随机存储器DRAM。
按工作方式分有快速页方式（FPM）、扩展数据输
出（EDO）、突发式EDO（BEDO）、同步DRAM
（SDRAM）和错误校验与纠正（ECC）等类型。
2．高速缓存Cache
高速缓存是一种存储空间较小而存取速度却 很高的存储器，位于CPU和主存之间，用来存放 CPU频繁使用的指令和数据。由于使用高速缓存 后可以减少存储器的访问时间，所以对提高整个
处理机的性能非常有益。
目前常用的高速缓存有三种：
异步SRAM；
同步SRAM或称突发式SRAM； 流水线突发式SRAM。
10.1.3 芯 片 组
芯片组是指微处理器的外围芯片，直接反映 系统的支持能力。它负责控制总线的输入/输出， 内存的输入/输出和硬盘控制器，还负责处理中断 请求和直接存储器访问（DMA）。系统板要完成 对整个计算机系统的管理、控制和协调，支持各种 CPU、功能卡和各总线接口的正常运行，其关键就
本章小结
Pentium系列微型计算机是目前 PC机市场占有份 额最多的一种，它们不仅增加了数据总线、地址总 线的位数，而且采用了许多新技术，如指令高速缓 存与数据高速缓存分离，分支预测，超标量流水线 技术，RISC结构，增加了支持多媒体的指令集，使 微处理器性能大增，应对它们有一定了解。 本章对 Pentium系列微型计算机的芯片组、内存、 高速缓存、总线及接口、显示卡、多媒体部件、软 盘、硬盘驱动器和CD-ROM驱动器等部件进行了介绍， 以加深读者对 Pentium 系列微型计算机的整体印象， 可根据情况适当学习。
10.3 软盘、硬盘和CD-ROM驱动器
10.3.1 软盘驱动器
软盘驱动器主要完成微机系统对软盘的读
写工作。软盘驱动器一般分为5.25英寸和3.5英
寸两种类型。在现代微机中主要使用3.5英寸的 软盘驱动器，其容量一般为1.44MB，其数据传 输率为500Kb/s。
1．软盘驱动器的工作原理 当软盘放入软盘驱动器时，软盘在驱动器主 电机的作用下以300转/分~360转/分的转速旋转， 当软盘驱动器接到主机发来的读/写命令时，通 过软盘驱动器控制电路指示主轴电机和磁头步进 电机动作，进行读/写操作。
目前计算机技术中广泛应用的是温盘机，温 盘机是在硬盘机中采用温彻斯特技术的产物。所 谓温彻斯特技术就是把磁头部件、小车、导轨、 主轴和盘片制成一个不可拆卸的整体的技术。其 主要技术特点为： （1）密封的头、盘组合件——HAD组合件 （2）轻浮力的接触/浮动式磁头 （3）盘片表面有润滑剂
2．硬盘驱动器
THANK YOU VERY MUCH
本章到此结束，
谢谢您的光临！
10.1 Pentium系列微型计算机 的系统板
微型计算机的微处理器、内存、芯片组、总 线和接等部件一般被做在一块集成电路板上， 由于它是硬件统的核心，是决定微型计算机性 能的关键部分，因此被称为系统板，简称主板。
通常PC机的系统板包括微处理器、芯片组、 内存、高速缓存、系统 BIOS 、总线和各种接 口等。
现代显示接口电路中的新技术有：
（1）多芯片集成。 （2）增加数据通道。 （3）显存带宽改进技术。 （4）多显示器支持。
10.2.2 声 卡
声卡用于声音信号的采集、合成和播放。在 声卡中需要将输入的音频信号转换为数字信号。 声卡的类型按其接口总线分成ISA总线声卡、 PCI总线声卡及AMR总线声卡，按总线宽度可分 为8位、16位、32位、64位和128位几种类型。 声卡中一般还有音乐合成器，可以支持多种 乐器的音乐合成，可以同时播放几种不同乐器的 声音。
10.2.3 视 频 卡
视频卡用于视频信号的采集、转换、合成和 播放等。视频卡主要包括视频转换卡、电视转换 卡和MPEG解压卡等。 视频转换卡是用于将标准的复合视频信号转 换为计算机的数字视频信号；电视转换卡用于将 计算机的数字视频信号转换为标准的复合视频； MPEG解压卡是用于计算机数字视频信号的播放。
2．软盘驱动器结构
（1）盘片定位机构
（2）软盘驱动装置
（3）控制磁头寻道定位部件
（4）状态检测部件 （5）读/写电路 （6）软盘控制器
10.3.2 硬盘驱动器
硬盘是一种磁表面存储器，是在非磁性的铝 合金材料或玻璃基片表面上涂上一层薄的磁性材
料，通过磁层的磁化来记录存储信息。 硬盘按照其结构和性能大致分为3类： （1）固定式磁盘 （2）活动头固定盘式磁盘机 （3）活动头可换盘式磁盘机
10.1.1 微 处 理 器
1．Pentium微处理器的主要特性
（1）与80X86系列微处理器完全兼容 。 （2）采用RISC型超标量结构。 （3）高性能的浮点运算器。 （4）双重分离式高速缓存。 （5）增强了错误检测与报告功能。 （6）64位数据总线。
（7）分支指令预测。
（8）常用指令固化及微代码改进。 （9）具有实地址方式、保护方式、虚拟8086方式以及具
控制寄 存器组
整数寄存器组 64 64位数 据总线 32 32位地 址总线 ALU（U流水） ALU（V流水） 32 32 TLB 32 数据高速缓存（8KB） 80 桶形移位器
加法 除法 80 乘法
3．Pentium微处理器对寄存器的扩充
对EFLAGS寄存器和控制寄存器进行了扩充。
4．Pentium Pro微处理器 5．MMX及MMX Pentium微处理器 6．PentiumⅡ微处理器 7．Pentium Ⅲ微处理器 8．新一代64位微处理器Merced