微处理器论文

摘要
随着Intel的ItaniumII微处理器的出现，PentiumII，PentiumIII，Pentium4和Core2微处理器标志了32微体系机构发展的结束。

Itanium是64位体系结构的微处理器。

PentiumII，PentiumIII，Pentium四和Core2体系结构是Pentium Pro体系结构的扩展。

其中Pentium2有多种型号，在电路板上最多可以有2MB的cache。

与Pentium2相似，早期Pentium3微处理器封装在封装盒里而不是集成电路。

Pentium3的Coppermine与Pentium Pro一样，内部含有cache。

Pentium4封装在更大的集成电路中，有423或478个引脚。

最新的Pentium4和Core2采用775个引脚触电阵列封装技术。

Pentium4采用的是物理上更小的晶体管，使其比Pentium3更小更快。

Intel已经发布了工作频率在3GHz以上的Pentium4和Core2处理器，在未来也许能达到10GHz。

Pentium4和Core2 具有2MB高速缓存的极大型号和具有4MB 高速缓存的再版极大型号。

与早期使用0.13us制程的Pentium4相比，Pentium4和Core2型号现在都是65nm（0.065us）制程。

最新的是Core2 Duo和Core2 Quad型号，它们采用的是45nm技术并且是双核或四核。

关键词Pentium4的发展，组成，和工作原理。

Abstract
With the ItaniumII and Intel microprocessor is the emergence of PentiumII, PentiumIII, Pentium4 and Core2 microprocessor marks the 32 micro system the end of institutions. Itanium is 64 a system structure of the microprocessor. PentiumII, PentiumIII, Pentium 4 and Core2 system structure is the expansion of the Pentium Pro system structure. Pentium2 of a variety of models, most in the circuit board can have 2 MB cache of. And Pentium2 similar, early Pentium3 microprocessor sealed in the packaging box and not integrated circuit. The Coppermine and Pentium Pro Pentium3, interior contains cache. Pentium4 enclosed in a more integrated circuit, there are 423 or 478 pin. The latest Pentium4 and by 775 a Core2 pins get an electric shock array packaging technology. Pentium4 USES is more small transistors on physics, making it more smaller, faster than Pentium3. Intel has issued more than 3 GHz frequency in the work of the Pentium4 and Core2 processor, in the future may up to 10 GHz. Pentium4 and Core2 has 2 MB cache of great model and has 4 MB cache reprints great model. And early use of 0.13 us process compared to the Pentium4, Pentium4 and Core2 model are now the 65 nm (0.065 us) process. The latest is Core2 Duo Core2 Quad and models, they used the 45 nm technology and is dual-core or four nuclear.
前言
任何东西从发展到壮大都会经历一个过程，CPU能够发展到今天这个规模和成就，其中的发展史更是耐人寻味。

作为电脑之“芯”的CPU也不例外，让我们进入的时间不长却风云激荡的CPU发展历程中去。

在这个回顾的过程中，主要叙述目前CPU巨头——Intel的产品发展。

在Intel方面，在上个世纪末的2000年11月，Intel发布了旗下第四代的Pentium 处理器，也就是我们天天都能接触到的Pentium 4。

Pentium 4没有沿用PIII的架构，而是采用了全新的设计，包括等效于的400MHz前端总线(100 x 4), SSE2指令集，256K-512KB的二级缓存，全新的超管线技术及NetBurst架构，起步频率为1.3GHz。

目录
第一章奔腾4的发展
第一节第一代的Pentium4（Socket423）处理器
第二节第二代的Pentium4（Socket478）处理器
第三节第三代Tualatin核心的Celeron处理器
第二章奔腾4的组成结构
第一节pentium4的原理结构
第二节pentium4的寄存器结构和图示
第三节pentium工作的保护模式
第三章奔腾4的工作原理
第一节pentoum的基本概念和组成
第二节pentium主要技术参数
第三节pentium主要技术术语
第一章奔腾4的发展
第一节第一代的Pentium4（Socket423）处理器
在Intel方面，在上个世纪末的2000年11月，Intel发布了旗下第四代的Pentium处理器，也就是我们天天都能接触到的Pentium 4。

Pentium 4没有沿用PIII的架构，而是采用了全新的设计，包括等效于的400MHz前端总线(100 x 4), SSE2指令集，256K-512KB的二级缓存，全新的超管线技术及NetBurst架构，起步频率为1.3GHz。

第一个Pentium4核心为Willamette，全新的Socket 423插座，集成256KB的二级缓存，支持更为强大的SSE2指令集，多达20级的超标量流水线，搭配i850/i845系列芯片组，随后Intel陆续推出了1.4GHz-2.0GHz的Willamette P4处理器，而后期的P4处理器均转到了针角更多的Socket 478插座。

和奔腾III一样，第一个Pentium4核心并不受到太多的好评，主要原因是新的CPU架构还不能受到程序软件的充分支持，因此Pentium4经常大幅落后于同频的Athlon，甚至还如Intel自己的奔腾III。

但在一年以后，Intel发布了第二个Pentium4核心，代号为Northwood，改用了更为精细的0.13微米制程，集成了更大的512KB二级缓存，性能有了大幅的提高，加上Intel孜孜不倦的推广和主板芯片厂家的支持，目前Pentium4已经成为最受欢迎的中高端处理器。

第二节第二代的Pentium4（Socket478）处理器
在低端CPU方面，Intel发布了第三代的Celeron核心，代号为Tualatin，这个核心也转用了0.13微米的工艺，与此同时二级缓存的容量提高到256KB，外频也提高到100Mhz，目前Tualatin Celeron的主频有1.0、1.1、1.2、1.3Ghz等型号。

Intel也推出了Tualatin核心的奔腾III，集成了更大的512KB二级缓存，但它们只应用于服务器和笔记本电脑市场，在台式机市场很少能看到。

有关奔腾4的处理的列表以及它们的不同。

第三节第三代Tualatin核心的Celeron处理器
在AMD方面，在2000年中发布了第二个Athlon核心——Tunderbird，这个核心的Athlon 有以下的改进，首先是制造工艺改进为0.18微米，其次是安装界面改为了SocketA，这是一种类似于Socket370，但针脚数为462的安装接口。

最后是二级缓存改为256KB，但速度和CPU同步，与Coppermine核心的奔腾III一样。

Tunderbird核心的Athlon不但在性能上要稍微领先于奔腾III，而且其最高的主频也一直比奔腾III高，1Ghz频率的里程碑就是由这款CPU首先达到的。

不过随着Pentium4的发布，Tunderbird开始在频率上落后于对手，为此，AMD又发布了第三个Athlon核心——Palomino，并且采用了新的频率标称制度，从此Athlon型号上的数字并不代表实际频率，而是根据一个公式换算相当于竞争对手（也就是Intel）产品性能的频率，名字也改为AthlonXP。

例如AthlonXP1500+处理器实际频率并不是 1.5Ghz，而是1.33GHz。

最后，AthlonXP还兼容Intel的SSE指令集，在专门为SSE指令集优化的软件中也能充分发挥性能。

Pentiun4的最优体现。

第二章奔腾4的组成结构Pentium性能简介
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.
Pentium的虚拟存储器（Vivtual Storage）技术、高速缓存（Cache）技术以及超标量流水线技术是微型计算机系统的三大支柱。

第一节pentium4的原理结构
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
二、原理结构
在Pentium CPU中，总线接口部件实现CPU与系统总线之间的连接，其中包括64位双向的数据线、32位地址线和所有的控制信号线，具有锁存与缓冲等功能，总线接口部件实现CPU与外设之间的信息交换，并产生相应的各类总线周期。

1．互相独立的指令Cache和数据Cache
Pentium则在片内设置了2个独立的8KB Cache，分别用于存放指令代码与数据。

指令Cache是内存中一部分程序的副本，通过猝发方式从内存中每次读入一块存入某一Cache行中，便于CPU执行程序时取出并执行，数据Cache是可以读写的，双端口结构，每个端口与U、V两条指令流水线交换整数数据，或者组合成64位数据端口，用来与浮点运算部件交换浮点数据，指令Cache与数据Cache均与CPU内部的64位数据线以及32位地址线相连接。

互相独立的指令Cache和数据Cache有利于U、V两条流水线的并行操
作，它不仅可以同时与U、V两条流水线分别交换数据，而且使指令预取和
数据读写能无冲突地同时进行。

可以通过硬件或软件方法来禁止或允许使用Pentium CPU内部的Cache。

2. 超标量流水线
Pentium有U、V两条指令流水线，故称之为超标量流水线，超标量流水线技术的应用，使得Pentium CPU的速度较80486有很大的提高。

因此，超标量流水线是Pentium系统结构的核心。

U、V流水线中整数指令流水线均由5段组成。

分别为预取指令（PF）、指令译码（D1）、地址生成（D2）、指令执行（EX）和结果写回（WB）。

由于采用了指令流水线作业，每条指令流水线可以在1个时钟周期内执行一条指令。

因此，最佳情况下一个时钟周期内可以执行两条整数指令。

3. 重新设计的浮点运算部件
Pentium CPU内部的浮点运算部件在80486的基础上进行了重新设计。

如图3-1所示。

浮点运算部件内有专门用于浮点运算的加法器、乘法器和除法器，还有80位宽的8个寄存器构成了寄存器堆，内部的数据通路为80位。

浮点运算部件支持IEEE754标准的单、双精度格式的浮点数，还可以使用一种临时实数的80位浮点数
Pentium CPU内部的浮点运算部件在80486的基础上进行了重新设计。

如图3-1所示。

浮点运算部件内有专门用于浮点运算的加法器、乘法器和除法器，还有80位宽的8个寄存器构成了寄存器堆，内部的数据通路为80位。

浮点运算部件支持IEEE754标准的单、双精度格式的浮点数，还可以使用一种临时实数的80位浮点数。

4．以BTB实现动态转换预测
Pentium采用了分支目标缓冲器（branch target buffer）实现动态转移预测，可以减少指令流水作业中因分支转移指令而引起的流水线断流。

引入了转移预测技术，不仅能预测转移是否发生，而且能确定转移到何处去执行程序。

第二节pentium4的寄存器
Pentium4的寄存器可以分为三组
①基本寄存器组：包括通用寄存器、指令寄存器、标示寄存器以及段寄存器。

②系统寄存器组：包括系统地址寄存器、控制寄存器。

③浮点部件寄存器组：包括数据寄存器堆、控制寄存器、状态寄存器、
指令指针寄存器和数据指针寄存器以及标记字寄存器。

Pentium的基本寄存器包括通用寄存器、段寄存器、指令指针和标志寄存器：
一、通用寄存器
Pentium通用寄存器如图3-2所示，它兼容8086 CPU原来的8个16位通用寄存器以及原来的8个8位的寄存器，而且将原来的8个16位通用寄存器AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP均扩展成32位的寄存器EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。

既可以使用保留的8位和16位寄存器，还可以使用32位寄存器。

二．段寄存及段描述符高速缓存器
段寄存器及段描述符高速缓存器如图3-3所示，Pentium有6个16位段寄存器，每个段寄存器对应有一个64位的描述符，用户不可见。

6个段寄存器的长度均为16位。

除CS和SS分别是代码段寄存器和堆栈段寄存器之外，其余的DS、ES、FS、GS都是数据段寄存器。

符高缓存器
6 个段描述符
每个段对应一个段描述符（8个字节），6个段描述符存放在CPU内的段描述符高速缓存器中，它们均由内存的描述符表中拷贝而成，以便CPU访问某一段时，均按存放在CPU内该段的段描述符所描述的信息进行操作。

每个
段描述符的具体组成如图3-4所示：
2．6个16为段寄存器
每个段寄存器的组成如图3-5所示。

在保护模式下，段寄存器被称作为一个16位的段选择字(选择子)，其中b1、b0位为请求特权级RPL，可以请求特权层的级别0-3级。

三．指令指针和标志寄存器
Pentium CPU中有一个32位的指令指针（EIP）和一个32位的标志寄存器（EFLAGS），如图3-6所示：
1. EIP保存下一条待执行指令所在代码段内的偏移值，也就是偏离代码
段首地址的字节地址数值。

EIP的低16位为IP，供实地址方式下采用。

2. EFLAGS在8086 16位FLAGS基础上扩充了高16位，其中，FLAGS
b11~b0中保留了8086 CPU中6个状态标志和3个控制标志，增加了NT与IOPL，高16位中新增了6个标志位。

这些扩充标志位的含义参考教材。

四．系统寄存器组
Pentium的系统寄存器组包括4个表所对应的4个基地址寄存器GDTR、IDTR、LDTR、TR，也称为4个段基地址寄存器，还包括5个控制寄存器CR0、CR1、CR2、CR3、CR4。

系统寄存器组中的所有寄存器都不可能被用户访问，只能由特权级为0的操作系统程序访问。

一．4个表基地址寄存器
4个表基地址寄存器如图3-7所示
（1）GDTR（Global Descriptor Table Register），全局描述符表寄存器。

共有48位，其中，高32位保存全局描述符表的线性基地址，低16位是表限字段，即表的最大长度仅64KB。

（2）IDTR（Interrupt Descriptor Table Register），中断描述符表寄存器。

共有48位，其中高32位用于保存中断描述符表IDT的32位线性基地址，低16位是表限字段，表的最大长度也是64KB。

(3)LDTR（Local Descriptor Table Register），局部描述符寄存器。

包括
16位段选择符，不可编程的64位描述符寄存器。

在64位描述符寄存器中，有32位LDT的线性基地址，20位的表限及12位的描述符属性。

(4)TR，任务寄存器。

包括16位段选择符，64位描述符寄存器，其中，
32位任务状态段的线性基地址，20位的表限及12位的描述符属性。

二．5个控制寄存器
1. CRO控制寄存器
2．CR2 页故障线性地址寄存器用于保存最后出现页故障的32位线性地址。

操作系统中的页异常处理程序可以通过检查CR2的内容，得知32位的线性地址。

3．CR3 页目录基址寄存器其中高20位存放页目录表的物理基地址。

在进行分页变换时，加上10位线性地址×4，找到某一存储容量为4B的页描述符。

在页目录基址寄存器的低12中，有PCD和PWT两位控制位，其余10位保留。

4．CR4允许结构扩展的标志寄存器32位CR4中仅使用了9个控制位，其余23位保留。

5．模式专用寄存器
Pentium取消了测试寄存器，而用一组专用寄存器来实现更多的功能。

这组寄存器具有测试、跟踪、性能检测以及机器检查等功能。

三．浮点寄存器组
Pentium内部有一个浮点运算部件，与之配套一起实现浮点运算的浮点寄存器有:
a)8个数据寄存器
b)1个标记字寄存器
c)1个状态寄存器
d)1个控制寄存器
e)1个数据指针寄存器
1. 8个数据寄存器
数据寄存器R7-R0均为80位宽，在每个80位寄存器中，均有1位数符位，15位阶码位，64位尾数位。

2. 标记字寄存器
16位宽的标记字寄存器分成8个2位，分别对应8个数据寄存器，如图3-11所示。

标记字寄存器的b1、b0位对应R0数据寄存器，b3、b2位对应R1数据寄存器，显然b15、b14位对应数据寄存器R7，用两位二进制数作标记，以便CPU 只须通过检查标记位，就可以知道数据寄存器是否空等。

第三节pentium工作的保护模式
保护模式是受保护的虚拟地址模式（Protected Virtual Address Mode）的简称。

从80386 CPU开始，就具有了保护模式，Pentium CPU内部也设有存储器管理部件MMU，其中，仍然包括分段部件SU和分页部件PU，通过系统程序员编程，Pentium可以工作在只分段或只分页或既分段又分页三种方式。

这三种方式的关键建立在分段地址转换与分页地址转换的基础之上。

一．分段地址转换
1．利用GDTR与LDTR分别访问GDT与LDT
48位的全局描述符表寄存器(p53)包括32位全局描述符表的基地址和16位的表界限，GDT的长度不超过64KB。

在保护模式下，Pentium支持多任务的运行，如果某一任务要访问GDT时，则以GDTR中32位基地址作为全局描述符表的基地址，再由每个任务选择符的高13位左移3位后作为GDT的偏移地址，指向所要访问的8字节的描述符。

48位的全局描述符表寄存器(p53)包括32位全局描述符表的基地址和16位的表界限，GDT的长度不超过64KB。

在保护模式下，Pentium支持多任务的运行，如果某一任务要访问GDT
时，则以GDTR中32位基地址作为全局描述符表的基地址，再由每个任务选择符的高13位左移3位后作为GDT的偏移地址，指向所要访问的8字节的描述符。

各任务公用的代码段、数据段的段描述符以及任务状态段TSS等系统段的描述符组成了全局描述符表GDT，内存中只有一个GDT。

当前任务访问LDT时，由LDTR中对应的64位描述符高速缓存器中32位基地址作为LDT的基地址，再由段选择符的高13位左移3位后作为LDT的偏移地址，指向所要访问的8字节的段描述符。

如图3-14所示，其中的描述符也就是图3-4所示的描述符。

当任务发生切换时，由LDTR中选择符的高13位左移三位后，作为GDT 中的偏移地址，在GDT中取出该任务的LDT描述符，并装入到LDT对应的描述符高速缓存器，于是在LDTR中的高速缓存器中，存入了当前LDT的基地址，表界限以及属性等，如图3-15所示：
在LDT中查到的描述符，其32位基地址如果只分段不分页的话，此32位基地址加上指令中的32位偏移量址，就求得32位的物理地址。

在GDT中查到的描述符，其32位基地址表示当前LDT的基地址，该描述符一定会由硬件自动存入高速缓存器中。

2．分段地址的转换
由于Pentium内部寄存器是32位，由于Pentium芯片组成的微机为32位机，访问存储器的指令仍然有直接寻址、寄存器寻址、基址寻址、变址寻址、基址加变地寻址等
例【3-2】几条访问内存指令
MOV AL，[1888 7777H]
MOV AX，[EBX]
MOV EAX，[ESI]
MOV ECX，[EBX+EDI]
MOV DX，[EBP]
只有最后一条指令访问堆找段SS，其余指令均访问数据段DS，构成逻辑地址为DS：32位偏移量或SS：32位偏移量，在32位机中，我们将逻辑地址称为虚拟地址，段寄存器称之为段选择符。

Pentium的分段地址转换过程图如图3-16所示。

根据段寄存器即段选择符中b2位TI，确定访问当前LDT（TI=1）或GDT（TI=0），如果访问LDT，将13位索引值左移3位后，作为LDT基地址的偏移量，指向8B的段描述符，段描述符中的32位基地址加上指令中的32位偏移量成为32位线性地址，如果不分页只分段，结果为该机器指令所寻址的物理地址，如果还需要分页，此线性地址分为三段，即页目录（号）、页面（号）和偏移量。

如果TI=0，则访问GDT，与前述相同。

在图3-7中，系统还有一个48位的中断描述符表寄存器，其中32位的
基地址是全系统中仅有的一个中断描述符表IDT的基地址。

Pentium机中所有的中断，包括软中断、硬件中断以及CPU内部的异常中断，每个中断在IDT 中均有一个描述符，IDT中最多可有256个描述符。

每个中断描述符也是8字节，主要包括中断服务程序的入口地址，还有其他属性等信息。

二．分页地址转换
分页地址转换由CPU内的分页部件PU来实现，它将32位的线性地址转换成32位的物理地址。

这32位线性地址可能来自分段部件SU（既分段又分页方式），也可能是不分段只分页的情况，程序不提供段选择符，只由指令寄存器提供的32位地址作为线性地址，即10位的页目录（号）、10位的页表（号）和12位的页内偏移量。

在控制寄存器CR4中页面长度控制位PSE的控制下，Pentium的分页部件PU可以按80386/80486每页4KB分页（PSE=0），也可按每页4MB分页（PSE=1）1．4KB分页方式
4KB分页方式采用两级分页方式，第一级有一个4KB的页目录表，可存放1024个页目录项，称之为高级管理，第二级有一个4KB的页表，可以存放1024个页表项，称之为低级管理。

页目录项与页表项均为32位（4字节），如图3-17所示。

①P，存在位P=1表示该页表/页存在，P=0，表示不存在。

②PWT，通写位用于片外Cache的写控制，PWT=1时，片外Cache采用通写法，PWT=0时，片外cache使用回写法。

③PCD，页Cache禁止位用于对分页高速缓冲存储器的控制。

若PCD=1时，CPU内部Cache被禁用。

④A，访问位表示该目录项或页表项所对应的页面是否在近期被访问过。

当A=1时表示近期被访问过，过一段时间后由操作系统清除为0，当页面调度程序需要调出一些页面时，通过检查A位状态，就可以知道各页的使用情况，并根据调度算法确定调出哪些页。

⑤D，写标志位仅页表项中的D位有意义。

当页表项所涉及到的页面被改写过，D位由硬件置成1，一直保持为1状态，直到该页被调出内存。

当调度程序要调出此页时，首先检查D标志，若D=1，则把内存中的此页拷贝回外存相应位置，以刷新外存上的本页内容。

若D=0，表示此页没有被改写，调度程序不必将它拷贝回外存，只是简单地丢弃本页内容，因而D位也被称之为“脏位”。

⑥PS（Page Size），—页大小位。

只有页表项中有此位。

PS=1，页面大小按4MB 分页，PS=0，页面大小按4KB分页。

⑦U/S，用户/管理员。

页面保护属性位。

⑧R/W，读/写。

页保护属性位。

U/S与R/W结合起来，实现页保护。

在分页部件中，具有页保护功能，将使用对象分为特权级3的用户以及特权级2、1、0的管理员用户，管理员用户不受页的保护。

Pentium 4KB分页方式地址转换如图3-18所示。

将32位线性地址定义为三个字
段，页目录（号）、页面（号）以及偏移量，分别为10位、10位和12位。

2. 4MB的分页方式
将32位线性地址分为2个字段，页面（号）10位，偏移量22位，采用单级页表分页方式，由于页面（号）仅10位，页表中共有1024个页表项，每个页表项32位，页表仅占4KB，这是Pentium较80386/80486增加的分页方式。

全系统只有一个页表，由控制寄存器CR3指向页表的起始地址。

4MB分页方式的地址转换如图3-19所示。

4MB分页方式地址的转换过程如下：首先，10位页面（号）左移2位，与32位CR3相加产生页表项的物理地址，注意，所寻址页表项中仅有高10位为页面基地址，而不是4KB分页方式中的20位为页面基地址。

将此10位地址左移22位，相当于低22位补0，然后与线性地址中的22位偏移量相加，最终产生
32位的物理地址。

三．保护模式的三种方式
1.只分段不分页
从分段地址转换过程图（图3-16）可以看出，分段不分页由16位的段选择符和一个32位的偏移地址组成，段选择符的低2位用于保护，高14位指示段，因此，一个进程可允许的最大虚拟空间为214+32=64TB。

段管理部件SU将段选择符与32位虚地址转换成32位线性地址,由于只分段不分页,此线性地址就是最终的32位物理地址。

不需要分页,也就不需要经过页目录表与页表的转换,地址转换速度快。

缺点是段的频繁调入调出，耗时多，内存管理性能稍差一点。

2.只分页不分段
Pentium在页管理部件PU的管理下，可以对存储器只实行分页管理，分段部件SU不工作。

如前面所述，可以按4KB和4MB两种大小不同的页面分页。

与程序的段选择符无关，仅将指令提供的32位虚地址看成是32位的线性地址，无论按4KB分页或是按4MB分页，均可形成32位物理地址，进程所拥有的最大虚存空间都是232=4GB。

这种只分页不分段的保护模式也称为平展地址模式，比只分段不分页模式灵活。

在Windows NT和Windows 95操作系统中采用了这种模式。

3. 既分段又分页
分段分页方式是先分段后分页，在分段的基础上进行分页，分段所形成的32位线性地址不是最后的物理地址，而是提供给分页部件，作为页目录（号）、页表（号）以及页内偏移量，按4KB大小分页。

一个进程的最大虚
地址空间与只分段的虚地址模式相同，也是64TB，兼有分段与分页的优点，
UNIX System V和OS/2操作系统使用了这种保护模式。

（1）由于段选择符中TI=1，所以从64KB的局部描述符表中查找对应的段描述符，该段描述符的指针等于LDTR中32位基地址+段选择符高13位×8。

（2）由段描述符中32位段基地址+虚地址中32位偏移量=32位线性地址。

线性地址的高10位为页目录（号），中间10位为页表（号），低12位为偏移量。

（3）以CR3中32位基地址为页目录表中基地址，按4KB大小分页，其分页的原理与图3-18中分页原理完全相同。

第三章奔腾4的工作原理
一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。

计算机硬件是指组成一台计算机的各种物理装置,它们是由各种实在的器件所组成，是计算机进行工作的物质基础。

计算机硬件系统中最重要的组成部分是中央处理器(pentium ) 。

第一节pentium的基本概念和组成
中央处理器简称pentium(Central Processing Unit),它是计算机系统的核心,主要包括运算器和控制器两个部件。

如果把计算机比作一个人，那么pentium
就是心脏，其重要作用由此可见一斑。

pentium的内部结构可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，三个部分相互协调，便可以进行分析，判断、运算并控制计算机各部分协调工作。

计算机发生的所有动作都是受pentium控制的。

其中运算器主要完成各种算术运算(如加、减、乘、除)和逻辑运算( 如逻辑加、逻辑乘和非运算);
而控制器不具有运算功能,它只是读取各种指令,并对指令进行分析,作出相应的控制。

通常,在pentium中还有若干个寄存器,它们可直接参与运算并存放运算的中间结果。

我们常说的pentium都是X86系列及兼容pentium ,所谓X86指令集是美国Intel公司为其第一块16位CP U（i8086）专门开发的，美国IBM公司1981年推出的世界第一台PC机中的pentium—i8088（i8086简化版）使用的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加的X87芯片系列数学协处理器则另外使用X8 7指令，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。

虽然随着pentium技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到今天的PentiumⅢ系列，但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，Intel公司所生产的所有pentium仍然继续使用X86指令集。

另外除Intel 公司之外，AMD和Cyrix等厂家也相继生产出能使用X86指令集的pentium，由于这些pentium能运行所有的为Inte l pentium所开发的各种软件，所以电脑业内人士就将这些pentium列为Intel的pentium兼容产品。

由于Intel X8 6系列及其兼容pentium都使用X86指令集，就形成了今天庞大的X86系列及兼容pentium阵容。

第二节pentium主要技术参数
pentium品质的高低直接决定了一个计算机系统的档次，而pentium的主要技术特性可以反映出pentium的大致性能。

1、位、字节和字长
pentium可以同时处理的二进制数据的位数是其最重要的一个品质标志。

人们通常所说的16位机、32位机就是指该微机中的pentium可以同时处理16位、32位的二进制数据。

早期有代表性的IBM PC/XT、IBM PC/AT与286机是16位机,386机和486机是32位机,586机则是64位的高档微机。

pentium按照其处理信息的字长可以分为：八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等。

位：在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”在pentium中都是一“位”。

字节和字长：电脑技术中对pentium在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。

所以能处理字长为8位数据的pentium通常就叫8位的pentium。

同理32位的pentium就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。

由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。

字节的长度。