Pentium微处理器

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§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。
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Байду номын сангаас
3．双Cache的采用
Pentium内部有两个Cache，每个8KB。一 个Cache用于指令高速缓存，另一个用于数 据高速缓存。这两个高速缓存可同时存取， 前者可提供多达32位的原始操作码，后者每 个时钟周期内可以提供两次存取的数据。这 种双路高速缓存结构减少了争用高速缓存所 造成的冲突，改进了处理器性能。
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5．固化常用指令
Pentium对一些常用指令如MOV、PUSH、 Pentium对一些常用指令如MOV、PUSH、 对一些常用指令如MOV POP、INC、DEC、TEST及JMP等改用硬件实 POP、INC、DEC、TEST及JMP等改用硬件实 现，而不使用微操作，加快了指令的执行 而不使用微操作， 速度。 速度。
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Pentium微处理器有如下技术特点： Pentium微处理器有如下技术特点： 微处理器有如下技术特点 1．采用超标量双流水线结构 超标量流水线设计是Pentium Pentium微处理器技 超标量流水线设计是 Pentium 微处理器技 术的核心。 术的核心。所谓超标量就是处理器内部含有 多个执行单元来完成多条指令的同时执行。 多个执行单元来完成多条指令的同时执行。 Pentium有两条分别称为 有两条分别称为U 的指令流水线， Pentium 有两条分别称为 U 和 V 的指令流水线 ， 各自有独立的算术逻辑单元ALU ALU及高速缓存 各自有独立的算术逻辑单元 ALU 及高速缓存 结构。这种双流水线并行作业的方式， 结构。这种双流水线并行作业的方式，使得 Pentium在每个时钟周期内可同时执行两条 Pentium 在每个时钟周期内可同时执行两条 指令。此外，还有一个执行单元， 指令。此外，还有一个执行单元，保证同时 完成一条浮点运算指令。 完成一条浮点运算指令。 3
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在存储管理中，Pentium的页面大小除 在存储管理中，Pentium 的页面大小除 可采用80386 80486的 KB页面外 80386、 页面外， 可采用80386 、80486 的4KB 页面外，还可 选用高达4MB的页面 的页面。 选用高达4MB的页面。页面尺寸由控制寄 存器CR 中的PSE位来选择。当选用4MB页 CR4 PSE位来选择 存器CR4中的PSE位来选择。当选用4MB页 面时，只需用页组目录项表来寻址4MB页 面时，只需用页组目录项表来寻址4MB页 无需页表， 面 ， 无需页表 ， 从而极大地减少了内存 用量，并加快访问内存的速度。 用量，并加快访问内存的速度。
§2.4
Pentium微处理器
关于Pentium（奔腾）的命名 关于Pentium（奔腾） Pentium 按照80 86的逻辑 80486之后的下一个CPU名字 80X 的逻辑， 之后的下一个CPU 按照80X86的逻辑，80486之后的下一个CPU名字 应是80586 但是Intel公司决定不再采用数字命名， 80586， Intel公司决定不再采用数字命名 应是80586，但是Intel公司决定不再采用数字命名， 原因是为了保护商标版权， 所以Intel Intel为了获得新一 原因是为了保护商标版权 ， 所以 Intel 为了获得新一 CPU的商标专利 将其取名为Pentium 的商标专利， Pentium， 代CPU的商标专利，将其取名为Pentium，它来源于希 Pente” 腊 字 “ Pente ， 其 意 思 为 5 ， 现 在 人 们 习 惯 上 也 将 Pentium叫做586，或称作奔腾586 或称P 叫做586 586， Pentium叫做586，或称作奔腾586，或称P5 （Pentium 未正式命名前的称呼） 未正式命名前的称呼）。
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6．增加总线宽度
Pentium内部总线与 80386 80486一样 一样， Pentium 内部总线与80386 、 80486 一样 ， 数据 内部总线与 80386、 线和地址线的宽度都为32 32位 CPU和内存进行数 线和地址线的宽度都为32位，但CPU和内存进行数 据交换的外部数据总线为64 64位 据交换的外部数据总线为 64 位 ， 提高了读写存储 器的速度， 器的速度 ， 使得一个总线周期内的数据传输量提 高了一倍。例如，在主频66MHz时 内部64 66MHz 64位总线 高了一倍。例如，在主频66MHz时，内部64位总线 使 CPU 与内 存 可 一 次 传 送 8 个 字 节 数 据 ， 这 样 ， 528MB/S Pentium 传 送 数 据 的 速 度 达 528MB/S （ 8 字 节 66MHz MHz） 此外， Pentium还支持一种叫突发式 ×66MHz ） 。 此外 ， Pentium 还支持一种叫突发式 的总线周期，该模式可在一个总线周期内传送4 的总线周期，该模式可在一个总线周期内传送4个 64位数 位数。 64位数。
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指令，后者也称作分支目标缓冲器BTB（ 指令，后者也称作分支目标缓冲器BTB（Branch BTB Buffer），这是一个小的cache ），这是一个小的cache， Target Buffer），这是一个小的cache，它基于 转移指令，尤其是循环转移的固有特点， 转移指令，尤其是循环转移的固有特点，可以认 为在大多数情况下， 为在大多数情况下，当一条转移指令被再次执行 时，其成功与否及转移目标与上次相同。据此可 其成功与否及转移目标与上次相同。 构造动态的分支目标预测硬件。BTB是一种效果较 构造动态的分支目标预测硬件。BTB是一种效果较 好的硬件机制，统计表明BTB的容量较大时（ 好的硬件机制，统计表明BTB的容量较大时（如超 BTB的容量较大时 过256项）预测准确率可达90%。通过这种动态分 256项 预测准确率可达90%。 90% 支预测技术，不管是否产生转移， 支预测技术，不管是否产生转移，所需指令都在 执行前予取好。 执行前予取好。
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Pentium微处理器是 1993 年投入使用的， Pentium 微处理器是1993 年投入使用的 ， 微处理器是 1993年投入使用的 80X86系列保持完全兼容 采用0 系列保持完全兼容。 与80X86系列保持完全兼容。采用0.8微米的 Bi-CMOS技术 使芯片集成度达到310 技术， 310万个晶 Bi-CMOS技术，使芯片集成度达到310万个晶 体管。 全部引脚被封装在一个大型的237 237针 体管 。 全部引脚被封装在一个大型的 237 针 PGA中 时钟频率有60MHz、66MHz 75MHz 60MHz MHz、 MHz、 PGA中。时钟频率有60MHz、66MHz、75MHz、 90MHz 100MHz 120MHz 133MHz 150MHz MHz、 MHz、 MHz、 MHz、 90MHz 、 100MHz 、 120MHz 、 133MHz 、 150MHz 166MHz等多种，其中Pentium 66的运算速 MHz等多种 Pentium及166MHz等多种，其中Pentium-66的运算速 度为112MIPS。业内人士认为Pentium 112MIPS Pentium是一个 度为112MIPS。业内人士认为Pentium是一个 划时代的微处理器， 划时代的微处理器，它的性能已超过了原有 的工作站及超级小型机。 的工作站及超级小型机。