微型計(jì)算機(jī)中的先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)(已修改)
2025-05-31 04:18 本頁(yè)面
【正文】 第 1頁(yè) 電氣工程學(xué)院 第三節(jié) 微型計(jì)算機(jī)中的先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù) 一 、 中斷技術(shù) 中斷的主要內(nèi)容將在 第六章 介紹。這里先簡(jiǎn)略介紹與中斷有關(guān)的幾個(gè)概念： 中斷？ 中斷源？ 中斷優(yōu)先級(jí)？ 中斷嵌套？ 計(jì)算機(jī)暫停（或稱為掛起）正在執(zhí)行的程序 轉(zhuǎn)去處理隨機(jī)事件，隨機(jī)事件處理完畢后，再恢復(fù) 執(zhí)行原來(lái)的程序的過(guò)程稱為中斷。 掌握 : 每一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)解決什么問(wèn)題 第 2頁(yè) 電氣工程學(xué)院 ？ 目的：提高實(shí)時(shí)性、實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)操作 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，一個(gè) CPU要處理若干事務(wù)： 這就要求采用中斷技術(shù)，才能作到 面面俱到 而又不誤 突發(fā)事件 的處理時(shí)機(jī)。 計(jì)算機(jī)用于測(cè)控領(lǐng)域，必然涉及中斷。 從程序執(zhí)行的角度看： CPU正在執(zhí)行的當(dāng)前程序被打斷，轉(zhuǎn)而執(zhí)行 為中斷源服務(wù)的所謂“中斷服務(wù)程序”（ ISR： Interrupt Service Routine）。 這一 過(guò)程稱為中斷。 通過(guò) 中斷引腳 產(chǎn)生的中斷，稱為 外中斷 或 硬中斷。 ？ 產(chǎn)生中斷請(qǐng)求的源稱為中斷源。 ？ 按中斷源的輕重緩急來(lái)確定 CPU響應(yīng)中斷的先后次序 ？ CPU在執(zhí)行中斷服務(wù)程序的過(guò)程中，被高優(yōu)先級(jí)的中斷源中斷，又轉(zhuǎn)入 另一個(gè)中斷服務(wù)程序的操作，叫 中斷嵌套 。 數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算，顯示，處理突發(fā)事件，通信，打印 …… 重點(diǎn) 下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例 解釋這幾個(gè)概念 第 3頁(yè) 電氣工程學(xué)院 CPU INTR NMI 中 斷 控 制 器 IR1 IR2 IR3 IR4 IR5 IR6 IR7 IR8 同時(shí)請(qǐng)求中斷（ 1） 中斷請(qǐng)求（ 2） 中斷請(qǐng)求（ 3） 主程序 IR3 中斷服務(wù) 程序 IR1 中斷服務(wù) 程序 NMI 中斷服務(wù) 程序 IR4 中斷服務(wù) 程序 加在 MNI引腳上的中斷 的優(yōu)先級(jí)別高于加在 INTR引腳上的中斷 對(duì)于 INTR引腳而言， IR1最高， IR8最低 *外設(shè)發(fā)出中斷請(qǐng)求的順序 （ 1）（ 2）（ 3）。 *CPU響應(yīng)某一中斷源的中斷請(qǐng)求，則轉(zhuǎn)入該中斷源對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序 第 4頁(yè) 電氣工程學(xué)院 外中斷 與 調(diào)用子程序 的區(qū)別 INTR 中斷源 當(dāng) 前 程 序 *外設(shè)隨機(jī)誘發(fā)中斷， 轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序 *硬、軟件配合尋找 入口地址 *尋找入口地址是中斷 技術(shù)的關(guān)鍵 中斷 服務(wù) 程序 當(dāng)前程序 ： CALL SUBR ： ： 子 程 序 SUBR *由 CALL指令引起 轉(zhuǎn)入子程序 *預(yù)知何時(shí)轉(zhuǎn)入子程序 *入口地址直接從 CALL指令中取得 第 5頁(yè) 電氣工程學(xué)院 二、流水線技術(shù) 目的：提高指令執(zhí)行速度 分 裝發(fā)動(dòng)機(jī) 2 裝外殼 1 （空閑） 先看一個(gè)例子： 設(shè)小轎車由三個(gè)步驟組裝完成： 裝發(fā)動(dòng)機(jī) ， 裝外殼 ，裝輪子 ，每個(gè)步驟 需要 一分鐘 ?？梢杂?兩種 組裝方式： 1. 裝發(fā)動(dòng)機(jī) —裝外殼 —裝輪子 —出車 這種情況每三分鐘出一輛轎車 2．設(shè)立 三個(gè)獨(dú)立的小組 ，分別完成裝發(fā)動(dòng)機(jī)、裝外殼、裝輪子， 采用如下流程： 三分鐘出第一輛，之后一分鐘出一輛 裝發(fā)動(dòng)機(jī) 1 （空閑） （空閑） 0 1 2 3 4 5 6 裝發(fā)動(dòng)機(jī) 3 裝外殼 2 裝輪子 1 出車 1 裝發(fā)動(dòng)機(jī) 4 裝外殼 3 裝輪子 2 出車 2 裝發(fā)動(dòng)機(jī) 5 裝外殼 4 裝輪子 3 出車 3 裝發(fā)動(dòng)機(jī) 6 裝外殼 5 裝輪子 4 出車 4 … … … … 甲 乙 丙 第 6頁(yè) 電氣工程學(xué)院 **超流水線 ：一條流水線的深度在 5~6級(jí)以上，稱為超流水線。 80486采用 6級(jí)流水線 **超標(biāo)量 ： 兩條以上的流水線 如：取指令 ——譯碼、形成地址 ——取數(shù) ——執(zhí)行， 由專用部件分別完成這四個(gè)步驟，各步驟并行操作。每條指令所需時(shí)間 不變，而總體上加快了指令流的速度 流水線（ Pipeline）技術(shù)是一種將一條指令的執(zhí)行過(guò)程分解為多個(gè) 步驟，并讓幾條指令的不同步驟操作在時(shí)間上重疊，從而實(shí)現(xiàn)幾條指令 并行處理，提高程序運(yùn)行速度的技術(shù)。每一個(gè)步驟均由一個(gè)獨(dú)立的電路 來(lái)完成，若干個(gè)完成不同操作步驟的電路組成了指令流水線。 第 7頁(yè) 電氣工程學(xué)院 三 、 亂序執(zhí)行技術(shù) 目的：進(jìn)一步提高程序執(zhí)行速度 所謂亂序執(zhí)行 （ Out of Order Execution） 技術(shù)就是允許指令按照 不同于程序中指定的順序 發(fā)送給執(zhí)行部件 ， 從而加速程序執(zhí)行過(guò)程的一種最新技術(shù) 。 它本質(zhì)上是按 數(shù)據(jù)流 驅(qū)動(dòng)原理工作的 （ 傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)都是按 指令流 驅(qū)動(dòng)原理工作的 ） ， 根據(jù)操作數(shù)是否準(zhǔn)備好 來(lái)決定一條指令是否立即執(zhí)行 。 不能立即執(zhí)行的指令先擱置一邊 ， 而把能立即執(zhí)行的后續(xù)指令提前執(zhí)行 。 四 、 推測(cè)執(zhí)行技術(shù) 目的：提高整個(gè)計(jì)算機(jī)的執(zhí)行速度 推測(cè)執(zhí)行技術(shù) （ 或稱為
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