【正文】 tions per second! 微處理器 微處理器是建在一塊芯片上的一個計算器， 1971年因特爾公司推出世界上第一款微處理器 Intel4004。 IBM公司運用這塊芯片推出了個人電腦，電腦發(fā)展經(jīng)歷了 808 8028 8038 8048奔騰、奔騰 II、奔騰 III、奔騰 4，所有這些微處理都是因特爾公司生產(chǎn)的，它們都是在 8088的設(shè)計基礎(chǔ)上開發(fā)的，奔騰 4能執(zhí)行 8088上的任一套指令，但是它比 8088快 5000倍。 微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：微處理器執(zhí)行告訴處理器該做什么的一系列的機(jī)器指令，在這個指令的基礎(chǔ)上，微處理器完成 3個基本的功能： 微處理器用它的算術(shù)邏輯單元，能夠完成像加減乘除這一系列算術(shù)操作，現(xiàn)在的微處理器包含有完整的浮點處理器，它們能夠完成非常復(fù)雜的浮點數(shù)的操作。我們假定這兒的位置和數(shù)據(jù)總線均為 8位寬。 數(shù)據(jù)邏輯單元可能和 8 位的加法器一樣簡單，或者它可能會做加、減、乘和除 8位數(shù)值，我們假定這兒屬于后者。 雖然這些圖表上沒有顯示這些結(jié)構(gòu)，但是信息譯碼里將有控制線做以下事情： 告訴 A記錄器鎖定當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上的數(shù)值 告訴 B記錄器鎖定當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上的數(shù)值 告訴 C記錄器鎖定當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上的數(shù)值 告訴編碼計算器鎖定當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上的數(shù)值 告訴位地址記錄器鎖定當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上的數(shù)值 告訴信息記錄器 鎖定當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上的數(shù)值 告訴編碼計算器增加數(shù)值 告訴編碼計算器重新設(shè)置到零 激活 6個三態(tài)緩沖器中的任意一個 告訴算術(shù)邏輯單元該執(zhí)行什么指令 1告訴檢測記錄器鎖定算術(shù)邏輯單元的檢測結(jié)果 1激活 RD線 1激活 WR 線 進(jìn)入信息譯碼器的是那些檢測記錄器，時鐘流水線以及信息記錄器里面的二進(jìn)制數(shù)字行大約十億條指令。 ROM代表只讀存貯器。 RAM 芯片的一個問 題就是當(dāng)斷掉電源時，它上面的一切信息就不會保存下來那就是計算機(jī)需要 ROM的原因。扇區(qū)是另一個小程序， BIOS從磁盤上讀取后把它存入 RAM微處理器，然后開始從 RAM上執(zhí)行引導(dǎo)程序扇區(qū)的指令。其中的每一個都有不同的意思當(dāng)被載入信息記錄器時人類特別不善于記住二進(jìn)字符，這些詞語被叫做處理的匯編語言。這些數(shù)字就叫做操作碼，這個指令譯碼器需要將每一個 Opcodes 變成一套指令。 把 ALU操作看到加的位置上。 隨著晶體管的增加，計算能力更強(qiáng)的乘法器具有單一周期的能力，更多的晶體管也考慮到一個叫做流水線技術(shù)，在一個流水線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，有些指令執(zhí)行要重疊，因此盡管可能花 5個時鐘周期來執(zhí)行一個指令。 在處理器設(shè)計過程中已趨向于 32bit算術(shù)邏輯單元。 。所有這些趨向推動了晶體數(shù)，促成了數(shù)百萬今天可用的晶體群。 許多現(xiàn)代的處理器有多個指令解碼器，每一個都有自己的流水線。 在第三個時鐘周期，編碼的數(shù)量在遞增， C理論上說，這可能與第二個時鐘周期重疊每一個指令都會像那些以適當(dāng)順序偽造的微處理一樣作為結(jié)果指令出故障，有些指令，像 ADD命令，可能花二、三個時鐘周期，另外的可能要花五、六個時鐘周期。 在第一個時鐘周期中，我們需要準(zhǔn)確的讀取指令，因此指令解碼器需要為簡碼計數(shù)器激活三態(tài)緩沖器，激活 RD線，激活三態(tài)緩沖器里的數(shù)據(jù)線把指令鎖定在指令記錄器。如果你用 C語言編程、 C編譯程序?qū)?C編碼譯成匯編語言。在那兒，微處理器然后執(zhí)行等等，這就是微處理器讀取和執(zhí)行的整個操作系統(tǒng)。在 PC機(jī)上， ROM被叫做 BI0S（基本輸入 /輸出系統(tǒng)）當(dāng)微處理器開始運行時，它就開始執(zhí)行它在 BIOS 中找到的指令。當(dāng) RD線變化狀態(tài)時， ROM芯片就會把被選擇的字節(jié)呈現(xiàn)到數(shù)據(jù)總線上去。讀、寫一般說來都與隨機(jī)存貯及只讀存貯有關(guān)。 圖 表中 6個標(biāo)注了“ 3— State”的方框，這些是三態(tài)緩沖器，它能傳遞 a 1 ， a 0 或者它能基本上斷開它信息的輸出，它允許多個信息輸出，連接到電源線，但是他們中只有一個能準(zhǔn)確驅(qū)動 a 1 或 a 0 到流水線上去。 位置鎖恰好記錄器 A， B和 C。 微處理器能做出決定，并且在那些決定的基礎(chǔ)上發(fā)出一系列新的指令。 （表格 2） 名 稱 時間 晶體管數(shù)量 微 米 時鐘頻率 數(shù)據(jù)位寬 MIPS[3] 8080 1974 6,000 6 2 MHz 8 位 8088 1979 29,000 3 5 MHz 16位 8位總線 80286 1982 134,000 6 MHz 16位 1 80386 1985 275,000 16 MHz 32位 5 80486 1989 1,200,000 1 25 MHz 32位 20 奔騰 1993 3,100,000 60 MHz 32位 64位總線 100 奔騰 II 1997 7,500,000 233 MHz 32位 64位總線 ~300 奔騰III 1999 9,500,000 450 MHz 32位 64位總線 ~510 奔騰 4 2020 42,000,000 GHz 32位 64位總線 ~1,700 從這個表中，大體可以看出時鐘頻率和 MIPS之間存在一定的關(guān)系，最大的時鐘頻率是生產(chǎn)進(jìn)程的一個函數(shù)，并且它在芯片內(nèi)會延遲，晶體管和 MIPS之間有一定的關(guān)系，例如 8088在 5兆赫茲時就運行一次，但只是以 來執(zhí)行（大于每 15時鐘周期執(zhí)行一條指令）。在 Intel 4004之前，工程師利用芯片或其他零部件開發(fā)計算機(jī)，從此揭開了微型計算機(jī)發(fā)展的序幕。 Intel4004功能不齊全，它只能做加減，并且一次只能處理 4位，但令人吃驚的是一切都在一塊芯片上。 從以下表格我們可以看出因特爾公司近幾年來所生產(chǎn)的各種處理器。 微處理器能把數(shù)據(jù)從一個存儲單元移到另一個存儲單元。下面是這個簡單微處理器的結(jié)構(gòu)表：（圖表 ） 圖表 記錄器 A， B和 C 都是構(gòu)成觸 發(fā)器的簡單的鎖存器。 檢測記錄器是一個特殊的鎖，它能夠把經(jīng)過比較的數(shù)值鎖在算術(shù)邏輯單元里，算術(shù)邏輯單元就能正常的比較兩個數(shù)字，并判斷他們是否相等，是否一個大于另一個等，檢測記錄器也能正常鎖住一個階段加法的進(jìn)位位，它把這些數(shù)值儲存在觸發(fā)器上，然后信息譯碼器能用這些數(shù)值來做出判斷。 隨機(jī)存貯器、只讀存貯器、位址和數(shù)據(jù)總線。 ROM芯片是用來永久性收集預(yù)置字節(jié)的位總線告訴ROM芯片取哪個字節(jié)及放在哪條數(shù)據(jù)總線上。 順便說一下，幾乎所有的計算機(jī)都包括一定量的 ROM（開發(fā)一個不包含RAM 的簡單電腦是可能的 —— 許多微控制器通過在處理器芯片本身上面放少量RAM字節(jié)就可以完成， —— 但一般說來，一個不包含 ROM的電腦是不可能的）。引導(dǎo)程序?qū)⒏嬖V微處理器到硬盤上去讀取一些別的信息存貯到 RAM。匯編器能非常容易地把這些詞語翻譯成它們的字符，然后，匯編器的輸出就被放在存貯器里供 微處理器執(zhí)行。它們的驅(qū)動微處器內(nèi)部的不同部件，咱們用 ADD指令做例子來看看需要做的一切。 把 ALU的輸出鎖進(jìn) C寄存器。但可能有 5個不同的進(jìn)程的指令在同時執(zhí)行，那樣看起來好像一個指令完成每一個時鐘周期。帶有快速 浮點處理器及各種指令的流水線，也趨向于特殊的指令，使某種操作特別有效，也有附有實質(zhì)存貯的硬件及常于處理器芯片處的