【正文】 它采用分時(shí)復(fù)用的地址 /數(shù)據(jù)總線 ， 所以有一部分引腳具有雙重功能 ， 即在不同時(shí)鐘周期內(nèi) ，引腳的作用不同 。 作為通用寄存器使用； 在一些指令中，通常用它來(lái)存放數(shù)據(jù)，所以又稱為 數(shù)據(jù)寄存器 ； 在做雙字長(zhǎng)運(yùn)算時(shí)，將 DX和 AX組合在一起存放雙字長(zhǎng)數(shù)，用 DX存放高位字。段基址存放于 DS寄存器，段內(nèi)偏移地址存放于 SI、 DI或 BX寄存器 管理系統(tǒng)堆棧。 ? 用什么方法來(lái)擴(kuò)大呢？ ? 將正常管理的 64KB存儲(chǔ)空間定義為一個(gè) 段 ? 讓微處理器能夠管理多個(gè)這樣的段 ? 通過(guò)分段存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)， 8086/8088能夠管理 1MB的存儲(chǔ)空間。 （ 3）四個(gè)專用寄存器 地址指針寄存器 變址寄存器 （ 4）數(shù)據(jù)暫存寄存器 協(xié)助 ALU完成運(yùn)算，暫存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)。 （ 2）對(duì)指令進(jìn)行譯碼，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。 返回首頁(yè) SI DI BP SP DL DH CL CH BL BH AL AH 6 5 4 3 2 1 通用寄存器組 AX BX CX DX 外部總線 內(nèi)部暫存器 IP ES SS DS CS 運(yùn)算寄存器 ALU 標(biāo) 志 輸入輸出 控制電路 ∑ 執(zhí)行部分 控制電路 執(zhí)行部件（ EU） 總線接口部件 （ BIU） 內(nèi)部總線 地址加法器 16位 16位 20位 16位 8086CPU結(jié)構(gòu)圖 返回首頁(yè) 一、總線接口部件（ BIU） ：負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、 I／ O接口之間傳送信息。 8086/8088微處理器的浮點(diǎn)運(yùn)算能力和 I/O能力相對(duì)較弱，為了滿足用戶對(duì)高性能計(jì)算的要求， Intel公司還推出了兩款協(xié)處理器 —— 數(shù)值運(yùn)算協(xié)處理器 8087 和 I/O協(xié)處理器 8089。 = nm m + n 1 Δ t Δ Δ t t 則 返回首頁(yè) 由于流水線有 建立時(shí)間 和 排空時(shí)間 因此各功能段的 設(shè)備不可能 一直 處于 工作 狀態(tài) 流水線中各功能段的 利用率 3. 效率 mΔt 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 … … … … … … … … … … … … n1 n n1 n n1 n n1 n T時(shí)間 S空間 空間 S4 S3 S2 S1 (n1) Δt 返回首頁(yè) m(m + n 1) Δt = mnΔt 流水線各段處于工作時(shí)間的時(shí)空區(qū) 流水線中各段總的時(shí)空區(qū) 效率 = 3. 效率 mΔt 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 … … … … … … … … … … … … n1 n n1 n n1 n n1 n T時(shí)間 S空間 空間 S4 S3 S2 S1 (n1) Δt 流水線中各功能段的 利用率 返回首頁(yè) 五、流水線的多發(fā)技術(shù) 1. 超標(biāo)量技術(shù) ? 每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可 并發(fā)多條獨(dú)立指令 ? 不能調(diào)整 指令的 執(zhí)行順序 配置多個(gè)功能部件 通過(guò)編譯優(yōu)化技術(shù)，把可并行執(zhí)行的指令搭配起來(lái) IF ID EX WR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t 返回首頁(yè) 2. 超流水技術(shù) ? 在 一個(gè)時(shí)鐘周期 內(nèi) 再分段 （ 3 段） ? 不能調(diào)整 指令的 執(zhí)行順序 在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi) 一個(gè)功能部件使用多次 （ 3 次） 靠編譯程序解決優(yōu)化問(wèn)題 流水線速度是原來(lái)速度的 3 倍 IF ID EX WR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t 返回首頁(yè) 3. 超長(zhǎng)指令字 ? 采用 多個(gè)處理部件 具有 多個(gè)操作碼字段 的 超長(zhǎng)指令字 （可達(dá)幾百位） ? 由編譯程序 挖掘 出指令間 潛在 的 并行性 ， 將 多條 能 并行操作 的指令組合成 一條 IF ID EX WR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t 返回首頁(yè) 六、流水線結(jié)構(gòu) 1. 指令流水線結(jié)構(gòu) 完成一條指令分 7 段 ， 每段需一個(gè)時(shí)鐘周期 若 流水線不出現(xiàn)斷流 1 個(gè)時(shí)鐘周期出 1 結(jié)果 不采用流水技術(shù) 7 個(gè)時(shí)鐘周期出 1 結(jié)果 理想情況下， 7 級(jí)流水 的速度是不采用流水技術(shù)的 7 倍 地址形成部件 指令譯碼部件 取操作數(shù)部件 取指令部件 操作執(zhí)行部件 回寫結(jié)果部件 修改指令指針部件 鎖存 鎖存 鎖存 鎖存 鎖存 鎖存 返回首頁(yè) 2. 運(yùn)算流水線 完成 浮點(diǎn)加減 運(yùn)算 可分 對(duì)階 、 尾數(shù)求和 、 規(guī)格化 三段 分段原則 每段 操作時(shí)間 盡量 一致 鎖存器 對(duì)階功能部件 第一段 尾數(shù)加部件 鎖存器 第二段 規(guī)格化部件 鎖存器 第三段 返回首頁(yè) 80x86系列微處理器 8086是第一款 16位微處理器，問(wèn)世之初，市場(chǎng)上缺乏與之配套的外圍芯片，用 8086來(lái)構(gòu)建微型計(jì)算機(jī)成本很高。 t t Δ Δ 完成 n 條指令在等效的非流水線上共需 T ′= nm ?“軟硬件等價(jià)性原理” ?復(fù)雜指令的功能可以由基亍簡(jiǎn)單指令的子程序來(lái)完成 22:31:21 返回首頁(yè) 3. 3. 1 RISC產(chǎn)生的背景 ? 1975年， IBM 801 John Cocke ， 120條簡(jiǎn)單指令的計(jì)算機(jī) ?1981年， RISC I ?加州大學(xué)伯克利分校的 David Patterson ,31條指令 ?RISC:Reduced Instruction Set Computer 22:31:21 返回首頁(yè) 22:31:21 IBM的 John Cocke “圖靈獎(jiǎng)”獲得者 返回首頁(yè) 3. 3. 1 RISC產(chǎn)生的背景 ? RISC： 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) ?Reduced Instruction Set Computer ?采用簡(jiǎn)單的指令格式、尋址方式的計(jì)算機(jī) ?CISC：復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī) ?Complex Instruction Set Computer ?具有復(fù)雜的指令格式、尋址方式的計(jì)算機(jī) 22:31:21 返回首頁(yè) ? RISC 的主要特征 ?選用使用頻率較高的一些 簡(jiǎn)單指令 ,復(fù)雜指令的功能由簡(jiǎn)單指令來(lái)組合 ? 指令 固定長(zhǎng)度 ? 只有 LOAD / STORE 指令訪存 ? 流水技術(shù) ，一個(gè)時(shí)鐘周期完成一條指令 ? 組合邏輯 實(shí)現(xiàn)控制器 ? 多個(gè) 通用 寄存器 ? 采用 優(yōu)化 的 編譯 程序 22:31:21 返回首頁(yè) RISC和 CISC 的比較 1. RISC更能 充分利用 芯片 2. RISC 更能 提高計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度 指令數(shù)、指令格式、尋址方式少， 通用 寄存器多 ，采用 組合邏輯 ， 便于實(shí)現(xiàn) 指令流水 3. RISC 便于設(shè)計(jì) ，可 降低成本 ，提高 可靠性 4. RISC 有利于編譯程序代碼優(yōu)化 5. RISC 不易 實(shí)現(xiàn) 指令系統(tǒng)兼容 返回首頁(yè) 指 令 流 水 一、系統(tǒng)的并行性 時(shí)間上互相重疊 2. 并行性的等級(jí) 指令級(jí)（指令之間） 過(guò)程級(jí)（程序、進(jìn)程） 兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在 同一時(shí)刻 發(fā)生 兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在 同一時(shí)間段 發(fā)生 并行 1. 并行的概念 粗粒度 軟件實(shí)現(xiàn) 細(xì)粒度 硬件實(shí)現(xiàn) 并發(fā) 同時(shí) 返回首頁(yè) 取指令 3 執(zhí)行指令 3 二、指令流水原理 2. 指令的二級(jí)流水 1. 指令的串行執(zhí)行 取指令 取指令部件 完成 總有一個(gè)部件 空閑 指令預(yù)取 若 取指 和 執(zhí)行 階段時(shí)間上 完全重疊 指令周期 減半 速度提高 1 倍 … 執(zhí)行指令 執(zhí)行指令部件 完成 取指令 1 執(zhí)行 指令 1 取 指令 2 執(zhí)行 指令 2 取 指令 3 執(zhí)行指令 3 取指令 2 執(zhí)行指令 2 取指令 1 執(zhí)行指令 1 返回首頁(yè) 必須等 上條 指令執(zhí)行結(jié)束，才能確定 下條 指令的地址 造成時(shí)間損失 3. 影響指令流水效率加倍的因素 (1) 執(zhí)行時(shí)間 取指時(shí)間 (2) 條件轉(zhuǎn)移指令 對(duì)指令流水的影響 解決辦法 ？ 取指令 部件 指令部件 緩沖區(qū) 執(zhí)行指令 部件 猜測(cè)法 返回首頁(yè) 4. 指令的六級(jí)流水 六級(jí)流水 14 個(gè)時(shí)間單位 串行執(zhí)行 6 9 ＝ 54 時(shí)間單位 完成 一條指令 6 個(gè)時(shí)間單位 CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t 返回首頁(yè) 指令 1 與指令 4 沖突 指令 2 與指令 5 沖突 指令 指令 指令 6 沖突 …… CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t 三、影響指令流水性能的因素 1. 訪存沖突 解決辦法 ? 指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開 ? 指令預(yù)取技術(shù) （適用于訪存周期短的情況） 返回首頁(yè) 2. 相關(guān)問(wèn)題 程序的相近指令之間出現(xiàn)某種關(guān)聯(lián) 使指令流水出現(xiàn)停頓 影響流水線效率 (1) 控制相關(guān) WO EI FO CO DI WO EI FO DI FI FI DI FI CO FI FO CO DI FI WO EI FO CO DI FI DI FO EI WO EI FO CO FI DI CO WO DI FI CO FI 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 15 指令 16 1 2 3 4 5 6 7