42.3L1和L2 Cache的容量和速率 L1和L2 Cache的容量和工作速率对提高微机速度起 关键作用 ≯L1 Cache:一般在cPU内部,容量为几十KB。 机 L2 Cache:可在CPU内部或外部,一般为几百KB~几 MB 硬 L2 Cache对提高整数运算速度有显著作用。 被技 术 Registers L2 Cache cache RAM RAM RAM 基 (16KB) (256Kb (32MB) busses 7础 (PCI and ISA) System bus 第6页
第 6 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 4.2.3 L1和L2 Cache的容量和速率 L1和L2 Cache的容量和工作速率对提高微机速度起 关键作用。 ➢L1 Cache：一般在CPU内部，容量为几十KB。 ➢L2 Cache：可在CPU内部或外部，一般为几百KB~几 MB。 L2 Cache对提高整数运算速度有显著作用
424工作电压 CPU的工作电压:5V→33→1~2V 算x>早期CPU8086486时代的工作电压般为5V。标 机 准的TTL ( Transistor- Transistor Logic)数字电路工作 电压为5V 硬 >早期 Pentium CPU工作电压一般为3V左右。这是由于 被技 CPU的制造工艺提高,低电压工作可靠性有保障。 减小CPU功耗,减小发热量。CPU功耗与电源电 压的平方成正比。 基 节能。 7础 >笔记本专用的CPU和 Pentium4的工作电压一般为12 18V。 第7页
第 7 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 4.2.4 工作电压 CPU 的工作电压：5V → 3.3V → 1~2V ➢早期CPU(8086－486时代)的工作电压一般为5V。标 准的TTL (Transistor- Transistor Logic)数字电路工作 电压为5V。 ➢早期Pentium CPU工作电压一般为3V左右。这是由于： ▪ CPU的制造工艺提高，低电压工作可靠性有保障。 ▪ 减小CPU功耗，减小发热量。CPU功耗与电源电 压的平方成正比。 ▪ 节能。 ➢笔记本专用的CPU和Pentium4的工作电压一般为1.2 ~1.8V
4.2.5地址总线宽度、数据总线宽度 9>地址总线宽度 地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空 间,简单地说就是cPU到底能够使用多大容量的内存。 8608620位,最大存储器空间MB 机硬件技木 80286—24位,最大存储器空间16MB 80386——32位,最大存储器空间4GB f· Pentium pro-36位,最大存储器空间64GB >数据总线宽度 数据总线负责整个系统的数据流量的大小,而数据 基 总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输 入输出设备之间一次数据传输的信息量 数据总线宽度与CPU位宽可能不一致。 数据总线宽度与总线位宽可能不一致 第8页
第 8 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 4.2.5 地址总线宽度、数据总线宽度 ➢ 地址总线宽度 地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空 间，简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。 ▪ 8086——20位，最大存储器空间1MB。 ▪ 80286——24位，最大存储器空间16MB。 ▪ 80386——32位，最大存储器空间4GB。 ▪ Pentium Pro——36位，最大存储器空间64GB。 ➢ 数据总线宽度 数据总线负责整个系统的数据流量的大小，而数据 总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输 入/输出设备之间一次数据传输的信息量。 ▪ 数据总线宽度与CPU位宽可能不一致。 ▪ 数据总线宽度与总线位宽可能不一致
4.2.6制造工艺 >半导体材料工艺—目前均为CMOS工艺。 TL( Transistor- Transistor Logic)晶体管逻辑 计算机硬件技 NMOS(N- Channe!MoS)N沟道金属氧化物半导体 PMOS(P- Channe!MOS)P沟道金属氧化物半导体 CMOS(Complementary Metal Oxide Simeconductor) 互补金属氧化物半导体,CMOS工艺C功耗与频率成 正比,与电压的平方成正比。 +线—指芯片上的最基本功能单元的宽度,缩小线宽 、提高期技意B0P般使月用0603做米 7础>铜配线技术—以往芯片内部使用铝连线,现在普遍采 用导电特性更好的铜配线技术,可以提高CP的集成度 和工作频率 第9页
第 9 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 4.2.6 制造工艺 ➢ 半导体材料工艺——目前均为CMOS工艺。 ▪TTL(Transistor- Transistor Logic) 晶体管逻辑 ▪NMOS(N-Channel MOS) N沟道金属氧化物半导体 ▪PMOS(P-Channel MOS) P沟道金属氧化物半导体 ▪CMOS(Complementary Metal Oxide Simeconductor) 互补金属氧化物半导体，CMOS工艺IC功耗与频率成 正比，与电压的平方成正比。 ➢ 线宽——指芯片上的最基本功能单元的宽度，缩小线宽 可以提高集成度，Pentium CPU一般使用0.6~0.13微米 线宽，最新技术是0.09微米 ➢ 铜配线技术——以往芯片内部使用铝连线，现在普遍采 用导电特性更好的铜配线技术，可以提高CPU的集成度 和工作频率
4.3微处理器中所采用的新技术 4.3.1流水线与超标量结构 。非流水线指令的执行过程 计1)取指令:从内存读取这条指令 衣3)取操作数:从内存中读取执行该条指令所需的操作数 2)译码:将指令翻译成操作命令 4)执行指令:CPU指定部件实际执行这条指令; 5)回写:将执行的结果送回内存或寄存器中 件技木 取指令FI 译码D 取操作数FO执行指令E 回写W 一条指令必须在前一条指令的五个步骤执行完后才能执行 7础 下一条指令。 不一定所有指令都有五步 第10页
第 10 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 4.3 微处理器中所采用的新技术 4.3.1 流水线与超标量结构 非流水线指令的执行过程： 1) 取指令：从内存读取这条指令； 2) 译码：将指令翻译成操作命令； 3) 取操作数：从内存中读取执行该条指令所需的操作数； 4) 执行指令：CPU指定部件实际执行这条指令； 5) 回写：将执行的结果送回内存或寄存器中。 一条指令必须在前一条指令的五个步骤执行完后才能执行 下一条指令。 不一定所有指令都有五步。 取指令FI 译码D 取操作数FO 执行指令E 回写W