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Intel处理器架构计算机科学与工程学院主讲：逄焕利英特尔处理器架构本课程是软件工程专业本科生必修的一门专业课。前导课：数字电路与逻辑设计、计算机组成原理、计算机系统结构、操作系统等。为进一步学习和研究分布式系统、大规模并行处理系统、多核程序设计等打下坚实的基础。系统学习英特尔微处理器结构、原理、基本性能，及构成现代微处理器的硬件组成和核心架构。切实掌握英特尔微处理器硬件技术特征、功能组成、实现技术，把握现代处理器的设计思想和发展方向。深入了解英特尔微处理器的新发展、新技术，了解新技术如何提高处理器及计算机系统的性能，学会系统科学地分析和研究计算机硬软件系统，提高认知能力和创新能力。教学目的参考资料Intel处理器产品：查询：计算机分类、发展与应用微型计算机属于第四代电子计算机产品。一般主机按体积、性能和价格分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类。起初，中央处理器CPU的运算器和控制器集成在一片集成电路芯片上，称为微处理器MPU。微处理器是微机系统的核心部分，自70年代初出现第一片微处理器芯片以来，微处理器的性能和集成度几乎每两年翻一番，其发展速度大大超过了前几代计算机。1.1计算机分类、发展与应用微处理器的发展发展阶段大致时间采用的技术典型速度11946-1957真空管4万次/秒21958-1964晶体管20万次/秒31965-1971SSI(100)MSI(100-1000)100万次/秒41972-1977LSI(1000-10万)1000万次/秒51978-1991VLSI(10万-1000万)1亿次/秒61991-ULSI(1000万以上)10亿次/秒1.1计算机分类、发展与应用微处理器的发展（32位）时间型号晶体管(万)制造工艺备注198580386DX27.51989804861201µm1993Pentium0.5/0.35µm1996PentiumMMX带有MMX技术1997PentiumⅡ7500.35µm双重独立总线L2Cache98-99至强Xeon0.25µm支持8个CPU1999PentiumⅢ9500.25µmL1Cache32KBL2512KB2000PentiumⅣ42000.18µm超流水线2005PentiumD基于双核技术1.1计算机分类、发展与应用微处理器厂商Intel公司AMD公司IBM公司(如PowerPC系列和Power系列)Apple公司(如PowerPC系列)Motorola公司(如MC68系列)SUN公司(SPARC系列,仅作设计)MIPS公司(如R系列RISC处理器)HP公司(如PA系列RISC处理器)DEC公司(Alpha系列)1.1计算机分类、发展与应用完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件是基础，软件是灵魂。1.2计算机的基本组成计算机基本组成计算机硬件组成运算器——完成算数、逻辑运算控制器——控制指令执行存储器——存放程序和数据输入/输出设备——输入、输出总线——设备互联1.2计算机的基本组成计算机软件系统软件——用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能。应用软件——用户为解决某种应用问题而编制的程序。1.2计算机的基本组成硬件与软件的逻辑等价性软件硬化硬件软化软件固化——固件1.2计算机的基本组成计算机系统的层次结构1.3计算机系统的概念逻辑部件级(硬件逻辑部件)微程序级(微程序控制器)传统机器级(指令系统)操作系统级(操作系统)语言处理程序(解释、编译)应用程序(软件资源)用户程序级(用户程序)系统分析级(数学模型、算法)硬件部分硬、软件界面软件部分结构、组成、实现的定义与内涵计算机系统结构——指的是传统机器级的系统结构。研究软、硬件之间的功能分配以及对传统机器级界面的界定，提供机器语言、汇编语言设计者或编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在机器上正确运行应看到和遵循的计算机属性。1.3计算机系统的概念结构、组成、实现的定义与内涵计算机组成——指的是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计。计算机组成要解决的问题是在所希望达到的性能和价格下，怎样更好、更合理地把各种设备和部件组成计算机，来实现所确定的系统结构。计算机实现——指的是计算机组成的物理实现。计算机实现着眼于器件技术和微组装技术。1.3计算机系统的概念计算机体系结构分类1966年，Flynn(弗林)从计算机系体结构的并行性出发，根据指令流和数据流的不同组织方式，对计算机系统的结构进行分类：单指令流单数据流(SingleInstructionstreamSingleDatastream,SISD)单指令流多数据流(SingleInstructionstreamMultipleDatastream,SISD)多指令流单数据流(MultipleInstructionstreamSingleDatastream,SISD)多指令流多数据流(MultipleInstructionstreamMultipleDatastream,SISD)1.3计算机系统的概念SISD传统的顺序执行的计算机，同一时刻只能执行一条指令。1.3计算机系统的概念CU控制部件PU处理部件MM主存模块CS控制流DS数据流IS指令流SM共享主存SIMD并行结构计算机，一条指令可同时对多个数据进行运算。典型代表：阵列处理机、向量处理机1.3计算机系统的概念SIMD1.3计算机系统的概念具有分布式存储器的并行处理机结构形式互连网络ICNPE0PE1PEM0PEM1PEMN-1PEN-1CUCUMI/O接口D管理处理机SC控制数据总线控制……控制总线后端处理机SIMD1.3计算机系统的概念具有集中式共享主存的并行处理机结构形式PE0PE1PEN-1ICNMM0MM1I/O-CHI/OSMCUSCMMK-1……控制控制…MISD基本没有。1.3计算机系统的概念MIMD并行结构计算机，多处理单元根据不同的控制流程执行不同的操作，处理不同的数据。每个处理器都可单独编程。1.3计算机系统的概念MIMD代表：多处理机和机群系统。1.3计算机系统的概念