18、英特尔奔腾处理器与Atmel AVR微控制器深度解析

英特尔奔腾处理器与Atmel AVR微控制器深度解析

1. 英特尔奔腾处理器概述

英特尔奔腾处理器是全球知名且畅销的CPU芯片系列。由于有效的市场推广以及先前类似芯片（如x86系列）的成功，奔腾处理器（包括第三方克隆版）已成为基于Windows和Linux系统计算机的首选CPU芯片。

1.1 内存组织与使用

1.1.1 内存管理

奔腾处理器内存最简单的组织形式是32位扁平地址空间。每个可能的寄存器模式都代表内存中的一个字节位置。对于更大的数据模式，可占用两个或更多相邻字节位置。这种方式速度快，但存在安全弱点，任何内存地址都可能被篡改，因此仅用于控制器芯片等需要快速执行单一任务的应用。

在保护模式下，有额外硬件防止程序篡改。从8088继承的段寄存器（如CS、DS等）提供了解决方案。奔腾处理器中段寄存器的解释有所不同，16位中的2位表示保护级别，另外14位扩展32位地址，形成46位虚拟或逻辑地址，可访问超过4GB的地址空间，并标记部分内存区域对特定程序不可访问，保护私有数据。

这些46位地址需转换为32位物理地址才能通过内存总线访问，此任务由分页硬件完成。奔腾处理器包含页表项目录作为转换系统。分段和/或分页硬件可独立启用或禁用，用户（通常是操作系统编写者）可针对特定应用调整性能。

1.2 性能问题

1.2.1 流水线技术

流水线是提高芯片性能的现代标准技术。尽管奔腾处理器的指令集不太适合流水线技术，但仍广泛应用。在奔腾之前，英特尔80486就已采用五级指令执行流水线：
- 取指（Fetch） ：将指令取