第五章 设计参数 (第2/2页)

要工作是做电路板公司以及存储器公司等这方面的调查报告。”

    在给埃里克吩咐了工作后，就把他给送出了大门，现在张亿诚想集中精力工作免受任何的打扰。

    张亿诚设计的芯片采用流水线设计，这种设计方法目前还没有出现，那么这将是张亿诚后面如果自己的芯片出师不利，将也会采取限制别人的第一步，那就是专利战。

    为了优良的性能和安全，张亿诚将采用的流水线设计分为用户模式和专用模式2种工作模式，而寄存器也分为2种，通用寄存器和特殊寄存器，为此而专门设计了16个寄存器，在用户模式下，指令只能访问12个通用寄存器，而专用模式可以多全部的16个寄存器自愿进行访问，从用户模式近入专用模式的钥匙就是中断和例外。

    中断对于流水线的数据通道而言，只有两种情况，一类是执行的指令代码不合法，需要转入中断服务程序，另外一类是例外或者中断指令，例如系统启动、硬件中断和中断返回等。

    在张亿诚的设计中指令的执行过程被划分为3个步骤：取指令、译码和执行，为什么这样设计，首先让大家看下比如有3条指令输入计算机是123，123，123，那么采用了流水线后，执行的情况首先取值1然后译码到2的位置，这个时候第二条指令正好进入取值环节，当指令1进入到执行的阶段的时候，那么第二条指令正好是译码阶段而第三条指令处于取值阶段，这样处理器内部将全速运行，这个时候处理器的执行效率最高，这也是在不增加计算机频率上就可以增加计算机的性能的一项技术。

    而这个时候的8086还在读一条指令执行完在读下一条指令的原始阶段。为什么张亿诚不采用4级5级甚至8级9级流水线，不是他目前不想设计，而是流水线越多，结构将越复杂，以现在的工艺做出的成品，张亿诚估计良品率可能不会超过10%，次品如此之多的后果将是售价的提高，造成竞争力的急剧减弱，对于张亿诚这种想快速大面积推向个人计算机市场来说会非常不利。

    张亿诚挑灯夜战在努力的做着他的工作，“呼，前面的步骤终于差不多了，那么接下来让我开始总线的架构设计。”张亿诚自言自语的说道。

    总线是处理器的内部的数据、地址以及控制信号的传输通道，同时也是外部交流的接口，因此，处理器总线的设计对处理器的性能有着非常重要的影响。这就好比如果一个城市没有宽敞畅通且快速的大马路，和有宽阔大马路甚至高速比较，如果你想从城东到城西办事，你觉的那个更快捷。

    张亿诚把片外的总线分为3部分数据总线、地址总线和控制总线，采用3总线并行结构。数据总线为16位的双向总线，用于外部程序存储器或者数据存储器读取指令或者数据和对外数据存储器进行写cao作的通道，对只读存储器和对随机存储器的读和写是分时复用。地址总线也是16位，可以寻址的空间为64K，程序计数器是个16位的地址寄存器，用来存放要访问的程序存储器的地址，子程序计数器也是一个16位的地址寄存器，在子程序调用或者执行中断程序的时候来代替程序寄存器的功能。外部的控制总线将由访问存储器的读、写和准备等信号组成，主要读写外部存储器和I/O设备（input/output的缩写，比如键盘是输入设备打印机是输出设备）。

    完成了外部总线设计的张亿诚又开始了下一步片内总线的设计，这一次张亿诚思考了一会，因为这牵扯到2种总线结构，冯诺依曼体系和哈佛体系，自然哈佛体系对计算机的性能的提升有很大帮助但是也将会造成工艺的复杂对成本控制不利，哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的cao作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度。而冯·诺伊曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，英特尔的8086就是这种结构，张亿诚仔细的想了想为了以后设计的连贯性最终还是决定使用哈佛体系的存储器结构。