经过数十年的发展,PC架构已经形成了一个功能完备、性能强大的复杂体系,并且在全世界的桌面计算机市场占有了绝大部分市场,并且其性能和应用范围也在不断扩展。我国的军工和科研领域传统上更是大量使用各种档次的x86处理器。因此无论是从技术发展的角度还是国家技术安全的角度,实现自主知识产权的兼容x86架构的计算机系统都是意义重大的。上世纪90年代伴随IC设计技术和制造工艺发展而出现的SOC技术,降低了IC设计的门槛,进一步提高了IC的集成度和可靠性。SOC技术为实现自主知识产权x86兼容的计算机系统提供了一条捷径,因此基于x86处理器的SOC的系统架构的研究成为了一个重要的课题。本文深入研究了PC架构的内容和要求,对传统PC架构计算机的组织结构和具体实现进行了分析,在此基础上结合SOC技术和通用片上总线技术,提出了一种兼容PC架构并具有良好的IP复用性的SOC系统结构,该系统结构的设计以x86处理器为核心、以AMBA片上总线为基本互连体系,综合考虑了总线带宽,PC架构兼容性,IP设计复用性等多个方面要求,对SOC的互连、子系统的划分、软硬件多层次实现PC架构兼容性等方面的内容进行详细的研究和设计。在系统结构整体设计的同时,本文还针对所用x86处理器软核提出了一种优化指令执行流程的方法和一种片内兼容传统PCI设备的机制,增强了SOC的性能和兼容性。最后,在自主设计的验证平台上进行了SOC功能的基本测试和验证。