北京字典价格联盟

微处理器的基本内容

只看楼主 收藏 回复
  • - -
楼主
微处理器是什么?今天我们就一起来学习微处理器的知识。本文主要讲解的内容有微处理器简介和微处理器的内部结构和微处理器工作原理以及微处理器的组成这些内容。接下来就为大家讲解相关的知识。

微处理器

微处理器简介

微处理器用一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器与传统的中央处理器相比,具有体积小、重量轻和容易模块化等优点。微处理器的基本组成部分有:寄存器堆、运算器、时序控制电路,以及数据和地址总线。微处理器能完成取指令、执行指令,以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作,是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。

微处理器已经无处不在,无论是录像机、智能洗衣机、移动电话等家电产品,还是汽车引擎控制,以及数控机床、导弹精确制导等都要嵌入各类不同的微处理器。微处理器不仅是微型计算机的核心部件,也是各种数字化智能设备的关键部件。国际上的超高速巨型计算机、大型计算机等高端计算系统也都采用大量的通用高性能微处理器建造。

微处理器的内部结构

16位微处理器可分成两个部分,一部分是执行部件(EU),即执行指令的部分;另一部分是总线接口部件(BIU),与8086总线联系,执行从存储器取指令的操作。微处理器分成EU和BIU后,可使取指令和执行指令的操作重叠进行。EU部分有一个寄存器堆,由8个16位的寄存器组成,可用以存放数据、变址和堆栈指针、算术运算逻辑单元 (ALU)执行算术运算和逻辑操作,标志寄存器寄存这些操作结果的条件。执行部件中的这些部件是通过数据总线传送数据的。总线接口部件也有一个寄存器堆,其中CS、DS、SS和ES是存储空间分段的分段寄存器。IP是指令指针。内部通信寄存器也是暂时存放数据的寄存器。指令队列是把预先取来的指令流存放起来。总线接口部件还有一个地址加法器,把分段寄存器值和偏置值相加,取得20位的物理地址。数据和地址通过总线控制逻辑与外面的8086系统总线相联系。

微处理器工作原理

可用晶体管的数量对处理器性能有巨大影响。如上所述,在8088这样的处理器中,通常要花费15个时钟周期才能执行一条指令。由于乘法器的设计方式,在 8088上进行16位的乘法运算大约需要80个时钟周期。而晶体管越多,就越有可能在一个周期中执行更多的乘法运算。

晶体管数量的增多还使我们能够使用一种称为流水线的技术。在流水线式的体系结构中,指令的执行过程是相互重叠的。所以,虽然需要花费5个时钟周期来执行每条指令,但是可以同时执行5条指令的各个阶段。这样,表面看起来在每个时钟周期内即可执行完一条指令。

许多现代的处理器具有多个指令解码器,每一个都有自己的流水线。这样便存在多个指令流,也就是说每个时钟周期可以完成多条指令。但是这种技术实现起来非常复杂,因此需要使用大量的晶体管。

微处理器的组成

微处理器由算术逻辑单元(ALU,Arithmetic Logical Unit);累加器和通用寄存器组;程序计数器(也叫指令指标器);时序和控制逻辑部件;数据与地址锁存器/缓冲器;内部总线组成。其中运算器和控制器是其主要组成部分。[2]算术逻辑单元

算术逻辑单元ALU主要完成算术运算(+,-、×、÷、比较)和各种逻辑运算(与、或、非、异或、移位)等操作。ALU是组合电路,本身无寄存操作数的功能,因而必须有保存操作数的两个寄存器:暂存器TMP和累加器AC,累加器既向ALU提供操作数,又接收ALU的运算结果。

微处理器

寄存器阵列实际上相当于微处理器内部的RAM,它包括通用寄存器组和专用寄存器组两部分,通用寄存器(A,B,C,D)用来存放参加运算的数据、中间结果或地址。它们一般均可作为两个8位的寄存器来使用。处理器内部有了这些寄存器之后,就可避免频繁地访问存储器,可缩短指令长度和指令执行时间,提高机器的运行速度,也给编程带来方便。专用寄存器包括程序计数器PC、堆栈指示器SP和标志寄存器FR,它们的作用是固定的,用来存放地址或地址基值。其中:

A)程序计数器PC用来存放下一条要执行的指令地址,因而它控制着程序的执行顺序。在顺序执行指令的条件下,每取出指令的一个字节,PC的内容自动加1。当程序发生转移时,就必须把新的指令地址(目标地址)装入PC,这通常由转移指令来实现。

B)堆栈指示器SP用来存放栈顶地址。堆栈是存储器中的一个特定区域。它按“后进先出”方式工作,当新的数据压入堆栈时,栈中原存信息不变,只改变栈顶位置,当数据从栈弹出时,弹出的是栈顶位置的数据,弹出后自动调正栈顶位置。也就是说,数据在进行压栈、出栈操作时,总是在栈顶进行。堆栈一旦初始化(即确定了栈底在内存中的位置)后,SP的内容(即栈顶位置)使由CPU自动管理。

C)标志寄存器也称程序状态字(PSW)寄存器,用来存放算术、逻辑运算指令执行后的结果特征,如结果为0时,产生进位或溢出标志等。

定时与控制逻辑是微处理器的核心控制部件,负责对整个计算机进行控制、包括从存储器中取指令,分析指令(即指令译码)确定指令操作和操作数地址,取操作数,执行指令规定的操作,送运算结果到存储器或I/O端口等。它还向微机的其它各部件发出相应的控制信号,使CPU内、外各部件间协调工作。

内部总线用来连接微处理器的各功能部件并传送微处理器内部的数据和控制信号。

必须指出,微处理器本身并不能单独构成一个独立的工作系统,也不能独立地执行程序,必须配上存 储器、输入输出设备构成一个完整的微型计算机后才能独立工作。

以上就是微处理器的基础知识,主要讲解的内容有微处理器简介和微处理器的内部结构和微处理器工作原理以及微处理器的组成这些内容。希望能够帮助到广大的工程师朋友们!

浏览过《微处理器的基本内容》的人也浏览了以下;

什么是数字信号处理器?
http://.com/abc/5141

凌动处理器的概述
http://.com/abc/4006

DSP微处理器
http://.com/abc/3539

举报 | 1楼 回复

友情链接