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解读微处理器及其微处理器功能

发布时间:2019-03-22 10:08

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  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多年间半导体技术经历了硅晶体管、

  、超大规模集成电路、甚大规模集成电路等几代,发展速度之快是其他产业所没有的。半导体技术对整个社会产生了广泛的影响,因此被称为“产业的种子”。中央处理器是指计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件,伴随着大规模集成电路技术的迅速发展,芯片集成密度越来越高,CPU可以集成在一个半导体芯片上,这种具有中央处理器功能的大规模集成电路器件,被统称为“微处理器”。需要注意的是:微处理器本身并不等于微型计算机,仅仅是微型计算机的中央处理器。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。

  根据微处理器的应用领域,微处理器大致可以分为三类:通用高性能微处理器、嵌入式微处理器和数字信号处理器、微控制器。一般而言,通用处理器追求高性能,它们用于运行通用软件,配备完备、复杂的操作系统;

  嵌入式微处理器强调处理特定应用问题的高性能,主要用于运行面向特定领域的专用程序,配备轻量级操作系统,主要用于蜂窝电话、CD播放机等消费类家电;微控制器价位相对较低,在微处理器市场上需求量最大,主要用于汽车、空调、自动机械等领域的自控设备。

  CPU是Central Processing Unit(中央微处理器)的缩写,它是计算机中最重要的一个部分,由运算器和控制器组成。如果把计算机比作人,那么CPU就是人的大脑。CPU的发展非常迅速,个人电脑从8088(XT)发展到PenTIum 4时代,只经过了二十一年的时间。

  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。

  算术逻辑单元算术逻辑单元ALU主要完成算术运算(+,-、TImes;、÷、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。

  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。[3]

  微型计算机的存储器用来存放当前正在使用的或经常使用的程序和数据。存储器按读、写方式分为随机存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器ROM(Read only Memory)。RAM也称为读/写存储器,工作过程中CPU可根据需要随时对其内容进行读或写操作。RAM是易失性存储器,即其内容在断电后会全部丢失,因而只能存放暂时性的程序和数据。ROM的内容只能读出不能写入,断电后其所存信息仍保留不变,是非易失性存储器。所以ROM常用来存放永久件的程序和数据。如初始导引程序、监控程序、操作系统中的基本输入、输出管理程序BIOS等。[3]

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