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解讀微處理器及其微處理器功能

作者: 時間:2018-07-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模組成的中央。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201807/383642.htm

能完成取指令、執(zhí)行指令,以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作,是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計(jì)算機(jī)。

什么是

微處理器與傳統(tǒng)的中央處理器相比,具有體積小、重量輕和容易模塊化等優(yōu)點(diǎn)。微處理器的基本組成部分有:寄存器堆、運(yùn)算器、時序控制電路,以及數(shù)據(jù)和地址總線。

自從人類1947年發(fā)明晶體管以來,50多年間半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)歷了硅晶體管、、超大規(guī)模、甚大規(guī)模集成電路等幾代,發(fā)展速度之快是其他產(chǎn)業(yè)所沒有的。半導(dǎo)體技術(shù)對整個社會產(chǎn)生了廣泛的影響,因此被稱為“產(chǎn)業(yè)的種子”。中央處理器是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對處理過程進(jìn)行控制的部件,伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,芯片集成密度越來越高,CPU可以集成在一個半導(dǎo)體芯片上,這種具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件,被統(tǒng)稱為“微處理器”。需要注意的是:微處理器本身并不等于微型計(jì)算機(jī),僅僅是微型計(jì)算機(jī)的中央處理器。

微處理器已經(jīng)無處不在,無論是錄像機(jī)、智能洗衣機(jī)、移動電話等家電產(chǎn)品,還是汽車引擎控制,以及數(shù)控機(jī)床、導(dǎo)彈精確制導(dǎo)等都要嵌入各類不同的微處理器。微處理器不僅是微型計(jì)算機(jī)的核心部件,也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)鍵部件。國際上的超高速巨型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)等高端計(jì)算系統(tǒng)也都采用大量的通用高性能微處理器建造。


微處理器具有什么功能

根據(jù)微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域,微處理器大致可以分為三類:通用高性能微處理器、嵌入式微處理器和數(shù)字信號處理器、微控制器。一般而言,通用處理器追求高性能,它們用于運(yùn)行通用軟件,配備完備、復(fù)雜的操作系統(tǒng);

嵌入式微處理器強(qiáng)調(diào)處理特定應(yīng)用問題的高性能,主要用于運(yùn)行面向特定領(lǐng)域的專用程序,配備輕量級操作系統(tǒng),主要用于蜂窩電話、CD播放機(jī)等消費(fèi)類家電;微控制器價位相對較低,在微處理器市場上需求量最大,主要用于汽車、空調(diào)、自動機(jī)械等領(lǐng)域的自控設(shè)備。

CPU是Central Processing Unit(中央微處理器)的縮寫,它是計(jì)算機(jī)中最重要的一個部分,由運(yùn)算器和控制器組成。如果把計(jì)算機(jī)比作人,那么CPU就是人的大腦。CPU的發(fā)展非常迅速,個人電腦從8088(XT)發(fā)展到PenTIum 4時代,只經(jīng)過了二十一年的時間。

微處理器由算術(shù)邏輯單元(ALU,ArithmeTIc Logical Unit);累加器和通用寄存器組;程序計(jì)數(shù)器(也叫指令指標(biāo)器);時序和控制邏輯部件;數(shù)據(jù)與地址鎖存器/緩沖器;內(nèi)部總線組成。其中運(yùn)算器和控制器是其主要組成部分。

算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元ALU主要完成算術(shù)運(yùn)算(+,-、TImes;、÷、比較)和各種邏輯運(yùn)算(與、或、非、異或、移位)等操作。ALU是組合電路,本身無寄存操作數(shù)的功能,因而必須有保存操作數(shù)的兩個寄存器:暫存器TMP和累加器AC,累加器既向ALU提供操作數(shù),又接收ALU的運(yùn)算結(jié)果。

寄存器陣列實(shí)際上相當(dāng)于微處理器內(nèi)部的RAM,它包括通用寄存器組和專用寄存器組兩部分,通用寄存器(A,B,C,D)用來存放參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果或地址。它們一般均可作為兩個8位的寄存器來使用。

處理器內(nèi)部有了這些寄存器之后,就可避免頻繁地訪問存儲器,可縮短指令長度和指令執(zhí)行時間,提高機(jī)器的運(yùn)行速度,也給編程帶來方便。專用寄存器包括程序計(jì)數(shù)器PC、堆棧指示器SP和標(biāo)志寄存器FR,它們的作用是固定的,用來存放地址或地址基值。其中:


A)程序計(jì)數(shù)器PC用來存放下一條要執(zhí)行的指令地址,因而它控制著程序的執(zhí)行順序。在順序執(zhí)行指令的條件下,每取出指令的一個字節(jié),PC的內(nèi)容自動加1。當(dāng)程序發(fā)生轉(zhuǎn)移時,就必須把新的指令地址(目標(biāo)地址)裝入PC,這通常由轉(zhuǎn)移指令來實(shí)現(xiàn)。

B)堆棧指示器SP用來存放棧頂?shù)刂?。堆棧是存儲器中的一個特定區(qū)域。它按“后進(jìn)先出”方式工作,當(dāng)新的數(shù)據(jù)壓入堆棧時,棧中原存信息不變,只改變棧頂位置,當(dāng)數(shù)據(jù)從棧彈出時,彈出的是棧頂位置的數(shù)據(jù),彈出后自動調(diào)正棧頂位置。也就是說,數(shù)據(jù)在進(jìn)行壓棧、出棧操作時,總是在棧頂進(jìn)行。堆棧一旦初始化(即確定了棧底在內(nèi)存中的位置)后,SP的內(nèi)容(即棧頂位置)使由CPU自動管理。

C)標(biāo)志寄存器也稱程序狀態(tài)字(PSW)寄存器,用來存放算術(shù)、邏輯運(yùn)算指令執(zhí)行后的結(jié)果特征,如結(jié)果為0時,產(chǎn)生進(jìn)位或溢出標(biāo)志等。

定時與控制邏輯是微處理器的核心控制部件,負(fù)責(zé)對整個計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制、包括從存儲器中取指令,分析指令(即指令譯碼)確定指令操作和操作數(shù)地址,取操作數(shù),執(zhí)行指令規(guī)定的操作,送運(yùn)算結(jié)果到存儲器或I/O端口等。它還向微機(jī)的其它各部件發(fā)出相應(yīng)的控制信號,使CPU內(nèi)、外各部件間協(xié)調(diào)工作。

內(nèi)部總線用來連接微處理器的各功能部件并傳送微處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)和控制信號。

必須指出,微處理器本身并不能單獨(dú)構(gòu)成一個獨(dú)立的工作系統(tǒng),也不能獨(dú)立地執(zhí)行程序,必須配上存 儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成一個完整的微型計(jì)算機(jī)后才能獨(dú)立工作。[3]

存儲器

微型計(jì)算機(jī)的存儲器用來存放當(dāng)前正在使用的或經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。存儲器按讀、寫方式分為隨機(jī)存儲器RAM(Random Access Memory)和只讀存儲器ROM(Read only Memory)。RAM也稱為讀/寫存儲器,工作過程中CPU可根據(jù)需要隨時對其內(nèi)容進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。RAM是易失性存儲器,即其內(nèi)容在斷電后會全部丟失,因而只能存放暫時性的程序和數(shù)據(jù)。ROM的內(nèi)容只能讀出不能寫入,斷電后其所存信息仍保留不變,是非易失性存儲器。所以ROM常用來存放永久件的程序和數(shù)據(jù)。如初始導(dǎo)引程序、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)中的基本輸入、輸出管理程序BIOS等。[3]


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關(guān)鍵詞: 微處理器 集成電路 處理器

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