《計算機接口技術(shù)及應用》課件-3.1微處理器的功能

微機原理及應用第三章認識微處理器第一講微處理器的功能下面我們來學習微處理器的功能微處理器的功能微處理器就是我們說的中央處理單元CPU，在這一章我們要學習CPU的引腳功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)中央處理單元CPUCPU的引腳功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)CPU是計算機系統(tǒng)的核心中央處理單元CPU計算機系統(tǒng)的核心它可以根據(jù)指令實現(xiàn)各種相應的運算，并且能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存，CPU還能夠與存儲器以及接口通信計算機系統(tǒng)的核心根據(jù)指令實現(xiàn)各種運算實現(xiàn)暫存數(shù)據(jù)實現(xiàn)與存儲器和接口的信息通信大家看這里描述的信息說的其實是CPU內(nèi)部和外部兩個方面，計算機系統(tǒng)的核心根據(jù)指令實現(xiàn)各種運算實現(xiàn)暫存數(shù)據(jù)實現(xiàn)與存儲器和接口的信息通信內(nèi)部外部在CPU內(nèi)部有運算器和控制器，所以它可以進行運算和一些控制，但是CPU只在自己內(nèi)部處理還不行，它要去控制其他設(shè)備與它協(xié)同工作，所以CPU還要與其他的外圍的設(shè)備進行一個數(shù)據(jù)的溝通，內(nèi)部外部運算器控制器控制其他設(shè)備與其協(xié)同工作與其他外圍設(shè)備溝通數(shù)據(jù)這些外部設(shè)備就比如存儲器或接口內(nèi)部外部運算器控制器存儲器接口CPU的內(nèi)部主要由運算器，控制器和內(nèi)部寄存器組構(gòu)成，這是它的硬件方面，CPU的內(nèi)部主要由運算器，控制器和內(nèi)部寄存器組構(gòu)成，這是它的硬件方面，運算器控制器內(nèi)部寄存器組硬件方面在軟件方面，每一種CPU都會有自己的指令級，那么8088、8086使用的指令集基本相同，所以我們不加區(qū)分。關(guān)于指令集我們會在后面的章節(jié)中給大家介紹指令級軟件方面8088、8086指令集基本相同不加區(qū)分運算器控制器內(nèi)部寄存器組硬件方面在進一步展開討論cpu之前，我們還是簡單回顧一下CPU的三大硬件結(jié)構(gòu)，算術(shù)邏輯單元（ALU）1控制器2寄存器3首先是ALU，它是算術(shù)邏輯單元，也稱運算器，算術(shù)邏輯單元（ALU）1控制器2寄存器3算術(shù)邏輯單元運算器它是算術(shù)邏輯單元，也稱運算器，它是以加法器為基礎(chǔ)，配合其他的邏輯電路可以完成加減乘除的基本運算，并且基于這些基本運算完成一些更復雜的運算以及各種邏輯運算，更高級的ALU還可以完成浮點運算，以加法器為基配合其它邏輯電路完成加、減、乘、除和其他各種邏輯運算ALU能完成浮點運算關(guān)于這一點我們展示過奔騰系列CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，我們已經(jīng)看到了其中進行浮點運算的部分奔騰關(guān)于這一點我們展示過奔騰系列CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，我們已經(jīng)看到了其中進行浮點運算的部分奔騰下面一個是控制器，控制器2寄存器3算術(shù)邏輯單元（ALU）1指令寄存器IR存放從存儲器取出的、將要執(zhí)行的指令(實為其操作碼)控制器又包括三大部分，一個是指令寄存器，它是用來存放從存儲器中取出的將要執(zhí)行的指令然后是指令譯碼器，指令譯碼器是對指令寄存器中的指令進行譯碼，然后確定這個指令應該執(zhí)行什么樣的操作指令譯碼器ID對指令寄存器IR中的指令進行譯碼，以確定該指令應執(zhí)行什么操作最后一個是可編程邏輯陣列PLA，也稱為定時與控制電路，它會產(chǎn)生取指令和執(zhí)行指令所需要的各種微操作的控制信號。由于每一條指令要執(zhí)行的具體操作是不同的，所以每條指令會對應控制信號的某一種組合，PLA就告訴我們的執(zhí)行這條指令究竟要執(zhí)行哪些操作可編程邏輯陣列PLA產(chǎn)生取指令和執(zhí)行指令所需的各種微操作控制信號。每條指令將對應控制信號的某一種組合,以確定相應的操作序列。定時與控制電路這是控制器的一個完整工作流程，我們有了指令以后，首先要把它取到這個指令寄存器中，然后再交給指令譯碼器，指令譯碼完畢以后就發(fā)送給可編程邏輯陣列，可編程邏輯陣列分析出要執(zhí)行這條指令需要哪些具體的微操作。如果微操作還需要存儲器或接口參與，那么可編程邏輯陣列會發(fā)送控制信號到控制總線上，例如發(fā)送讀或?qū)懙男盘?，讓存儲器或接口?zhí)行讀或?qū)懙牟僮鳎噶罴拇嫫鱅R指令譯碼器ID指令代碼可編程邏輯陣列PLA這是控制器的一個完整工作流程，我們有了指令以后，首先要把它取到這個指令寄存器中，然后再交給指令譯碼器，指令譯碼完畢以后就發(fā)送給可編程邏輯陣列，可編程邏輯陣列分析出要執(zhí)行這條指令需要哪些具體的微操作。如果微操作還需要存儲器或接口參與，那么可編程邏輯陣列會發(fā)送控制信號到控制總線上，例如發(fā)送讀或?qū)懙男盘?，讓存儲器或接口?zhí)行讀或?qū)懙牟僮?，操作控制信號指令寄存器IR指令譯碼器ID指令代碼控制總線CB可編程邏輯陣列PLAI/O接口RAMROM存儲器或接口控制器2寄存器3算術(shù)邏輯單元（ALU）1寄存器寄存器是CPU內(nèi)部的存儲單元CPU內(nèi)部的存儲單元由于寄存器是在CPU內(nèi)部的，所以CPU去讀寫寄存器的速度是非?？斓模啾扔趦?nèi)存儲器來說，內(nèi)存儲器它是在CPU外部的，所以CPU要讀寫存儲器要經(jīng)過各種總線，所以呢這個速度會比較慢，比較耗時，CPU內(nèi)部寄存器速度快CPU外部內(nèi)存儲器速度慢CPU訪問寄存器更方便省時CPU內(nèi)部的寄存器分兩種，通用寄存器和專用寄存器，通用寄存器是由程序規(guī)定它的用途，專用寄存器是CPU在設(shè)計之初就已經(jīng)固定好的，比如說堆棧指針寄存器和標志寄存器