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第3章 微型计算机的CPU 第3章 微型计算机的CPU 教学提示：微处理器是组成个人计算机（PC机）的核心部件，微处理器的性能直接决定PC机的性能。本章介绍微型计算机的CPU---微处理器基本知识。主要介绍微处理器原理与组成，8086微处理器的结构、功能、总线时序及与存储器的连接，特别是Pentium微处理器的结构和功能。 教学目标：掌握8086微处理器的基本结构、原理和功能，掌握Pentium微处理器的结构特点和功能特点。学习完这些内容后，对微处理器的基本结构、原理将会有一个比较全面的了解。 第3章 微型计算机的CPU 3.1 微处理器的原理与组成 3.2 8086微处理器 3.3 Pentium微处理器 3.1 微处理器的原理与组成 3.1.1微处理器的基本结构 3.1.2 微处理器的工作原理 3.1 微处理器的原理与组成 微处理器是微型计算机的CPU，微处理器的性能直接决定微型计算机的性能。微处理器是指采用大规模集成电路技术，将具有运算器和控制器功能的电路及相关电路集成在一片芯片上的大规模或超大规模集成电路。 3.1.1 微处理器的基本结构 1.微处理器的物理结构 早期的微处理器，例如Intel 8086，制造工艺为0.30?m ，内含2.9万多个晶体管，双列直插式封装，40个引脚。现在的 Pentium4微处理器，主频达3.0GHz、制造工艺为0.13?m，达5500多万个晶体管，集成度大大提高。总线的宽度也大大加宽，微处理器性能也大大提高。下图是Intel 8086微处理器 3.1.1 微处理器的基本结构 2.微处理器的硬件组成 微处理器芯片上集成有控制器、运算器、寄存器以及连接它们的内部总线等部件。 运算器是计算机对数据进行加工处理的部件，具有算术运算和逻辑运算功能。 控制器负责对程序规定的控制信息进行分析、控制，协调输入、输出操作或内存访问。 寄存器是微处理器内部的暂时存储单元。 各部件之间通过内部总线交换信息 3．微处理器的功能部件 总线接口部件、高速缓存（Cache）部件、取指译码部件、指令缓冲池部件、调度执行部件、结果回退部件、寄存器组部件等。如图3-1所示。 4．微处理器的特点 1)集成度高、体积小、功耗低。2)功能部件集成在芯片上，安装容易、可靠性高。3)标准化、系列化产品，用户使用方便。 目前用于个人计算机（PC机）CPU的微处理器是32位和64位微处理器。 3.1.1 微处理器的基本结构 图3-２ 微处理器的功能部件 3.1.2 微处理器的工作原理 微处理器的工作过程就是执行程序的过程，而执行程序就是逐步执行一条条指令的过程。微处理器在执行一条指令时，主要将它分解成以下几个步骤去完成： ? 取指令 控制器发出信息从存储器取一条指令。 ?指令译码 指令译码器将取得的指令翻译成起控制作用的微指令。 ?取操作数 如果需要操作数则从存储器取得该指令的操作数。 　?执行运算 CPU按照指令操作码的要求，通过执行微指令，对操作数完成规定的运算处理。 　 ?回送结果 将指令的执行结果回送内存或某寄存器中。 微处理器的操作是周期性的，即取指令，指令译码，取操作数，再取指令……,周而复始地进行。这一系列操作步骤是精确的按照时序进行的，因此微处理器需要一个时序电路。时序电路受控于晶体振荡电路所生成的标准振荡脉冲信号，一旦机器加电，时序电路便连续不断产生发出的时钟信号。 3.2 8086微处理器 　　　8086由是Intel公司于1978年设计并生产出X86系列的第一代微处理器，数据总线为16位。8088是继8086之后开发的外部数据总线为8位的适用于PC机的一种微处理器。 3.2 8086微处理器 3.2.1 8086/8088微处理器结构 3.2.2 8086的总线时序 3.2.3 8086最小模式与最大模式及其系统配置 3.2.4 8086存储器系统 3.2.1 8086微处理器结构 1. 8086/8088的主要特征 8086采用HMOS (即高密度金属氧化物半导体工艺)工艺制造，内含29 000多个晶体管，采用双列直插式封装，有40个引脚，采用单个+5V电源供电，时钟频率为5 ?10MHz。主要特性有： 16位数据总线(8088外部数据总线为8位)。 20位地址总线，其中低16位与数据总线复用，可直接寻址1MB存储器空间。 16位端口地址线可寻址64K个I/O端口。(I/O设备中与主机可交换数据的寄存器称为I/O端口) 7种基本寻址方式，有99条基本指令，具有对字节、字和字块进行操作的能力。 可处理内部软件和外部硬件中断，中断源多达25