第二章微处理器CPU教程.doc

第2章 微处理器 【】ntel公司1987年推出的一种高性能的16位微处理器，主要用于构成早期的IBM PC/XT微型计算机，尽管CPU发展经历了80286、、8086CPU属于同一系列机，8086CPU指令系统所提供的指令编制的程序在以上86系列CPU上都可以正确运行，所以，通过本章通过微处理器基本概念的介绍并通过8086CPU的基本组成、、、【】、、、§ 2.1微处理器概述 2.1.1微处理器概念 微处理器即中央处理单元（Center process unit）,简称CPU，是计算机硬件中的一个具有运算能力和控制功能的，由算术逻辑单元、、.2微处理器在计算机中的地位和作用 微处理器是计算机的核心部件，是整个计算机系统的运算中心和控制中心。CPU不仅能完成整个计算机的所有计算任务，而且，计算机中其它各个部件也是由CPU控制下完成各自工作的。 CPU是微机中的主要部件，微机的性能主要取决于CPU的性能。在微机发展的历程中，主要是由于CPU的不断更新换代带动了整体的发展，CPU的性能对微机的整体性能产生决定的影响。对于一台个人计算机，通常我们主要依据其CPU的型号来判断是第几代产品，此外，微机的型号也常用CPU的型号来描述的。如286机、、、、、、、、/O设备的操作，执行每条指令。 具体来说微处理器完成如下功能： 进行算术逻辑运算 可接收和发送数据 可暂存少量数据 提供控制各部件工作的控制信号 对指令进行解码 总之，CPU具有控制程序的顺序执行（指令控制）、、、、、§2.2微处理器的主要技术指标 1．时钟频率 CPU的时钟频率又分为内频和外频两种。 (1)内频 内频又称为主频，是CPU内部使用的时钟频率。通常所说CPU的频率就是指其内频，单位是MHz。例如PⅡ333的CPU，指的是奔腾2代的CPU，内频为333MHz。 (2)外频 外频又称为内存总线频率，单位也是MHz。早期CPU内部使用的时钟频率与内存总线上使用的时钟频率是相同的，后来使用了倍频技术，把外频经过若干倍倍频后，成为内频。比如：90MHz的CPU使用60MHz的外频，经过1.5倍倍频后成为90MHz；166MHz的CPU使用66MHz的外频，经过2.5倍倍频后成为166MHz。常见的外频有60MHz、66MHz、75MHz、83MHz、90MHz、100MHz、133MHz、166MHz等。 2．数据总线宽度 数据总线宽度决定了CPU与内存一次交换数据的最大位数，其宽度已从最初的8位发展到64位。多数情况下，CPU对内存的访问是访问连续的一段内存，所以在同样的频率下，数据总线越宽，完成访问的时间就越短。 3.地址总线宽度 地址总线宽度决定了CPU可以访问的内存大小，也称为寻址范围。最初的8088 CPU有20条地址线，所以可以访问1MB的内存。从80386CPU到奔腾CPU都使用32条地址线，所以可以访问4GB的内存。必威体育精装版的CPU使用64条地址线，可以夸张地说，它的寻址范围是无限的。 4．供电电压 CPU的供电电压分为CPU核心电压和外部电压两种。在早期的CPU中这两者是统一的+5 V电压，随着CPU速度和集成度的不断提高，CPU的发热量也越来越大，降低CPU的电压可以减少发热量，但是如果CPU与外部进行信息交换的电压太低，其抗干扰能力就很弱，所以目前这个电压—般都使用3.3V，而核心电压可以降得更低。 ⒌ 高速缓存 随着计算机技术的不断发展，CPU的工作速度越来越快，但是计算机的主内存(通常采用DRAM)的工作速度却没能迅速提高。SRAM的工作速度虽然很快，但因其价格太贵，不能用作主内存。为了解决这个矛盾，进—步提高计算机的速度，采用了SRAM做高速缓冲存储器，简称高速缓存。—般把CPU中的高速缓存叫做—级高速缓存，主板上的高速缓存叫二级高速缓存，而在高能奔腾等CPU中除了CPU核心的一级高速缓存外，同一封装还包括二级高速缓存，这时主板上的高速缓存退为三级高速缓存。 由于高速缓存的价格很贵，另外目前CPU访问主内存的速度是计算机工作的瓶颈，所以CPU中的高速缓存的数量就成为当代CPU的—项重要指标。 §2.3微处理器的产生与发展 微处理器的产生是集成电路工艺和计算机技术发展的产物，并且伴随其发展而发展。1971年10月，美国Intel公司首先推出了Intel4004处理器，这是一个实现4位并行运算的单片微处理器，构成运算器和控制器的所有原件都集成在一片大规模集成电路芯片上。现在看来这片微处理器性能不强，但它毕竟是人类第一个生产的微处理器，它为以后计算机发展起到了深远的影响。 从1971年第一片微处理器推出至今30多年的时间里，微处理器经历了四代的发展。 1971年－1973年为第一代。这是4位微处理器和低档8位微处