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仁爱学院微机原理复习2-1课案
微处理器和系统结构 内容提要 微处理器(CPU)的主要组成部分及各部分功能 Intel 8086微处理器组成结构、引脚信号及功能 X86系统组成 高性能微处理器简介 2.1 微处理器的基本结构 微处理器的主要组成部件 微处理器(CPU)由下列主要部分组成: 算术逻辑单元 ALU 控制器 寄存器阵列 总线和总线缓冲器 高性能的CPU还有: 指令预取部件,指令译码部件、地址形成部件、存储器管理部件等。 微处理器的主要组成部件 一、算术逻辑运算单元(ALU) ALU是对二进制数进行算术逻辑运算的基本部件。 数据加工处理归纳为两种基本运算:算术运算与逻辑运算。 算术运算 可进行无符号数和带符号数的加、减、乘、除运算,符号数采用补码表示,减法通过求负数的补码而变成加法运算。还可进行BCD码运算。乘、除可以通过多次重复加、减和移位实现。 逻辑运算 可完成逻辑“与”、“或”、“非”、“异或”、“移位”等基本的逻辑运算。 浮点运算 浮点数运算可以用软件实现。也可以专门生产浮点运算部件和浮点微处理器,并设有专门的浮点运算指令,可进行32位或64位浮点加、减、乘、除运算。早期的浮点处理器有:8087、80287、80387协处理器。奔腾处理器已经将二者集成到了一个芯片上。 二、控制器 控制器 时钟周期 主时钟的两个脉冲前沿的时间间隔称为一个时钟周期,又称为T状态。它CPU操作的最小时间单位。 机器周期: 由2~5个T状态组成一个机器周期,称为M周期,又叫做总线周期,用来完成一个基本操作,如 MEM读/写,I/O读/写等。 指令周期 一条指令(的取出和)执行所需的时间称为指令周期,一条指令执行需1~5个M周期。 M1 机器周期 三、总线与总线(缓冲器)部件 所谓总线是指计算机中传送信息的一组通信线,将 多个部件连成一个整体。可以简单分为: ? 片内总线:在CPU内部或部件内部各单元之间传 送信息的总线(又可细分为单总线、双总线(输入/输 出BUS)、多总线结构); ? 片外总线:CPU与外部部件之间传送信息的总线。片外总线又称为系统总线,通常系统总线分为地址总线、数据总线、控制总线,即所谓三总线结构。 三、总线与总线(缓冲器)部件(续) 因为多个部件均挂在总线上,但各部件工作情况并非完全一样(有的作为信源发,有的作为接收器收)。 由于数据或信息代码是用电位高低来表示,若某一时刻有几个部件同时向BUS发送数据,则BUS上的情况就成为不确定的了,电路也可能被烧毁。所以同一时刻只允许一个部件向BUS发送信息。而接收数据就没有上述限制,同一时刻可允许多个部件接收数据。 总线缓冲器:在工作过程中,常常要求挂在BUS上的某些部件在电气连接上与BUS “脱开”,使这些部件对BUS上其它部件的工作不产生影响,为此,可在部件内部设置三态缓冲器。 DATA→3态BUF→BUS 三态缓冲器(3态BUF)处于: 低阻(高低电平)→挂BUS上; 高阻→逻辑上脱开。 “脱开”状态: 处于高阻状态,开路状态,浮空状态; 逻辑上“脱开”,物理上仍连在一起。 总线缓冲器分为: 单向三态缓冲器:如地址总线缓冲器只发地址信息,(地址总线是单向的); 双向三态缓冲器:如数据总线缓冲器,既可发又可收数据(数据BUS是双向的)。 采用总线结构的优点是: ※ 减少信息传输线数目; ※ 提高系统的可靠性; ※ 增加系统灵活性; ※ 便于实现系统标准化。 四、寄存器阵列(Register Array) 在CPU内部,有一个临时存放地址和数据的寄存器 阵列。这个阵列因CPU的不同而不同,有的称寄存 器堆,寄存器多少有差别,但其功能相似。 寄存器阵列大致分为以下四组: 存放待处理数据的寄存器;ACC 通用 存放地址码的寄存器;IP(PC) SP SI DI 存放控制信息的寄存器;IR FR 起数据或地址缓冲器作用的寄存器 DBUF ABUF Intel 8086微处理器 信息工程系 2010 03 8086 微处理器 8086是一种单片微处理器芯片,内外部数据总线16位,对外40条引脚,主时钟5MHz(标准)、8MHz、10MHz等。 20条地址引脚,直接寻址220 =1MByte,可访问64K个I/O端口,具有24种寻址方式,可以对位、字节、字、字符串、字串、BCD码、ASCll码等多种数据类型进行处理。 CPU内部有4组REG,共14个16位REG供编程人员使用。通用REG组 AX 主累加器
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