孙旭飞第4章通用微处理器.ppt

3.1 微处理器简介 把计算机系统中的中央处理器（CPU）集成在一块芯片上，从而实现了微型化，这就是微处理器。 微处理器的特点是速度快、体积小，功耗低，现代的巨型计算机的CPU使用的也是微处理器。 3.2 微型计算机系统 一台微型计算机的基本结构是以运算器为中心，由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成，即冯? 诺依曼结构 。 1．指令部件 1）程序计数器PC 计算机运行时, 通常按顺序执行存放在存储器中的程序。先由PC指出要执行指令的首地址，每当该指令取出后，PC的内容就自动增加，指向按顺序排列的下一条指令的首地址。 在正常情况下，CPU总是按顺序逐条执行指令。若遇到转移指令（JMP）、调用子程序指令(CALL)或返回指令（RET）、或者是响应中断转去执行中断服务程序时，就会把下一指令的首地址直接置入PC中。 1．指令部件 2）指令寄存器IR： IR用来存放当前要执行的指令内容，它包括操作码和操作数两部分。操作码将指令内容送往指令译码器，操作数如果是地址码，则送至地址形成电路；如果是数据，则直接送至ALU参与计算。 1．指令部件 3）指令译码器ID： 指令译码器是分析指令的部件。操作码经过译码后产生相应操作的控制电位。例如，8位操作码经指令译码器译码后可以译出256种操作控制状态，其中每一种控制电位对应一种特定的操作。相应的16位操作码经指令译码器译码后，理论上可译出65536种操作控制状态。 * * 第四章 通用微处理器 本章学习要点： 通用微处理器的基本结构 Intel 8086微处理器的编程结构 Intel 8086微处理器的引脚功能 Intel 8086微处理器的总线周期 Intel 8086微处理器的系统组成 通用微处理器 通用微处理器 这种结构的要点是： 由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。 数据和程序以二进制代码形式一起存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制。 控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序进行工作的。由一个程序计数器（即指令地址计数器）控制指令的执行流程。控制器具有判断能力，能以计算结果为基础，选择不同的执行流程。 3.2 微型计算机系统 通用微处理器 双总线结构 总线是联系计算机各部件的纽带，根据总线组织方法的不同，可把总线结构分为单总线、双总线、双重总线三类。 3.2 微型计算机系统 双重总线结构 通用微处理器 微处理器内部基本结构： 由算术逻辑单元、寄存器阵列、控制单元、总线和总线缓冲器四个部分组成。高性能微处理器内部还有指令预取部件、地址形成部件、指令译码部件和存储器管理部件等。 3.3 通用微处理器的基本结构 通用微处理器 3.3.1 算术逻辑单元ALU 算术逻辑单元是对二进制进行算术运算和逻辑运算的部件。一般数学问题的求解经过计算方法的处理可以分成算术运算和逻辑运算两种运算。 操作数2 操作数1 计算结果 结果状态 通用微处理器 微处理器实现算术逻辑运算的途径大致可归纳如下： 1）基本运算功能：加、求补、逻辑非、逻辑与、逻辑或、逻辑异或、移位；BCD码运算的十进制调整等，由硬件实现。 2）乘除运算：在8位CPU中，乘除运算一般是由微指令或软件编程实现，即用加、减、移位功能组合完成。在16位以上的CPU中专门设有乘、除指令，即乘、除也是由硬件完成的。 3.3.1 算术逻辑单元ALU 通用微处理器 3）浮点运算：在8位或16位CPU中，通常数都采用定点数表示，浮点数可以看成是由两个定点数组成，所以浮点运算可以用软件实现的。 如果浮点运算量很大，可以另行配备硬件浮点运算部件和浮点处理器，而高性能的CPU的浮点处理器就与微处理器做在一个芯片中，并设置有相应的浮点运算指令，可执行32位和64位浮点加、减、乘和除运算，这就使得浮点运算也用硬件来完成，从而大大提高了浮点运算的速度。 3.3.1 算术逻辑单元ALU 通用微处理器 3.3.2 控制与定时部件——控制器 控制器是发布操作命令的机构，是微计算机的指挥中心。 计算机程序和原始数据的输入、CPU内部的信息处理、处理结果的输出、外设与主机之间的信息交换等，都在控制器的控制下实现。 计算机按照存储程序和程序控制的原理工作，程序本身由一系列指令组成，每条指令又由操作码和操作数（数据或地址码）组成，所以计算机执行程序时，控制器的任务就是逐条地取出指令、分析指令、执行指令。 通用微处理器 3.3.2 控制与定时部件——控制器 通用