《计算机接口技术及应用》课件-3.1微处理器的功能

微机原理及应用第三章认识微处理器第一讲微处理器的功能下面我们来学习微处理器的功能微处理器的功能微处理器就是我们说的中央处理单元CPU，在这一章我们要学习CPU的引脚功能和内部结构中央处理单元CPUCPU的引脚功能和内部结构CPU是计算机系统的核心中央处理单元CPU计算机系统的核心它可以根据指令实现各种相应的运算，并且能实现数据的暂存，CPU还能够与存储器以及接口通信计算机系统的核心根据指令实现各种运算实现暂存数据实现与存储器和接口的信息通信大家看这里描述的信息说的其实是CPU内部和外部两个方面，计算机系统的核心根据指令实现各种运算实现暂存数据实现与存储器和接口的信息通信内部外部在CPU内部有运算器和控制器，所以它可以进行运算和一些控制，但是CPU只在自己内部处理还不行，它要去控制其他设备与它协同工作，所以CPU还要与其他的外围的设备进行一个数据的沟通，内部外部运算器控制器控制其他设备与其协同工作与其他外围设备沟通数据这些外部设备就比如存储器或接口内部外部运算器控制器存储器接口CPU的内部主要由运算器，控制器和内部寄存器组构成，这是它的硬件方面，CPU的内部主要由运算器，控制器和内部寄存器组构成，这是它的硬件方面，运算器控制器内部寄存器组硬件方面在软件方面，每一种CPU都会有自己的指令级，那么8088、8086使用的指令集基本相同，所以我们不加区分。关于指令集我们会在后面的章节中给大家介绍指令级软件方面8088、8086指令集基本相同不加区分运算器控制器内部寄存器组硬件方面在进一步展开讨论cpu之前，我们还是简单回顾一下CPU的三大硬件结构，算术逻辑单元（ALU）1控制器2寄存器3首先是ALU，它是算术逻辑单元，也称运算器，算术逻辑单元（ALU）1控制器2寄存器3算术逻辑单元运算器它是算术逻辑单元，也称运算器，它是以加法器为基础，配合其他的逻辑电路可以完成加减乘除的基本运算，并且基于这些基本运算完成一些更复杂的运算以及各种逻辑运算，更高级的ALU还可以完成浮点运算，以加法器为基配合其它逻辑电路完成加、减、乘、除和其他各种逻辑运算ALU能完成浮点运算关于这一点我们展示过奔腾系列CPU的内部结构图，我们已经看到了其中进行浮点运算的部分奔腾关于这一点我们展示过奔腾系列CPU的内部结构图，我们已经看到了其中进行浮点运算的部分奔腾下面一个是控制器，控制器2寄存器3算术逻辑单元（ALU）1指令寄存器IR存放从存储器取出的、将要执行的指令(实为其操作码)控制器又包括三大部分，一个是指令寄存器，它是用来存放从存储器中取出的将要执行的指令然后是指令译码器，指令译码器是对指令寄存器中的指令进行译码，然后确定这个指令应该执行什么样的操作指令译码器ID对指令寄存器IR中的指令进行译码，以确定该指令应执行什么操作最后一个是可编程逻辑阵列PLA，也称为定时与控制电路，它会产生取指令和执行指令所需要的各种微操作的控制信号。由于每一条指令要执行的具体操作是不同的，所以每条指令会对应控制信号的某一种组合，PLA就告诉我们的执行这条指令究竟要执行哪些操作可编程逻辑阵列PLA产生取指令和执行指令所需的各种微操作控制信号。每条指令将对应控制信号的某一种组合,以确定相应的操作序列。定时与控制电路这是控制器的一个完整工作流程，我们有了指令以后，首先要把它取到这个指令寄存器中，然后再交给指令译码器，指令译码完毕以后就发送给可编程逻辑阵列，可编程逻辑阵列分析出要执行这条指令需要哪些具体的微操作。如果微操作还需要存储器或接口参与，那么可编程逻辑阵列会发送控制信号到控制总线上，例如发送读或写的信号，让存储器或接口执行读或写的操作，指令寄存器IR指令译码器ID指令代码可编程逻辑阵列PLA这是控制器的一个完整工作流程，我们有了指令以后，首先要把它取到这个指令寄存器中，然后再交给指令译码器，指令译码完毕以后就发送给可编程逻辑阵列，可编程逻辑阵列分析出要执行这条指令需要哪些具体的微操作。如果微操作还需要存储器或接口参与，那么可编程逻辑阵列会发送控制信号到控制总线上，例如发送读或写的信号，让存储器或接口执行读或写的操作，操作控制信号指令寄存器IR指令译码器ID指令代码控制总线CB可编程逻辑阵列PLAI/O接口RAMROM存储器或接口控制器2寄存器3算术逻辑单元（ALU）1寄存器寄存器是CPU内部的存储单元CPU内部的存储单元由于寄存器是在CPU内部的，所以CPU去读写寄存器的速度是非常快的，相比于内存储器来说，内存储器它是在CPU外部的，所以CPU要读写存储器要经过各种总线，所以呢这个速度会比较慢，比较耗时，CPU内部寄存器速度快CPU外部内存储器速度慢CPU访问寄存器更方便省时CPU内部的寄存器分两种，通用寄存器和专用寄存器，通用寄存器是由程序规定它的用途，专用寄存器是CPU在设计之初就已经固定好的，比如说堆栈指针寄存器和标志寄存器