第2章 微处理器

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1、微型计算机原理与接口技术主编何超中国水利水电出版社8086/8088CPU的组成、引脚功能和工作模式。时序基本概念。微处理器的发展历程，主流CPU及其最新技术。第2章微处理器2.1微处理器概述2.1.1CPU的基本概念中央处理器（CPU，CentralProcessingUnit），是整个计算机系统的核心，负责整个系统指令的执行，对数据信息进行数学与逻辑运算和处理、数据的存储与传送以及对内对外输入与输出的控制，并实现本身运行过程的自动化。MPU:即微型化的中央处理器。早期微处理器以MPU表示，以区别于大型主机的多芯片CPU。CPU有通用CPU和嵌

2、入式CPU之分，通用和嵌入式的分别，主要是根据应用模式的不同而划分的。。2.1.2CPU的功能CPU的主要功能是控制计算机运行存储在主存储器中的程序，完成人们对问题的求解工作，运行程序就是执行指令序列。其基本功能主要如下。1．指令控制CPU的首要任务就是控制各条程序的执行，保证程序严格按规定执行。2．操作控制一条指令的执行需要若干个微操作命令信号，通过这些微操行信号作用于CPU内部及外部的不同部件上，完成指令功能。因此，操作控制的功能是协调各个工作部件按指令完成规定任务的基础。3．时间控制CPU执行每一条指令都有严格的时间顺序。例如对各种操作信号

3、的产生时间、稳定时间、撤销时间及相互之间的关系都应有严格的要求。4．数据加工CPU能够根据指令功能的要求，完成对数值数据的算术运算、逻辑变量的逻辑运算及其他非数值数据的处理。对数据的输入、加工处理以及输出数据是CPU的基本功能。5．中断处理CPU能对其内部或外部的中断（异常）做出响应，进行相应的处理。6．其他功能除以上各种功能之外，CPU具有其他功能。例如CPU能对直接存储器存取请求做出响应，能对复位信号做出响应并将复位启动的入口地址送入PC中等。2.1.3CPU的组成1．CPU的内核从结构上说，任何CPU都包括运算器（算术逻辑运算单元Arith

4、meticLogicUnit，ALU）、控制器（ControlUnit，CU）和寄存器（Register）三个主要组成部分。（1）运算器：1）算术逻辑运算单元ALU2）浮点运算单元FPU（FloatingPointUnit）（2）控制器：1）指令控制器2）时序控制器3）总线控制器4）中断控制器（3）内部寄存器组1）运算寄存器2）数据寄存器DR（DataRegister）3）地址寄存器AR（AddressRegister）4）标志寄存器FR（FlagRegister）5）程序计数器PC（ProgramCounter）6）通用寄存器组7）专用寄存器2

5、．CPU的外核（1）解码器（DecodeUnit）作用：是把长度不定的x86指令转换为长度固定的指令，并交由内核处理。解码：分为硬件解码和微解码。硬件解码:对于简单的x86指令，速度较快；微解码:对于复杂的x86指令，并把它分成若干条简单指令，速度较慢且很复杂。（2）一级缓存和二级缓存（Cache）一级缓存和二级缓存是为了缓解较快的CPU与较慢的存储器之间的矛盾。一级缓存：（L1）通常集成在CPU内核二级缓存：（L2）以较快于存储器的速度运行2.1.4指令系统指令系统指的是CPU所能够处理的全部指令的集合。CISC（ComplexInstruct

6、ionSetComputer，复杂指令系统指令集计算机）RISC（ReducedInstructionSetComputer，精简指令系统指令集计算机）EPIC（ExplicitlyParallelInstructionComputers，显式并行指令系统指令集计算机）2.1.5CPU的架构和封装方式（1）CPU的架构CPU构架是按CPU的安装插座类型和规格确定的。目前常用的CPU按其安装插座规范可分为Socketx和Slotx两大构架。以Intel处理器为例，Socket构架的CPU中分为Socket370、Socket423和Socket47

7、8三种，分别对应IntelPIII/Celeron处理器和P4处理器。Slotx架构的CPU中可分为Slot1、Slot2两种，分别使用对应规格的Slot槽进行安装。其中Slot1是早期IntelPII、PIII和Celeron处理器采取的构架方式，Slot2是尺寸较大的插槽，专门用于安装PⅡ和PⅢ序列中的工作组服务器上的Xeon（至强）处理器。（2）CPU的封装方式所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的插槽与其他器件相连接。它起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热

8、性能等方面的作用。CPU的封装方式取决于CPU安装形式，最早的是DIP（双列直插式）封装。而80286封装是一种被称为PGA（引脚网格阵