《微处理器结构》PPT课件.ppt

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1、第2章微处理器结构2.1微处理器概述2.28086微处理器的功能结构2.38086微处理器的工作模式及外部结构2.48086微处理器的基本时序2.5Intel80x86系列微处理器2.1微处理器概述2.1.1微处理器的基本概念计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件构成。其中运算器和控制器是计算机的核心，它们之间的信息传输频繁。为了提高信息传输速度，在结构上将它们安排在相对集中的位置。在采用大规模集成电路技术设计和制造时，它们被集成制造在单个芯片上，称为微处理器，也称中央处理单

2、元，即CPU(CentralProcessingUnit)。微处理器型号较多，如Intel公司的8080、8086/8088、80286/386/486、Pentium；Zilog公司的Z80；Motorola公司的6800、6809、68000等。单一的微处理器还不能说是一台微机，它必须与存储器、输入输出（IO）接口电路，以及必要的输入输出设备组合起来，才构成一台微机。根据所配置的存储器的容量大小、I/O接口和I/O设备的多少，以及制造结构的不同，微机可分为单片计算机、单板计算机和通用微机。单

3、片计算机简称单片机，又称微控制器，属于嵌入式微处理器。它将CPU、存储器和一些I/O接口电路集成在一块集成电路芯片中。由于单片机具有体积小、价格低等特点，因此被广泛应用在工业过程控制、智能化仪器仪表、机电一体化产品及家用电器等领域。单板计算机是微机早期的种简化形式，它是将CPU、存储器和简单的I/O接口系统做在一块线路板上构成的微机系统。微处理器的性能大致上反映了它所配置的微机的性能，微处理器的主要性能指标有11项，下面分别介绍。1．字长所谓字长，即CPU一次性加工运算二进制数的最长位数。字长是

4、处理器性能指标的主要量度之一，它与计算机其他性能指标（如内存最大容量、文件的最大长度、数据在计算机内部的传输速度、计算机处理速度和精度等）有着十分密切的关系。字长是计算机系统体系结构、操作系统结构和应用软件设计的基础，也是决定计算机系统综合性能的基础。2．主频主频也就是CPU的时钟频率，简单地说就是CPU运算时的工作频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。一般说来，主频越高，单位时间里完成的指令数也越多，当然CPU的速度也就越快。不过由于各种各样的CPU的内部结构不尽相同，因此并非所有的时

5、钟频率相同的CPU其性能都一样。外频是系统总线的工作频率；倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。三者有着十分密切的关系，即：主频=外频×倍频。3．工作电压工作电压(SupplyVoltage)指的是CPU正常工作所需的电压。早期CPU(80286～80486)的工作电压为5v，由于制造工艺相对落后，以致CPU发热量大，寿命短。随着CPU的制造工艺与主频的提高，CPU的工作电压逐步下降，到奔腾时代，电压曾有过3.5V，后来又下降到3.3V，甚至降到了2.8V，Intel最新出品的Coppermin

6、e已经采用1.6V的工作电压了。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题，这对于笔记本电脑尤其重要。随着CPU的制造工艺与主频的提高，近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势。4．内存总线速度与扩展总线内存总线速度(MemoryBusSpeed)一般等同于CPU的外频。内存总线的速度对整个系统性能来说很重要，由于内存速度的发展滞后于CPU的发展速度，为了缓解内存带来的瓶颈，开发了二级(L2)缓存，来协调两者之间的差异，内存总线速度就是指CPU与二级高速缓存以及内存之间的工作频率。扩展总线(Expa

7、nsionBus)指的是安装在微机系统上的局部总线。如VESA或PCI总线，它们是CPU联系外部设备的桥梁。5．地址总线宽度地址总线宽度决定了CPU可以访问存储器的物理地址空间，简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。地址线的宽度为20位的微机，最多可以直接访问lMB(=220)的物理空间，但是对于386以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096MB(4GB)的物理空间。6．数据总线宽度数据总线负责整个系统数据的传输，而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及

8、输入，输出设备之间一次数据传输的信息量。7．协处理器协处理器主要的功能就是负责浮点运算。在486以前的CPU里面，是没有内置协处理器的，主板上可以另外加一个外置协处理器，其目的就是增强浮点运算的功能。486以后的CPU一般都内置了协处理器，协处理器也不再局限于增强浮点运算功能，含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算，某些需要进行复杂计算的软件系统(如高版本的AutoCAD)就需要协处理器支持。8．流水线技术和超标量流水线(PipeLine)是Intel首次在486芯片中开始使用的技