微机原理微机原理第二章微处理器b.ppt

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1、第二章微处理器与系统结构2.1微处理器的基本结构及主要性能指标2.28086/8088微处理器2.38086系统的组成2.4存储器组织2.58086总线时序2.1微处理器的基本结构微机的运算器和控制器集成在一个芯片，称中央处理器CPU或微处理器MPUCPU按字长：4位、8位、16、32和64位按结构分类：单片微处理器和位片微处理器微处理器内部基本结构一般由算术逻辑单元、寄存器阵列、控制单元、总线和总线缓冲器四个部分组成。有些还集成有存储器和I/O接口算术逻辑单元ALU有加、与、或、非、移位硬件操作功能可完成

2、加、减、乘、除、求补，逻辑与、或、非、异或，移位，BCD调整，定点/浮点运算输出结果和结果状态控制与定时部件—控制器控制器的一般组成控制器任务：逐渐取出指令、分析指令、执行指令。指令：操作码+地址码/操作数由指令部件、时序部件和微操作控制电路组成指令部件程序计数器PC：给出待执行指令的首地址指令寄存器IR：存放当前要执行的指令码，包括操作码和地址码（操作数）指令译码器ID：分析操作码并经译码后产生相应操作的控制信号控制器的一般组成时序部件：产生微机各部件所需定时信号时钟系统脉冲源：用外接晶振产生一定周期和宽

3、度的脉冲信号。时钟周期或T状态是CPU操作的最小时间单位时钟启/停逻辑：按指令的控制要求，准确地开/关时钟脉冲时钟脉冲分配器：产生微机各部分所需要的能按一定顺序逐个出现的节拍脉冲信号，以控制和协调CPU各微操作有节奏地动作指令周期、总线周期与时钟周期的关系机器周期(总线周期,M周期)：一般由3~5个时钟周期组成，期间可完成一个基本操作，如存储器读/写、I/O读/写指令周期：一般为1~5个机器周期，包括一条指令的取出和执行所需的时间控制器的一般组成微操作控制部件：由指令译码器、节拍发生器、节拍脉冲及外部状态信

4、号等组合而产生的控制微机各部件的部件组合逻辑控制：用组合逻辑实现的微操作控制。修改不方便，快微程序控制(存储逻辑控制)：将每条指令的微程序存放在只读存储器中，并由CPU逐条取出执行以实现微操作控制。便于检查修改，慢可编程逻辑阵列控制：通过程序设计而执行特定逻辑功能的组合逻辑结构。兼有两种控制的优点总线与总线缓冲器总线是微机部件间传送信息的导线集合内总线连接累加器、ALU、R与FLAG等。有单总线、双总线和多总线结构片外总线可分为片间总线、系统总线和外总线。前两种用来连接CPU、M、I/O等。通常又分为AB、

5、DB和CB总线缓冲器通过三态逻辑电路将挂在总线上的某些部件在电气连接上与总线脱开寄存器阵列存放待处理数据的寄存器：累加器和通用寄存器存放地址的寄存器：PC、SP、指针和变址寄存器存放控制和状态信息的寄存器：IR和FLAG起数据缓冲作用的寄存器：数据和地址总线缓冲器微处理器主要性能指标主频：即微处理器时钟频率。如Pentium42GHz同系列的微处理器，主频越高，速度越快。但主频相同的微处理器，速度不一定都相同，因结构有差异外频：微处理器外部总线工作频率。如Pentium42GHz的外频为400MHz地址线宽

6、度：决定访存空间。如36位地址线访问236=64GB存储单元数据线宽度：决定微处理器与外部存储器、输入/输出部件之间一次交换的二进制数据位数。如8、16、32、64位。微处理器主要性能指标高速度缓存(CACHE)：L1/L2Write-through缓存，只对读有效write-back缓存，对读写都有效内置协处理器：加快数值运算超标量结构：一个时钟周期内执行一条以上的指令。低标量结构：一条指令至少需要一个以上的时钟周期工作电压：微处理器正常工作所需要的电压，早期为5V，后来有3.3V,2.8V,1.5V等。

7、制造工艺：晶体管之间的最小线距，0.35m,0.25m,0.18m,0.13m等微处理器标识微处理器类型(Intel)4004：4位8085/8088：8位8086、80286：16位80386、80486、80586：32位Pentium、PentiumPRO、PentiumII、PentiumIII、Pentium4：32/64位2.28086/8088微处理器INTEL78年推出（79年推出8088）4万多个晶体管(8088为2.9万个晶体管)时钟频率4.77MHZ数据线16位（8088的数据

8、线8位）地址线20位40脚DIP封装81年推出PersonalComputer（个人计算机、微机）2.2.18086CPU功能结构图EU控制器ALU暂存器标志寄存器8位队列总线总线控制逻辑内部总线16位地址加法器20位地址总线16位数据总线执行部件EU总线接口部件BIU123456指令队列通用寄存器AXAHALBXBHBLCXCHCLDXDHDLSPBPDISICSDSSSES80888086IP暂存器8086总