微处理器内部结构
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详细介绍微处理器的组成结构、功能模块及工作原理。
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第二章8086/8088微处理器及其系统结构内容提要:1.8086微处理器结构:CPU内部结构:总线接口部件BIU,执行部件EU;CPU寄存器结构:通用寄存器,段寄存器,标志寄存器,指令指针寄存器;CPU引脚及其功能:公用引脚,最小模式控制信号引脚,最大模式控制信号引脚。
2.8086微机系统存储器结构:存储器地址空间与数据存储格式;存储器组成;存储器分段。
3.8086微机系统I/O结构4.8086最小/最大模式系统总线的形成5.8086CPU时序6.最小模式系统中8086CPU的读/写总线周期7.微处理器的发展学习目标1.掌握CPU寄存器结构、作用、CPU引脚功能、存储器分段与物理地址形成、最小/最大模式的概念和系统组建、系统总线形成;2.理解存储器读/写时序;3.了解微处理器的发展。
难点:1.引脚功能,最小/最大模式系统形成;2.存储器读/写时序。
学时:8问题:为什么选择8088/8086?•简单、容易理解掌握•与目前流行的P3、P4向下兼容,形成x86体系•16位CPU目前仍在大量应用思考题1、比较8086CPU与8086CPU的异同之处。
2、8086CPU从功能上分为几部分?各部分由什么组成?各部分的功能是什么?3、CPU的运算功能是由ALU实现的,8086CPU中有几个ALU?是多少位的ALU?起什么作用?4、8086CPU有哪些寄存器?各有什么用途?标志寄存器的各标志位在什么情况下置位?5、8086CPU内哪些寄存器可以和I/O端口打交道,它们各有什么作用?6、8086系统中的物理地址是如何得到的?假如CS=2400H,IP=2l00H,其物理地址是多少?思考题1.从时序的观点分析8088完成一次存储器读操作的过程?2.什么是8088的最大、最小模式?3.在最小模式中,8088如何产生其三总线?4.在最大模式中,为什么要使用总线控制器?思考题1.试述最小模式下读/写总线周期的主要区别。
微处理器是计算机系统中的核心组件,它负责执行指令、控制数据流和协调各个硬件部件的操作。
微处理器的基本硬件结构通常包括以下几个主要组成部分:控制单元(Control Unit):控制单元是微处理器的核心,负责解析和执行指令。
它包括指令寄存器、程序计数器和指令解码器等关键部件,用于从存储器中获取指令、解码指令内容,并发出相应的控制信号来执行指令。
算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit, ALU):ALU 是执行算术和逻辑运算的部分。
它可以执行诸如加法、减法、乘法、逻辑与、逻辑或等基本运算,并根据控制单元的指令来进行运算操作。
寄存器(Registers):寄存器是用于存储数据和指令的临时存储器。
微处理器通常包括多个寄存器,如通用寄存器、程序计数器、指令寄存器、状态寄存器等。
寄存器提供了快速的存储和访问,用于存储和处理数据。
数据总线(Data Bus):数据总线用于在微处理器内部和其他硬件部件之间传输数据。
它是一个双向的数据通道,可以传输二进制数据、地址和控制信号。
地址总线(Address Bus):地址总线用于传输内存地址,指示微处理器要读取或写入的内存位置。
地址总线的位数决定了微处理器可以寻址的内存空间大小。
控制总线(Control Bus):控制总线用于传输控制信号,如时钟信号、读写信号、中断信号等。
它控制着微处理器内部各个部件的操作和协调。
内部存储器(Internal Memory):微处理器通常内置一些内部存储器,用于存储指令、数据和临时结果。
这些内部存储器的容量相对较小,但访问速度非常快。
除了上述基本硬件结构外,现代微处理器还可能包括高速缓存、浮点运算单元、多核处理器等特殊功能部件,以提高处理性能和并行处理能力。
CPU组成中央处理单元(Central Processing Unit;CPU),亦称微处理器(Micro Processor Unit),由运算器与控制器组成,其内部结构分为控制单元(Control Unit;CU)、逻辑单元(Arithmetic Logic Unit;ALU)、存储单元(Memory Unit;MU)三部分,各部件相互协调,进行分析、判断、运算并控制计算机各组件工作。
一、内核●运算器运算器是计算机的处理中心,主要由算术逻辑单元(Arithmetic and Logic Unit;ALU)、浮点运算单元(Floating Point Unit;FPU)、通用寄存器和状态寄存器组成.算术逻辑单元主要完成二进制数据的定点算术运算(加减乘除)、逻辑运算(与或非异或)及各种移位操作.浮点运算单元主要负责浮点运算和高精度整数运算。
通用寄存器用来保存参加运算的操作数和运算的中间结果。
状态寄存器在不同机器中有不同规定,程序中,状态位通常作为转移指令的判断条件。
●控制器控制器是计算机的控制中心,决定了计算机运行过程的自动化。
它不仅要保证程序的正确执行,而且要能够处理异常事件。
控制器一般包括指令控制器、时序控制器、总线控制器、中断控制器等几个部分.1)指令控制器完成取指令、分析指令和执行指令的操作。
2)时序控制器要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号。
时序控制器包括时钟发生器和倍频定义单元,其中时钟发生器由石英晶体振荡器发出稳定的脉冲信号,即CPU的主频;而倍频定义单元则定义CPU主频是存储器频率(总线频率)的几倍。
一般时钟脉冲就是最基本时序信号,是整个机器的时间基准,称为主频。
执行一条指令所需时间叫做一个指令周期,不同指令的周期有可能不同。
一般为便于控制,根据指令的操作性质和控制性质不同,会把指令周期划分为几个不同的阶段,每个阶段就是一个CPU周期。
早期,CPU同内存速度差异不大,所以CPU周期通常和存储器存取周期相同。