16位和32位微处理器

32位微处理器(1)按Intel的定义，0～32个中断是CPU出错用的，称为异常。

32～255是给系统自己定义使用的。

在DOS中，系统使用被分成了两个部分，一个部分是硬件的IRQ，IRQ就是级连的中断控制器。

其他的则被分配给软件使用。

现在64位的CPU中，中断扩充成16位，则理论上可有64KB个中断。

80286芯片能在实模式和保护模式两种方式下工作。

在实模式下，80286与8086芯片一样，与操作系统DOS和绝大部分硬件系统兼容；在保护模式下，每个同时运行的程序都在分开的空间内独自运行。

286的保护模式还是有很多不兼容缺陷，到了386才算有真正的改革，操作系统才真正进一步发挥作用，从16位真正跨入32位程序。

2.3 32位微处理器1985年，真正的32位微处理器80386DX诞生，为32位软件的开发提供了广阔的舞台。

1989年，Intel推出80486芯片，把387的浮点运算器合于486之中，并且采用流水线技术，令CPU每个周期可以执行一条指令，速度上突破100 MHz，超过了RISC的CPU。

1992年，Intel 发布奔腾芯片，采用多流水线技术及并行执行的能力，从此，CPU可以每个周期执行多个指令。

1995年的奔腾Pro能力上再进了一步，产生动态执行技术，使CPU可以乱序执行。

我们知道，从80386开始到现在的P4的CPU，它们的体系结构一直都是相同的，增加的只是内部的实现方式，所以，这些体系结构对大多数程序员来说就是透明的。

2.3.1 寄存器组成80386寄存器的宽度大多是32位，可分为如下几组：通用寄存器、段寄存器、指令指针及标志寄存器、系统地址寄存器、调试寄存器、控制寄存器和测试寄存器。

应用程序主要使用前面三组寄存器，只有系统才会使用其他寄存器。

这些寄存器是8080、8086、80286寄存器的超集，所以，80386包含了先前处理器的全部16位寄存器。

80386的部分寄存器如图2.6所示。

ARM处理器的三大特点是：耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。

1、体积小、低功耗、低成本、高性能；2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；4、大多数数据操作都在寄存器中完成；5、寻址方式灵活简单，执行效率高；6、指令长度固定。

编辑本段ARM处理器的历史1978年12月5日，物理学家赫尔曼·豪泽（Hermann Hauser）和工程师Chris Curry，在英国剑桥创办了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要业务是为当地市场供应电子设备。

1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。

起初，Acorn公司打算使用摩托罗拉公司的16位芯片，但是发现这种芯片太慢也太贵。

"一台售价500英镑的机器，不可能使用价格100英镑的CPU！"他们转而向Intel公司索要80286芯片的设计资料，但是遭到拒绝，于是被迫自行研发。

1985年，Roger Wilson和Steve Furber设计了他们自己的第一代32位、6M Hz的处理器，Roger Wilson和Steve Furber[1]用它做出了一台RISC指令集的计算机，简称ARM（Acorn RISC Machine）。

这就是ARM这个名字的由来。

RISC的全称是"精简指令集计算机"（reduced instruction set computer），它支持的指令比较简单，所以功耗小、价格便宜，特别合适移动设备。

早期使用ARM芯片的典型设备，就是苹果公司的牛顿PDA。

20世纪80年代后期，ARM很快开发成Acorn的台式机产品，形成英国的计算机教育基础。

1990年11月27日，Acorn公司正式改组为ARM计算机公司。

苹果公司出资150万英镑，芯片厂商VLSI出资25万英镑，Acorn本身则以150万英镑的知识产权和12名工程师入股。

《16/32 位微机原理、汇编语言及接口技术教程》部分习题参考解答第1 章微型计算机系统概述〔习题1.2 〕什么是通用微处理器、单片机（微控制器）、芯片、嵌入式系统？〔解答〕通用微处理器：适合较广的应用领域的微处理器，例如装在机、笔记本电脑、工作站、服务器上的微处理器。

单片机：是指通常用于控制领域的微处理器芯片，其内部除外还集成了计算机的其他一些主要部件，只需配上少量的外部电路和设备，就可以构成具体的应用系统。

芯片：称数字信号处理器，也是一种微控制器，其更适合处理高速的数字信号，内部集成有高速乘法器，能够进行快速乘法和加法运算。

嵌入式系统：利用微控制器、数字信号处理器或通用微处理器，结合具体应用构成的控制系统，其典型的特点是把计算机直接嵌入到应用系统之中。

〔习题1.5 〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。

〔解答〕：也称处理器，是微机的核心。

它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。

存储器：存储器是存放程序和数据的部件。

外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（）设备和输出（）设备，也称设备。

设备通过接口与主机连接。

总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。

习题1.6 〕什么是总线？微机总线通常有哪3 组信号？各组信号的作用是什么？〔解答〕总线：传递信息的共用通道，物理上是一组公用导线。

3 组信号线：数据总线、地址总线和控制总线。

（1）地址总线：传输将要访问的主存单元或端口的地址信息。

（2）数据总线：传输读写操作的数据信息。

（3）控制总线：协调系统中各部件的操作。

习题1.7 〕简答如下概念：（1）计算机字长（2）取指－译码－执行周期（3）（4）中断（5）总线解答〕（1）处理器每个单位时间可以处理的二进制数据位数称计算机字长。

（2）指令的处理过程，即指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。

第一章1.1 解：五代，详细见书1.2 解：微型计算机：以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以集成了计算机主要部件――控制器和运算器的微处理器为核心，所构造出的计算机系统。

PC机：PC（Person al Computer ）机就是面向个人单独使用的一类微机。

单片机：用于控制的微处理器芯片，内部除CPU外还集成了计算机的其他一些主要部件，如：ROM RAM定时器、并行接口、串行接口，有的芯片还集成了A/D、D/A转换电路等。

数字信号处理器DSP主要面向大流量数字信号的实时处理，在宿主系统中充当数据处理中心，在网络通信、多媒体应用等领域正得到越来越多的应用1.3 解：微机主要有存储器、I/O设备和I/O接口、CPU系统总线、操作系统和应用软件组成，各部分功能如下：CPU统一协调和控制系统中的各个部件系统总线：传送信息存储器：存放程序和数据I/O设备：实现微机的输入输出功能I/O接口：I/O设备与CPU的桥梁操作系统：管理系统所有的软硬件资源1.4 解：系统总线：传递信息的一组公用导线，CPU通过它们与存储器和I/O设备进行信息交换。

好处：组态灵活、扩展方便三组信号线：数据总线、地址总线和控制总线。

其使用特点是：在某一时刻，只能由一个总线主控设备来控制系统总线，只能有一个发送者向总线发送信号；但可以有多个设备从总线上同时获得信号。

1.5 解：（1）用于数值计算、数据处理及信息管理方向。

采用通用微机，要求有较快的工作速度、较高的运算精度、较大的内存容量和较完备的输入输出设备，为用户提供方便友好的操作界面和简便快捷的维护、扩充手段。

（2）用于过程控制及嵌人应用方向。

采用控制类微机，要求能抵抗各种干扰、适应现场的恶劣环境、确保长时间稳定地工作，要求其实时性要好、强调其体积要小、便携式应用强调其省电。

1.6 解:1.7 解：I/O 通道：位于CPU和设备控制器之间，其目的是承担一些原来由CPU处理的I/O任务，从而把CPU从繁杂的I/O任务中解脱出来。

微型计算机的发展、现状及趋势摘要：微机是电⼦计算机的⼀种，是根据其性能指标分类称其为即微型计算机。

它由微处理机(核⼼)、存储⽚、输⼊和输出⽚、系统总线等组成。

它的特点是体积⼩、灵活性⼤、价格便宜、使⽤⽅便。

20世纪80年代以来，微型计算机的类型越来越多，体积越来越⼩，功能越来越强。

关键字：微型计算机发展现状趋势1微机发展的标志——CPU的发展历程.⼀、第⼀代(1971~1973)：4位或低档8位微处理器和微型机代表产品是美国Intel公司⾸先的4004微处理器以及由它组成的MCS-4微型计算机(集成度为1200晶体管/⽚)。

随后⼜制成8008微处理器及由它组成的MCS-8微型计算机。

第⼀代微型机就采⽤了PMOS⼯艺，基本指令时间约为10~20µS，字长4位或8位，他的特点是:指令系统⽐较简单，运算功能较差，速度较慢，系统结构仍然停留在台式计算机的⽔平上，软件主要采⽤机器语⾔或简单的汇编语⾔，其价格低廉。

⼆、第⼆代(1974~1978)：中档的8位微处理器和微型机其间⼜分为两个阶段，1973-1978年为典型的第⼆代，以美国Intel公司的80和Motorola公司的MC6800为代表，集成度提⾼1~2倍，(Intel80集成度为4900管/⽚)，运算速度提⾼了⼀个数量级。

1976-1978年为⾼档的8位微型计算机和8位单⽚微型计算机阶段，称之为⼆代半。

⾼档8位微处理器，以美国ZILOG公司的Z80和Intel公司的8085为代表，集成度和速度都⽐典型的第⼆代提⾼了⼀倍以上(Intel8085集成度为9000管/⽚)。

8位单⽚微型机以Intel 集成度为9000管/⽚等为代表，它们主要⽤于控制和智能仪器。

总的来说，第⼆代微型机的特点是采⽤NMOS⼯艺，集成度提⾼1~4倍，运算速度提⾼10~15倍，基本指令执⾏时间约为1~2µS，指令系统⽐较完善，已具有典型的计算机系统结构以及中断、DMA等控制功能，寻址能⼒也有所增强，软件除采⽤汇编语⾔外，还配有BASIC，FORTRAN，PL/M等⾼级语⾔及其相应的解释程序和编译程序，并在后期开始配上操作系统。

关于单⽚机位数的思考（8位、16位、32位）8位、16位、32位是指单⽚机的“字长”，也就是⼀次运算中参与运算的数据长度，这个位是指⼆进制位。

以8位为例，8位⼆进制的表达范围是0000，0000~1111，1111即⼗进制的0~255，即每次参与运算的数据最⼤不能超过255。

⽽16位机的字长是16位，其数据表达范围是0~65535，即每次参与运算的数据最⼤不能超过65535；32位单⽚机的字长是32位，其数据表达范围是0~4294967295，即每次参与运算的数据最⼤不能超过4294967295。

8位、16位、32位与单⽚机的性能密切相关，通常32位机的性能要⾼于16位机，⽽16位机的性能⼜要⾼于8位机。

为什么会这样呢？这要从2个⽅⾯来分析。

第⼀，位数不同，运算效率不同。

对于8位机⽽⾔，由于在⼀次运算中的每⼀个数都不能超过8位，因此即便如100+200=300这样的运算，它也不能⼀次完成，因为300已超过了8位所能表达的最⼤范围（255），因此，要对这样的⼀个式⼦进⾏运算，就要编写⼀段程序，将运算分步完成，最后合成起来得到⼀个正确的结果。

⽽如果采⽤16位单⽚机来运算的话，那么⼀次运算就够了，显然分步完成所需要的时间要远远⼤于单步完成所需要的时间。

同样道理，当某个运算的结果或者中间值⼤于65535时，16位机也不能⼀次运算，要分步实现它，⽽32位机则可以⼀次运算完成。

第⼆，商业因素。

通常运算能⼒越⾼，表⽰这个单⽚机性能越强，当然，价格⾼⼀些⼈们也可以接受，有了价格空间，⽣产商通常都会在这些芯⽚中提供更多的其他的功能，使得芯⽚的整体性能得到更⼤的提升。

典型的单⽚机中，80C51系列，PIC系列，AVR系列都是8位单⽚机；80C196、MSP430系列是16位机；⽽⽬前⾮常热门的ARM系列则是32位机。

另外在CSDN的讨论中的⼀些⽐较好的回答：=================================8位单⽚机，典型的是51系列的，再⾼级点⽤AVR、pic的，功能⽅⾯，似乎都不会很复杂，⼀般可能是控制类的多⼀下。

微机原理与接口技术》李华贵主编课后习题参考答案第1章（1.6 习题）1．简述名词的概念：微处理器、微型计算机、微型计算机系统。

答：（1）微处理器：微处理器（Microprocessor）简称或MP，或CPU。

CPU是采用大规模和超大规模集成电路技术将算术逻辑部件ALU （Arithmetic Logic Unit ）、控制部件CU （Co ntrol Un it ）和寄存器组R （Registers）等三个基本部分以及内部总线集成在一块半导体芯片上构成的电子器件。

（2）微型计算机：微型计算机（Microcomputer ）是指以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出接口电路及系统总线等所组成的计算机，简称微机。

（3）微型计算机系统：微型计算机系统由硬件与软件两大部分组成，分别称为硬件（Hardware）系统与软件（Software）系统。

其中，硬件（Hardware）系统由CPU、内存储器、各类I/O接口、相应的I/O设备以及连接各部件的地址总线、数据总线、控制总线等组成。

软件（Software）系统：计算机软件（Software）是指为运行、维护、管理、应用计算机所编制的程序及程序运行所需要的数据文档资料的总和。

一般把软件划分为系统软件和应用软件。

其中系统软件为计算机使用提供最基本的功能，但是并不针对某一特定应用领域。

而应用软件则恰好相反，不同的应用软件根据用户和所服务的领域提供不同的功能。

2．简述名词的概念：指令寄存器、地址寄存器、标志寄存器。

答：（1）指令寄存器：指令寄存器（Instruction Register，IR）用来保存计算机当前正在执行或即将执行的指令。

当一条指令被执行时，首先，CPU从内存取出指令的操作码，并存入IR中，以便指令译码器进行译码分析。

（2）地址寄存器：地址寄存器（Address Register，AR）被动地接受IP传送给它的地址值（二进制地址），AR的作用是保持IP送来的地址，并且以并行方式连接输出到CPU的地址引脚上，以便CPU访问指定的内存单元。

嵌入式微处理器分类：根据微处理器的字长宽度：微处理器可分为4位、8位、16位、32位、64位。

一般把16位及以下的称为嵌入式微控制器，32位以上的称为嵌入式微处理器。

根据微处理器系统集成度，可划分为两类：一般用途的微处理器，即微处理器内部仅包含单纯的中央处理单元；单芯片微控制器，即将CPU、Rom、RAM及I/O等部分集成到同一个芯片上。

根据嵌入式微处理器的用途：可分为以下几类：1、嵌入式微控制器（MCU），又称为单片机。

微控制器的片上外设资源通常比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。

微控制器芯片内部集成有ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出（PWM）、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。

微控制器的最大特点是单片化，功耗成本低，可靠性高。

常用的有8051、MCS系列、C540、MSP430系列等，目前，微控制器占嵌入式系统的约70%的市场份额。

2、嵌入式微处理器（EMPU）。

由通用计算机中的CPU发展而来，主要特点是具有32位以上的处理器，具有比较高的性能，价格也较高。

与计算机CPU不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其它的冗余功能部分，因此其体积小、重量轻、功耗低、成本低及可靠性高。

通常嵌入式微处理器把CPU、ROM、RAM及I/O等元件做到同一个芯片上，也称为单板计算机。

目前，主要的嵌入式微处理器有ARM、MIPS、POWER PC和基于X86的386EX等。

特点：嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。

嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系或哈佛体系结构；指令系统可以选用精简指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和复杂指令系统CISC（Complex Instruction Set Computer，CISC）。

填空题第1章微型计算机概述1.微型计算机中各部件是通过总线构成一个整体的．2.____微处理器_____是微型计算机的核心。

3.总线按照其规模、用途和应用场合可分为元件极总线、板极总线和通信总线。

4.微型计算机由_CPU_ 、存储器、输入/输出接口和系统总线组成。

5.以微型计算机为主体，配上系统软件、应用软件和外设之后，就成了微型计算机系统。

6.微型计算机的主要性能指标有CPU的位数、__CPU的主频__、内存容量和速度、____硬盘容量第2章 16位和32位微处理器1.Intel 8086CPU是_ 16__位微处理器，有_ 16__根数据总线和_ _20_ _根地址总线，存储器寻址的空间为_ 1MB__,端口寻址空间为_ 64KB__。

8088CPU有＿8＿根数据总线。

2.输入/输出端口有两种编址方法，既I/O端口与存储单元统一编址和I/O单独编址。

前一种编址的主要优点是功能强和指令灵活。

后一种编址的主要优点是指令运行速度快和增强了程序的可读性。

3.所谓最小模式，就是在系统中只有8086一个微处理器。

4.所谓最大模式是在系统中包含两个或多个微处理器。

（主 8086,其他称协处理器）5.8086工作在最大模式下，引脚MN/MX*接低（高/低）电平。

6.8086/8088CPU的数据线和地址线是以__ 分时复用_____方式轮流使用的。

7.8086中的BIU由__4___个___16___位段寄存器、一个___16____位指令指针、___6___字节指令队列、__20___位地址加法器和控制电路组成。

8.8086/8088提供的能接受外中断请求信号的引脚是 INTR和NMI。

两种请求信号的主要不同之处在于NMI引脚引入的中断不受中断允许标志位IF的屏蔽。

9.8086/8088的存储器是分段的，因此存储单元的物理地址是由段地址和段内偏移量组合而成的。

10.对于8086CPU，物理地址是由段基址和偏移地址两部分构成，若某存储单元的段基址为2000H，偏移地址为1122H，则该存储单元的物理地址为21122H 。

嵌入式微处理器的分类
什么是嵌入式微处理器？
嵌入式微处理器是一种由内置单片机的微型计算机，这种集成的单片机可以直接安装于普通的电子设备中，提供嵌入式控制功能，它们完全由软件来控制。

这些微处理器通常具有快速的处理能力，并带有嵌入式的外设，能够将计算机的功能植入到可移植设备当中，实现对多功能电子产品的整体控制。

嵌入式微处理器分类
嵌入式微处理器可以分为以下几种：
1、 8位微处理器：这类微处理器是8位指令操作的，数据宽度为8位，具有较少内存容量、低功耗、低成本和简单模块化的特点。

它们通常用于家用电器和自动控制中。

2、 16位微处理器：16位微处理器对指令有更高的处理能力，指令和数据均为16位，多用于工控系统、信号处理系统中，常用于多类型设备的自动化控制、软件开发等领域。

3、 32位微处理器：32位微处理器使用32位指令和数据宽度，它们更快、更强大，一般用于工业、商业、家用自动控制系统。

4、 64位微处理器：这类微处理器使用64位指令和数据宽度，具有极高的运算性能和网络数据处理能力，常用于图形处理、数字信号处理、科学计算以及各类嵌入式控制系统中。

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第三章 8086/8088微处理器及其系统 教材习题3.1-3.70参考答案3.1 为什么要研究8086/8088微处理器及其系统?这比直接研究32位微处理器及其系统有何优缺点?解:尽管8086/8088后续的80286、80386、80486以及Pentium系列CPU结构和功能已发生很大变化，但从基本概念与结构以及指令格式上来讲，他们仍然是经典的8086/8088CPU的延续与提升。

3.2 8086 CPU有多少根数据线和地址线？它能寻址多少内存地址单元和I/O端口？8088CPU又有多少根数据线和地址线？为什么要设计8088CPU？解：8086 CPU有16根数据线和20根地址线，可寻址1MB存储单元和64KB的I/O端口。

8088 CPU 有16位内部数据线和8条外部数据总线，20根地址线。

8088 CPU 是8086 CPU的向下兼容版，这样设计主要为了与INTEL原有的8位外围接口芯片直接兼容。

3.3 8086 CPU内部按功能可分为哪两大部分？他们各自的主要功能是什么？解：从功能上讲，8086可分为两个部分，即总线接口单元（bus interface unit，BIU）和执行单元（execution unit ，EU）。

总线接口单元（BIU）的功能是负责CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。

EU的功能只是负责执行指令；执行的指令从BIU的指令队列缓冲器中取得，执行指令的结果或执行指令所需要的数据，都由EU向BIU发出请求，再由BIU经总线控制电路对存储器或外设存取。

3.4 8086 CPU内部的总线接口单元BIU由哪些功能部件组成？他们的基本操作原理是什么？解：BIU内有4个16位的段地址寄存器CS、DS、SS和ES，16位指令指针IP，6字节指令队列缓冲器，20位地址加法器和总线控制电路。

基本操作原理是BIU要从内存取指令送到指令队列缓冲器；CPU执行指令时，总线接口单元要配合执行单元从指定的内存单元或者外设端口中取数据，将数据传送给执行单元，或者把执行单元的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。