《微型计算机系统与接口》第2章.ppt

第2章中央处理器—CPU2．1计算机硬件组成计算机系统的核心部件是微处理器，充当计算机系统核心作用的微处理器，因时代的变迁和与时俱进的微处理机技术的飞速发展而变化着，它们曾经是16位的8086、8088、80186、80286微处理器，32位的80386、80486、经典奔腾Pentium、高能奔腾PentiumPro、二代奔腾PentiumII、PentiumIII，直至目前的Pentium4以及将来的64位的微处理器。
计算机存储器系统的构成；既有只读存储器（ROM），也有随机存取存储器RAM。而随机存取存储器RAM，既可以是动态的RAM（RAM），也可以是静态的RAM（SRAM）。
为了解决微处理器高速的操作处理速度与存取速度较低的存储器之间的矛盾，在微处理机系统中通常还配备有高速缓冲存储器Cache，用以加速微处理机与存储器之间的信息传输速度。
计算机系统内的输入/输出系统是人-机进行信息交互的一种非常重要的手段。输入/输出系统通常是由诸如打印机、显示器、键盘、光驱、鼠标、绘图仪、扫描仪、软盘驱动器、硬盘驱动器、磁带机等设备组成。一个计算机系统配备的输入/输出设备的多少因需要而异。2．1．2微处理器芯片
微处理机系统的核心部件是微处理器芯片，通常称之为CPU（CentralProcessingUnit）。微处理器芯片是通过总线对存储器和输入/输出操作进行控制的。在微处理器与I/O设备或与存储设备之间进行数据传送操作时，是用总线来选择I/O设备或存储设备的，并且对I/O设备和存储器设备实施控制。当微处理器执行存储在存储器中的指令时，同时也实现了对存储器和I/O的控制。其实，微处理机系统主要完成以下三项任务：
（1）在微处理器与存储器或者I/O设备之间传送数据；
（2）进行简单的算术运算和逻辑运算操作；
（3）通过简单的判断来实现对程序流向的控制。实际上，微处理器就是这样通过这些简单的算术运算和逻辑运算操作而实现积小事而大成之目的。通过执行一条条简单的指令而完成任何一种复杂的操作或任何一项任务。
微处理器的强大功能和威力主要表现在它能够每秒执行几千万条乃至几亿条指令，由这些指令组成的程序或软件（指令的集合）被存放在微处理机系统的存储器中。这种存储程序的概念使微处理机系统成为功能强大的IT设备。
表2.1列出了在Intel系列微处理器上执行的算术运算和逻辑运算操作。看起来，这些运算都是一些非常基本、非常简单的运算，然而就是通过这些简单的操作的组合，解决了人脑和体力所几乎不能解决的那些大的复杂课题的计算问题。操作用于运算的数据或者是来自存储器系统，或者是取自内部寄存器。进行运算的数据宽度也是可以变化的，它们可以是字节（8位）数据、字（16位）数据或双字（32位）数据。当然，也只有80386~PentiumII可以直接处理8位、16位和32位的数据。
由于早期的8086~80286是16位的微处理器，它们仅能直接加工处理8位和16位的数据，而不能直接加工处理32位的数据。
从80486微处理器开始，在微处理器芯片内又新配备了一个数字协同处理器（又称浮点部件），允许用80位的浮点数进行复杂的计算。而在以8086~80386微处理器为平台的PC机系统中，数字协同处理器是一种独立于8086~80386的、附加的、可选用的芯片部件。微处理器功能表现得非常强大的另一个的特征是，它拥有简单实用的、以实际数值为基础进行判断的能力。例如，微处理器可以判断一个数是否为零、是否为正、以及其他一些表怔值等。微处理器可根据这些简单判断操作来决定程序的流向。表2.2列出了Intel系列微处理器可以做出的判断操作。
表2.28086~80486和Pentium/PentiumPro微处理器的判断2．1．3CPU的构成2．微处理器（CPU）构成
为能实现如上所说的这些最基本的操作，CPU需要配备有能暂时存放某些数据的设施；CPU还必须记住最近执行指令的位置，以便知道要执行的下一条指令位于从何处；CPU还需要配备有在指令执行期间用来暂时保存指令和数据的设施。也就是说，在CPU内部也需要一小批量的内部存储装置。
图2.2中所展示的是一个经简化了的CPU逻辑框图，从图中可以看出，CPU芯片是经由系统总线与微机系统其他部分的相连接的。其实，CPU是由一个算术运算和逻辑运算部件ALU以及一个控制部件CU组成。图2.2CPU与系统总线ALU的功能是：
进入ALU的数据进行实际计算或处理。
控制部件的功能是：
对进入CPU的数据和指令进行控制处理，对移出CPU的数据和指令也设施控制处理，同时对ALU的操作也进行着控制。
另外，CPU逻辑框图内还由一组用来暂时保存指令和数据的设施，它们就是品种和数量都有限的被称为寄存器的暂时存储设备。若欲对CPU的的体系结构进行进一步的了解