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微处理器的基本结构

发布时间:2014/6/1 22:01:17 访问次数:2232

   微处理器是微型计算机的核心。ACMD-7402-SR1虽然不同厂家、不同型号的微处理器的结构、性能差异较大,但一些基本的部件是相似的。例如,微处理器包括运算器、控制器和一些寄存器,运算器主要包括ALU、累加器ACC、标志寄存器FR、寄存器组等,而控制器主要包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、地址寄存器AR、控制信号发生器等。传统微处理器的结构框图如图1-3所示。

      

    1.算术逻辑单元ALU

    ALU是运算器的核心部件,它在控制器发出的控制信号的作用下,可执行算术运算和逻辑运算。执行运算的操作数需提前放到累加器和数据寄存器中。算术运算一般包括加法、减法、加1、减l、比较等操作,也有的可以执行乘法、除法运算。逻辑运算一般包括逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或、逻辑同或等。为配合以上运算,ALU还支持一些辅助操作,如移位操作等。

   2.累加器A或ACC( Accumulator)

   累加器的英文原意是积累、集聚的意思,翻译成累加器有可能让读者理解为这是一种加法器。累加器实际上是一个寄存器,用于存储送入ALU进行运算的某一个操作数。例如,执行加法运算时,其中一个加数送到累加器中,加法完成后的和最终也可送到累加器中。累加器是一个非常重要的寄存器,在很多指令中都会用到。

   3.标志寄存器FR(Flag Register)

   计算机在运算过程中,可能产生很多标志位信息。例如,在执行加法或减法运算时,可能产生进位或借位,如果是带符号数的运算,还可能产生溢出位。另外,运算结果是负数或者是O,当前奇偶校验位是1还是0等,都是经常出现的位信息。这些位信息对计算机的下一岁运算具有直接影响,因此有必要将它们单独保存起来,标志寄存器就是用于存放各种标志位信息的,是所有型号的微处理器都具备的一个重要寄存器。

   不同CPU所保存的标志位各不相同,但有些标志位是类似的,例如进位标志C、辅助进位AC、溢出标志OV、结果为零标志Z、符号标志S、奇偶标志P等。

    4.寄存器组

    学习CPU,寄存器组是必须要理解并重视的重要部件。因为用户在使用CPU时,一定会用到寄存器组。寄存器组分为两类:通用寄存器组和专用寄存器组。所谓通用寄存器组,可理解为CPU内部的较小容量的存储器,这些存储器用于暂时存放运算数或中间结果。由于通用寄存器在CPU内部,所以速度很快,这对提高运算速度是有好处的。例如累加器ACC就是通用寄存器。

   专用寄存器组是一些具有专门用途的寄存器的集合。例如标志寄存器FR、堆栈指针寄存器SP、程序计数器PC等。


   微处理器是微型计算机的核心。ACMD-7402-SR1虽然不同厂家、不同型号的微处理器的结构、性能差异较大,但一些基本的部件是相似的。例如,微处理器包括运算器、控制器和一些寄存器,运算器主要包括ALU、累加器ACC、标志寄存器FR、寄存器组等,而控制器主要包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、地址寄存器AR、控制信号发生器等。传统微处理器的结构框图如图1-3所示。

      

    1.算术逻辑单元ALU

    ALU是运算器的核心部件,它在控制器发出的控制信号的作用下,可执行算术运算和逻辑运算。执行运算的操作数需提前放到累加器和数据寄存器中。算术运算一般包括加法、减法、加1、减l、比较等操作,也有的可以执行乘法、除法运算。逻辑运算一般包括逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或、逻辑同或等。为配合以上运算,ALU还支持一些辅助操作,如移位操作等。

   2.累加器A或ACC( Accumulator)

   累加器的英文原意是积累、集聚的意思,翻译成累加器有可能让读者理解为这是一种加法器。累加器实际上是一个寄存器,用于存储送入ALU进行运算的某一个操作数。例如,执行加法运算时,其中一个加数送到累加器中,加法完成后的和最终也可送到累加器中。累加器是一个非常重要的寄存器,在很多指令中都会用到。

   3.标志寄存器FR(Flag Register)

   计算机在运算过程中,可能产生很多标志位信息。例如,在执行加法或减法运算时,可能产生进位或借位,如果是带符号数的运算,还可能产生溢出位。另外,运算结果是负数或者是O,当前奇偶校验位是1还是0等,都是经常出现的位信息。这些位信息对计算机的下一岁运算具有直接影响,因此有必要将它们单独保存起来,标志寄存器就是用于存放各种标志位信息的,是所有型号的微处理器都具备的一个重要寄存器。

   不同CPU所保存的标志位各不相同,但有些标志位是类似的,例如进位标志C、辅助进位AC、溢出标志OV、结果为零标志Z、符号标志S、奇偶标志P等。

    4.寄存器组

    学习CPU,寄存器组是必须要理解并重视的重要部件。因为用户在使用CPU时,一定会用到寄存器组。寄存器组分为两类:通用寄存器组和专用寄存器组。所谓通用寄存器组,可理解为CPU内部的较小容量的存储器,这些存储器用于暂时存放运算数或中间结果。由于通用寄存器在CPU内部,所以速度很快,这对提高运算速度是有好处的。例如累加器ACC就是通用寄存器。

   专用寄存器组是一些具有专门用途的寄存器的集合。例如标志寄存器FR、堆栈指针寄存器SP、程序计数器PC等。


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6-1微处理器的基本结构

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