第1章微型计算机基础-1.3微处理器.pdf
97页
1.3 微处理器 微处理器 第一节 第一节 第一节 第一节 概述 概述 概述 概述 第二节 第二节 第二节 第二节 806/808微处理器 微处理器 微处理器 微处理器 第三节 第三节 第三节 第三节 80286微处理器 微处理器 微处理器 微处理器第四节 第四节 第四节 第四节 80386微处理器 微处理器 微处理器 微处理器 第五节 第五节 第五节 第五节 Pentium微处理器 微处理器 微处理器 微处理器一、微处理器的发展概况 �第一代 1971年推出 PMO SO O O 工艺制作，串行 10进制计算，集成度 20个晶体管 /片 �典型产品 Intel40（ 4位）， Intel808（ 8位）第二代 1973年以后�采 用 NMO SO O O 工 艺 制 作 ， 集 成 度 为 90个 晶 体 管 /片 ， 字 长 为 8位 �典型产品 Intel80， M680， Z-801.3.1 概述 概述微 处 理 器 ， 由 一 片 或 几 片 大 规 模 集 成 电 路 组 成 ， 是 微 型微 处 理 器 ， 由 一 片 或 几 片 大 规 模 集 成 电 路 组 成 ， 是 微 型计 算 机 的 计 算 机 的 运 算 及 控 制 运 算 及 控 制 中 心 ， 即 微 型 计 算 机 的 中 央 处 理 单中 心 ， 即 微 型 计 算 机 的 中 央 处 理 单元 元 CPU。
�第三代， 20世纪 80年代推出采用高密度 H MO SH OH OH O 工艺，集成度为 290个晶体管 /片，字长为 16位，运算速度提高 2～ 5倍，�典型产品 Intel 806/808、 Z80和 MC680 Intel80186 ， 80286 属高性能的 16位微处理器，其中 2为满足多用户和多任务系统而设计，可有效地运行实时多任务操作系统 �第四代 1985年采用 CH MO SH OH OH O 工艺，集成度达 18万个晶体管 /片，字长为 32位�典型产品 Intel80386/486， Motrola的 M6802 �第五代 193年推出 Pentium微处理器，即 80586， 64根数据线， 36根地址线，主频有 60MH ZH H H 、 6MH ZH H H 两种� 运算速度为 12IPS、 集成度为 310万个晶体管 /片�第六代 195年推出 PentiumPro微处理器，即 P6， 64根数据线， 36根地址线，主频达到 20MH ZH H H� 集成度为 50万个晶体管 /片新一代更高性能的 Pentium Ⅱ 、 Ⅲ 、 4微处理器，最新的Core和 Core2微处理器，使微处理器的性能达到极高的水平。
80x86微处理器概况 微处理器概况 型 号 生产年份 字 长 晶体管数 主 频 数据 外部 地址 寻址 高速缓存 (位 ) (万个 ) (MH z) H H H 总线 总线 总线 空间 (位 ) (位 ) (位 ) (B)806 1978 16 2.9 4.7 16 16 16 1M 无 8 . . 无 8026 1982 16 13.4 6-20 16 16 24 16M 无 38 6 32 27.5 1.5-3 32 32 3 4G 有 8046 198 10-160 25-10 2 8KB Pentium 3 32 3-3 60-16 64 64 3 4G 8KB数据586 指令Pentium 195 32 50 150-20 64 64 36 64G 8KB数据ro(P6) +150 指令 256KB二级 高速缓存Pentium 197 32 750 23-3 64 64 36 64G 32KB Ⅱ 51 二级高速缓存 独立封装 独立总线 微处理 器CPU存储器 RO MO O O 存储器 RAMI/O O O O 接口外部设备地址总线 数据总线 控制总线 硬盘二、 微处理器的主要功能－指令执行－计算1、指令控制：按顺序取指令2、操作控制：进行指令译码并产生相应的操作信号3、时间控制：控制操作信号的时间顺序4、数据处理、运算、传送等三、微处理器的基本结构 微处理器由 控制器、运算器、寄存器组及片内总线 等部分组成。
高性能微处理器（ Pentium 以上）除以上组成部分外，一般还在内部集成了 高速缓冲存储器 （ L1 Cache）以及 浮点处理器 （又称浮点运算器或协处理器）等部件 控制器 ： 又称指令控制部件功能：提取指令、识别翻译指令代码，安排操作次序， 向计算机各部件发出适当的操作信号，指挥计算机有条 不紊地工作 组成： 由指令寄存器、指令译码器、程序计数器（或指令指针）及相应的控制电路组成运算器 功能：根据指令完成指定的 算术或逻辑 运算，以及 移位循环 等操作组成：由 算术逻辑部件 ALU（ Arithmetic Logic Unit）、累加器及标志寄存器 组成寄存器组 包括若干不同功能的寄存器，协助算术逻辑单元 ALU及控制器工作 各种处理器的寄存器组不尽相同，但至少有以下六类寄 存器： 指令寄存器 IR，程序计数器 PC，地址寄存器 AR，缓冲寄存器 DR，累加寄存器 AC，状态标志寄存器 PSW浮点处理器 或称浮点协处理器功能：主要负责数值计算，特别是浮点运算，以辅助整 数处理器（即 CPU的主处理器）的工作当 CPU执行到有关函数或小数的运算时，会交给协处理器处理，待运算完毕，协处理器再将结果送回主处理器。
内部 Cache单元高性能 PU内部集成了一定容量的高速缓冲存储器，又称为一级高速缓存或内部高速缓存（ L1 Cache）其速度等于 CPU内核速度，可以显著提高 PU的运行效率和速度 CPU L2 Cache RAML1 Cache存储器 称为主存或内存是计算机的存储和记忆装置，存放数 据和程序 内存单元的地址和内容：内存中的数据和程序以二进制 形式存放以 8位二进制数作为一个字节（ Byte）每一个内存单元存放一个字节计算机通过给每个内存单元规定不同的地址管理内存 指针的概念 书柜－有很多抽屉（每个抽屉上有一个编号）－每个抽 屉里有一本书指针的基本概念 : 所有的数据都是存放在存储器中的 一般把存储器中的一个字节称为一个内存单元， 不同的数据类型所占用的内存单元数不等，如整型量占 2个单元，字符量占 1个单元等 . 在第二章中已有详细的介绍 为了正确地访问这些内存单元， 必须为每个内存单元编上号 根据一个内存单元的编号即可准确地找到该内存单元 内存单元的编号也叫做地址 --指针 内存单元的地址和内存单元的内容是两个不同的概念四、微处理器的主要性能指标 主要性能指标有： 字长、寻址范围、主频（或工作频率）等 1、字长 CPU一次所能处理的二进制数的位数，一般等于 CPU数据总线的宽度； 字长越长，运算精度越高；速度越快；性能越高； CPU的字长有 8位、 16位、 32位和 64位586以上 CPU的外部字长均为 64位，但其内部字长则主要为 32位，所以称之为准 64位微处理器2、寻址范围CPU能够直接存取数据的 内存地址 范围，由 CPU地址总线 的宽度决定。
n为地址总线根数 ——寻址范围 0～ 2n16根： 216=4K K K K ； 20根： 20=1024K K K K ＝ 1M ； 24根： 24=16M； 32根： 23=4096=4G G G G…………………….20=124K K0K K 00H H H HFFH H H HA02H H H H3、主频 CPU的主时钟频率（简称主频）是 CPU的内部工作频率，是用来表示 CPU工作速度的重要指标，也是影响其运算速度的一个重要因素 主频越高，速度越快外频 是 CPU的外部基准频率，也叫前端总线频率或系统总线时钟频率，是微机系统的基本时钟 CPU的外频越高，证明 CPU与二级缓存和系统内存交换速度越快，对提高电脑系统的整体速度很有利 早期 CPU产品的主频和外频是相同的，从 80486DX2开始， CPU的主频可以几倍于它的外频 3准 16位微处理器 808，其内部结构与 806基本相同，但外部数据总线只有 位 1.3.2 8086/80286微处理器主要特点： 806是 16位 微处理器，采用高速运算功能的H MO SH OH OH O 工艺制造，集成度达 2.9万个晶体管 /片，采用单一+5V电源，时钟频率为 5 ~ 10MH ZH H H ，最快的指令执行时间为0.4μ S。
806外部采用 40条引脚的双列直插封装，有 16条数据线 和 20条地址线 ，可处理 8位或 16位 数据，可寻址的内存地址空间为 1M字节， I/O O O O 端口地址空间为 64K K K K 字节806/808CPU的内部结构框图 的内部结构框图 AHALBBLCHCLDDLSPBPSIDI ESCSSDSIP暂存寄存器ALU标志寄存器 123456指令流队列缓冲器ALU总线16位 BIU总线接口单元EU执行单元AXBCXD(A)累加器(HL)基数(BC)计数(DE)数据数 据 寄 存 器 堆栈指针基址指针 源变址 目的变址指针寄存器 变址寄存器 附加段 代码段 堆栈段 数据段 指令指针A-BUS(20位 )EU控制电路 总线控制 电路地址加法器段 寄 存 器外部总线D-BUS16位 /8位808806一、 8086CPU的内部结构 806可分为两部分：�执行单元 EU（ Execution Uitn）总线接口单元 BIU（ Bus Interface Unit）两个部分并行工作，同时相互协调工作 1、 执行单元 EU（ Execution Uitn）功能：负责指令的执行，从 BI的 指令流队列 中 取指令 ， 分析指令和执行指令 算术逻辑单元（ ALU） 用于算术、逻辑运算，并且按指令的寻址方式，计算出寻址单元地址的 16位偏移量 标志寄存器 FLAG SG G G 用于反映 CPU运算的状态特征以及存放控制标志 寄存器阵列 包括 4个 16位通用寄存器 AX、 BX、 CX、 DX； 4个专用寄存器 ，指针寄存器 SP、 BP和变址寄存器 SI、 DI 数据暂存器 协助 ALU完成运算，暂存参加运算的数据 EU控制电路 包括控制、定时与状态逻辑电路，根据指令译码形成各种定时控制信号。
