孙旭飞第4章-通用微处理器.ppt

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1、第四章第四章 通用微处理器通用微处理器 本章学习要点：本章学习要点：本章学习要点：本章学习要点：通用微处理器的基本结构通用微处理器的基本结构通用微处理器的基本结构通用微处理器的基本结构 Intel 8086 Intel 8086微处理器的编程结构微处理器的编程结构微处理器的编程结构微处理器的编程结构 Intel 8086Intel 8086微处理器的引脚功能微处理器的引脚功能微处理器的引脚功能微处理器的引脚功能 Intel 8086 Intel 8086微处理器的总线周期微处理器的总线周期微处理器的总线周期微处理器的总线周期 Intel 8086Intel 8086微处理器的系统组成微处理器的

2、系统组成微处理器的系统组成微处理器的系统组成 3.1 微处理器简介微处理器简介 n n把计算机系统中的中央处理器把计算机系统中的中央处理器把计算机系统中的中央处理器把计算机系统中的中央处理器（CPUCPU）集成在一块芯片上，从而实现了微型化，集成在一块芯片上，从而实现了微型化，集成在一块芯片上，从而实现了微型化，集成在一块芯片上，从而实现了微型化，这就是这就是这就是这就是微处理器微处理器微处理器微处理器。n n微处理器的特点是速度快、体积小，功微处理器的特点是速度快、体积小，功微处理器的特点是速度快、体积小，功微处理器的特点是速度快、体积小，功耗低，现代的耗低，现代的耗低，现代的耗低，现代的巨

3、型计算机的巨型计算机的巨型计算机的巨型计算机的CPUCPU使用的使用的使用的使用的也是微处理器。也是微处理器。也是微处理器。也是微处理器。通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 3.2 微型计算机系统微型计算机系统 n n一台微型计算机的基本结构是以运算器为中心，一台微型计算机的基本结构是以运算器为中心，一台微型计算机的基本结构是以运算器为中心，一台微型计算机的基本结构是以运算器为中心，由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成，即设备组成，即设备组成，即设备

4、组成，即冯冯冯冯 诺依曼结构诺依曼结构诺依曼结构诺依曼结构 。通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 这种结构的要点是：这种结构的要点是：这种结构的要点是：这种结构的要点是：vv由由由由运算器运算器运算器运算器、控制器控制器控制器控制器、存储器存储器存储器存储器、输入设备输入设备输入设备输入设备和和和和输出设输出设输出设输出设备备备备五大部分组成。五大部分组成。五大部分组成。五大部分组成。vv数据和程序以二进制代码形式一起存放在存储器数据和程序以二进制代码形式一起存放在存储器数据和程序以二进制代码形式一起存放在存储器数据和程序以二进制代码形式一起存放在存储器中，存放位置由地址指定，地

5、址码也为二进制。中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制。中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制。中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制。vv控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序进行工作的。由一个程序计数器（即指令地址计数进行工作的。由一个程序计数器（即指令地址计数进行工作的。由一个程序计数器（即指令地址计数进行工作的。由一个程序计数器（即指令地址计数器）控制指令的执行流程。控制器具有判断能力，器）控制指令的执行流程。控制器具有判断能力，器）控制指令的执行流程

6、。控制器具有判断能力，器）控制指令的执行流程。控制器具有判断能力，能以计算结果为基础，选择不同的执行流程。能以计算结果为基础，选择不同的执行流程。能以计算结果为基础，选择不同的执行流程。能以计算结果为基础，选择不同的执行流程。3.2 微型计算机系统微型计算机系统 通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 双总线结构双总线结构双总线结构双总线结构 总线是联系计算机各部件的纽带，根据总线总线是联系计算机各部件的纽带，根据总线总线是联系计算机各部件的纽带，根据总线总线是联系计算机各部件的纽带，根据总线组织方法的不同，可把总线结构分为单总线、双组织方法的不同，可把总线结构分为单总线、双组织方法

7、的不同，可把总线结构分为单总线、双组织方法的不同，可把总线结构分为单总线、双总线、双重总线三类。总线、双重总线三类。总线、双重总线三类。总线、双重总线三类。3.2 微型计算机系统微型计算机系统 双重总线结构双重总线结构双重总线结构双重总线结构通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 微处理器微处理器微处理器微处理器内部基本结构内部基本结构内部基本结构内部基本结构：由由算术逻辑单元算术逻辑单元、寄存器阵列寄存器阵列、控制单控制单元元、总线和总线缓冲器总线和总线缓冲器四个部分组成。高性四个部分组成。高性能微处理器内部还有能微处理器内部还有指令预取部件指令预取部件、地址形地址形成部件成部件、

8、指令译码部件指令译码部件和和存储器管理部件存储器管理部件等。等。3.3 通用微处理器的基本结构通用微处理器的基本结构通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 3.3.1 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU 算术逻辑单元算术逻辑单元是对二进制进行算术运算和逻辑是对二进制进行算术运算和逻辑运算的部件。一般数学问题的求解经过计算方法的运算的部件。一般数学问题的求解经过计算方法的处理可以分成算术运算和逻辑运算两种运算。处理可以分成算术运算和逻辑运算两种运算。操作数操作数2 2操作数操作数1 1计算结果计算结果结果状态结果状态通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 微处理器实现算术逻辑运算

9、的途径大致可微处理器实现算术逻辑运算的途径大致可微处理器实现算术逻辑运算的途径大致可微处理器实现算术逻辑运算的途径大致可归纳如下：归纳如下：归纳如下：归纳如下：1 1）基本运算功能基本运算功能基本运算功能基本运算功能：加、求补、逻辑非、逻辑与、：加、求补、逻辑非、逻辑与、：加、求补、逻辑非、逻辑与、：加、求补、逻辑非、逻辑与、逻辑或、逻辑异或、移位；逻辑或、逻辑异或、移位；逻辑或、逻辑异或、移位；逻辑或、逻辑异或、移位；BCDBCD码运算的十进制码运算的十进制码运算的十进制码运算的十进制调整等，由硬件实现。调整等，由硬件实现。调整等，由硬件实现。调整等，由硬件实现。2 2）乘除运算乘除运算乘除

10、运算乘除运算：在：在：在：在8 8位位位位CPUCPU中，乘除运算一般是由中，乘除运算一般是由中，乘除运算一般是由中，乘除运算一般是由微指令或软件编程实现，即用加、减、移位功能组微指令或软件编程实现，即用加、减、移位功能组微指令或软件编程实现，即用加、减、移位功能组微指令或软件编程实现，即用加、减、移位功能组合完成。在合完成。在合完成。在合完成。在1616位以上的位以上的位以上的位以上的CPUCPU中专门设有乘、除指中专门设有乘、除指中专门设有乘、除指中专门设有乘、除指令，即乘、除也是由硬件完成的。令，即乘、除也是由硬件完成的。令，即乘、除也是由硬件完成的。令，即乘、除也是由硬件完成的。3.3

11、.1 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 3 3）浮点运算浮点运算浮点运算浮点运算：在在在在8 8位或位或位或位或1616位位位位CPUCPU中，通常数都采用中，通常数都采用中，通常数都采用中，通常数都采用定点数表示，浮点数可以看成是由两个定点数组成，定点数表示，浮点数可以看成是由两个定点数组成，定点数表示，浮点数可以看成是由两个定点数组成，定点数表示，浮点数可以看成是由两个定点数组成，所以浮点运算可以用软件实现的。所以浮点运算可以用软件实现的。所以浮点运算可以用软件实现的。所以浮点运算可以用软件实现的。如果浮点运算量很大，可以另行配备硬件浮点运如果

12、浮点运算量很大，可以另行配备硬件浮点运如果浮点运算量很大，可以另行配备硬件浮点运如果浮点运算量很大，可以另行配备硬件浮点运算部件和浮点处理器，而高性能的算部件和浮点处理器，而高性能的算部件和浮点处理器，而高性能的算部件和浮点处理器，而高性能的CPUCPU的浮点处理的浮点处理的浮点处理的浮点处理器就与微处理器做在一个芯片中，并设置有相应的浮器就与微处理器做在一个芯片中，并设置有相应的浮器就与微处理器做在一个芯片中，并设置有相应的浮器就与微处理器做在一个芯片中，并设置有相应的浮点运算指令，可执行点运算指令，可执行点运算指令，可执行点运算指令，可执行3232位和位和位和位和6464位浮点加、减、乘和

13、位浮点加、减、乘和位浮点加、减、乘和位浮点加、减、乘和除运算，这就使得浮点运算也用硬件来完成，从而大除运算，这就使得浮点运算也用硬件来完成，从而大除运算，这就使得浮点运算也用硬件来完成，从而大除运算，这就使得浮点运算也用硬件来完成，从而大大提高了浮点运算的速度。大提高了浮点运算的速度。大提高了浮点运算的速度。大提高了浮点运算的速度。3.3.1 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 3.3.2 控制与定时部件控制与定时部件控制器控制器 控制器控制器控制器控制器是发布操作命令的机构，是微计算机的是发布操作命令的机构，是微计算机的是发布操作命令的机构，是微计

14、算机的是发布操作命令的机构，是微计算机的指挥中心。指挥中心。指挥中心。指挥中心。计算机程序和原始数据的输入、计算机程序和原始数据的输入、计算机程序和原始数据的输入、计算机程序和原始数据的输入、CPUCPU内部的信内部的信内部的信内部的信息处理、处理结果的输出、外设与主机之间的信息息处理、处理结果的输出、外设与主机之间的信息息处理、处理结果的输出、外设与主机之间的信息息处理、处理结果的输出、外设与主机之间的信息交换等，都在控制器的控制下实现。交换等，都在控制器的控制下实现。交换等，都在控制器的控制下实现。交换等，都在控制器的控制下实现。计算机按照存储程序和程序控制的原理工作，计算机按照存储程序和

15、程序控制的原理工作，计算机按照存储程序和程序控制的原理工作，计算机按照存储程序和程序控制的原理工作，程序本身由一系列指令组成，每条指令又由操作码程序本身由一系列指令组成，每条指令又由操作码程序本身由一系列指令组成，每条指令又由操作码程序本身由一系列指令组成，每条指令又由操作码和操作数（数据或地址码）组成，所以计算机执行和操作数（数据或地址码）组成，所以计算机执行和操作数（数据或地址码）组成，所以计算机执行和操作数（数据或地址码）组成，所以计算机执行程序时，控制器的任务就是逐条地取出指令、分析程序时，控制器的任务就是逐条地取出指令、分析程序时，控制器的任务就是逐条地取出指令、分析程序时，控制器的

16、任务就是逐条地取出指令、分析指令、执行指令。指令、执行指令。指令、执行指令。指令、执行指令。通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 3.3.2 控制与定时部件控制与定时部件控制器控制器通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 1指令部件指令部件 1 1）程序计数器）程序计数器）程序计数器）程序计数器PCPC 计算机运行时计算机运行时计算机运行时计算机运行时,通常按顺序执行存放在存储器通常按顺序执行存放在存储器通常按顺序执行存放在存储器通常按顺序执行存放在存储器中的程序。先由中的程序。先由中的程序。先由中的程序。先由PCPC指出要执行指令的首地址，每指出要执行指令的首地址，每指

17、出要执行指令的首地址，每指出要执行指令的首地址，每当该指令取出后，当该指令取出后，当该指令取出后，当该指令取出后，PCPC的内容就自动增加的内容就自动增加的内容就自动增加的内容就自动增加，指向按，指向按，指向按，指向按顺序排列的下一条指令的首地址。顺序排列的下一条指令的首地址。顺序排列的下一条指令的首地址。顺序排列的下一条指令的首地址。在正常情况下，在正常情况下，在正常情况下，在正常情况下，CPUCPU总是按顺序逐条执行指总是按顺序逐条执行指总是按顺序逐条执行指总是按顺序逐条执行指令。若遇到转移指令（令。若遇到转移指令（令。若遇到转移指令（令。若遇到转移指令（JMPJMP）、调用子程序指令）、

18、调用子程序指令）、调用子程序指令）、调用子程序指令(CALL)(CALL)或返回指令（或返回指令（或返回指令（或返回指令（RETRET）、或者是响应中断转）、或者是响应中断转）、或者是响应中断转）、或者是响应中断转去执行中断服务程序时，就会把去执行中断服务程序时，就会把去执行中断服务程序时，就会把去执行中断服务程序时，就会把下一指令的首地下一指令的首地下一指令的首地下一指令的首地址直接置入址直接置入址直接置入址直接置入PCPC中中中中。指令部件一般包括指令部件一般包括指令部件一般包括指令部件一般包括程序计数器程序计数器程序计数器程序计数器、指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器和和和和指令译

19、码器指令译码器指令译码器指令译码器。通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 2 2）指令寄存器）指令寄存器）指令寄存器）指令寄存器IRIR：IR IR用来存放当前要执行的指令内容，用来存放当前要执行的指令内容，用来存放当前要执行的指令内容，用来存放当前要执行的指令内容，它包括操作码和操作数两部分。操作码将它包括操作码和操作数两部分。操作码将它包括操作码和操作数两部分。操作码将它包括操作码和操作数两部分。操作码将指令内容送往指令译码器，操作数如果是指令内容送往指令译码器，操作数如果是指令内容送往指令译码器，操作数如果是指令内容送往指令译码器，操作数如果是地址码，则送至地址形成电路；如果

20、是数地址码，则送至地址形成电路；如果是数地址码，则送至地址形成电路；如果是数地址码，则送至地址形成电路；如果是数据，则直接送至据，则直接送至据，则直接送至据，则直接送至ALUALU参与计算。参与计算。参与计算。参与计算。1指令部件指令部件通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 3 3）指令译码器指令译码器指令译码器指令译码器IDID：指令译码器是分析指令的部件。操作指令译码器是分析指令的部件。操作指令译码器是分析指令的部件。操作指令译码器是分析指令的部件。操作码经过译码后产生相应操作的控制电位。码经过译码后产生相应操作的控制电位。码经过译码后产生相应操作的控制电位。码经过译码后产生相

21、应操作的控制电位。例如，例如，例如，例如，8 8位操作码经指令译码器译码后可以位操作码经指令译码器译码后可以位操作码经指令译码器译码后可以位操作码经指令译码器译码后可以译出译出译出译出256256种操作控制状态，其中每一种控制种操作控制状态，其中每一种控制种操作控制状态，其中每一种控制种操作控制状态，其中每一种控制电位对应一种特定的操作。相应的电位对应一种特定的操作。相应的电位对应一种特定的操作。相应的电位对应一种特定的操作。相应的1616位操位操位操位操作码经指令译码器译码后，理论上可译出作码经指令译码器译码后，理论上可译出作码经指令译码器译码后，理论上可译出作码经指令译码器译码后，理论上可

22、译出6553665536种操作控制状态。种操作控制状态。种操作控制状态。种操作控制状态。1指令部件指令部件通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 时序部件是用来产生计算机各部件所需的时序部件是用来产生计算机各部件所需的时序部件是用来产生计算机各部件所需的时序部件是用来产生计算机各部件所需的定时信号的部件。定时信号的部件。定时信号的部件。定时信号的部件。2时序部件时序部件1 1）时钟系统脉冲源）时钟系统脉冲源）时钟系统脉冲源）时钟系统脉冲源 脉冲源用来产生具有一定频率和宽度的脉冲信脉冲源用来产生具有一定频率和宽度的脉冲信脉冲源用来产生具有一定频率和宽度的脉冲信脉冲源用来产生具有一定频率

23、和宽度的脉冲信号。微型计算机系统中一般都是使用外接的石英晶号。微型计算机系统中一般都是使用外接的石英晶号。微型计算机系统中一般都是使用外接的石英晶号。微型计算机系统中一般都是使用外接的石英晶体振荡器，因为它的频率稳定度高。计算机的电源体振荡器，因为它的频率稳定度高。计算机的电源体振荡器，因为它的频率稳定度高。计算机的电源体振荡器，因为它的频率稳定度高。计算机的电源一旦通电，脉冲源立即以给定的频率重复发出矩形一旦通电，脉冲源立即以给定的频率重复发出矩形一旦通电，脉冲源立即以给定的频率重复发出矩形一旦通电，脉冲源立即以给定的频率重复发出矩形脉冲。脉冲。脉冲。脉冲。两个相邻脉冲前沿的时间间隔为一个时

24、钟周两个相邻脉冲前沿的时间间隔为一个时钟周两个相邻脉冲前沿的时间间隔为一个时钟周两个相邻脉冲前沿的时间间隔为一个时钟周期或期或期或期或T T状态，它是状态，它是状态，它是状态，它是CPUCPU操作的最小时间单位操作的最小时间单位操作的最小时间单位操作的最小时间单位。通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 2时序部件时序部件2 2）时钟启）时钟启）时钟启）时钟启停逻辑停逻辑停逻辑停逻辑 时钟启时钟启时钟启时钟启停逻辑停逻辑停逻辑停逻辑用作控制启用作控制启用作控制启用作控制启停主脉冲信号的停主脉冲信号的停主脉冲信号的停主脉冲信号的开关，按指令和控制的要求，可准确地开启或关闭开关，按指令和

25、控制的要求，可准确地开启或关闭开关，按指令和控制的要求，可准确地开启或关闭开关，按指令和控制的要求，可准确地开启或关闭时钟脉冲序列。时钟脉冲序列。时钟脉冲序列。时钟脉冲序列。3 3）脉冲分配器）脉冲分配器）脉冲分配器）脉冲分配器 计算机在执行一条指令时，总是把一条指令分计算机在执行一条指令时，总是把一条指令分计算机在执行一条指令时，总是把一条指令分计算机在执行一条指令时，总是把一条指令分成若干个基本动作，由控制器产生一系列节拍和脉成若干个基本动作，由控制器产生一系列节拍和脉成若干个基本动作，由控制器产生一系列节拍和脉成若干个基本动作，由控制器产生一系列节拍和脉冲，每个节拍和脉冲信号指挥机器完成

26、一个微操作。冲，每个节拍和脉冲信号指挥机器完成一个微操作。冲，每个节拍和脉冲信号指挥机器完成一个微操作。冲，每个节拍和脉冲信号指挥机器完成一个微操作。通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 CPU CPU中，通常由中，通常由中，通常由中，通常由3535个时钟周期（即个时钟周期（即个时钟周期（即个时钟周期（即T T状态）状态）状态）状态）组成一个机器周期或总线周期（组成一个机器周期或总线周期（组成一个机器周期或总线周期（组成一个机器周期或总线周期（Machine Cycle/Machine Cycle/Bus CycleBus Cycle）或称）或称）或称）或称MM周期周期周期周期。它

27、。它。它。它用来完成一个基本操用来完成一个基本操用来完成一个基本操用来完成一个基本操作，如存储器读、存储器写、作，如存储器读、存储器写、作，如存储器读、存储器写、作，如存储器读、存储器写、I/O I/O 读和读和读和读和I/OI/O写等写等写等写等。在。在。在。在每个每个每个每个MM周期的第一个周期的第一个周期的第一个周期的第一个T T状态即状态即状态即状态即T1T1时，时，时，时，CPUCPU输出一个输出一个输出一个输出一个同步信号，表明一个同步信号，表明一个同步信号，表明一个同步信号，表明一个MM周期开始工作。一条指令通周期开始工作。一条指令通周期开始工作。一条指令通周期开始工作。一条指令

28、通常需要常需要常需要常需要1515个机器周期，根据指令功能而定。一条个机器周期，根据指令功能而定。一条个机器周期，根据指令功能而定。一条个机器周期，根据指令功能而定。一条指令的取出和执行所需的时间称为指令周期指令的取出和执行所需的时间称为指令周期指令的取出和执行所需的时间称为指令周期指令的取出和执行所需的时间称为指令周期（Instruction CycleInstruction Cycle）。）。）。）。2时序部件时序部件通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 3.微操作控制部件微操作控制部件微操作控制部件的主要功能是：微操作控制部件的主要功能是：微操作控制部件的主要功能是：微操作控

29、制部件的主要功能是：根据指令产生计算机各部件所需要的控制信号。根据指令产生计算机各部件所需要的控制信号。根据指令产生计算机各部件所需要的控制信号。根据指令产生计算机各部件所需要的控制信号。这些控制信号是由指令译码器的输出电位、节拍发生这些控制信号是由指令译码器的输出电位、节拍发生这些控制信号是由指令译码器的输出电位、节拍发生这些控制信号是由指令译码器的输出电位、节拍发生器产生的节拍电位、节拍脉冲以及外部的状态信号等器产生的节拍电位、节拍脉冲以及外部的状态信号等器产生的节拍电位、节拍脉冲以及外部的状态信号等器产生的节拍电位、节拍脉冲以及外部的状态信号等进行组合而产生的。它按一定的时间顺序，发出一

30、系进行组合而产生的。它按一定的时间顺序，发出一系进行组合而产生的。它按一定的时间顺序，发出一系进行组合而产生的。它按一定的时间顺序，发出一系列微操作控制信号，来完成指令所规定的全部操作。列微操作控制信号，来完成指令所规定的全部操作。列微操作控制信号，来完成指令所规定的全部操作。列微操作控制信号，来完成指令所规定的全部操作。微操作控制部件可采用下列三种控制方式来实现。微操作控制部件可采用下列三种控制方式来实现。微操作控制部件可采用下列三种控制方式来实现。微操作控制部件可采用下列三种控制方式来实现。1 1 1 1）组合逻辑控制组合逻辑控制组合逻辑控制组合逻辑控制2 2 2 2）程序控制（存储逻辑控

31、制）程序控制（存储逻辑控制）程序控制（存储逻辑控制）程序控制（存储逻辑控制）3 3 3 3）可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 总线在工作过程中，总是要求挂在总线上但不参总线在工作过程中，总是要求挂在总线上但不参总线在工作过程中，总是要求挂在总线上但不参总线在工作过程中，总是要求挂在总线上但不参与交换数据的部件在电气连接上与总线脱开，从而使与交换数据的部件在电气连接上与总线脱开，从而使与交换数据的部件在电气连接上与总线脱开，从而使与交换数据的部件在电气连接上与总线脱开，从而使这些部件对总线上其它部件的工作不产生影响，为了这些

32、部件对总线上其它部件的工作不产生影响，为了这些部件对总线上其它部件的工作不产生影响，为了这些部件对总线上其它部件的工作不产生影响，为了达到这一要求，可以在器件达到这一要求，可以在器件达到这一要求，可以在器件达到这一要求，可以在器件内部设置三态缓冲器内部设置三态缓冲器内部设置三态缓冲器内部设置三态缓冲器。数数数数据通过三态缓冲器再送入总线据通过三态缓冲器再送入总线据通过三态缓冲器再送入总线据通过三态缓冲器再送入总线，当三态缓冲器处于低，当三态缓冲器处于低，当三态缓冲器处于低，当三态缓冲器处于低阻状态（输出端为高电平或低电平状态）时，器件挂阻状态（输出端为高电平或低电平状态）时，器件挂阻状态（输出

33、端为高电平或低电平状态）时，器件挂阻状态（输出端为高电平或低电平状态）时，器件挂在总线上；当三态缓冲器处于高阻状态（开路状态、在总线上；当三态缓冲器处于高阻状态（开路状态、在总线上；当三态缓冲器处于高阻状态（开路状态、在总线上；当三态缓冲器处于高阻状态（开路状态、浮空状态）时，器件与总线逻辑上脱开（物理上仍是浮空状态）时，器件与总线逻辑上脱开（物理上仍是浮空状态）时，器件与总线逻辑上脱开（物理上仍是浮空状态）时，器件与总线逻辑上脱开（物理上仍是连接在一起的）。连接在一起的）。连接在一起的）。连接在一起的）。3.3.3 内部总线和总线缓冲器内部总线和总线缓冲器通用微处理器通用微处理器通用微处理器

34、通用微处理器 数据总线：数据总线：数据总线：数据总线：数据总线是数据总线是数据总线是数据总线是双向总线双向总线双向总线双向总线，通常在，通常在，通常在，通常在CPUCPU内部数据总线与外部数据总线之间都设有数据内部数据总线与外部数据总线之间都设有数据内部数据总线与外部数据总线之间都设有数据内部数据总线与外部数据总线之间都设有数据总线缓冲器总线缓冲器总线缓冲器总线缓冲器/锁存器，作用如同关卡。输出时，锁存器，作用如同关卡。输出时，锁存器，作用如同关卡。输出时，锁存器，作用如同关卡。输出时，内部数据总线内容被送到一个锁存器，再经缓内部数据总线内容被送到一个锁存器，再经缓内部数据总线内容被送到一个锁

35、存器，再经缓内部数据总线内容被送到一个锁存器，再经缓冲器送至外部数据总线上，输入时，数据从外冲器送至外部数据总线上，输入时，数据从外冲器送至外部数据总线上，输入时，数据从外冲器送至外部数据总线上，输入时，数据从外部数据总线送至输入缓冲器，再由缓冲器输出部数据总线送至输入缓冲器，再由缓冲器输出部数据总线送至输入缓冲器，再由缓冲器输出部数据总线送至输入缓冲器，再由缓冲器输出到内部数据总线上。到内部数据总线上。到内部数据总线上。到内部数据总线上。3.3.3 内部总线和总线缓冲器内部总线和总线缓冲器通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 地址总线：地址总线：地址总线：地址总线：地址总线是也是

36、三态的，不过它是地址总线是也是三态的，不过它是地址总线是也是三态的，不过它是地址总线是也是三态的，不过它是单向输出线单向输出线单向输出线单向输出线，CPUCPU内部有一个地址总线缓冲器，内部有一个地址总线缓冲器，内部有一个地址总线缓冲器，内部有一个地址总线缓冲器，它用来连接内部地址总线与外部地址总线。当它用来连接内部地址总线与外部地址总线。当它用来连接内部地址总线与外部地址总线。当它用来连接内部地址总线与外部地址总线。当有地址信号发送时，地址缓冲器与外部地址总有地址信号发送时，地址缓冲器与外部地址总有地址信号发送时，地址缓冲器与外部地址总有地址信号发送时，地址缓冲器与外部地址总线连接，当线连接

37、，当线连接，当线连接，当CPUCPU不发送地址信号时，地址缓冲不发送地址信号时，地址缓冲不发送地址信号时，地址缓冲不发送地址信号时，地址缓冲器与外部地址总线脱开器与外部地址总线脱开器与外部地址总线脱开器与外部地址总线脱开。3.3.3 内部总线和总线缓冲器内部总线和总线缓冲器通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 1 1存放待处理数据的寄存器存放待处理数据的寄存器存放待处理数据的寄存器存放待处理数据的寄存器 1 1）累加器）累加器）累加器）累加器 一般一般一般一般CPUCPU至少有一个累加器，数据运算加至少有一个累加器，数据运算加至少有一个累加器，数据运算加至少有一个累加器，数据运算加

38、工处理大部分要使用累加器。为了提高处理数据工处理大部分要使用累加器。为了提高处理数据工处理大部分要使用累加器。为了提高处理数据工处理大部分要使用累加器。为了提高处理数据效率，有些效率，有些效率，有些效率，有些CPUCPU设置了两个以上的累加器，除设置了两个以上的累加器，除设置了两个以上的累加器，除设置了两个以上的累加器，除了一个主累加器外，其他几个通用寄存器也可作了一个主累加器外，其他几个通用寄存器也可作了一个主累加器外，其他几个通用寄存器也可作了一个主累加器外，其他几个通用寄存器也可作累加器使用。累加器使用。累加器使用。累加器使用。3.3.4 寄存器阵列寄存器阵列通用微处理器通用微处理器通用

39、微处理器通用微处理器 2 2）通用寄存器组）通用寄存器组）通用寄存器组）通用寄存器组 通用寄存器是在数据处理过程中可以被指通用寄存器是在数据处理过程中可以被指通用寄存器是在数据处理过程中可以被指通用寄存器是在数据处理过程中可以被指定为各种不同用途的一组寄存器。为了快速处定为各种不同用途的一组寄存器。为了快速处定为各种不同用途的一组寄存器。为了快速处定为各种不同用途的一组寄存器。为了快速处理数据，在理数据，在理数据，在理数据，在CPUCPU内通常设置通用寄存器组，用内通常设置通用寄存器组，用内通常设置通用寄存器组，用内通常设置通用寄存器组，用来临时存放数据和地址。由于来临时存放数据和地址。由于来

40、临时存放数据和地址。由于来临时存放数据和地址。由于CPUCPU可以直接处可以直接处可以直接处可以直接处理这些数据和地址，因此减少了访问存储器的理这些数据和地址，因此减少了访问存储器的理这些数据和地址，因此减少了访问存储器的理这些数据和地址，因此减少了访问存储器的次数，从而提高了运算速度。次数，从而提高了运算速度。次数，从而提高了运算速度。次数，从而提高了运算速度。3.3.4 寄存器阵列寄存器阵列通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 2 2存放地址码的寄存器存放地址码的寄存器存放地址码的寄存器存放地址码的寄存器 1 1）程序计数器）程序计数器）程序计数器）程序计数器PCPC 程序计数

41、器用来存放现行指令的地址，是一个专程序计数器用来存放现行指令的地址，是一个专程序计数器用来存放现行指令的地址，是一个专程序计数器用来存放现行指令的地址，是一个专用寄存器。每当取出现行指令后，用寄存器。每当取出现行指令后，用寄存器。每当取出现行指令后，用寄存器。每当取出现行指令后，PC PC 就自动加就自动加就自动加就自动加1 1（除转移指令外），以指向下一指令的地址。如果指（除转移指令外），以指向下一指令的地址。如果指（除转移指令外），以指向下一指令的地址。如果指（除转移指令外），以指向下一指令的地址。如果指令是多字节的，则每取一个字节，令是多字节的，则每取一个字节，令是多字节的，则每取一个字

42、节，令是多字节的，则每取一个字节，PCPC就增就增就增就增1 1，取出一，取出一，取出一，取出一指令的所有字节之后，指令的所有字节之后，指令的所有字节之后，指令的所有字节之后，PCPC仍指向下一条指令的地址。仍指向下一条指令的地址。仍指向下一条指令的地址。仍指向下一条指令的地址。一般指令是按顺序执行的，故一般指令是按顺序执行的，故一般指令是按顺序执行的，故一般指令是按顺序执行的，故PCPC可用来控制程序执可用来控制程序执可用来控制程序执可用来控制程序执行的顺序。仅当遇到转移或调用指令时，行的顺序。仅当遇到转移或调用指令时，行的顺序。仅当遇到转移或调用指令时，行的顺序。仅当遇到转移或调用指令时，

43、PC PC 内容才内容才内容才内容才被所指定的地址取代，从而改变指令执行的顺序，实被所指定的地址取代，从而改变指令执行的顺序，实被所指定的地址取代，从而改变指令执行的顺序，实被所指定的地址取代，从而改变指令执行的顺序，实现程序的转移。现程序的转移。现程序的转移。现程序的转移。3.3.4 寄存器阵列寄存器阵列通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 2 2存放地址码的寄存器存放地址码的寄存器存放地址码的寄存器存放地址码的寄存器 2 2）堆栈指示器）堆栈指示器）堆栈指示器）堆栈指示器SPSP 堆栈是一个按照后进先出的原则存取数据的存堆栈是一个按照后进先出的原则存取数据的存堆栈是一个按照后进

44、先出的原则存取数据的存堆栈是一个按照后进先出的原则存取数据的存储区域。堆栈指示器是一个专用寄存器，它是存取储区域。堆栈指示器是一个专用寄存器，它是存取储区域。堆栈指示器是一个专用寄存器，它是存取储区域。堆栈指示器是一个专用寄存器，它是存取数据的标杆，即用来指示内存（数据的标杆，即用来指示内存（数据的标杆，即用来指示内存（数据的标杆，即用来指示内存（RAMRAM）中堆栈栈）中堆栈栈）中堆栈栈）中堆栈栈顶的地址。每次压入或弹出一个数据时，它能自动顶的地址。每次压入或弹出一个数据时，它能自动顶的地址。每次压入或弹出一个数据时，它能自动顶的地址。每次压入或弹出一个数据时，它能自动修改修改修改修改SPS

45、P的值，以便保证的值，以便保证的值，以便保证的值，以便保证SPSP始终指向栈顶。始终指向栈顶。始终指向栈顶。始终指向栈顶。3.3.4 寄存器阵列寄存器阵列通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 3 3存放控制信息的寄存器存放控制信息的寄存器存放控制信息的寄存器存放控制信息的寄存器 1 1）指令寄存器）指令寄存器）指令寄存器）指令寄存器IRIR 2 2）标志寄存器标志寄存器标志寄存器标志寄存器FR FR 标志寄存器用来保存标志寄存器用来保存标志寄存器用来保存标志寄存器用来保存ALUALU操作结果的条件标志，操作结果的条件标志，操作结果的条件标志，操作结果的条件标志，它可以用专门的指令来

46、测试，判断程序是否转移。它可以用专门的指令来测试，判断程序是否转移。它可以用专门的指令来测试，判断程序是否转移。它可以用专门的指令来测试，判断程序是否转移。大多数算术、逻辑操作都会影响一到几个标志位，大多数算术、逻辑操作都会影响一到几个标志位，大多数算术、逻辑操作都会影响一到几个标志位，大多数算术、逻辑操作都会影响一到几个标志位，每个标志都可视为一个触发器。其置位和复位由最每个标志都可视为一个触发器。其置位和复位由最每个标志都可视为一个触发器。其置位和复位由最每个标志都可视为一个触发器。其置位和复位由最后执行的算术逻辑运算的结果决定。标志寄存器一后执行的算术逻辑运算的结果决定。标志寄存器一后执

47、行的算术逻辑运算的结果决定。标志寄存器一后执行的算术逻辑运算的结果决定。标志寄存器一般由般由般由般由8 8位、位、位、位、1616位或位或位或位或3232位触发器组成。位触发器组成。位触发器组成。位触发器组成。3.3.4 寄存器阵列寄存器阵列通常状态标志有以下几个：通常状态标志有以下几个：通常状态标志有以下几个：通常状态标志有以下几个：符号符号符号符号（S S：SignSign）标志位）标志位）标志位）标志位零零零零（Z Z：ZeroZero）标志位）标志位）标志位）标志位辅助进位辅助进位辅助进位辅助进位（ACAC：AUXILIATY CARRY AUXILIATY CARRY 或或或或 H

48、H：HALF CARRYHALF CARRY）标志位）标志位）标志位）标志位奇偶校验奇偶校验奇偶校验奇偶校验（P P：PARITY/EVENPARITY/EVEN）标志位）标志位）标志位）标志位进位进位进位进位（C C或或或或CYCY：CARRYCARRY）标志位）标志位）标志位）标志位溢出溢出溢出溢出（OO或或或或V V：OVERFLOWOVERFLOW）标志位）标志位）标志位）标志位通用微处理器通用微处理器通用微处理器通用微处理器 4 4数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器 主要指数据总线缓冲器和地址总线缓冲器。这类主要指数据总线缓冲器和地址总线缓冲器。这类主要指数据总

49、线缓冲器和地址总线缓冲器。这类主要指数据总线缓冲器和地址总线缓冲器。这类寄存器对用户来说有些是不可见的，即不可由指令来寄存器对用户来说有些是不可见的，即不可由指令来寄存器对用户来说有些是不可见的，即不可由指令来寄存器对用户来说有些是不可见的，即不可由指令来访问。访问。访问。访问。1 1 1 1）数据总线缓冲寄存器数据总线缓冲寄存器数据总线缓冲寄存器数据总线缓冲寄存器 2 2）地址总线缓冲器地址总线缓冲器地址总线缓冲器地址总线缓冲器(Address Bus Buffer(Address Bus Buffer，ABUF)ABUF)3.3.4 寄存器阵列寄存器阵列通用微处理器通用微处理器通用微处理器

50、通用微处理器 3.4 总线分类与特性总线分类与特性1 1总线的分类总线的分类总线的分类总线的分类 一个单处理器系统中的总线，大致分为三类：一个单处理器系统中的总线，大致分为三类：一个单处理器系统中的总线，大致分为三类：一个单处理器系统中的总线，大致分为三类：内部总线、系统总线和内部总线、系统总线和内部总线、系统总线和内部总线、系统总线和I/OI/O总线。总线。总线。总线。uu内部总线内部总线内部总线内部总线：微处理器内部连接各寄存器及运算部微处理器内部连接各寄存器及运算部微处理器内部连接各寄存器及运算部微处理器内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。内部总线分为单总线、双总线和多件之间的总线。内