微處理器的組成

微處理器

微處理器由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲(chǔ)器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制部分。它可與存儲(chǔ)器和外圍電路芯片組成微型計(jì)算機(jī)。

微處理器分類

通用處理器

追求高性能，它們用于運(yùn)行通用軟件，配備完備、復(fù)雜的操作系統(tǒng)。

嵌入式微處理器

強(qiáng)調(diào)處理特定應(yīng)用問(wèn)題的高性能，主要用于運(yùn)行面向特定領(lǐng)域的專用程序，配備輕量級(jí)操作系統(tǒng)，主要用于蜂窩電話、CD播放機(jī)等消費(fèi)類家電。

微控制器

價(jià)位相對(duì)較低，在微處理器市場(chǎng)上需求量最大，主要用于汽車、空調(diào)、自動(dòng)機(jī)械等領(lǐng)域的自控設(shè)備。

微處理器組成

邏輯部件

可以執(zhí)行定點(diǎn)或浮點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算操作、移位操作以及邏輯操作，也可執(zhí)行地址運(yùn)算和轉(zhuǎn)換。

寄存器部件

寄存器部件，包括寄存器、專用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)兩類，用來(lái)保存指令執(zhí)行過(guò)程中臨時(shí)存放的寄存器操作數(shù)和中的操作結(jié)果。 通用寄存器是中央處理器的重要部件之一。

控制部件

主要是負(fù)責(zé)對(duì)指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個(gè)操作的控制信號(hào)。

其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是以微存儲(chǔ)為核心的微程序控制方式；一種是以邏輯布線結(jié)構(gòu)為主的控制方式。

微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖為8086十六位微處理器，可分成兩個(gè)部分，一部分是執(zhí)行部件，即執(zhí)行指令的部分；另一部分是總線接口部件，與8086總線聯(lián)系，執(zhí)行從存儲(chǔ)器取指令的操作。

可使取指令和執(zhí)行指令的操作重疊進(jìn)行。EU部分有一個(gè)寄存器堆，由8個(gè)十六位的寄存器組成，可用以存放數(shù)據(jù)、變址和堆棧指針、算術(shù)運(yùn)算邏輯單元（ALU）執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作，標(biāo)志寄存器寄存這些操作結(jié)果的條件。執(zhí)行部件中的這些部件是通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)的。總線接口部件也有一個(gè)寄存器堆，其中CS、DS、SS和ES是存儲(chǔ)空間分段的分段寄存器。

IP是指令指針。內(nèi)部通信寄存器也是暫時(shí)存放數(shù)據(jù)的寄存器。指令隊(duì)列是把預(yù)先取來(lái)的指令流存放起來(lái)?？偩€接口部件還有一個(gè)地址加法器，把分段寄存器值和偏置值相加，取得二十位的物理地址。數(shù)據(jù)和地址通過(guò)總線控制邏輯與外面的8086系統(tǒng)總線相聯(lián)系。8086有十六位數(shù)據(jù)總線，處理器與片外傳送數(shù)據(jù)時(shí)，一次可傳送十六位二進(jìn)制數(shù)。8086具有一個(gè)初級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)片內(nèi)操作與片外操作的重疊。

微處理器主要應(yīng)用于整機(jī)的控制系統(tǒng)中，特別是彈載、艦載、機(jī)載、車載等加固計(jì)算機(jī)模塊，如導(dǎo)彈測(cè)發(fā)控計(jì)算機(jī)、安控計(jì)算機(jī)和彈頭測(cè)試計(jì)算機(jī)、潛水艇的魚(yú)雷發(fā)控裝置、光電對(duì)抗系統(tǒng)、裝甲師指揮通信系統(tǒng)、空降兵團(tuán)機(jī)動(dòng)式指揮通信系統(tǒng)、裝甲車通信終端、通信電臺(tái)車通信終端、指揮發(fā)射車指控終端、艦載便攜式解算裝置、衛(wèi)星通信車通信終端等。

微處理器發(fā)展趨勢(shì)

單芯片多微處理器將多個(gè)功能結(jié)構(gòu)不同或多個(gè)功能結(jié)構(gòu)相同的微處理器集成在一個(gè)芯片上，甚至將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上。

多線程結(jié)合指令級(jí)現(xiàn)場(chǎng)交換和順序調(diào)度技術(shù)，是數(shù)據(jù)流模型和馮·諾依曼模型的有機(jī)結(jié)合。以線程作為執(zhí)行調(diào)度的基本單位，多個(gè)線程按數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的方式并發(fā)地執(zhí)行，達(dá)到在一個(gè)物理微處理器上實(shí)現(xiàn)多個(gè)邏輯微處理器，提高執(zhí)行效率。

微處理器存儲(chǔ)器耦合將微處理器和存儲(chǔ)器集成在一個(gè)芯片上，以提供充足的存儲(chǔ)帶寬和極大的并行性。

可重構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)將FPGA技術(shù)和微處理器技術(shù)相結(jié)合，且在一個(gè)芯片上用可重構(gòu)邏輯依據(jù)計(jì)算需求構(gòu)造多個(gè)簡(jiǎn)單微處理器的連接，實(shí)現(xiàn)高度并行的體系結(jié)構(gòu)。

微處理器與微控制器區(qū)別

1.硬件結(jié)構(gòu)。微處理器是一個(gè)單芯片CPU，而微控制器則在一塊集成電路芯片中集成了CPU和其他電路，構(gòu)成了一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

除了CPU，微控制器還包括ram、rom一個(gè)串行接口、一個(gè)并行接口，計(jì)時(shí)器和中斷調(diào)度電路。雖然片上ram的容量比普通微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還要小，但是這并未限制微控制器的使用。

2、應(yīng)用領(lǐng)域。微處理器通常作為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的CPU使用。其設(shè)計(jì)正是針對(duì)這樣的應(yīng)用，這也是微處理器的優(yōu)勢(shì)所在。然而，微控制器通常用于面向控制的應(yīng)用。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)追求小型化，盡可能減少元器件數(shù)量。在過(guò)去，這些應(yīng)用通常需要用數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)數(shù)字集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3、指令集特征。微處理器的指令集增強(qiáng)了處理功能，使其擁有強(qiáng)大的尋址模式和適于操作大規(guī)模數(shù)據(jù)的指令。微處理器的指令可以對(duì)半字節(jié)、字節(jié)、字，甚至雙字進(jìn)行操作。通過(guò)使用地址指針和地址偏移，微處理器提供了可以訪問(wèn)大批數(shù)據(jù)的尋址模式。自增和自減模式使得以字節(jié)、字或雙字為單位訪問(wèn)數(shù)據(jù)變得非常容易。

微控制器的指令集適用于輸入輸出控制。例如，電磁鐵控制著馬達(dá)的開(kāi)關(guān)，而電磁鐵由一個(gè)1位的輸出端口控制。微控制器具有設(shè)置和清除單位的指令，也能執(zhí)行其他面向位的操作，如對(duì)“位”進(jìn)行邏輯和 異或的運(yùn)算，根據(jù)標(biāo)志位跳轉(zhuǎn)等。