解讀微處理器及其微處理器功能

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，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計算機的運算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計算機。

什么是微處理器

微處理器與傳統(tǒng)的中央處理器相比，具有體積小、重量輕和容易模塊化等優(yōu)點。微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運算器、時序控制電路，以及數(shù)據(jù)和地址總線。

自從人類1947年發(fā)明晶體管以來，50多年間半導體技術經(jīng)歷了硅晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路等幾代，發(fā)展速度之快是其他產(chǎn)業(yè)所沒有的。半導體技術對整個社會產(chǎn)生了廣泛的影響，因此被稱為“產(chǎn)業(yè)的種子”。中央處理器是指計算機內部對數(shù)據(jù)進行處理并對處理過程進行控制的部件，伴隨著大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，芯片集成密度越來越高，CPU可以集成在一個半導體芯片上，這種具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件，被統(tǒng)稱為“微處理器”。需要注意的是：微處理器本身并不等于微型計算機，僅僅是微型計算機的中央處理器。

微處理器已經(jīng)無處不在，無論是錄像機、智能洗衣機、移動電話等家電產(chǎn)品，還是汽車引擎控制，以及數(shù)控機床、導彈精確制導等都要嵌入各類不同的微處理器。微處理器不僅是微型計算機的核心部件，也是各種數(shù)字化智能設備的關鍵部件。國際上的超高速巨型計算機、大型計算機等高端計算系統(tǒng)也都采用大量的通用高性能微處理器建造。

微處理器具有什么功能

根據(jù)微處理器的應用領域，微處理器大致可以分為三類：通用高性能微處理器、嵌入式微處理器和數(shù)字信號處理器、微控制器。一般而言，通用處理器追求高性能，它們用于運行通用軟件，配備完備、復雜的操作系統(tǒng);

嵌入式微處理器強調處理特定應用問題的高性能，主要用于運行面向特定領域的專用程序，配備輕量級操作系統(tǒng)，主要用于蜂窩電話、CD播放機等消費類家電;微控制器價位相對較低，在微處理器市場上需求量最大，主要用于汽車、空調、自動機械等領域的自控設備。

CPU是Central Processing Unit(中央微處理器)的縮寫，它是計算機中最重要的一個部分，由運算器和控制器組成。如果把計算機比作人，那么CPU就是人的大腦。CPU的發(fā)展非常迅速，個人電腦從8088(XT)發(fā)展到PenTIum 4時代，只經(jīng)過了二十一年的時間。

微處理器由算術邏輯單元(ALU，ArithmeTIc Logical Unit);累加器和通用寄存器組;程序計數(shù)器(也叫指令指標器);時序和控制邏輯部件;數(shù)據(jù)與地址鎖存器/緩沖器;內部總線組成。其中運算器和控制器是其主要組成部分。

算術邏輯單元算術邏輯單元ALU主要完成算術運算(+，-、TImes;、÷、比較)和各種邏輯運算(與、或、非、異或、移位)等操作。ALU是組合電路，本身無寄存操作數(shù)的功能，因而必須有保存操作數(shù)的兩個寄存器：暫存器TMP和累加器AC，累加器既向ALU提供操作數(shù)，又接收ALU的運算結果。

寄存器陣列實際上相當于微處理器內部的RAM，它包括通用寄存器組和專用寄存器組兩部分，通用寄存器(A，B，C，D)用來存放參加運算的數(shù)據(jù)、中間結果或地址。它們一般均可作為兩個8位的寄存器來使用。

處理器內部有了這些寄存器之后，就可避免頻繁地訪問存儲器，可縮短指令長度和指令執(zhí)行時間，提高機器的運行速度，也給編程帶來方便。專用寄存器包括程序計數(shù)器PC、堆棧指示器SP和標志寄存器FR，它們的作用是固定的，用來存放地址或地址基值。其中：

A)程序計數(shù)器PC用來存放下一條要執(zhí)行的指令地址，因而它控制著程序的執(zhí)行順序。在順序執(zhí)行指令的條件下，每取出指令的一個字節(jié)，PC的內容自動加1。當程序發(fā)生轉移時，就必須把新的指令地址(目標地址)裝入PC，這通常由轉移指令來實現(xiàn)。

B)堆棧指示器SP用來存放棧頂?shù)刂?。堆棧是存儲器中的一個特定區(qū)域。它按“后進先出”方式工作，當新的數(shù)據(jù)壓入堆棧時，棧中原存信息不變，只改變棧頂位置，當數(shù)據(jù)從棧彈出時，彈出的是棧頂位置的數(shù)據(jù)，彈出后自動調正棧頂位置。也就是說，數(shù)據(jù)在進行壓棧、出棧操作時，總是在棧頂進行。堆棧一旦初始化(即確定了棧底在內存中的位置)后，SP的內容(即棧頂位置)使由CPU自動管理。

C)標志寄存器也稱程序狀態(tài)字(PSW)寄存器，用來存放算術、邏輯運算指令執(zhí)行后的結果特征，如結果為0時，產(chǎn)生進位或溢出標志等。

定時與控制邏輯是微處理器的核心控制部件，負責對整個計算機進行控制、包括從存儲器中取指令，分析指令(即指令譯碼)確定指令操作和操作數(shù)地址，取操作數(shù)，執(zhí)行指令規(guī)定的操作，送運算結果到存儲器或I/O端口等。它還向微機的其它各部件發(fā)出相應的控制信號，使CPU內、外各部件間協(xié)調工作。

內部總線用來連接微處理器的各功能部件并傳送微處理器內部的數(shù)據(jù)和控制信號。

必須指出，微處理器本身并不能單獨構成一個獨立的工作系統(tǒng)，也不能獨立地執(zhí)行程序，必須配上存 儲器、輸入輸出設備構成一個完整的微型計算機后才能獨立工作。[3]

存儲器

微型計算機的存儲器用來存放當前正在使用的或經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。存儲器按讀、寫方式分為隨機存儲器RAM(Random Access Memory)和只讀存儲器ROM(Read only Memory)。RAM也稱為讀/寫存儲器，工作過程中CPU可根據(jù)需要隨時對其內容進行讀或寫操作。RAM是易失性存儲器，即其內容在斷電后會全部丟失，因而只能存放暫時性的程序和數(shù)據(jù)。ROM的內容只能讀出不能寫入，斷電后其所存信息仍保留不變，是非易失性存儲器。所以ROM常用來存放永久件的程序和數(shù)據(jù)。如初始導引程序、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)中的基本輸入、輸出管理程序BIOS等。[3]