一、中央處理器的基本功能和基本組成概述

中央處理器簡(jiǎn)稱CPU（CentralProcessingUnit）。

CPU呈矩形或正方形，通過引腳與主板相連。

CPU內(nèi)部各單元之間信號(hào)傳輸?shù)木€路稱為片內(nèi)總線。

CPU與主存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備之間信號(hào)傳輸?shù)木€路稱為

片外總線。3.2中央處理器的組成與工作過程

3.2CPU的眾多引腳包括：電源引腳（VCC、GND）數(shù)據(jù)引腳 若數(shù)據(jù)引腳有8根，則可將其命名為D0/D1/…/D7；

若數(shù)據(jù)引腳有16根，則可命名為 D0/D1/…/D15，依

此類推。地址引腳 若地址引腳有10根，則可將其命名為A0/A1/…/A9，

該CPU的訪存空間為210=1K，依此類推。

為節(jié)省引腳，有時(shí)會(huì)將2種不會(huì)同時(shí)起作用的功能

復(fù)用在同一物理引腳上。3.2

控制引腳

常見的控制引腳有時(shí)鐘CLK、讀命令RD、寫命令 WR、復(fù)位RESET、總線請(qǐng)求HRQ、總線允

許HLDA、中斷請(qǐng)求INTR、中斷響應(yīng)INTA等。3.2

CPU的基本功能

CPU（計(jì)算機(jī)）工作的實(shí)質(zhì)就是周而復(fù)始地執(zhí)行指令，其基本功能包括取指令、分析指令、取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、寫回結(jié)果。

(1)取指令

CPU根據(jù)PC給出的地址訪問主存儲(chǔ)器，取出指令，將其存放至指令寄存器IR，然后PC加1。3.2 (2)分析指令

CPU將IR中的操作碼部分送入指令譯碼器進(jìn)行譯碼,根據(jù)譯碼結(jié)果判斷指令的功能、操作數(shù)的尋址方式以及數(shù)據(jù)類型，形成源操作數(shù)和目的操作數(shù)的有效地址。

(3)取數(shù)據(jù) 根據(jù)源操作數(shù)的有效地址訪問主存，取出源操作數(shù)，源操作數(shù)將被送入處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器，如累加器ACC。3.2 (4)處理數(shù)據(jù)

CPU將源操作數(shù)送入運(yùn)算器，并根據(jù)指令譯碼結(jié)果啟動(dòng)運(yùn)算器的相應(yīng)操作對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理結(jié)果存至通用寄存器。

(5)寫回結(jié)果 如果指令要求將結(jié)果寫回主存，那么處理器將根據(jù)目的操作數(shù)的地址，將目的操作數(shù)寫入主存。

3.2CPU的基本組成寄存器組ALU

中斷系統(tǒng)CUCPU地址引腳數(shù)據(jù)引腳控制引腳CPU結(jié)構(gòu)框圖3.2CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)片內(nèi)總線寄存器組CU

算術(shù)和布爾邏輯取反移位狀態(tài)標(biāo)志ALU控制信號(hào)…中斷系統(tǒng)3.2

算術(shù)邏輯單元ALUALU采用組合邏輯電路輸入輸出均可配備鎖存器Ki為操作命令信號(hào)，針對(duì)Ki的不同取值，F(xiàn)i不同運(yùn)算結(jié)果可能影響各種標(biāo)志位ALUAiBiFi…Ki3.2用戶可見寄存器通用寄存器CPU的寄存器組存放操作數(shù)也可作某種尋址方式所需的寄存器數(shù)據(jù)寄存器存放操作數(shù)（滿足各種數(shù)據(jù)類型）兩個(gè)寄存器拼接存放雙倍字長(zhǎng)數(shù)據(jù)地址寄存器存放地址，其位數(shù)應(yīng)滿足最大的地址范圍針對(duì)某種尋址方式，如基址、變址、棧指針、指令尋址3.2控制寄存器控制寄存器：用于控制CPU的操作例如，對(duì)于取指令環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)流向（通路）為：PCMARMEMMDRIR3.2PC（程序計(jì)數(shù)器）存放當(dāng)前正在執(zhí)行指令的下

一

條指令的地址（當(dāng)前指令地址+1）。MAR（存儲(chǔ)器地址寄存器）存放訪存地址。MDR（亦作MBR，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)（緩沖）寄存器），

預(yù)先存放欲與主存交換的數(shù)據(jù)。IR（指令寄存器）存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。其中MAR、MDR、IR是用戶（匯編程序員）不可

見的；PC是用戶可見的。狀態(tài)寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSW（標(biāo)志寄存器）存放各

條件標(biāo)志例如符號(hào)標(biāo)志S，零標(biāo)志Z，溢出標(biāo)志V，進(jìn)位

標(biāo)志C等等每個(gè)條件標(biāo)志用1位來表示，可作為程序分支的

依據(jù)一條指令對(duì)于某一條件標(biāo)志，有置1、清0、不

影響三種情況用戶可見

中斷系統(tǒng) 所謂“中斷”，是指CPU暫停當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而對(duì)某種突發(fā)事件或者異常情況進(jìn)行處理，處理完畢后又返回到原有程序的暫停處繼續(xù)執(zhí)行的工作方式。 中斷是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的一種極為重要的工作方式。 設(shè)計(jì)中斷系統(tǒng)需要解決一系列相關(guān)問題。對(duì)中斷的詳細(xì)討論見第9章。3.2

控制單元CU按