微處理器的組成

微處理器

微處理器由一片或少數幾片大規(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。

微處理器分類

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。

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，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。

微處理器組成

邏輯部件

可以執(zhí)行定點或浮點算術運算操作、移位操作以及邏輯操作，也可執(zhí)行地址運算和轉換。

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數和浮點數兩類，用來保存指令執(zhí)行過程中臨時存放的寄存器操作數和中的操作結果。 通用寄存器是中央處理器的重要部件之一。

控制部件

主要是負責對指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個操作的控制信號。

其結構有兩種：一種是以微存儲為核心的微程序控制方式；一種是以邏輯布線結構為主的控制方式。

微處理器內部結構圖

圖為8086十六位微處理器，可分成兩個部分，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總線聯系，執(zhí)行從存儲器取指令的操作。

可使取指令和執(zhí)行指令的操作重疊進行。EU部分有一個寄存器堆，由8個十六位的寄存器組成，可用以存放數據、變址和堆棧指針、算術運算邏輯單元（ALU）執(zhí)行算術運算和邏輯操作，標志寄存器寄存這些操作結果的條件。執(zhí)行部件中的這些部件是通過數據總線傳送數據的。總線接口部件也有一個寄存器堆，其中CS、DS、SS和ES是存儲空間分段的分段寄存器。

IP是指令指針。內部通信寄存器也是暫時存放數據的寄存器。指令隊列是把預先取來的指令流存放起來?？偩€接口部件還有一個地址加法器，把分段寄存器值和偏置值相加，取得二十位的物理地址。數據和地址通過總線控制邏輯與外面的8086系統總線相聯系。8086有十六位數據總線，處理器與片外傳送數據時，一次可傳送十六位二進制數。8086具有一個初級流水線結構，可以實現片內操作與片外操作的重疊。

微處理器主要應用于整機的控制系統中，特別是彈載、艦載、機載、車載等加固計算機模塊，如導彈測發(fā)控計算機、安控計算機和彈頭測試計算機、潛水艇的魚雷發(fā)控裝置、光電對抗系統、裝甲師指揮通信系統、空降兵團機動式指揮通信系統、裝甲車通信終端、通信電臺車通信終端、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

單芯片多微處理器將多個功能結構不同或多個功能結構相同的微處理器集成在一個芯片上，甚至將整個系統集成在一個芯片上。

多線程結合指令級現場交換和順序調度技術，是數據流模型和馮·諾依曼模型的有機結合。以線程作為執(zhí)行調度的基本單位，多個線程按數據流驅動的方式并發(fā)地執(zhí)行，達到在一個物理微處理器上實現多個邏輯微處理器，提高執(zhí)行效率。

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

可重構計算結構將FPGA技術和微處理器技術相結合，且在一個芯片上用可重構邏輯依據計算需求構造多個簡單微處理器的連接，實現高度并行的體系結構。

微處理器與微控制器區(qū)別

1.硬件結構。微處理器是一個單芯片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，構成了一個完整的微型計算機系統。

除了CPU，微控制器還包括ram、rom一個串行接口、一個并行接口，計時器和中斷調度電路。雖然片上ram的容量比普通微型計算機系統還要小，但是這并未限制微控制器的使用。

2、應用領域。微處理器通常作為微型計算機系統中的CPU使用。其設計正是針對這樣的應用，這也是微處理器的優(yōu)勢所在。然而，微控制器通常用于面向控制的應用。其系統設計追求小型化，盡可能減少元器件數量。在過去，這些應用通常需要用數十個甚至數百個數字集成電路來實現。

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

微控制器的指令集適用于輸入輸出控制。例如，電磁鐵控制著馬達的開關，而電磁鐵由一個1位的輸出端口控制。微控制器具有設置和清除單位的指令，也能執(zhí)行其他面向位的操作，如對“位”進行邏輯和 異或的運算，根據標志位跳轉等。