《中央处理单元》PPT课件.ppt

1、第2章 微型计算机的主要部件,中央处理单元 微机存储器 输入/输出接口 微型机总线,2.1 中央处理单元,微处理器概述 一、微处理器的结构 二、8位微处理器 典型微处理器简介 Pentium微处理器,一、微处理器的结构,一个微处理器主要由三部分组成，即运算器、控制器和寄存器组。 运算器用以完成各种指定的算术或逻辑运算。 控制器则根据指令代码产生各种控制信号，它们除了在处理器内部协调各部分动作外，还提供给外部电路作控制用。 寄存器组通常由多个寄存器组成。,图2-1 微处理器的简化框图,数据,二、8位微处理器,由表2-1可见 8位微处理器的相似点： 它们的运算器部件都设计成累加器型 8位微处理器的

2、直接寻址范围都设计成64K字节，即外部有16条地址线 8位微处理器都被封装成具有40个引脚的双列直插式组件,图2-2 累加器型的运算器结构图,通 用 寄存器 文 件,ACC,数据总线,内部数据总线,E,图2-3 几种微处理器中的寄存器组,图2-4 微处理器的引脚示意图,2,浮点处理部件 乘除部件 片内Cache 存储器管理部件(MMU),三、微处理器中的新功能部件,1.浮点处理部件,高速浮点处理部件(又称数值协处理器)是为提高CPU的浮点处理速度而研制的浮点处理专用芯片。 80486以上的CPU，浮点处理部件FPU集成在CPU芯片内部,2. 乘除部件,实现乘、除法运算的方式： 用软件实现乘、除

3、法运算 增加一些硬件设备来实现乘、除法运算的操作 设置专用的乘、除法器，使运算处理设备专用化 结论：采用硬件支持的乘、除法运算方式速度快。所以现在的微处理器(如80386)增加了专用的乘除硬件,3. 片内Cache,高档CPU芯片中均封装了片内Cache，借以提高指令和数据的存取速度,4. 存储器管理部件(MMU),MMU功能是将虚拟地址转换为实地址，实现虚拟存储器的功能 虚拟存储技术是一种建立在主存 辅存存储体系基础上的存储器管理技术，以解决主存容量的不足。 80386/80486的两种操作方式 实地址方式:支持1MB实存空间 虚地址方式:实存空间达4G,四、 微处理器采用的新技术,1. 流

4、水线技术和超标量技术 2. Cache技术 3. NSP(主体信号处理)技术 4. RISC( 精简指令集计算)技术,流水线技术,把CPU的指令操作分解成多个可单独处理的子操作 每个子操作在一个专门的操作部件上执行 一次指令操作需要顺序地经过流水线中的每个部件的处理才能完成。 有多条连续的指令需要处理时，把它们依次送入流水线，当一个部件处理完前一个操作时，马上就处理下一个操作，各操作部件同时工作，以此实现多条指令的操作在时间上重叠进行,图2-5 指令的流水处理,超标量技术,在单个时钟周期内处理多条指令的能力，称为超标量体系结构。 现有的VLSI和CMOS技术，可以使每个时钟周期内并行执行多达5

5、个操作,Cache技术,Cache一般由速度明显高于DRAM的静态RAM(SRAM)构成 为了提高存取速度，在CPU和主存之间设置 Cache，使存取周期与时钟周期匹配 80386以上档次的微机中，已普遍采用了Cache,NSP技术,A/D转换和D/A转换 对声音和图像等信息量很大的数字信号进行“压缩”和“解压缩”等处理的技术称作DSP技术,即“数字信号处理”技术 把这种将音频和视频信息集成到CPU内部统一进行处理的方式称为“本地信号处理或主体信号处理”，简称NSP,从Pentium/75开始采用,RISC技术,只选取使用频率(80-90)高的少数指令，并使所有的简单指令能在一个时钟周期内执行

6、完 RISC设计的新趋势: (1) 设置更多的通用寄存器,以减少CPU对内存的访问 (2) 采用“调入/存储”的体系结构 (3) 统一指令长度，让所有指令等长以简化“取指”和“指令译码”电路 (4) 内置高性能的浮点运算部件，加快浮点处理速度,典型微处理器简介,Pentium微处理器,一、 Pentium微处理器,(1) Pentium采用超标量结构，其芯片中有两个ALU(算术逻辑单元)，分别对应两条流水线U和V(486只有一条流水线)。 (2) 在Pentium微处理器中，将数据和指令高速缓存分开，各有8K字节 (3) 浮点小数运算高度流水线化,二、 Pentium系列 微型计算机结构,(1) “南北桥”结构的微型计算机 (p26中图2-7) (2) “中心” 结构的微型计算机(p27中图2-8),(1) “南北桥”结构的微型计算机,“南北桥”结构支持多级总线的系统组成 由处理器总线（Host Bus）、局部总线（PCI）、系统总线（ISA）三