微处理器的组成

微处理器

微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。

微处理器分类

通用处理器

追求高性能，它们用于运行通用软件，配备完备、复杂的操作系统。

嵌入式微处理器

强调处理特定应用问题的高性能，主要用于运行面向特定领域的专用程序，配备轻量级操作系统，主要用于蜂窝电话、CD播放机等消费类家电。

微控制器

价位相对较低，在微处理器市场上需求量最大，主要用于汽车、空调、自动机械等领域的自控设备。

微处理器组成

逻辑部件

可以执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换。

寄存器部件

寄存器部件，包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器操作数和中的操作结果。 通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。

控制部件

主要是负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。

其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式；一种是以逻辑布线结构为主的控制方式。

微处理器内部结构图

图为8086十六位微处理器，可分成两个部分，一部分是执行部件，即执行指令的部分；另一部分是总线接口部件，与8086总线联系，执行从存储器取指令的操作。

可使取指令和执行指令的操作重叠进行。EU部分有一个寄存器堆，由8个十六位的寄存器组成，可用以存放数据、变址和堆栈指针、算术运算逻辑单元（ALU）执行算术运算和逻辑操作，标志寄存器寄存这些操作结果的条件。执行部件中的这些部件是通过数据总线传送数据的。总线接口部件也有一个寄存器堆，其中CS、DS、SS和ES是存储空间分段的分段寄存器。

IP是指令指针。内部通信寄存器也是暂时存放数据的寄存器。指令队列是把预先取来的指令流存放起来。总线接口部件还有一个地址加法器，把分段寄存器值和偏置值相加，取得二十位的物理地址。数据和地址通过总线控制逻辑与外面的8086系统总线相联系。8086有十六位数据总线，处理器与片外传送数据时，一次可传送十六位二进制数。8086具有一个初级流水线结构，可以实现片内操作与片外操作的重叠。

微处理器主要应用于整机的控制系统中，特别是弹载、舰载、机载、车载等加固计算机模块，如导弹测发控计算机、安控计算机和弹头测试计算机、潜水艇的鱼雷发控装置、光电对抗系统、装甲师指挥通信系统、空降兵团机动式指挥通信系统、装甲车通信终端、通信电台车通信终端、指挥发射车指控终端、舰载便携式解算装置、卫星通信车通信终端等。

微处理器发展趋势

单芯片多微处理器将多个功能结构不同或多个功能结构相同的微处理器集成在一个芯片上，甚至将整个系统集成在一个芯片上。

多线程结合指令级现场交换和顺序调度技术，是数据流模型和冯·诺依曼模型的有机结合。以线程作为执行调度的基本单位，多个线程按数据流驱动的方式并发地执行，达到在一个物理微处理器上实现多个逻辑微处理器，提高执行效率。

微处理器存储器耦合将微处理器和存储器集成在一个芯片上，以提供充足的存储带宽和极大的并行性。

可重构计算结构将FPGA技术和微处理器技术相结合，且在一个芯片上用可重构逻辑依据计算需求构造多个简单微处理器的连接，实现高度并行的体系结构。

微处理器与微控制器区别

1.硬件结构。微处理器是一个单芯片CPU，而微控制器则在一块集成电路芯片中集成了CPU和其他电路，构成了一个完整的微型计算机系统。

除了CPU，微控制器还包括ram、rom一个串行接口、一个并行接口，计时器和中断调度电路。虽然片上ram的容量比普通微型计算机系统还要小，但是这并未限制微控制器的使用。

2、应用领域。微处理器通常作为微型计算机系统中的CPU使用。其设计正是针对这样的应用，这也是微处理器的优势所在。然而，微控制器通常用于面向控制的应用。其系统设计追求小型化，尽可能减少元器件数量。在过去，这些应用通常需要用数十个甚至数百个数字集成电路来实现。

3、指令集特征。微处理器的指令集增强了处理功能，使其拥有强大的寻址模式和适于操作大规模数据的指令。微处理器的指令可以对半字节、字节、字，甚至双字进行操作。通过使用地址指针和地址偏移，微处理器提供了可以访问大批数据的寻址模式。自增和自减模式使得以字节、字或双字为单位访问数据变得非常容易。

微控制器的指令集适用于输入输出控制。例如，电磁铁控制着马达的开关，而电磁铁由一个1位的输出端口控制。微控制器具有设置和清除单位的指令，也能执行其他面向位的操作，如对“位”进行逻辑和 异或的运算，根据标志位跳转等。