微型计算机的体系结构

微型计算机的体系结构

微型计算机基本构成

五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。之间通过三个总线连接。

运算器+控制器=中央处理器（CPU，Center Process Unit）

1. 地址总线由若干地址线组成，传递CPU要访问数据的地址。

地址总线的根数(宽度)决定了CPU的寻址能力。若果有20根地址总线，则表

2. 数据总线CPU与存储器和输入/输出接口电路之间数据的传递是通过数据总线进行的。

数据总线的根数(宽度)决定了CPU和外界一次传递数据的位数。8根数据总线一次可传递

而数据总线宽度为16处理器一次可以传递一组16位二进制数据。

3. 控制总线控制总线是一个总称，是由不同的控制线组成的。

CPU通过控制总线对存储器和输入/输出接口电路进行控制，并且得到状态消息。控制总

机的控制能力就越强。

微处理器(CPU)

1971年，Intel设计第一片4位微处理器Intel 4004；随之又设计生产了8位微处理器8008；

1973年推出了8080；1974年基于8080个人计算机(PC)问世

1977年Intel推出了8085。自此之后又陆续推出了8086、80386、Pentium等80x86系列微处理器。

各种微处理器的主要区别在于 处理速度、寄存器位数、数据总线宽度和地址总线宽度。

1981年，IBM采用8088CPU推出了具有划时代意义的个人计算机，简称IBM PC。次年年底推出展型1984年，IBM采用80286推出增强型IBM PC/AT。

IBM PC/XT/AT 三款个人计算机通常称为PC系列机，他们都是16位的，后来各种32位P 80x86 CPU而形成的计算机，但其基本结构仍来源于PC/AT.

80x86系列微处理器

1）8088微处理器。具有14个16位寄存器、8位数据总线和20位地址总线，可以寻址1MB的内存。

虽然这些寄存器一次可以处理2个字节，但数据总线一次只能传送1个字节。该处理器只能以实2）8086微处理器。指令系统与8088完全相同，具有多个16位寄存器、16位数据总线、和20位地该处理器只能以实模式工作。

3）80286微处理器。比8086运行更快，多个16位寄存器、16位数据总线和24位地址总线，寻址1 4）80386微处理器。具有多个32位寄存器、32位数据总线和32位地址总线，可以寻址4GB内存。

增加了寄存器管理和相应的硬件电路，减少了软件开销，提高了效率。实模式、保护模式工作5）80486微处理器。具有多个32位寄存器、32位数据总线、32位地址总线。比80386增加了数字提高了处理速度。实模式、保护模式工作。

6) Pentium(奔腾)。具有多个32为寄存器、64位数据总线和36位地址总线。以为它采用了超标量

寻址能力是2的n次方，n即地址总线宽度

CPU主要性能指标

(1)机器字长。机器字长和CPU内部寄存器、运算器、内部数据总线的位宽相一致。

通常，机器字长越长，计算机的运算能力越强，其运算精度也越高。

(2)速度。CPU的速度是指单位时间内能够执行指令的条数。速度的计算单位不一，若以单字长定

用每秒百万条指令(MIPS)作为单位；若以单字长浮点指令的平均执行速度计算，则用每秒百万现在，采用计算机中各种指令的平均执行时间和相应的指令运行权重的加权平均法求出等效速

(3)主频。主频又称为主时钟频率，是指CPU在单位时间内产生的时钟脉冲数，以MHz/s为单位。由

在时钟控制下完成的，因此，对于机器结构相同或相近的计算机，CPU的时钟频率越高，运算

Intel 8086/8088微处理器功能结构

执行部件（EU）

EU负责全部指令的分析执行，并管理通用寄存器和标志寄存器。

一、EU的重要组成器件

执行部件是由算术逻辑运算单元、通用寄存器、标志寄存器、运算寄存器和执行部件控制电路

①算术逻辑运算单元（ALU）。是一个16位的运算器，可用于8位、16位二进制数的算术和逻辑运

方式计算访问存储器所需要的16位偏移量。

②通用寄存器组。包括4个数据寄存器（AX、BX、CX、DX）、2个指针寄存器（BP、SP）和2个变

③标志寄存器。是一个16位的寄存器，每一位记录了CPU的运算状态和某些控制标志。

④运算寄存器。主要作用是协助ALU完成运算，暂存运算结果。

⑤执行部件控制电路。负责从BIU指令缓冲队列中取指令，并对指令进行译码，根据指令的要求

二、EU的工作过程

①从BIU指令队列寄存器中读取指令；

②EU控制电路对指令进行分析译码，并指出本次操作的性质及操作对象；

③计算出指令操作数的16位有效地址送BIU，由BIU加法器形成20位的

物理地址；

④将操作数经系统总线和内部数据总线送至ALU进行运算；

⑤将运算结果经内部数据总线传送并保存在通用寄存器中或通过BIU送入

相应的存储单元；

⑥将反映本次操作的状态标志存放在标志寄存器中。

总线接口部件（BIU）

BIU的重要功能是负责CPU、存储器及输入/输出设备的信息传输。

BIU根据段寄存器（CS）和指令指针（IP）形成20位物理地址从存储器

中取出指令，并暂存在指令队列中，等待EU取走并执行。当EU发出访

问存储器或输入/输出设备端口的命令时，BIU根据EU提供的数据和地址

进入系统总线周期，存取数据。

一、BIU单元的组成

BIU单元由4个16位的段寄存器（CS、DS、ES、SS）、一个指令指针寄

存器（IP）、一个指令缓冲队列、一个形成20位物理地址的加法器，

以及总线控制逻辑电路等组成。

①段寄存器和加法器。 任务是负责存放指令和数据段的地址部分。