外文翻譯--中央微處理器CPU.doc

附錄A1緒論CPU是CentralProcessingUnit（中央微處理器）的縮寫，它是計(jì)算機(jī)中最重要的一個部分，由運(yùn)算器和控制器組成。CPU的發(fā)展非常迅速，個人電腦從8088(XT)發(fā)展到現(xiàn)在的Pentium4時代，只經(jīng)過了不到二十年的時間。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)歸納起來都可以分為控制單元、邏輯單元和存儲單元三大部分，這三個部分相互協(xié)調(diào)，對命令和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷、運(yùn)算并控制計(jì)算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作。CPU從最初發(fā)展至今已經(jīng)有二十多年的歷史了，可以說個人電腦的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進(jìn)的。1971年，英特爾公司推出了世界上第一款微處理器4004，這是第一個可用于微型計(jì)算機(jī)的四位微處理器，它包含2300個晶體管。隨后英特爾又推出了8008，由于運(yùn)算性能很差，其市場反應(yīng)十分不理想。1974年，8008發(fā)展成8080,成為第二代微處理器。8080作為代替電子邏輯電路的器件被用于各種應(yīng)用電路和設(shè)備中，如果沒有微處理器,這些應(yīng)用就無法實(shí)現(xiàn)。由于微處理器可用來完成很多以前需要用較大設(shè)備完成的計(jì)算任務(wù)，價(jià)格又便宜，于是各半導(dǎo)體公司開始競相生產(chǎn)微處理器芯片。Zilog公司生產(chǎn)了8080的增強(qiáng)型Z80，摩托羅拉公司生產(chǎn)了6800，英特爾公司于1976年又生產(chǎn)了增強(qiáng)型8085,但這些芯片基本沒有改變8080的基本特點(diǎn)，都屬于第二代微處理器。它們均采用NMOS工藝,集成度約9000只晶體管,平均指令執(zhí)行時間為1S2S,采用匯編語言、BASIC、Fortran編程，使用單用戶操作系統(tǒng)。微處理器或計(jì)算機(jī)是采用把眾多已連接好線并測試過的部件制作在很小的芯片上而造成的大規(guī)模集成技術(shù)。1.1微處理器的結(jié)構(gòu)微處理器或計(jì)算機(jī)是采用把眾多已連接好線并測試過的部件制作在很小的芯片上而造成的大規(guī)模集成技術(shù)。所有的中央處理單元或微處理器都包括以下基本部件。存儲器是能夠存儲一位或多位信息的媒體或裝置。計(jì)算機(jī)的存儲器可以分為兩個部分。微處理器或計(jì)算機(jī)這兩個術(shù)語經(jīng)常相互使用，因此造成混亂。處于微計(jì)算機(jī)核心地位的微處理器僅是對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的中央處理單元。把它變成微機(jī)系統(tǒng)，還需增加其他部件它們是存儲器以及輸入/輸出部分。所有的這些功能由單個芯片或在一個電路板上的若干獨(dú)立芯片來實(shí)現(xiàn)。微處理器的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)依靠于輸入數(shù)據(jù)的操作方式和微處理器的結(jié)構(gòu)?！靶酒钡淖置婧x是微處理器，是一硅片，其表面經(jīng)過化學(xué)處理，摻入一些雜質(zhì)以形成一定數(shù)量的電阻、二極管和三極管電路。微處理單元還包括一些由完成特定操作的結(jié)果決定其值為1或0的標(biāo)志位。為特定應(yīng)用而給微處理或計(jì)算機(jī)編程，經(jīng)常要求程序員操作有關(guān)的寄存器或清除堆棧。因此，對從事微處理應(yīng)用的人，了解上述基本部件的功能是十分重要的，所有的中央處理單元或微處理器都包括以下基本部件：(1)算術(shù)邏輯單元微處理器的基本功能是依據(jù)特定的指令對數(shù)據(jù)操作。這一功能實(shí)際上就是由ALU完成的。由存儲器讀取指令，并放入指令寄存器。用ALU內(nèi)的累加器存放欲操作的數(shù)據(jù)之一，第二個數(shù)據(jù)可放在某一臨時寄存器中。ALU所完成的基本功能有二進(jìn)制加法、減法、取反、邏輯與、或以及異或。乘除之類的功能，可通過不斷的加減來完成。數(shù)據(jù)操作完畢，運(yùn)算數(shù)據(jù)便取代累加器中的原始數(shù)據(jù)。(2)指令寄存器指令寄存器是在程序指令期間的一個重要的元件。通常，計(jì)算機(jī)存儲器中的程序指令是按順序來進(jìn)行的，每次是一條。根據(jù)是否滿足某些特定條件，也可能跳轉(zhuǎn)至其它程序段中的指令。所要執(zhí)行的程序指令的地址是通過從指令寄存器中取出實(shí)際的指令來確定的。接著是譯碼和對指令的解釋，以便決定ALU來完成的操作。執(zhí)行完當(dāng)前指令之后，下一條指令便裝入指令寄存器，這個過程是重復(fù)的。(3)通用寄存器寄存器是微處理器芯片內(nèi)部的存儲單元，可用它存放數(shù)值。微處理器操作中的絕大部分都可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)在不同寄存器間的傳遞。每個寄存器都有唯一的位置，并給以唯一的數(shù)地址。微處理器的存儲器可以認(rèn)為是有大量的寄存器組成。這些寄存器可能是通用的或用于特定的功能。通用寄存器用作對其高速存取及數(shù)據(jù)操作。累加器是有特殊功能的寄存器，我們以它為例子。該寄存器用來保存待操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)操作結(jié)果。在存儲器、外部設(shè)備和累加器之間進(jìn)行著大量的數(shù)據(jù)傳送。八位微處理器的累加器是八位的。(4)變址寄存器變址寄存器是一個位于微處理器中的十六位內(nèi)部寄存器。其內(nèi)部在指令期間是要修改的（減少或增加）以便確定指令所涉及的存儲單元地址。變址寄存器用于變址尋址操作。(5)標(biāo)志寄存器微處理器還有一些以二進(jìn)制開關(guān)形式呈現(xiàn)的標(biāo)志位。它們的狀態(tài)根據(jù)算術(shù)或邏輯運(yùn)算的結(jié)果決定。例如，溢出標(biāo)志位的狀態(tài)由累加器中的數(shù)據(jù)是否溢出而定的。還有，當(dāng)指令執(zhí)行后，其值為零時，該標(biāo)志位會有反應(yīng)。符號位用來表示累加器中的數(shù)是正是負(fù)。某些微處理器有大量的標(biāo)志位，它們的作用只有看相關(guān)手冊，生產(chǎn)廠家提供的。(6)中斷向量寄存器微處理器常常用來做實(shí)時數(shù)據(jù)采集和過程控制。這就意味著微處理器必須有對優(yōu)先權(quán)很高的外部事件做出響應(yīng)的能力。這種對CPU的請求，可能來自若干外設(shè)中的一個。向量中斷過程便是要求中斷正在執(zhí)行的指令停止的外部裝置，并且在執(zhí)行完后，把程序控制轉(zhuǎn)到發(fā)出中斷申請的裝置服務(wù)的程序段去。同時還要必須規(guī)定好返回地址，以便原程序能從被中斷的地方重新開始。發(fā)中斷的外部裝置有數(shù)據(jù)段或向量來辨別。(7)堆棧許多微處理器的程序是一些子程序組成的。這些子程序用以完成程序主體中多次用到的一些功能。微處理器系統(tǒng)使用一段稱為堆棧的存儲器來存放各子程序的地址，以便主程序能從被中斷轉(zhuǎn)去處理子程序的那個點(diǎn)在開始執(zhí)行。中斷處理過程用到堆棧。送入堆棧和從中取出的數(shù)據(jù)是按照壓入/彈出方式進(jìn)行的。最后一個數(shù)據(jù)入棧，存放在棧頂。從堆棧取出數(shù)據(jù)時，取出的最后一個入棧的數(shù)據(jù)，即彈出的是最后一個數(shù)據(jù)項(xiàng)。這一過程稱為后進(jìn)先出和先進(jìn)后出。其含義是：為取出最先入棧的數(shù)據(jù)項(xiàng)，必須先訪問所有其余數(shù)據(jù)項(xiàng)。由于程序中經(jīng)常包括一些嵌套的子程序，而且最后的子程序是最先要完成的，故上述過程是很有用的。因此，只能按順序從堆棧中取出數(shù)據(jù)，不能像讀寫存儲器那樣，用隨機(jī)方式讀取。(8)堆棧指針寄存器堆棧有一定數(shù)量的存儲單元。具體數(shù)量由微處理器的不同而不同。始終跟蹤項(xiàng)應(yīng)寫入堆棧的那個存儲單元，是必要的。使用堆棧指針寄存器，便可達(dá)到目的。不同的微處理器有不同的慣例。在某些系統(tǒng)中，堆棧指針寄存器中保存的是下一個數(shù)據(jù)項(xiàng)所在的存儲單元的地址。而在另一些系統(tǒng)中，堆棧指針寄存器中保存的是下一個數(shù)據(jù)項(xiàng)所應(yīng)占據(jù)的存儲單元的地址。當(dāng)一個新的數(shù)據(jù)項(xiàng)入棧時，堆棧存儲地址減1，以有利于隨后的數(shù)據(jù)裝入下一個較低的存儲單元。同樣，當(dāng)從棧區(qū)取出一個數(shù)據(jù)時，堆棧指針將加1。(9)程序計(jì)數(shù)器微處理器或計(jì)算機(jī)的指令是順序執(zhí)行，除非指令有安排。因此，就必須跟蹤有待執(zhí)行的下一條指令，一個叫程序計(jì)數(shù)器的16位寄存器就是用于此。首次執(zhí)行程序時，要初始化程序計(jì)數(shù)器，裝入程序執(zhí)行的第一條指令所在位置。一條指令執(zhí)行完后，程序計(jì)數(shù)器存放的將是下一條指令的地址。在程序正常執(zhí)行時，程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容將加1?？墒?，經(jīng)常會遇到跳過好幾條指令的現(xiàn)象。這種情況下，可以用一些合適的指令來給程序計(jì)數(shù)器賦以不同的數(shù)值。例如，如果變址寄存器中存放這待執(zhí)行的下一條指令的地址，那么該地址便可裝入程序計(jì)數(shù)器，這是指令跳轉(zhuǎn)的一個方法。(10)控制單元微處理器中有一個操縱和監(jiān)督各種指令和同步執(zhí)行的控制單元。該單元與提供時序和控制信號的時鐘相連接。在存儲器中取得指令，放到指令寄存器中，