微處理器
微處理器
microprocessor
應用大規(guī)模集成電路技術(shù)將電子計算機（見微型計算機）的中央處理器（CPU,通常指由運算器和控制器所組成的邏輯單元）集成在一片幾毫米見方硅片上的微電子器件。這種硅片稱為芯片。在一個芯片上可以集成幾千到幾十萬個以上的晶體管和電阻、電容元件。微處理器的特點是輕巧，成本低，功能強，功耗小，穩(wěn)定可靠，操作簡便，易于推廣。微處理器已成為許多機器的一個部件或控制系統(tǒng)的一部分。許多軋鋼機、起重機、石油化工機械、電站發(fā)電設備、汽車、機床、儀器儀表、工業(yè)機器人等已采用了微處理器，從而使計算機的功能滲透到機械和儀表中,實現(xiàn)了智能化。例如,采用微處理器的數(shù)字控制機床已成為世界上數(shù)字控制機床的主流。這種機床只需要改變軟件程序，即可實現(xiàn)某種特定的功能，因而具有更大的通用性和靈活性。此外，數(shù)字控制機床還具有存貯校正誤差的能力和現(xiàn)場校正零件程序的指令，因而能夠加工出精度更高的零件。許多汽車已應用微處理器，例如，用于控制汽車上的汽油機點火系統(tǒng)，可根據(jù)曲軸傳感器、負壓傳感器和溫度傳感器送來的曲軸位置信號、氣缸負壓信號和冷卻水溫度信號計算出點火時間，每隔 2毫秒計算一次，因而使發(fā)動機燃料消耗最經(jīng)濟，污染最少，可節(jié)省燃料10％左右。
簡史 微處理器自1971年問世以來，已經(jīng)歷四代。①第一代(1973年前)：速度低、價廉，主要是用于專用場合的4位和8位字長的低檔微處理器。②第二代（1978年前）：中速、價廉，是在各種控制系統(tǒng)中被廣泛應用的8位字長中檔微處理器。③第三代(1980年前):應用范圍廣泛、中速、功能較強的16位字長的高檔微處理器。④第四代（1981年以后）：32位字長的高速、功能更強的高檔微處理器。
分類 微處理器按制造工藝一般分為兩類:MOS集成電路型和雙極集成電路型。① MOS集成電路：它是以金屬-氧化物-半導體場效應晶體管為基本有源元件構(gòu)成的集成電路。②雙極集成電路：它是以雙極晶體管為基本有源元件構(gòu)成的集成電路
微處理器也可按字長(計算機中每個字占有的二進制位數(shù))分為1位、4位、8位、16位和32位字長等多種類型。工作原理和結(jié)構(gòu) 圖[微處理器結(jié)構(gòu)原理方框圖]
為微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理方框圖。微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括3個基本部分。①算術(shù)邏輯部件(ALU)：它既能執(zhí)行算術(shù)運算（如加法、減法），又能執(zhí)行邏輯操作（如邏輯“與”、“或”等）。②寄存器：每個微處理器中有多個寄存器，用來存放操作數(shù)、運算過程的中間結(jié)果和標志工作狀態(tài)的信息等。③控制部件：即控制操作電路。微處理器在執(zhí)行計算機程序時，必須把程序中的一些指令一條條地取出來執(zhí)行，這就必須有一個電路能追蹤指令所在的地址，這個電路稱為程序計數(shù)器。取出來的指令經(jīng)過指令譯碼器譯碼，通過控制電路發(fā)出執(zhí)行一條指令所需的各種控制信息。
微處理器與微型計算機系統(tǒng)其他部分的通信，是通過3組外部總線來實現(xiàn)的,即地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。現(xiàn)代的微處理器至少有16位寬的地址總線，一般它是單向的，由微處理器向存貯器或輸入輸出設備發(fā)出地址信息。數(shù)據(jù)總線是雙向傳送的，其寬度一般與微處理器所處理數(shù)據(jù)的字長相同。控制總線用來傳送各種控制信號，如同步脈沖、定時脈沖、讀寫操作控制和中斷請求等。
嚴筱鈞
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