微处理器

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微处理器
microprocessor

   应用大规模集成电路技术将电子计算机（见微型计算机）的中央处理器（CPU,通常指由运算器和控制器所组成的逻辑单元）集成在一片几毫米见方硅片上的微电子器件。这种硅片称为芯片。在一个芯片上可以集成几千到几十万个以上的晶体管和电阻、电容元件。微处理器的特点是轻巧，成本低，功能强，功耗小，稳定可靠，操作简便，易于推广。微处理器已成为许多机器的一个部件或控制系统的一部分。许多轧钢机、起重机、石油化工机械、电站发电设备、汽车、机床、仪器仪表、工业机器人等已采用了微处理器，从而使计算机的功能渗透到机械和仪表中,实现了智能化。例如,采用微处理器的数字控制机床已成为世界上数字控制机床的主流。这种机床只需要改变软件程序，即可实现某种特定的功能，因而具有更大的通用性和灵活性。此外，数字控制机床还具有存贮校正误差的能力和现场校正零件程序的指令，因而能够加工出精度更高的零件。许多汽车已应用微处理器，例如，用于控制汽车上的汽油机点火系统，可根据曲轴传感器、负压传感器和温度传感器送来的曲轴位置信号、气缸负压信号和冷却水温度信号计算出点火时间，每隔 2毫秒计算一次，因而使发动机燃料消耗最经济，污染最少，可节省燃料10％左右。
   简史  微处理器自1971年问世以来，已经历四代。①第一代(1973年前)：速度低、价廉，主要是用于专用场合的4位和8位字长的低档微处理器。②第二代（1978年前）：中速、价廉，是在各种控制系统中被广泛应用的8位字长中档微处理器。③第三代(1980年前):应用范围广泛、中速、功能较强的16位字长的高档微处理器。④第四代（1981年以后）：32位字长的高速、功能更强的高档微处理器。
   分类  微处理器按制造工艺一般分为两类:MOS集成电路型和双极集成电路型。① MOS集成电路：它是以金属-氧化物-半导体场效应晶体管为基本有源元件构成的集成电路。②双极集成电路：它是以双极晶体管为基本有源元件构成的集成电路微处理器也可按字长(计算机中每个字占有的二进制位数)分为1位、4位、8位、16位和32位字长等多种类型。
   工作原理和结构  图[微处理器结构原理方框图]为微处理器的内部结构原理方框图。微处理器内部结构包括3个基本部分。①算术逻辑部件(ALU)：它既能执行算术运算（如加法、减法），又能执行逻辑操作（如逻辑“与”、“或”等）。②寄存器：每个微处理器中有多个寄存器，用来存放操作数、运算过程的中间结果和标志工作状态的信息等。③控制部件：即控制操作电路。
   微处理器在执行计算机程序时，必须把程序中的一些指令一条条地取出来执行，这就必须有一个电路能追踪指令所在的地址，这个电路称为程序计数器。取出来的指令经过指令译码器译码，通过控制电路发出执行一条指令所需的各种控制信息。
   微处理器与微型计算机系统其他部分的通信，是通过3组外部总线来实现的,即地址总线、数据总线和控制总线。现代的微处理器至少有16位宽的地址总线，一般它是单向的，由微处理器向存贮器或输入输出设备发出地址信息。数据总线是双向传送的，其宽度一般与微处理器所处理数据的字长相同。控制总线用来传送各种控制信号，如同步脉冲、定时脉冲、读写操作控制和中断请求等。
　　　　　　　　　　　　　　　　　严筱钧