機(jī)械專(zhuān)業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯--中央微處理器CPU

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附錄 A 1 緒 論 央微處理器）的縮寫(xiě)，它是計(jì)算機(jī)中最重要的一個(gè)部分，由運(yùn)算器和控制器組成。 發(fā)展非常迅速，個(gè)人電腦從8088(展到現(xiàn)在的 時(shí)代，只經(jīng)過(guò)了不到二十年的時(shí)間。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)歸納起來(lái)都可以分為控制單元、邏輯單元和存儲(chǔ)單元三大部分，這三個(gè)部分相互協(xié)調(diào)，對(duì)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。 最初發(fā)展至今已經(jīng)有二十多年的歷史了，可以說(shuō)個(gè)人電腦的發(fā)展是隨著 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(gè)可用于微型計(jì)算機(jī)的四位微處理器，它包含 2300 個(gè)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(chǎng)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(méi)有微處理器 ,這些應(yīng)用就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 由于微處理器可用來(lái)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(kāi)始競(jìng)相生產(chǎn)微處理器芯片。 司生產(chǎn)了 8080的增強(qiáng)型 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(méi)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 藝 ,集成度約 9000 只晶體管 ,平均指令執(zhí)行時(shí)間為 1μS ～2μS, 采用匯編語(yǔ)言、 程，使用單用戶(hù)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(cè)試過(guò)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)。 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(cè)試過(guò)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(chǔ)器是能夠存儲(chǔ)一位或多位信息的媒體或裝置。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器可以分為兩個(gè)部分。微處理器或計(jì)算機(jī)這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)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(duì)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(chǔ)器以及輸入 /輸出部分。所有的這些功能由單個(gè)芯片或在一個(gè)電路板上的若干獨(dú)立芯片來(lái)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(guò)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(duì)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(duì)數(shù)據(jù)操作。這一功能實(shí)際上就是由成的。由存儲(chǔ)器讀取指令，并放入指令寄存器。用 的累加器存放欲操作的數(shù)據(jù)之一，第二個(gè)數(shù)據(jù)可放在某一臨時(shí)寄存器中。 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(lèi)的功能，可通過(guò)不斷的加減來(lái)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(gè)重要的元件。通常，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的程序指令是按順序來(lái)進(jìn)行的，每次是一條。根據(jù)是否滿(mǎn)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(guò)從指令寄存器中取出實(shí)際的指令來(lái)確定的。接著是譯碼和對(duì)指令的解釋?zhuān)员銢Q定 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(gè)過(guò)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(chǔ)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(gè)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(chǔ)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(duì)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(lái)保存待操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)操作結(jié)果。在存儲(chǔ)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(gè)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(chǔ)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(kāi)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(shí)，該標(biāo)志位會(huì)有反應(yīng)。符號(hào)位用來(lái)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(cè)，生產(chǎn)廠家提供的。 (6)中斷向量寄存器 微處理器常常用來(lái)做實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制。這就意味著微處理器必須有對(duì)優(yōu)先權(quán)很高的外部事件做出響應(yīng)的能力。這種對(duì) 請(qǐng)求，可能來(lái)自若干外設(shè)中的一個(gè)。向量中斷過(guò)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(qǐng)的裝置服務(wù)的程序段去。同時(shí)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(kāi)始。發(fā)中斷的外部裝置有數(shù)據(jù)段或向量來(lái)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(chēng)為堆棧的存儲(chǔ)器來(lái)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(gè)點(diǎn)在開(kāi)始執(zhí)行。中斷處理過(guò)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(gè)數(shù)據(jù)入棧，存放在棧頂。從堆棧取出數(shù)據(jù)時(shí)，取出的最后一個(gè)入棧的數(shù)據(jù)，即彈出的是最后一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。這一過(guò)程稱(chēng)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(wèn)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(guò)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(xiě)存儲(chǔ)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(chǔ)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(xiě)入堆棧的那個(gè)存儲(chǔ)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(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)所在的存儲(chǔ)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(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)所應(yīng)占據(jù)的存儲(chǔ)單元的地址。當(dāng)一個(gè)新的數(shù)據(jù)項(xiàng)入棧時(shí)，堆棧存儲(chǔ)地址減 1，以有利于隨后的數(shù)據(jù)裝入下一個(gè)較低的存儲(chǔ)單元。同樣，當(dāng)從棧區(qū)取出一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，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(gè)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(shí)，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(shí)，程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容將加 1?？墒牵?jīng)常會(huì)遇到跳過(guò)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(lái)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(gè)方法。 (10)控制單元 微處理器中有一個(gè)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(shí)序和控制信號(hào)的時(shí)鐘相連接。在存儲(chǔ)器中取得指令，放到指令寄存器中，并由含有指令集合的指令譯碼器進(jìn)行譯碼。譯碼后的指令便可執(zhí)行。下一條指令（在存儲(chǔ)器中）的地址，可從程序 計(jì)數(shù)器中取出，并裝入指令寄存器。整個(gè)過(guò)程周而復(fù)始。這種的取指、執(zhí)行的周期性過(guò)程是在很高的速度進(jìn)行的。并因微處理器不同而不同，還取決于所執(zhí)行指令的復(fù)雜程度。取指和譯碼所需時(shí)間取決于常被稱(chēng)為微循環(huán)時(shí)間的基本周期。 鐘 一個(gè)主時(shí)鐘在微機(jī)系統(tǒng)中被使用為了使數(shù)據(jù)傳送同步，。各種輸入 /輸出操作以及存儲(chǔ)器訪 問(wèn)均要求有一個(gè)時(shí)間的參考。這可通過(guò)時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的高速脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。為生成時(shí)間脈沖，某些微處理器系統(tǒng)在微處理器芯片上設(shè)有時(shí)鐘電路；而其它微處理器，則使用時(shí)鐘芯片上的石英晶體。由于完成微處理系統(tǒng)中全部所需的時(shí)間與基本時(shí)間單元有關(guān)，因此高頻系統(tǒng)能在指定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行更多指令。 儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是能夠存儲(chǔ)一位或多位信息的媒體或裝置。在二進(jìn)制系統(tǒng)中，一位以可能的狀態(tài)之一進(jìn)行存儲(chǔ)，分別代表 0 和 1。觸發(fā)器就是一位存儲(chǔ)器的例子。配有合適的傳送裝置和讀寫(xiě)電路的磁帶是大存儲(chǔ)器的另一極端例子，存儲(chǔ)能力在10 億之上。 計(jì)算 機(jī)的存儲(chǔ)器可以分為兩個(gè)部分。所有的計(jì)算機(jī)都有的部分主存儲(chǔ)器。第二部分被稱(chēng)作是文件存儲(chǔ)器或輔助存儲(chǔ)器，在需要的時(shí)候常用存儲(chǔ)大量的信息。 主存儲(chǔ)器是由半導(dǎo)體器件組成的，其運(yùn)行速度比文件存儲(chǔ)器快的多。一般的說(shuō)，以零點(diǎn)幾微妙的時(shí)間即可對(duì)主存儲(chǔ)器存或讀取一個(gè)字或一組數(shù)據(jù)。 70 年代初期以前，計(jì)算機(jī)的主存是磁芯存儲(chǔ)器組成的?，F(xiàn)在，只有少量計(jì)算機(jī)上使用磁芯存儲(chǔ)器，但很快被半導(dǎo)體存儲(chǔ)器取代。 文件存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)大量信息，但需要的時(shí)間較長(zhǎng)與主存來(lái)說(shuō)相比。軟盤(pán)、硬盤(pán)和磁帶是典型的文件存儲(chǔ)器。比較小的文件系統(tǒng)也有用磁泡存儲(chǔ)器的。存 取時(shí)間隨著不同文件存儲(chǔ)器的不同而不同，有幾百微妙還有幾時(shí)毫秒的。 我們只討論半導(dǎo)體型主存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體型存儲(chǔ)器分為兩大類(lèi)：只讀存儲(chǔ)器（ 讀寫(xiě)存儲(chǔ)器（ 后面的一個(gè) 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。隨機(jī)存取的意思是：訪問(wèn)存儲(chǔ)器中任何單元的時(shí)間與訪問(wèn)任何其它單元所需的時(shí)間大致相同。串行訪問(wèn)系統(tǒng)的磁帶文件存儲(chǔ)器不是這樣的。從距讀頭 6 英寸的地方檢索一個(gè)字要比從距 1000 英尺出檢索的要快。不論是半導(dǎo)體 是 是隨機(jī)存取器件，因此把 做 不合適的。很遺憾，這種誤用由于很流行而不好更正。因此我們 討論 ，人們應(yīng)該認(rèn)為是 讀存儲(chǔ)器 當(dāng)信息長(zhǎng)期存儲(chǔ)而不做任何改變的場(chǎng)合我們要用 儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器中每一存儲(chǔ)單元均可訪問(wèn)以便讀出信息，但內(nèi)容不便。當(dāng)然，在使用前，存儲(chǔ)器必須先寫(xiě)入正確的信息。這叫做對(duì) 編程。編程的方法是由制造商家完成的。在制造半導(dǎo)體的過(guò)程中，應(yīng)用合適的光膜技術(shù)，將需要的數(shù)據(jù)便可編程寫(xiě)入 個(gè)方法叫掩膜編程。這些 內(nèi)容再也不可修改。另一種方法可由用戶(hù)編程。這種可編程 能編寫(xiě)一次，雖然以后 內(nèi)容還可作一些次數(shù)的修改。在這種器 件中，全部存儲(chǔ)單元的初始狀態(tài)是相同的。例如，全部為“ 1”狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一些規(guī)定的步驟，就可將“ 0”寫(xiě)入 適的位置。要寫(xiě)入“ 0”，在電路可以熔化的連線中通過(guò)足夠強(qiáng)的電流，是連線汽化即可。但此金屬連線汽化，該電路保持“ 0”態(tài)。存儲(chǔ)在電路中的這一位再也不能變成“ 1”。一旦編程，唯一可做的是將“ 1”變?yōu)椤?0”。這種 時(shí)被稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)可編程只讀存儲(chǔ)器或用在少數(shù)系統(tǒng)中。 近幾年來(lái)，出現(xiàn)了另兩種重要的 一種是紫外線可擦除的 是通過(guò)對(duì)每一存儲(chǔ)單元尋址并對(duì)其用一定電壓來(lái)編程的 ，除非半導(dǎo)體芯片暴露在強(qiáng)紫外線照射下，否則儲(chǔ)存的各位保持不變。石英覆蓋的窗口作暴光用。在特定的紫外線光源照射下，典型的時(shí)間是 15 分鐘。 用設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試開(kāi)發(fā)工作。一旦系統(tǒng)能按照設(shè)計(jì)要求工作，就可以用掩膜可編程 行生產(chǎn)。很多 有和 容的引腳，以致于 容易變成 第二種可擦除的 電可擦除的 為 1980 年來(lái)，這種器件發(fā)展很快，使非易失性的 為可能。簡(jiǎn)單的說(shuō) 一種易失性的器件，也可以這樣認(rèn)為，掉電時(shí)，存儲(chǔ)器的內(nèi)容 也會(huì)丟失。在有些應(yīng)用中，存儲(chǔ)器能夠?qū)懭?，而且，沒(méi)電時(shí)能夠保持信息，是必要的，理想的。 1982 年，兩家公司聲稱(chēng) 以作為 備用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中的內(nèi)容反復(fù)地隨著息更新。如果掉電， 無(wú)限期的保存其中的內(nèi)容不變。 寫(xiě)存儲(chǔ)器（ 于存儲(chǔ)器的內(nèi)容能夠改變的系統(tǒng)中。對(duì)這種器件的存儲(chǔ)單元訪問(wèn)和讀寫(xiě)時(shí)間只有一微秒分之幾。遺憾的是， 一種易失性的存儲(chǔ)器，但系統(tǒng)斷電時(shí)，內(nèi)容便丟失。 可用兩種方法在半導(dǎo)體中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。一種是數(shù)據(jù)以雙穩(wěn)觸發(fā)器單元的狀態(tài)來(lái)表示 ，存儲(chǔ)單元就能保存它的內(nèi)容，只要器件供應(yīng)直流電。這種稱(chēng)為靜態(tài) 另一種半導(dǎo)體 動(dòng)態(tài) 是晶體管一電容器存儲(chǔ)單元。 在更小的芯片上得以實(shí)現(xiàn)，和六晶體管靜態(tài) 儲(chǔ)單元相比，。容量相當(dāng)可觀的存儲(chǔ)器可在芯片上用 儲(chǔ)單元制成。 第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它把二進(jìn)制的一位信息作為電荷而不是雙穩(wěn)態(tài)儲(chǔ)存在電容上，因?yàn)閮?chǔ)存和保持電容上電荷要比保持雙穩(wěn)態(tài)耗電量少的多。 要缺點(diǎn)是為刷新和保持電容單元上的電荷，需要復(fù)雜的刷新的電路。此電路增加了小型 每個(gè)存儲(chǔ)單元的成本，因 此靜態(tài) 常在價(jià)格上更具優(yōu)勢(shì)。在大型系統(tǒng)中，刷新電路所增加的額外成本讓更多的存儲(chǔ)單元所分擔(dān)，致使 位成本較低。因此，大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)常用 儲(chǔ)器，而存儲(chǔ)器較小的系統(tǒng)一般用靜態(tài) 在計(jì)算機(jī)中， 來(lái)存儲(chǔ)不改變的指令和常量，而 來(lái)存儲(chǔ)經(jīng)常需要改變的數(shù)據(jù)和指令。程序可存在磁盤(pán)和磁帶上然后裝入 使程序得以執(zhí)行。這就允許許多不同的程序在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行在不同的時(shí)間。 附錄 B 1 PU it is in a is by PU is 088(to 0 to to on of at 0 is PU 971, in 004, is in it 300 008, is is 974, 8008 080, of to in of if to to to 080 80, 800, 976 8085, 080 to of 000 μS~2μS, or on or on or is or or Is at is on to is as as by or in in “is a is a in to by to to or to or to is in is or (1) of is to to is by is in An LU is to of to be A be in a by LU R, R. as by in (2) is an of in in a at a of it is to to of of is by of is in is by of to to be by of is is (3) A is a be to of be as of be to of a of be or be to of is an of a a is to to be or of a (4) he is a 16is or of an to be by (5) in of is as a of of or of is as a of of in a in of an a is to or of a in a of be by by (6) be to to if of of a of is to of to to It is to so at is by a or a (7) of a of in of a to as so be at it to is of to in a is or on of of on be is to n, to of it be to is is to be be in a in a as is (8) he a of It is to of on of be is by a in In a of in In in be a is or is so go a is or is . (9) he in a It is to of to be a 16to as is a is is to in of to be by of an of of a of . it is to a of be in to a to if of to be be is of of a (10) he a of is to An is in by in of is is is of is at to of to be to as is in a to of A is to is by a on to to to in a is to a it to a of a of is a or of or of In a is as of a1 .A is an of a 1a of a an be to is A or is to of if is of at t