微处理器的基本结构（微机原理笔记）

微处理器的基本结构

如下图为一个典型的8位微处理器的内部结构，一般由算术逻辑单元、寄存器组和指令处理单元等几部分组成。

算术逻辑单元

算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit，ALU)，实际上就是计算机的运算器，负责CPU所能进行的各种运算，主要就是算术运算和逻辑运算。

加法器ALU： 在上图中ALU被画成“V”形结构，表示它有两个操作数入口。对8位CPU来说，常由累加器(Accumulator）提供其中一个操作数,而另一个操作数通过暂存器来提供。运算结果被返回到累加器（因此而得名)，而反映运算结果的状态信息（如无符号运算有无进位、有符号运算有无溢出、结果是否为0等）则被记录在标志（Flag)寄存器里。程序可根据运算后各标志的情况来决定下一步的走向。

寄存器组

处理器内部需要高速存储单元，用于暂时存放程序执行过程中的代码和数据，这些存储单元被称为寄存器(Register)。处理器内部设计有多种寄存器，每种寄存器还可能有多个，从应用的角度可以分成两类:透明寄存器和可编程寄存器。可编程寄存器还可以进一步分成通用和专用寄存器:

• 透明寄存器： 有些寄存器对应用人员来说不可见，不能直接控制，例如，保存指令代码的指令寄存器
• 通用寄存器： 这类寄存器在处理器中数量较多，使用频度较高，具有多种用途。例如，它们可用来存放指令需要的操作数据，又可用来存放地址，以便在主存或I/O接口中指定操作数据的位置。
• 专用寄存器： 这类寄存器只用于特定目的。例如程序计数器(Program Counter，PC)只用于记录将要执行指令的主存地址，标志寄存器保存指令执行的辅助信息。

指令处理单元

指令处理单元指微处理器的控制器，它负责对指令进行译码和处理，一般包括:

• 指令寄存器——用来暂存被译码处理的指令。
• 指令译码逻辑——负责对指令进行译码，通过译码获知该指令是什么功能的指令。
• 时序和控制逻辑——根据指令要求，按一定的时序发出和接收各种信号，以便控制微机系统完成指令所要求的操作。这些信号主要有时钟信号、控制信号、请求和响应信号等。

随着微处理器功能的增强，其内部集成了更多功能单元，出现了新的实现技术，但仍然包含这三个基本部分。