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Pentium系列微型计算机原理与接口技术 版权信息
- ISBN：9787030685865
- 条形码：9787030685865 ; 978-7-03-068586-5
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
Pentium系列微型计算机原理与接口技术 内容简介
本书以32位微处理器IntelPentium为平台，在介绍微型计算机基本知识的基础上，系统地阐述了Pentium系列微型计算机的体系的结构、原理以及接口技术，同时介绍了PentiumⅡ微处理机的新技术。主要内容包括：微型计算机的运算基础与结构基础、Pentium微处理机的系统原理、汇编语言结构和寻址方式、存储器管理技术、高速缓冲存储器、浮点部件、总线部件、中断管理技术、I/O接口技术及外围接口芯片、及汇编语言程序设计方法等。
Pentium系列微型计算机原理与接口技术 目录
目录
第1章 微型计算机系统基础知识 1
1.1 概述 1
1.2 微型计算机的硬件结构和基本工作原理 2
1.2.1 微型计算机的基本结构 2
1.2.2 中央处理器 3
1.2.3 存储器 8
1.2.4 I/O设备 13
1.2.5 总线 16
1.3 计算机中信息的表示 16
1.3.1 进位计数制 16
1.3.2 数值信息在计算机中的表示 19
1.3.3 非数值信息在计算机中的表示 25
1.4 微型计算机的软件系统 30
1.4.1 软件的分类 31
1.4.2 操作系统的概念 31
1.4.3 计算机语言和语言处理程序 32
1.5 微型计算机系统及性能指标 34
1.5.1 计算机系统的组成 34
1.5.2 系统的基本配置 35
1.5.3 微型计算机的主要性能指标 36
习题1 37
第2章 80x86微处理器结构 39
2.1 微型计算机的发展概况 39
2.1.1 由8086到Pentium 39
2.1.2 由Pentium Pro到PentiumⅡ/Ⅲ 43
2.2 8086/8088微处理器的结构 49
2.2.1 8086的功能结构 49
2.2.2 8086/8088的寄存器结构 50
2.3 8086的引脚功能和工作模式 54
2.4 存储器组织和I/O组织 60
习题2 62
第3章 Pentium系统原理 63
3.1 概述 63
3.2 Pentium微处理器体系结构 64
3.2.1 Pentium微处理器的外形和封装 64
3.2.2 Pentium微处理器的功能结构 67
3.3 Pentium微处理器的寄存器 72
3.3.1 基本寄存器 73
3.3.2 系统级寄存器 83
3.3.3 调试寄存器 89
3.4 CISC和RISC 91
3.4.1 复杂指令集计算机—CISC 92
3.4.2 精简指令集计算机—RISC 92
3.5 Pentium指令格式与寻址方式 93
3.5.1 指令格式 93
3.5.2 寻址方式 95
3.6 数据类型 98
3.6.1 基本的数据类型 98
3.6.2 Pentium的操作数类型 99
3.6.3 Pentium FPU的数据类型 100
3.7 PentiumⅡ微处理器 103
习题3 103
第4章 Pentium存储管理 105
4.1 概述 105
4.2 存储器组织 106
4.2.1 实模式下的存储器组织 106
4.2.2 保护模式下的存储器组织 107
4.2.3 虚拟8086模式下的存储器组织 108
4.3 保护模式的分段模型 109
4.3.1 平面模型 109
4.3.2 带保护的平面模型 110
4.3.3 多段模型 111
4.4 Pentium段的转换 112
4.4.1 段寄存器及段描述符高速缓存 113
4.4.2 段描述符表 120
4.5 保护模式的页转换 122
4.5.1 分页功能 123
4.5.2 控制寄存器的页属性 130
4.5.3 Pentium微处理器后系列的分页功能增强 131
4.5.4 物理地址扩展特性 132
4.5.5 物理地址扩展与页面尺寸扩展 134
4.6 保护模式的段和页转换的组合 136
习题4 138
第5章 高速缓冲存储器 139
5.1 高速缓冲存储器的工作原理 139
5.2 高速缓冲存储器的基本结构 141
5.2.1 全相联Cache 142
5.2.2 直接映射Cache 144
5.2.3 组相联Cache 146
5.3 高速缓冲存储器的性能分析 148
5.4 高速缓冲存储器的操作方式 151
5.4.1 替换策略 151
5.4.2 Cache与主存的一致性问题 152
5.5 MESI一致性协议 153
5.5.1 MESI一致性协议概述 153
5.5.2 MESI协议状态转换规则 154
5.6 PentiumⅡ处理器的Cache技术 154
习题5 157
第6章 超标量流水线 158
6.1 概述 158
6.2 整型流水线 159
6.2.1 Pentium的流水线 160
6.2.2 指令配对 162
6.3 浮点流水线 165
6.4 动态执行技术 167
6.4.1 PentiumⅡ的流水线结构 167
6.4.2 动态执行过程 168
6.5 分支预测 171
习题6 173
第7章 浮点部件 174
7.1 概述 174
7.2 浮点部件体系结构 175
7.2.1 数值寄存器 175
7.2.2 FPU寄存器堆栈 176
7.2.3 状态字寄存器 177
7.2.4 控制字寄存器 180
7.2.5 标记字寄存器 181
7.2.6 *后的指令操作码字段 182
7.2.7 数值指令和数据指针 182
习题7 184
第8章 中断 185
8.1 概述 185
8.1.1 中断的概念 185
8.1.2 中断源分类 185
8.2 硬件中断与软件中断 186
8.2.1 硬件中断 187
8.2.2 异常中断 187
8.2.3 INT n指令中断 188
8.2.4 异常和中断向量 188
8.2.5 指令的重新启动 190
8.3 中断描述符表和中断描述符 190
8.3.1 中断描述符表 190
8.3.2 中断描述符 191
8.4 中断处理 192
8.4.1 实模式使用中断向量表 192
8.4.2 保护模式使用中断描述符表 192
8.5 出错代码 194
8.6 异常条件 194
习题8 204
第9章 总线 205
9.1 概述 205
9.1.1 总线的概念 205
9.1.2 总线的工作原理 205
9.1.3 总线的分类 205
9.1.4 总线操作 207
9.1.5 总线结构 207
9.1.6 总线的主要参数 210
9.2 总线系统的层次、信号类型及总线周期 211
9.2.1 总线系统的层次 211
9.2.2 总线系统的信号类型 211
9.2.3 总线周期 212
9.3 ISA总线 214
9.4 EISA总线 217
9.5 VESA总线 218
9.6 PCI总线 219
9.6.1 PCI总线的特点及接口信号 219
9.6.2 采用北桥/南桥体系结构的芯片组 225
9.6.3 PCI总线的应用 227
9.7 AGP接口 227
9.7.1 AGP的主要特点 228
9.7.2 AGP 的工作模式 228
习题9 229
第10章 I/O接口与可编程芯片 230
10.1 高性能可编程DMA控制器接口芯片82C37A-5 230
10.1.1 82C37A-5的内部结构 230
10.1.2 82C37A-5的内部寄存器 231
10.1.3 DMA编程和应用举例 239
10.2 可编程中断控制器芯片82C59A 240
10.2.1 82C59A的内部结构 241
10.2.2 82C59A的程序设计 242
10.2.3 82C59A在Pentium微处理器上的应用 248
10.3 CHMOS可编程时间间隔定时器芯片82C54 249
10.3.1 82C54的内部结构 249
10.3.2 82C54的内部寄存器 250
10.3.3 82C54编程和应用举例 253
10.4 可编程外围接口芯片82C55A 255
10.4.1 82C55A的内部结构 255
10.4.2 82C55A的控制字和3种工作方式 256
10.4.3 82C55A编程和应用举例 257
10.5 可编程串行通信接口芯片82C51A 260
10.5.1 串行通信 260
10.5.2 82C51A的内部结构 261
10.5.3 82C51A的寄存器 263
10.5.4 82C51A编程和应用举例 264
习题10 266
第11章 模/数转换及数/模转换 268
11.1 概述 268
11.2 D/A转换器 269
11.2.1 D/A转换器的基本原理 269
11.2.2 权电阻解码网络D/A转换器 269
11.2.3 T形电阻解码网络D/A转换器 271
11.2.4 D/A转换器的主要技术指标 272
11.3 A/D转换器 272
11.3.1 采样/保持器 273
11.3.2 A/D转换器的基本原理 274
11.3.3 A/D转换器的主要技术指标 278
11.4 D/A转换芯片介绍 278
11.4.1 AD7522的性能指标 278
11.4.2 AD7522的各功能部件与引脚功能 279
11.5 A/D转换芯片介绍 283
11.5.1 A/D芯片基本构成 283
11.5.2 A/D转换芯片ADC1143 284
11.5.3 ADC1143在微机系统中的应用 286
习题11 287
第12章 汇编语言程序设计 288
12.1 汇编语言概述 288
12.1.1 汇编语言和汇编程序的基本概念 288
12.1.2 汇编语言程序设计的基本步骤 289
12.2 汇编语言源程序结构 290
12.2.1 汇编语言语句格式 290
12.2.2 伪操作 293
12.2.3 宏操作 306
12.2.4 过程 308
12.2.5 宏操作和过程的比较 309
12.3 汇编程序设计 311
12.3.1 顺序结构程序设计 311
12.3.2 分支结构程序设计 312
12.3.3 循环结构程序设计 318
12.3.4 子程序 322
习题12 328
参考文献 330
第1章 微型计算机系统基础知识 1
1.1 概述 1
1.2 微型计算机的硬件结构和基本工作原理 2
1.2.1 微型计算机的基本结构 2
1.2.2 中央处理器 3
1.2.3 存储器 8
1.2.4 I/O设备 13
1.2.5 总线 16
1.3 计算机中信息的表示 16
1.3.1 进位计数制 16
1.3.2 数值信息在计算机中的表示 19
1.3.3 非数值信息在计算机中的表示 25
1.4 微型计算机的软件系统 30
1.4.1 软件的分类 31
1.4.2 操作系统的概念 31
1.4.3 计算机语言和语言处理程序 32
1.5 微型计算机系统及性能指标 34
1.5.1 计算机系统的组成 34
1.5.2 系统的基本配置 35
1.5.3 微型计算机的主要性能指标 36
习题1 37
第2章 80x86微处理器结构 39
2.1 微型计算机的发展概况 39
2.1.1 由8086到Pentium 39
2.1.2 由Pentium Pro到PentiumⅡ/Ⅲ 43
2.2 8086/8088微处理器的结构 49
2.2.1 8086的功能结构 49
2.2.2 8086/8088的寄存器结构 50
2.3 8086的引脚功能和工作模式 54
2.4 存储器组织和I/O组织 60
习题2 62
第3章 Pentium系统原理 63
3.1 概述 63
3.2 Pentium微处理器体系结构 64
3.2.1 Pentium微处理器的外形和封装 64
3.2.2 Pentium微处理器的功能结构 67
3.3 Pentium微处理器的寄存器 72
3.3.1 基本寄存器 73
3.3.2 系统级寄存器 83
3.3.3 调试寄存器 89
3.4 CISC和RISC 91
3.4.1 复杂指令集计算机—CISC 92
3.4.2 精简指令集计算机—RISC 92
3.5 Pentium指令格式与寻址方式 93
3.5.1 指令格式 93
3.5.2 寻址方式 95
3.6 数据类型 98
3.6.1 基本的数据类型 98
3.6.2 Pentium的操作数类型 99
3.6.3 Pentium FPU的数据类型 100
3.7 PentiumⅡ微处理器 103
习题3 103
第4章 Pentium存储管理 105
4.1 概述 105
4.2 存储器组织 106
4.2.1 实模式下的存储器组织 106
4.2.2 保护模式下的存储器组织 107
4.2.3 虚拟8086模式下的存储器组织 108
4.3 保护模式的分段模型 109
4.3.1 平面模型 109
4.3.2 带保护的平面模型 110
4.3.3 多段模型 111
4.4 Pentium段的转换 112
4.4.1 段寄存器及段描述符高速缓存 113
4.4.2 段描述符表 120
4.5 保护模式的页转换 122
4.5.1 分页功能 123
4.5.2 控制寄存器的页属性 130
4.5.3 Pentium微处理器后系列的分页功能增强 131
4.5.4 物理地址扩展特性 132
4.5.5 物理地址扩展与页面尺寸扩展 134
4.6 保护模式的段和页转换的组合 136
习题4 138
第5章 高速缓冲存储器 139
5.1 高速缓冲存储器的工作原理 139
5.2 高速缓冲存储器的基本结构 141
5.2.1 全相联Cache 142
5.2.2 直接映射Cache 144
5.2.3 组相联Cache 146
5.3 高速缓冲存储器的性能分析 148
5.4 高速缓冲存储器的操作方式 151
5.4.1 替换策略 151
5.4.2 Cache与主存的一致性问题 152
5.5 MESI一致性协议 153
5.5.1 MESI一致性协议概述 153
5.5.2 MESI协议状态转换规则 154
5.6 PentiumⅡ处理器的Cache技术 154
习题5 157
第6章 超标量流水线 158
6.1 概述 158
6.2 整型流水线 159
6.2.1 Pentium的流水线 160
6.2.2 指令配对 162
6.3 浮点流水线 165
6.4 动态执行技术 167
6.4.1 PentiumⅡ的流水线结构 167
6.4.2 动态执行过程 168
6.5 分支预测 171
习题6 173
第7章 浮点部件 174
7.1 概述 174
7.2 浮点部件体系结构 175
7.2.1 数值寄存器 175
7.2.2 FPU寄存器堆栈 176
7.2.3 状态字寄存器 177
7.2.4 控制字寄存器 180
7.2.5 标记字寄存器 181
7.2.6 *后的指令操作码字段 182
7.2.7 数值指令和数据指针 182
习题7 184
第8章 中断 185
8.1 概述 185
8.1.1 中断的概念 185
8.1.2 中断源分类 185
8.2 硬件中断与软件中断 186
8.2.1 硬件中断 187
8.2.2 异常中断 187
8.2.3 INT n指令中断 188
8.2.4 异常和中断向量 188
8.2.5 指令的重新启动 190
8.3 中断描述符表和中断描述符 190
8.3.1 中断描述符表 190
8.3.2 中断描述符 191
8.4 中断处理 192
8.4.1 实模式使用中断向量表 192
8.4.2 保护模式使用中断描述符表 192
8.5 出错代码 194
8.6 异常条件 194
习题8 204
第9章 总线 205
9.1 概述 205
9.1.1 总线的概念 205
9.1.2 总线的工作原理 205
9.1.3 总线的分类 205
9.1.4 总线操作 207
9.1.5 总线结构 207
9.1.6 总线的主要参数 210
9.2 总线系统的层次、信号类型及总线周期 211
9.2.1 总线系统的层次 211
9.2.2 总线系统的信号类型 211
9.2.3 总线周期 212
9.3 ISA总线 214
9.4 EISA总线 217
9.5 VESA总线 218
9.6 PCI总线 219
9.6.1 PCI总线的特点及接口信号 219
9.6.2 采用北桥/南桥体系结构的芯片组 225
9.6.3 PCI总线的应用 227
9.7 AGP接口 227
9.7.1 AGP的主要特点 228
9.7.2 AGP 的工作模式 228
习题9 229
第10章 I/O接口与可编程芯片 230
10.1 高性能可编程DMA控制器接口芯片82C37A-5 230
10.1.1 82C37A-5的内部结构 230
10.1.2 82C37A-5的内部寄存器 231
10.1.3 DMA编程和应用举例 239
10.2 可编程中断控制器芯片82C59A 240
10.2.1 82C59A的内部结构 241
10.2.2 82C59A的程序设计 242
10.2.3 82C59A在Pentium微处理器上的应用 248
10.3 CHMOS可编程时间间隔定时器芯片82C54 249
10.3.1 82C54的内部结构 249
10.3.2 82C54的内部寄存器 250
10.3.3 82C54编程和应用举例 253
10.4 可编程外围接口芯片82C55A 255
10.4.1 82C55A的内部结构 255
10.4.2 82C55A的控制字和3种工作方式 256
10.4.3 82C55A编程和应用举例 257
10.5 可编程串行通信接口芯片82C51A 260
10.5.1 串行通信 260
10.5.2 82C51A的内部结构 261
10.5.3 82C51A的寄存器 263
10.5.4 82C51A编程和应用举例 264
习题10 266
第11章 模/数转换及数/模转换 268
11.1 概述 268
11.2 D/A转换器 269
11.2.1 D/A转换器的基本原理 269
11.2.2 权电阻解码网络D/A转换器 269
11.2.3 T形电阻解码网络D/A转换器 271
11.2.4 D/A转换器的主要技术指标 272
11.3 A/D转换器 272
11.3.1 采样/保持器 273
11.3.2 A/D转换器的基本原理 274
11.3.3 A/D转换器的主要技术指标 278
11.4 D/A转换芯片介绍 278
11.4.1 AD7522的性能指标 278
11.4.2 AD7522的各功能部件与引脚功能 279
11.5 A/D转换芯片介绍 283
11.5.1 A/D芯片基本构成 283
11.5.2 A/D转换芯片ADC1143 284
11.5.3 ADC1143在微机系统中的应用 286
习题11 287
第12章 汇编语言程序设计 288
12.1 汇编语言概述 288
12.1.1 汇编语言和汇编程序的基本概念 288
12.1.2 汇编语言程序设计的基本步骤 289
12.2 汇编语言源程序结构 290
12.2.1 汇编语言语句格式 290
12.2.2 伪操作 293
12.2.3 宏操作 306
12.2.4 过程 308
12.2.5 宏操作和过程的比较 309
12.3 汇编程序设计 311
12.3.1 顺序结构程序设计 311
12.3.2 分支结构程序设计 312
12.3.3 循环结构程序设计 318
12.3.4 子程序 322
习题12 328
参考文献 330
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Pentium系列微型计算机原理与接口技术 节选
第1章 微型计算机系统基础知识 1.1 概述 自20世纪70年代初期以来，随着微电子技术的飞速发展，大规模集成电路和超大规模集成电路芯片不断涌现，以微处理器为核心的微型计算机在计算机的发展洪流中取得了重大突破。它对计算机的发展、应用和普及带来极其深刻的影响。因此，有人说微处理器及微型计算机的出现和崛起是计算机的第二次革命。 微型计算机系统(μCS)由硬件和软件组成。硬件包括微型计算机(μC)、外围设备和电源。微型计算机包括微处理器(μP)、内存储器、输入/输出(I/O)接口电路和系统总线。微型计算机系统、微型计算机和微处理器的相互关系如图1-1所示。下面，首先说明几个基本概念，然后进一步介绍微型计算机系统的基础知识。 图1-1 微型计算机系统、微型计算机和微处理器的相互关系 微处理器(Microprocessor，MP或μP)通常是指在一块大规模集成电路或超大规模集成电路芯片上，把冯 诺依曼计算机体系结构中的运算器和控制器集成进去。这样，它虽然不是通常所指的微型计算机，但却是微型计算机的核心部件。近几年来，随着微电子和超大规模集成技术的迅速发展，在它的内部不仅集成了运算器和控制器等基本部件，而且集成了数学协处理器(Mathematical Coprocessors)、高速缓冲存储器以及多种接口和控制部件，甚至多媒体部件也集成到一块芯片内。因此，其功能的强大，是完全可以想象的。 微型计算机(Microcomputer，MC或μC)是以微处理器为核心的，配上用大规模集成电路制作的存储器、输入/输出(I/O)接口电路以及系统总线等部件的裸机，它包含冯 诺依曼计算机体系结构中的五个组成部分。特别要指出的是，为了进一步微型化，在微型计算机的发展过程中，还出现了单片计算机和单板计算机。其中，前者将微型计算机的所有部件全部集成在一块芯片上；而后者则将微型计算机的各个部件安装在一块印制电路板上，从而使微型计算机更适合小型化的应用场合。 微型计算机系统(Microcomputer System，MCS或μCS)是以微型计算机为核心的，配置相应的外部设备(简称外设)和系统软件及应用软件，从而使其具有独立的数据(Data)处理和运算能力。也就是说，微型计算机系统是微型计算机硬件、软件以及外部设备的集合，使裸机变成一台完整的、可供用户直接使用的计算设备或控制设备。 下面将介绍微型计算机的硬件结构、计算机中信息的表示、软件系统以及微型计算机系统的性能指标，从而为学习后续章节打下基础。 1.2 微型计算机的硬件结构和基本工作原理 1.2.1 微型计算机的基本结构 20世纪70年代初，美国 Intel公司成功地将运算器与控制器集成在一个芯片上，该芯片称为微处理器。这一技术的产生为微型计算机的崛起奠定了基础。微型计算机本质上与其他计算机并无太多的区别，它的基本结构同样属于冯 诺依曼型，就基本工作原理而言，都是存储程序控制的原理，所不同的是由于广泛采用了集成度相当高的器件和部件，因此，微型计算机系统具备以下一系列特点。 (1)体积小，重量轻。 (2)价格低。 (3)可靠性高，结构灵活。 (4)应用面广。 (5)功能强，性能优越。 微型计算机通常由微处理器、存储器、输出/输入接口、总线以及其他支持逻辑电路组成，如图1-2所示。 图1-2 微型计算机组成原理框图 微处理器通常是一块大规模集成电路芯片，它的内部主要包含运算器和控制器两大核心部件，其功能是负责计算机的运算和控制。因此，通常又把它称为中央处理器或者中央处理部件(Central Processing Unit，CPU)。 存储器是用来存储数据和程序的部件。为了满足存储容量和存取速度的需要，存储器一般采用分级存储方式，即用存取速度较高的半导体存储器件作为内存储器，而用容量较大、存取速度相对较低的磁表面存储器、光盘存储器或 Flash类的存储器作为外存储器。 输入/输出接口是微型计算机与外部设备之间交换信息的通路。不同的外部设备与微型计算机相连都需要配备不同的 I/O接口，常见的输入/输出接口有显示器接口、打印机接口、串行通信接口等。 总线是连接上述各部件的公共线路。按照传送信号的性质，总线可分为数据总线(Data Bus，DB)、地址总线(Address Bus，AB)和控制总线(Control Bus，CB)，它们分别用于传送数据、地址和控制信号；而按照总线连接的对象不同，总线又可分为系统总线、局部总线和外部总线。其中，系统总线用于微型计算机内的各部件之间的连接；局部总线用于微型计算机内的CPU与外围芯片之间的连接；而外部总线则是用于微型计算机与外部设备之间的连接。 总之，上述微处理器、存储器、输入/输出接口以及总线构成了计算机的硬件基础。通常把这一部分称为微型计算机，有时简称主机。下面介绍这几个组成部分的特点和功能。 1.2.2 中央处理器 中央处理器是整个微型计算机硬件的控制指挥中心。不同型号的微型计算机性能的差别首先在于微处理器型号的不同。Intel公司的 Pentium、Pentium Pro(高能Pentium)、Pentium MMX(多能Pentium)、PentiumⅡ和PentiumⅢ等微处理器都是市场广泛使用的微处理器。微处理器的性能又与它的内部结构、硬件配置有关。但无论哪种微处理器，其基本部件总是相同的。 如上所述，中央处理器主要包括运算器和控制器两大部件，如图1-3所示的典型CPU的基本结构，下面分别介绍这两个部件的基本组成和工作原理。 图1-3 典型CPU的基本结构 1．运算器 计算机中的运算器需要具有完成多种运算操作的功能，因而必须将各种算法综合起来，设计一个完整的运算部件。运算器的组成决定于整机的设计思想和设计要求，采用不同的运算方法将导致不同的运算器组成。但由于运算器的基本功能是一样的，其算法也大致相同，因而不同微处理器的运算器是大同小异的。运算器主要由算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit，ALU)、累加器(Accumulator，ACC)、标志寄存器(Flags Register，FR)和寄存器组(Register Set，RS)组成。运算器的设计主要是围绕ALU和寄存器同数据总线之间如何传送操作数和运算结果而进行的。 运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如，算术四则运算，与、或、求反等逻辑运算，算术和逻辑移位操作，比较数值，变更符号，计算主存地址等。运算器中的寄存器用于临时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。运算器中还要设置相应的部件，用来记录一次运算结果的特征情况，如是否溢出、结果的符号位、结果是否为零等。 1)算术逻辑单元 ALU主要完成对二进制信息的算术运算、逻辑运算和各种移位操作。算术运算主要包括定点加、减、乘和除运算。逻辑运算主要有逻辑与、逻辑或、逻辑异或和逻辑非运算。移位操作主要完成逻辑左移和逻辑右移、算术左移和算数右移及其他一些移位操作。在某些机器中，ALU还要完成数值比较、变更数值符号、计算操作数在存储器中的地址等操作。可见，ALU是一种功能较强的组合逻辑电路，有时被称为多功能发生器，它是运算器组成中的核心部件。ALU能处理的数据位数(字长)与机器有关。例如，Z80单板计算机中，ALU是8位的；IBM PC/XT和AT机中，ALU是16位的；386和486微机中，ALU是32位的。ALU有两个数据输入端和一个数据输出端，输入/输出的数据宽度(位数)与ALU处理的数据宽度相同。 2)累加器 累加器是CPU中工作*繁忙的寄存器，十分重要。诞生之初，ACC是8位寄存器，大部分的数据操作都会通过累加器ACC进行。在进行算术运算、逻辑运算时，ACC通常作为运算器的一个输入，而大多数运算结果也要送到ACC中。在后续章节中，8位累加器助记符为AL；16位累加器助记符为AX；32位累加器助记符为EAX。 3)通用寄存器组 目前设计的机器的运算器都有一组通用寄存器。它主要用来保存参加运算的操作数和运算的结果。早期的机器只设计一个寄存器，用来存放操作数、操作结果和执行移位操作。由于其可用于存放重复累加的数据，因此常称为累加器。通用寄存器的数据存取速度是非常快的，目前一般是十几纳秒(ns)。如果ALU的两个操作数都来自寄存器，则可以极大地提高运算速度。 通用寄存器可以兼作专用寄存器，例如，用于计算操作数地址的寄存器：源变址寄存器(Source Index，SI)、程序计数器(Program Counter，PC)、堆栈指针(Stack Pointer，SP)等。必须注意的是，不同的微处理器对这组寄存器使用的情况和设置的个数是不相同的。 4)标志寄存器 标志寄存器用来记录算术运算、逻辑运算或测试操作的结果状态。程序设计中，这些状态通常用作条件跳转指令的判断条件，所以又称为条件码寄存器，一般均设置如下几种状态位。 (1)零标志位(Z)：当运算结果为0时，Z位置1；非0时，Z位清0。 (2)负标志位(N)：当运算结果为负时，N位置1；为正时，N位清0。 (3)溢出标志位(V)：当运算结果发生溢出时，V位置1；无溢出时，V位清0。 (4)进位或借位标志位(C)：在做加法时，如果运算结果*高有效位(对于有符号数来说，即符号位；对无符号数来说，即数值*高位)向前产生进位，C位置1；无进位时，C位清0。在做减法时，如果不够减，*高有效位向前产生借位时，C位置1；无借位时，C位清0。 除上述状态外，状态寄存器还常设有保存有关中断和机器工作状态(用户态或核心态)等信息的一些标志位，以便及时反映机器运行程序的工作状态，所以有的机器称它为程序状态字或处理机状态字(Processor Status Word，PSW)。应当说明，不同的机器规定的内容和标志符号不完全相同。 2．控制器 控制器是计算机工作的指挥和控制中心，计算机按程序中每一条指令的要求，在控制器的统一指挥下工作。了解控制器的工作原理有助于了解计算机的全部工作过程。控制器的基本功能如下。 1)执行指令 执行指令包括取指令、分析指令与执行指令。其中，取指令时，控制器首先发出指令地址及控制信号，然后从存储器中取出一条指令到控制器；分析指令也称为解释指令或指令译码，指出本指令要做什么操作，并产生相应的操作控制指令，分析参与这次操作的各操作数所在的地址，即操作数的有效地址；执行指令根据分析指令时产生的操作控制指令和操作数地址形成相应的操作控制信号序列，并通过存储器、运算器以及输入/输出设备的执行来实现每条指令的功能。一般情况下，还要形成下一条指令的地址，并取出下一条指令，经过分析、执行 如此循环，直到程序执行完毕或有外来干预为止。 2)控制程序和数据的输入及结果的输出 控制程序和数据预先存放在存储器中，运算结果的输出以及执行上述操作时，常采用的I/O指令都要由控制器统一指挥，以便完成主机和I/O设备之间的信息交换。 3)异常情况和某些请求的处理 计算机在运行时往往会遇到一些异常情况或某些请求，产生的这些异常情况或请求事先无法预测，但是一旦发生，CPU应该立即对它们做出响应，这就要求控制器具有处理这类问题的功能。通常当这些情况出现时，由相应部件或设备向CPU发出中断请求，待执行完当前指令后，CPU响应该请求，中止当前执行的程序，转去执行中断程序，以便处理这些请求。当处理完毕后，再返回原程序继续执行。 图1-4是控制器控制信号模块组成示意图，它包括控制器控制信号产生的*基本的组成
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