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中央处理器:计算机运算控制核心的功能与阶段

【摘要】:中央处理器是计算机系统的运算和控制核心,是信息处理和程序运行的最终执行单元,其功能主要是解释计算机指令,处理计算机软件中的数据。中央处理器工作时要分为取指令、指令译码、执行指令、访存取数、结果写回5个阶段。片总线是中央处理器芯片内部的总线,又称器件级总线;内总线是连接计算机各功能部件的总线,又称系统总线或板级总线;外总线是计算机系统之间或计算机主机与外围设备之间的总线,又称通信总线。

计算机包括三大核心部件,即中央处理器(CPU)、内部存储器、输入/输出设备。

中央处理器是计算机系统的运算和控制核心,是信息处理和程序运行的最终执行单元,其功能主要是解释计算机指令,处理计算机软件中的数据。如果在冯诺依曼体系结构下,程序和数据是统一存储的,指令和数据需要从同一存储空间存取,经由同一总线传输,不能重叠执行。中央处理器(CPU)工作时要分为取指令、指令译码、执行指令、访存取数、结果写回5个阶段。

计算机各功能部件之间的信息传输是通过公共通信干线进行的,这种公共通信干线一般称为总线。按所传输的信息种类,总线又分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用于传输数据信号、数据地址、控制信号。数据总线是双向三态形式的,既可以将CPU中的数据信息传送到计算机系统的其他部件,也可以将其他部件中的数据传送给CPU;地址总线则是单向三态形式的,地址信息只能从CPU向计算机系统的其他部件传送;控制总线中不同控制信号有不同的传送方向,如读信号、写信号、片选信号、中断响应信号等是从CPU传送到其他部件,而中断申请信号、总线请求信号、设备就绪信号等则是从其他部件反馈到CPU的。一般计算机中的总线是分别承担传输数据信号、数据地址、控制信号功能的,但在有些计算机系统中(如51系列单片机),数据总线、地址总线是复用的,即总线在某些时刻传输的是数据信号,而在另一些时刻传输的是数据地址。如果按照在计算机系统中所连接的对象,总线又可分为片总线、内总线和外总线。片总线是中央处理器芯片内部的总线,又称器件级总线;内总线是连接计算机各功能部件的总线,又称系统总线或板级总线;外总线是计算机系统之间或计算机主机与外围设备之间的总线,又称通信总线。(https://www.chuimin.cn)

本板采用的中央处理器(CPU)的型号是W78E516DDG,是微机控制器的核心器件,其引脚图如图6-22(a)所示,N1在微机控制器中与外围元件及其他部分电路的连接如图6-22(b)所示。

图6-22