微處理器芯片由什么組成？

微處理器是微型計算機的核心部分，又稱為中央處理器(簡稱CPU)。微處理器主要由控制器和運算器兩部分組成（還有一些支撐電路），用以完成指令的解釋與執(zhí)行。 CPU中的運算器部分由算術(shù)邏輯單元ALU、累加器AC、數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR和標(biāo)志寄存器F組成，它是計算機的數(shù)據(jù)加工處理部件。我們以一個簡單的A、B兩數(shù)相加操作為例來說明運算器各部分的操作步驟。 計算A+B 1）從主存儲器M取出第一個加數(shù)A，經(jīng)雙向數(shù)據(jù)總線DB、數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR、算術(shù)邏輯部件ALU，送到累加器AC暫存； 2）從主存M取出另一個加數(shù)B，經(jīng)雙向數(shù)據(jù)總線DB送入數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR暫存； 3）在控制信號作用下，將數(shù)A和數(shù)B分別從AC和DR中取出送ALU進行加法運算，相加到的結(jié)果寫回累加器AC，并將反映運算結(jié)果的諸如"零"、"負(fù)"、"進位"、"溢出"等標(biāo)志狀態(tài)寫入標(biāo)志寄存器F； 4）將AC中兩數(shù)相加之和經(jīng)DR和數(shù)據(jù)總線DB送到主存儲器存放。 以上過程可用符號表示為： （A） —> DR； （DR）—> AC； （B） —> DR； （AC）+（DR）—> AC； （AC）—> DR； （DR）—> M。 通過以上例子，可以看出運算器應(yīng)該具有以下基本功能： 1） 具有對數(shù)據(jù)進行加工處理的運算能力，諸如進行加、減、乘、除等算術(shù)運算以及與、或、非等邏輯運算。這些工作由算術(shù)邏輯單元ALU來完成； 2） 具有傳送數(shù)據(jù)和暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)及某些中間運算結(jié)果的能力，一般通過內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送總線和通用寄存器來完成； 3） 具有對參與運算的數(shù)據(jù)和執(zhí)行的運算操作進行選擇的功能，并且能按指令要求將運算結(jié)果送至指定部件。這部分功能主要由運算器中大量的電子控制器件實現(xiàn)。 CPU中的控制部分由指令計數(shù)器IP、指令寄存器IR、指令譯碼器ID及相應(yīng)的操作控制部件組成。它產(chǎn)生的各類控制信號使計算機各部件得以協(xié)調(diào)地工作，是計算機的指令執(zhí)行部件?？刂破鞯闹饕ぷ髟砑案鞑考δ苋缦拢? 1） 取指令：根據(jù)指令計數(shù)器IP的內(nèi)容（指令地址），經(jīng)地址寄存器AR從主存儲器中取出一條待執(zhí)行指令，送入指令寄存器IR；同時，使IP的內(nèi)容指向下一條待執(zhí)行指令的地址（一般通過IP內(nèi)容加1來實現(xiàn)）； 2） 分析指令：也稱指令譯碼，由譯碼器ID對存于指令寄存器IR中的指令進行分析，并根據(jù)指令的要求產(chǎn)生相應(yīng)的操作命令。若參與操作的數(shù)據(jù)在主存儲器中，則還需要形成相應(yīng)的操作數(shù)地址； 3） 執(zhí)行指令：根據(jù)分析指令過程中獲取的操作命令和操作數(shù)地址形成相應(yīng)的操作控制信號，通過運算器、主存儲器及I/O設(shè)備執(zhí)行，以實現(xiàn)每條指令的功能，其中包括對運算結(jié)果的處理和下一條指令地址的形成； 4） 重復(fù)以上步驟，再取指令、分析指令、執(zhí)行指令，如此循環(huán)，直到遇到停機指令或受到外來干預(yù)為止。 在微機中，常常將取指令和分析指令合稱為取指令，因此也將計算機的完成一條指令的過程分為兩個步驟：取指令和執(zhí)行指令。執(zhí)行完成一條指令的時間稱為機器周期。機器周期又可分為取指令周期和執(zhí)行指令周期。取指令周期對任何一條指令都是一樣的，而執(zhí)行指令則不然，由于指令性質(zhì)不同，要完成的操作有很大差別，因此不同指令的執(zhí)行周期不盡相同。 CPU中的主要寄存器都各司其職，完成特定的功能。如何控制信息在特定的寄存器之間傳送，也即控制數(shù)據(jù)的流動方式，是計算機得以指令各類不同指令的實質(zhì)。通常將寄存器之間傳送信息的通路稱作為數(shù)據(jù)通路，信息從何處出發(fā)，經(jīng)哪些寄存器或部件，送至哪個寄存器，都要加以控制，這個工作由稱之為"操作控制邏輯"的部件來完成。該部件根據(jù)指令要求產(chǎn)生各種操作控制信號，以便正確建立數(shù)據(jù)通路，從而實現(xiàn)特定指令的執(zhí)行。 CPU中必須有時序產(chǎn)生器，其作用是對計算機各部件高速的運行實施嚴(yán)格的時序控制，使各部件為完成同一目標(biāo)既各司其職，又相互協(xié)調(diào)。 綜上所述，一個典型的CPU組成部件可歸納如下： 1） 用于保存CPU運行時所需各類數(shù)據(jù)信息或運行狀態(tài)信息的6個主要寄存器：AC、DR、AR、IP、IR、F； 2） 對寄存器中的數(shù)據(jù)進行加工處理的算術(shù)邏輯單元ALU； 3） 用于產(chǎn)生各種操作控制信號，以便在各寄存器之間建立數(shù)據(jù)通路的指令譯碼器ID和操作控制邏輯； 4） 用于對各種操作控制信號進行時間控制，以使各部件協(xié)調(diào)工作的時序產(chǎn)生器。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，微處理器的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，采用的新技術(shù)越來越多，功能也越來越強。但本節(jié)所采用的最簡單化的CPU模型，在描述CPU基本工作原理及組成中并不失有效性和正確性。 二、微處理器的分類 微處理器的主要性能指標(biāo)是字長和主頻。所謂"字長"，即微處理器中的運算部件一次能同時處理的二進制數(shù)的位數(shù)。這好比城市的公路，車道越多，相同時間通過的車就越多。主頻是CPU的時鐘頻率，它決定微處理器的運算速度。主頻越高則其處理數(shù)據(jù)的速度相對就快。 目前生產(chǎn)微處理器的廠家有Intel、AMD、IBM、DEC等。微處理器的分類一般是根據(jù)"字長"進行劃分，可分為：8位、16位、32位和64位微處理器。 通常，CPU的性能指標(biāo)決定了由它構(gòu)成的微型計算機的檔次。人們常說的8位機、16位機、32位機指的是該微機中的CPU可以同時處理8位、16位、32位的數(shù)據(jù)。比如： 某臺計算機為486/33，指的是該微機的CPU為80486，主頻為33MHz； 某臺計算機為Pentium /100，指的是該微機的CPU為Pentium ，主頻為100MHz。 微處理器還有其它一些指標(biāo)，如數(shù)據(jù)總線寬度、地址總線寬度、可尋空間、微處理器芯片的集成度等。但主要性能指標(biāo)是微處理器的字長和主頻。