微處理器

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微處理器
microprocessor

   應用大規模集成電路技術將電子計算機（見微型計算機）的中央處理器（CPU,通常指由運算器和控制器所組成的邏輯單元）集成在一片幾毫米見方硅片上的微電子器件。這種硅片稱為芯片。在一個芯片上可以集成幾千到幾十萬個以上的晶體管和電阻、電容元件。微處理器的特點是輕巧，成本低，功能強，功耗小，穩定可靠，操作簡便，易于推廣。微處理器已成為許多機器的一個部件或控制系統的一部分。許多軋鋼機、起重機、石油化工機械、電站發電設備、汽車、機床、儀器儀表、工業機器人等已采用了微處理器，從而使計算機的功能滲透到機械和儀表中,實現了智能化。例如,采用微處理器的數字控制機床已成為世界上數字控制機床的主流。這種機床只需要改變軟件程序，即可實現某種特定的功能，因而具有更大的通用性和靈活性。此外，數字控制機床還具有存貯校正誤差的能力和現場校正零件程序的指令，因而能夠加工出精度更高的零件。許多汽車已應用微處理器，例如，用于控制汽車上的汽油機點火系統，可根據曲軸傳感器、負壓傳感器和溫度傳感器送來的曲軸位置信號、氣缸負壓信號和冷卻水溫度信號計算出點火時間，每隔 2毫秒計算一次，因而使發動機燃料消耗最經濟，污染最少，可節省燃料10％左右。
   簡史  微處理器自1971年問世以來，已經歷四代。①第一代(1973年前)：速度低、價廉，主要是用于專用場合的4位和8位字長的低檔微處理器。②第二代（1978年前）：中速、價廉，是在各種控制系統中被廣泛應用的8位字長中檔微處理器。③第三代(1980年前):應用范圍廣泛、中速、功能較強的16位字長的高檔微處理器。④第四代（1981年以后）：32位字長的高速、功能更強的高檔微處理器。
   分類  微處理器按制造工藝一般分為兩類:MOS集成電路型和雙極集成電路型。① MOS集成電路：它是以金屬-氧化物-半導體場效應晶體管為基本有源元件構成的集成電路。②雙極集成電路：它是以雙極晶體管為基本有源元件構成的集成電路微處理器也可按字長(計算機中每個字占有的二進制位數)分為1位、4位、8位、16位和32位字長等多種類型。
   工作原理和結構  圖[微處理器結構原理方框圖]為微處理器的內部結構原理方框圖。微處理器內部結構包括3個基本部分。①算術邏輯部件(ALU)：它既能執行算術運算（如加法、減法），又能執行邏輯操作（如邏輯“與”、“或”等）。②寄存器：每個微處理器中有多個寄存器，用來存放操作數、運算過程的中間結果和標志工作狀態的信息等。③控制部件：即控制操作電路。
   微處理器在執行計算機程序時，必須把程序中的一些指令一條條地取出來執行，這就必須有一個電路能追蹤指令所在的地址，這個電路稱為程序計數器。取出來的指令經過指令譯碼器譯碼，通過控制電路發出執行一條指令所需的各種控制信息。
   微處理器與微型計算機系統其他部分的通信，是通過3組外部總線來實現的,即地址總線、數據總線和控制總線?，F代的微處理器至少有16位寬的地址總線，一般它是單向的，由微處理器向存貯器或輸入輸出設備發出地址信息。數據總線是雙向傳送的，其寬度一般與微處理器所處理數據的字長相同。控制總線用來傳送各種控制信號，如同步脈沖、定時脈沖、讀寫操作控制和中斷請求等。
　　　　　　　　　　　　　　　　　嚴筱鈞