专题三 中央处理单元 （ 1 ）《计算机原理》概念梳理与常考题选讲

《计算机原理》考前概念梳理与常考题选讲 专题三 中央处理单元 ( 1 ) 1、 教材要求 1．理解CPU的功能及组成。 2．掌握8088的寄存器结构，理解数据寄存器的用法；了解指针寄存器和变址寄存器的应用；理解指令指针寄存器的工作原理及PSW各有效位的含义。 3．了解8088CPU各引脚的功能；了解存储器的读写时序。 2、 概念梳理 1 中央处理单元的功能及组成 1.1 什么是中央处理单元 中央处理单元 (CPU,Central Processing Unit) 是计算机系统的核心部件。 1.2 CPU 的功能 CPU 对整个计算机系统的运行是极其重要的，它具有以下4方面的功能。 1.）指令控制 指令控制指 CPU 对程序的顺序控制。 2）操作控制 一条指令的功能往往由若干个操作信号的组合来实现。因此，CPU 管理并产生每条指令 的操作信号，并把操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。 3)时间控制 CPU 对各种操作实施时间上的控制，称为时间控制。 4) 数据加工 所谓数据加工，就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。 1.3 CPU 的组成 CPU内部结构大致可以分为指令控制单元、算术逻辑运算单元、寄存器组和时钟等几个 主要部分。 1)算术逻辑运算单元 (ALU,Arithmetic Logic Unit) 算术逻辑运算单元(ALU) 实际上就是计算机的运算器。主要由算术逻辑部件、通用寄存器组和状态寄存器组成。 算术逻辑部件主要完成对二进制信息的各种运算，包括算术运算和逻辑运算。 ① 算术运算：加、减、增量(加1)、减量(减1)、比较、求反及求补等运算，有些微 处理单元还可以进行乘、除运算。 ② 逻辑运算：逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或，以及移位、循环移位等运算和操 作。 通用寄存器组用来保存参加运算的操作数和运算的中间结果。 2) 指令控制单元 指令控制单元是计算机的控制器，是计算机的控制中心，决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能处理异常事件。指令控制单元一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑及中断控制逻辑等几部分。 指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作。 总线控制逻辑是为多个功能部件服务的信息通路的控制电路。 中断是指计算机由于异常事件，或者一些随机发生需要马上处理的事件，引起CPU暂时停止现在程序的执行，转向另一服务程序去处理这一事件，处理完毕再返回原程序的过程。由机器内部产生的中断，可把它称为陷阱(内部中断);由外部设备引起的中断称为外部中断. 3) CPU 中的主要寄存器 (Register) 寄存器是 CPU内部的高速存储单元不同的 CPU 配有不同数量、不同长度的一组寄存 器。 各种计算机的 CPU可能有很多差异，但是，从应用角度看，通常可以将寄存器分成以下 3类。 ① 通用寄存器 通用寄存器在CPU 中数量最多，它们既可以存放数据，又可以存放地址，使用频率非常高，是调度数据的主要手段。其中，最常用的通用寄存器是累加器，在运算器进行算术、逻辑运算时,累加器常被用于存放运算的结果。 ② 地址寄存器 地址寄存器主要用来存放当前CPU 所要访问的内存的地址，也用于内存的寻址操作，因 而也称为地址指针或专用寄存器，如变址寄存器、堆栈指针及指令指针等。地址寄存器的功 能比较单一，在访问内存时，可以通过它形成各种寻址方式。 ③ 标志寄存器 标志寄存器用来保存由算术运算指令和逻辑运算指令运行或测试结果建立的各种状态码 内容，如运算结果进位标志 (CF) 、 运算结果溢出标志 (OF) 和运算结果为零标志 (ZF) 等。 这些标志位通常分别用1位触发器保存。 2.8088微处理单元 2.1 8088的寄存器结构 8088的寄存器结构如图3.2所示。CPU 内部有14个寄存器，都采用16位的结构，通常 分为通用寄存器、控制寄存器和段寄存器3组。 1) 通用寄存器 通用寄存器包括4个数据寄存器、两个指针寄存器和两个变址寄存器。 1 4个数据寄存器即AX 、BX 、CX和DX, 其长度均为16位。但是它们都可以拆成高 8位和低8位两个寄存器来使用。拆成8位寄存器后，高8位依次用AH、BH、CH、DH表示；低8位依次用AL 、BL 、CL 、DL 表示。数据寄存器用来临时存放参与本次运算的操作数。 2 两个指针寄存器：SP 和 BP, 都是16位的寄存器，不可以拆开使用。 3 两个变址寄存器： SI 和 DI,  也都是16位的寄存器，不可以拆开使用。它们在8088 指令系统中的应用如表3.3所示。 2) 控制寄存器 控制寄存器包括指令指针寄存器和状态标志寄存器，都是16位的，不可以拆开使用。 ① 指令指针寄存器用IP 表示