微处理器工作原理

文章摘要：有用的文章如果您不熟悉数字逻辑电路，以下文章可以帮您理解这部分内容： 位和字节 布尔逻辑的应用 电子门工作原理 虽然没有显示在此图中，但实际上存在一些来自指令解码器的控制线，它们的作用是： 通知A寄存器锁存当前在数据总线上传递的值 通知B寄存器锁存当前在数据总线上传递的值 通知C寄存器锁存当前由ALU输出的值 通知程序计数器寄存器锁存当前在数据总线上传递的值 通知地址寄存器锁存当前在数据总线上传递的值 通知指令寄存器锁存当前在数据总线上传递的值 通知程序计数器进行递增 通知程序计数器重置为零 激活所有六个三态缓冲区（六条单独的线路） 通知ALU要执行的操作 通知测试寄存器锁存ALU的测试位 激

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有用的文章如果您不熟悉数字逻辑电路，以下文章可以帮您理解这部分内容： 位和字节 布尔逻辑的应用 电子门工作原理

虽然没有显示在此图中，但实际上存在一些来自指令解码器的控制线，它们的作用是：

• 通知A寄存器锁存当前在数据总线上传递的值
• 通知B寄存器锁存当前在数据总线上传递的值
• 通知C寄存器锁存当前由ALU输出的值
• 通知程序计数器寄存器锁存当前在数据总线上传递的值
• 通知地址寄存器锁存当前在数据总线上传递的值
• 通知指令寄存器锁存当前在数据总线上传递的值
• 通知程序计数器进行递增
• 通知程序计数器重置为零
• 激活所有六个三态缓冲区（六条单独的线路）
• 通知ALU要执行的操作
• 通知测试寄存器锁存ALU的测试位
• 激活RD线路
• 激活WR线路

来自测试寄存器和时钟线路（以及指令寄存器）的数据位会进入到指令解码器中。

RAM和ROM

上一节中我们讨论了地址和数据总线，以及RD和WR线路。这些总线和线路连接到RAM或ROM——通常是同时连接到二者。在我们作为例子的微处理器中，有一个宽度为8位的地址总线和一个宽度为8位的数据总线。也就是说，该微处理器可以寻址(28) 256个字节的内存空间，并且可以向内存读取或写入8位的数据。我们假定这个简单的微处理器有128字节的ROM，其地址从0开始，此外还有128字节的RAM，其地址从128开始。

<-- -->ROM芯片

ROM代表只读内存。ROM芯片使用永久性的预设字节进行了编程。地址总线通知ROM芯片应取出哪些字节并将它们放在数据总线上。当RD线的状态更改后，ROM芯片会将选择的字节放在数据总线上。

<-- -->RAM芯片

RAM代表随机存取内存。它包含多个字节的信息，微处理器可以读取或写入这些字节，而具体操作取决于信号是由RD线路给出的还是 WR 线路给出的。RAM 芯片的一个缺点是，在电源中断后，保存的所有信息都会消失。这也就是为何计算机需要使用 ROM 的原因。

顺便说一下，几乎所有计算机都包含一定数量的 ROM（可以制造出不包括任何RAM的简单计算机——许多微控制器便做到了这一点，方法是将少量的RAM字节放在处理器芯片自身中——但是，通常不可能制造出不包含任何ROM的计算机）。在PC中，ROM称作BIOS（基本输入输出系统）。在微处理器启动时，它开始执行在BIOS中找到的指令。BIOS指令会执行对计算机中的硬件进行测试这样的工作，然后访问硬盘以读取启动扇区（有关详细信息，请参见硬盘工作原理）。该启动扇区是另一个小型程序，在将其从磁盘中读出后，BIOS将它存储在RAM中。然后，微处理器开始从 RAM中执行启动扇区的指令。启动扇区程序会通知微处理器将其余指令从硬盘读入RAM，微处理器随后又会执行这些指令，以此类推。这就是微处理器加载和执行整个操作系统的过程。

虽然前面例子中的微处理器非常简单，但是它仍然可以执行相当多的指令。指令集通过位模式的方式实现，每一个位模式在加载到指令寄存器中后都有不同的含义。由于人们不能很好记住这些位模式，所以定义了一些简短的单词来表示不同的位模式。这些单词的集合称作处理器的汇编语言。汇编程序可以将这些单词轻松翻译成它们的位模式，然后会将汇编程序的输出放在内存中供处理器执行。

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