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微型计算机的总线结构

(1).引言

微型计算机是由具有不同功能的一组功能部件组成的，系统中各功能部件的类型

和它们之间的相互连接关系称为微型计算机的结构。

微型计算机大多采用总线结构，因为在微型计算机系统中，无论是各部件之间的

信息传送，还是处理器内部信息的传送，都是通过总线进行的。

(2).什么是总线

所谓总线，是连接多个功能部件或多个装置的一组公共信号线。

按在系统中的不同位置总线可以分为内部总线和外部总线。内部

总线是CPU内部各功能部件和存放器之间的连线；外部总线是连接

系统的总线，即连接CPU、存储器和I/O接口的总线，又称为系统

总线。

微型计算机采用了总线结构后，系统中各功能部件之间的相互关系变为各个部件

面向总线的单一关系。一个部件只要符合总线标准，就可以连接到采用这种总线

标准的系统中，使系统的功能可以很方便地得以开展，微型机中目前主要采用的

外部总线标准有：PC—总线ISA—总线VESA—总线等。

(3).三总线结构

按所传送信息的不同类型，总线可以分为数据总线DB(DataBus)、地址总线

AB(AddressBus)和控制总线CB(ControlBus)三种类型，通常称微型计算

机采用三总线结构。

①地址总线(AddressBus)

地址总线是微型计算机用来传送地址信息的信号线。地址总线的位数决定了CPU

可以直接寻址的内存空间的大小。因为地址总是从CPU发出的，所以地址总线是

单向的、三态总线。单向指信息只能沿一个方向传送，三态指除了输出高、低电

平状态外，还可以处于高阻抗状态〔浮空状态〕。

②数据总线(DataBus)

数据总线是CPU用来传送数据信息的信号线〔双向、三态〕。数据总线是双向三

态总线，即数据既可以从CPU送到其它部件，也可以从其它部件传送给CPU，数

据总线的位数和处理器的位数相对应。

③控制总线(ControlBus)

控制总线是用来传送控制信号的一组总线。这组信号线比较复杂，由它来实现

CPU对外部功能部件〔包括存储器和I/O接口〕的控制及接收外部传送给CPU的

状态信号，不同的微处理器采用不同的控制信号。

控制总线的信号线，有的为单向，有的为双向或三态，有的为非三态，取决于具

体的信号线。

4.微处理器的内部结构与根本功能

(1)概述

微处理器的内部结构受大规模集成电路制造工艺的严格约束，表现为芯片的面积

不能过大，芯片引脚的数量也不能过多。因此，通用微处理器的内部结构及其同

外部电路的连接方式，都有比较严格的规定。微处理器外部一般采用上述三总线

结构；内部那么采用单总线即内部所有单元电路都挂在内部总线上，分时享用。

一个典型的8位微处理器的结构如图1-4所示，主要包括以下几个重要局部：累

加器，算术逻辑运算单元(ALU)，状态标志存放器，存放器阵列，指令存放器

指令译码器和定时及各种控制信号的产生电路。

图

1-4典型8位微处理器结构

(2)累加器和算术逻辑运算部件

累加器和算术逻辑运算部件主要用来完成数据的算术和逻辑运算。ALU有2个输

入端和2个输出端，其中一端接至累加器，接收由累加器送来的一个操作数；另

一端通过数据总线接到存放器阵列，以接收第二个操作数。参加运算的操作数在

ALU中进行规定的操作运算，运算结束后，一方面将结果送至累加器，同时将操

作结果的特征状态送标志存放器。

累加器是一个特殊的存放器，它的字长和微处理器的字长相同，累加器具有输入

／输出和移位功能，微处理器采用累加器结构可以简化某些逻辑运算。由于所有

运算的数据都要通过累加器，故累加器在微处理器中占有很重要的位置。

(3)存放器阵列

①通用存放器组：可由用户灵巧支配用来存放参与运算的数据或地址信息。

②地址存放器：专门用来存放地址信息的积存器。

③指令指针IP：它的作用是指明下一条指令在存储器中的地址。每取一个指令

字节IP自动加1，如果程序需要转移或分支，只要把转移地址放入IP即可。

④变址存放器SIDI：变址存放器的作用是用来存放要修改的地址，也可以用

来暂存数据。

⑤堆栈指示器SP：用来指示RAM中堆栈栈顶的地址。SP存放器的内容随着堆栈

操作的进行，自动发生变化。

(4)指令存放器，指令译码器和定时及