通用处理器的基本结构

所有的处理器(cpu)都包含如下3个最基本的部分。　　(1) 算术逻辑单元(alu)：在其中完成数据处理任务，如加、减、乘、除、布尔运算及移位处理等。　　(2) 寄存器组(register file)：由通用寄存器组成，为alu的操作数提供缓存和数据处理结果，缓存指令或输入／输出数据等。　　(3) 控制单元(control unit)：包含复位逻辑、读／写控制、中断处理、程序计数器、指令译码和寄存及条件码寄存器等。　　基本和简单的处理器结构如图1所示。
　　图1 基本和简单的处理器结构　　尽管构成处理器的基本单元大致相同，但由于数据和指令／控制的总线不同，使整个处理器的结构有所区别。目前常用的总线结构如下:　　(1) 多总线结构，如图2所示。在该结构中，指令、数据和地址都通过同一条总线实现，数据和指令在同一个存储器中，只是采用分时方式及额外的控制逻辑(如地址锁存信号等)来实现。　　(2) 共享总线结构，如图3所示。该结构也称为范·纽曼(von neumann)结构，尽管地址和数据共享同一条总线，但是分时占用的。　　(3) 独立总线结构，如图4所示。该总线也称做哈佛(harvard)结构，由于数据和地址有各自的总线通道，数据和指令(程序)具有不同的存储器，因此指令执行和数据处理可并行(同时)运行。
　　图2 多总线cpu结构
　　图3 共享cpu总线结构
　　图4 独立总线结构　　从以上的分析中看出，独立总线结构具有高速特性。许多嵌入式处理器都是采用这种结构，特别是用于数据处理及信号处理等高速应用的处理器。尽管为了提高指令的运行和数据的处理速度，有些处理器在其内部采用了cache(高速缓冲存储器)和指令流水线(pipelining)结构等新的技术。然而就数据的处理速度来说，还是独立总线结构最好，picoblaze 8位处理器核就是采用的独立总线结构。