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第164章 模塊化設計

微處理器由一片或少數幾片大規模集成電路組成的中央處理器。這些電路執行控制部件和算術邏輯部件的功能。

微處理器能完成取指令、執行指令,以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作,是微型計算機的運算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計算機。

微處理器與傳統的中央處理器相比,具有體積小、重量輕和容易模塊化等優點。微處理器的基本組成部分有:寄存器堆、運算器、時序控制電路,以及數據和地址總線。

自從人類1947年發明晶體管以來,50多年間半導體技術經歷了硅晶體管、集成電路、超大規模集成電路、甚大規模集成電路等幾代,發展速度之快是其他產業所沒有的。

半導體技術對整個社會產生了廣泛的影響,因此被稱為“產業的種子”。

中央處理器是指計算機內部對數據進行處理并對處理過程進行控制的部件,伴隨著大規模集成電路技術的迅速發展,芯片集成密度越來越高,CPU可以集成在一個半導體芯片上,這種具有中央處理器功能的大規模集成電路器件,被統稱為“微處理器”。

需要注意的是:微處理器本身并不等于微型計算機,僅僅是微型計算機的中央處理器。

微處理器已經無處不在,無論是錄像機、智能洗衣機、移動電話等家電產品,還是汽車引擎控制,以及數控機床、導彈精確制導等都要嵌入各類不同的微處理器。

微處理器不僅是微型計算機的核心部件,也是各種數字化智能設備的關鍵部件。國際上的超高速巨型計算機、大型計算機等高端計算系統也都采用大量的通用高性能微處理器建造。

16位微處理器(圖中為8086微處理器)可分成兩個部分,一部分是執行部件(EU),即執行指令的部分;另一部分是總線接口部件(BIU),與8086總線聯系,執行從存儲器取指令的操作。

微處理器分成EU和BIU后,可使取指令和執行指令的操作重疊進行。

EU部分有一個寄存器堆,由8個16位的寄存器組成,可用以存放數據、變址和堆棧指針、算術運算邏輯單元(ALU)執行算術運算和邏輯操作,標志寄存器寄存這些操作結果的條件。

執行部件中的這些部件是通過數據總線傳送數據的。總線接口部件也有一個寄存器堆,其中CS、DS、SS和ES是存儲空間分段的分段寄存器。IP是指令指針。

內部通信寄存器也是暫時存放數據的寄存器。指令隊列是把預先取來的指令流存放起來。總線接口部件還有一個地址加法器,把分段寄存器值和偏置值相加,取得20位的物理地址。

數據和地址通過總線控制邏輯與外面的8086系統總線相聯系。8086有16位數據總線,處理器與片外傳送數據時,一次課傳送16位二進制數。8086具有一個初級流水線結構,可以實現片內操作與片外操作的重疊。

根據微處理器的應用領域,微處理器大致可以分為三類:通用高性能微處理器、嵌入式微處理器和數字信號處理器、微控制器。

一般而言,通用處理器追求高性能,它們用于運行通用軟件,配備完備、復雜的操作系統;嵌入式微處理器強調處理特定應用問題的高性能,主要用于運行面向特定領域的專用程序,配備輕量級操作系統,主要用于蜂窩電話、CD播放機等消費類家電;

微控制器價位相對較低,在微處理器市場上需求量最大,主要用于汽車、空調、自動機械等領域的自控設備。

CPU從最初發展至今已經有二十多年的歷史了,這期間,按照其處理信息的字長,CPU可以分為:4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及最新的64位微處理器,可以說個人電腦的發展是隨著CPU的發展而前進的。

模塊化設計,簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計算機語句和指令,而是首先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結構和流程描述出來,并定義和調試好各個框架之間的輸入、輸出鏈接關系。

逐步求精的結果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進行程序設計,實現其求解算法的方法稱為模塊化。

模塊化的目的是為了降低程序復雜度,使程序設計、調試和維護等操作簡單化。改變某個子功能只需相應改變相應模塊即可。

所謂的模塊化設計,簡單地說就是將產品的某些要素組合在一起,構成一個具有特定功能的子系統,將這個子系統作為通用性的模塊與其他產品要素進行多種組合,構成新的系統,產生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產品。

模塊化設計是綠色設計方法之一,它已經從理念轉變為較成熟的設計方法。

將綠色設計思想與模塊化設計方法結合起來,可以同時滿足產品的功能屬性和環境屬性,一方面可以縮短產品研發與制造周期,增加產品系列,提高產品質量,快速應對市場變化;

另一方面,可以減少或消除對環境的不利影響,方便重用、升級、維修和產品廢棄后的拆卸、回收和處理。

模塊化設計是指在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上,劃分并設計出一系列功能模塊,通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品,以滿足市場的不同需求的設計方法。

力求以少量的模塊的組成盡可能多的產品,并在滿足要求的基礎上使產品精度高、性能穩定、結構簡單、成本低廉,模塊間的聯系盡可能簡單;

模塊的系列化,其目的在于用有限的產品品種和規格來最大限度又經濟合理地滿足用戶的要求。

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