无论何种微处理器,其内部基本结构大都由算术逻辑单元(ALU)、寄存器阵列、控制器、总线和总线缓冲器等部分组成。高性能微处理器为了提高其取指令、译码、执行的速度,其内部增加了指令预取部件、抵制形成部件、指令译码部件和存储器管理部件等。

算术逻辑单元是对二进制进行算术运算和逻辑运算的部件。一般数学问题的求解经过计算方法的处理都可以转换成两种运算,即算术运算与逻辑运算。ALU可以进行加、减、乘、除等算术运算和与、或、非、异或等逻辑运算。

控制器是发布操作命令的部件,是计算机的指挥中心。程序和原始数据的输入、CPU内部的信息处理、处理结果的输出、外设与CPU之间的信息交换等,都是在控制器的控制下实现的。控制器有两个重要的功能:其一是控制程序的执行,即计算机执行程序时,控制器的任务就是从内存的程序区中逐条地取出指令、分析指令、执行指令;其二是能对不同的外部事件做出相应响应,这些外部事件包括中断请求、总线请求、总线周期延长、停机、复位等。控制器的主要部件有指令部件、时序部件、微操作控制部件等。

在CPU内部有一个存放数据和地址的寄存器阵列,这个寄存器阵列由于CPU的不同而不同,但其功能是相似的。一般有4类:数据寄存器、地址寄存器、控制信息寄存器和缓冲寄存器(包括缓冲器、锁存器、暂存器)。数据寄存器大都是一个寄存器组,其作用主要是减少CPU访问内存的次数,加快数据处理的速度。(www.daowen.com)

总线将CPU内部的各部件连接成一个整体,实际上它是各部件传送信息的一组通信导线。在微处理器内部各单元之间传送信息的总线称为片内总线;在微处理器与各外部部件之间传送信息的总线称为外部总线。采用总线结构的优点是:减少传输线的数目;提高系统的可靠性;增加系统的灵活性;便于系统的标准化。

系统总线一般是指片外总线,这种总线用来连接CPU与内存或I/O接口电路等部件。系统总线又分为地址总线、数据总线和控制总线,即所谓的三总线结构。任何微处理器的地址总线、数据总线和部分控制总线均采用三态缓冲器总线电路。所谓三态,是指它们的输出可以是逻辑“0”、逻辑“1”和“高阻”3种状态。当缓冲器处于高阻态时,总线电路呈现极高的输出阻抗,如同该部件与总线逻辑上“脱开”(物理上仍是连在一起的)。总线缓冲器的这种三态性,既保证了在任何时候,只允许此刻进行信息交换的设备占用总线,其他设备与总线“完全”脱开,不会影响正常的信息传输,又为其他快速信息传输方式(如DMA)提供了必要条件。只要有DMA请求,片外总线就可以安全“脱离”CPU的控制,而把系统总线交予DMA控制器。由于计算机的所有信息都是用电位的高低来表示的,所以,在同一时刻只能允许一个部件向总线发送数据,而对于数据的接收就没有上述限制。总线的三态性是现在所有的微处理器的共性。