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CPU?MPU?MCU
1CPU(CentralProcessingUnit,中央办理器)1
1.1CPU的构成1
1.2CPU的工作原理1
2MPU(MicroprocessorUnit,微办理器)3
2.1MPU的构成3
2.2MPU的分类3
2.3MPU的系统构造:冯·诺伊曼构造和哈佛构造3
2.4MPU的典型代表:DSP(DigitalSignalProcessor,数字信号办理器)4
3MCU(MicrocontrollerUnit,微控制器/单片机)5
3.1MCU的观点5
3.2MCU的概括5
3.3MCU的分类6
3.4MCU的架构:CISC架构和RISC架构6
3.5常有的MCU6
3.6MCU的典型代表:ARM9
4CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice,复杂可编程逻辑器件)10
5FPGA(FieldProgrammableGateArray,现场可编程门阵列)10
6DSP,ARM,FPGA的差别10
1CPU(CentralProcessingUnit,中央办理器)
中央办理器(CPU)是电子计算机的主要器件之一,其功能主假如解说计算机指令及办理计算机软
件中的数据。
1.1CPU的构成
CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
运算器:进行算术运算和逻辑运算(零件:算数逻辑单元、累加器、寄存器组、路径变换器、数据总
线)。
控制器:控制程序的履行,包含对指令进行译码、寄存,并按指令要求达成所规定的操作,即指令
控制、时序控制和操作控制。复位、使能(零件:计数器、指令暂存器、指令解码器、状态暂存器、时序
产生器、微操作信号发生器)。
寄存器:用来寄存操作数、中间数据及结果数据。
1.2CPU的工作原理
CPU从储存器或高速缓冲储存器中拿出指令,放入指令寄存器,并对指令译码,将指令分解成一系
列的微操作,而后发出各样控制命令,履行微操作,进而达成一条指令的履行。可分为四个阶段:提取
Fetch)、解码(Decode)、履行(Execute)和写回(Writeback)。
注:指令是计算机规定履行操作的种类和操作数的基本命令。指令是由一个字节或很多个字节构成,
1
此中包含操作码字段、一个或多个有关操作数地点的字段以及一些表征机器状态的状态字以及特点码。
有的指令中也直接包含操作数自己。
第一阶段:提取
从储存器或高速缓冲储存器中检索指令(为数值或一系列数值)。由程序计数器(ProgramCounter)
指定储存器的地点,程序计数器保留供辨别当前途序地点的数值。换言之,程序计数器记录了CPU在目
前途序里的踪影。
提取指令以后,程序计数器依据指令长度增添储存器单元。指令的提取一定常常从相对较慢的储存
器找寻,所以致使CPU等待指令的送入。这个问题主要被论及在现代办理器的快取和管线化架构。
第二阶段:解码
CPU依据储存器提取到的指令来决定其履行行为。在解码阶段,指令被拆解为存心义的片断。依据
CPU的指令集架构(InstructionSetArchitecture,ISA)定义将数值解译为指令。
一部分指令数值为运算码(Opcode),其指示要进行哪些运算。其余的数值往常供应指令必需的信
息,诸如一个加法(Addition)运算的运算目标。这样的运算目标或许供应一个常数值(即立刻值),
或是一个空间的定址值:暂存器或储存器位址,以定址模式决定。
在旧的设计中,CPU里的指令解码部分是没法改变的硬件设施。可是在众多抽象且复杂的CPU和指
令集架构中,一个微程序常常用来帮助变换指令为各样形态的讯号。这些微程序在已成品的CPU中常常
能够重写,方便更改解码指令。
第三阶段:履行
在提取和解码阶段以后,接着进入履行阶段。该阶段中,连结到各样能够进行所需运算的CPU零件。
比如,要求一个加法运算,算数逻辑单元(ALU,ArithmeticLogicUnit)将会连结到一组输入和
一组输出。输入供应了要相加的数值,而输出将含有总和的结果。ALU内含电路系统,易于输出端达成
简单的一般运算和逻辑运算(比方加法和位元运算)。假如加法运算产生一个对该CPU的办理而言过大
的结果,在标记暂存器里,运算溢出(ArithmeticOverflow)标记可能会被设置。
第四阶段:写回
以必定格式将履行阶段的结果简单的写回。运算结果常常被写进CPU内部的暂存器,以供随后指令
迅速存取。在其余事例中,运算结果可能写进速度较慢,但容量较大且较廉价的主记忆体中。某些种类
的指令会操作程序计数器,而不直接产生结果。这些一般称作“跳转”(Jumps),并在程式中带来循环
行为、条件性履行(透过条件跳转)和函式。
很多指令也会改变标记暂存器的状态位元。这些标记可用来影响程
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