微处理器的体系结构.

微计算机原理及应用第三版答案第一章：计算机系统概论1.1 计算机系统概述1.1.1 计算机硬件系统计算机硬件系统是计算机的重要组成部分，主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。

其中，CPU是计算机的核心部件，负责执行各种指令和控制计算机的运行。

存储器用于存储数据和指令，分为主存储器和辅助存储器两种形式。

输入输出设备用于与计算机进行信息的输入和输出。

1.1.2 计算机软件系统计算机软件系统是由多个软件模块组成的，可以分为系统软件和应用软件两大类。

系统软件包括操作系统、编译系统等，用于管理计算机的硬件资源和提供基本的服务。

应用软件是为了满足用户的具体需求而开发的，包括办公软件、图像处理软件等。

1.2 计算机的存储系统1.2.1 存储器的分类存储器按照存储介质的不同可以分为半导体存储器和磁性存储器两类。

半导体存储器是现代计算机中最常见的存储器类型，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等。

1.2.2 主存储器与辅助存储器主存储器是计算机中用于存储数据和指令的重要组成部分，以字节为单位进行寻址。

辅助存储器一般用于扩展主存储器的容量，具有存储容量大、价格低廉等优点。

1.3 计算机的运算与控制1.3.1 计算机的运算方法计算机的运算方法包括定点运算和浮点运算两种形式。

其中，定点运算适用于整数运算，浮点运算适用于实数运算。

1.3.2 计算机的指令系统计算机的指令系统由指令集和寻址方式组成，指令集包括操作码和操作数等。

寻址方式用于确定操作数的地址。

第二章：微处理器体系结构2.1 单总线计算机结构2.1.1 单总线结构的特点单总线结构是一种简单且成本低的计算机结构，它可以减少计算机系统中多个总线的复杂性。

然而，单总线结构的缺点是数据和指令的传输速度较慢。

2.1.2 单总线结构中的通信流程在单总线结构中，计算机的存储器、I/O设备和CPU通过共享同一根总线进行通信。

传输的数据和指令通过总线进行传输，并且只能有一个设备驱动总线进行传输。

x86是多少位x86，亦称为x86架构或x86体系结构，是一种32位和64位微处理器架构。

它是Intel于1978年首次引入的一种基于CISC （Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）的处理器架构。

自那时以来，x86架构已经成为市场上最为广泛使用的计算机架构之一。

x86架构的第一个处理器是Intel 8086，它是一款16位处理器。

然而，由于对内存限制的需求以及市场的发展，Intel随后推出了Intel 80286（i286）处理器，后者是一款32位处理器，向后兼容8086指令集。

这是x86架构的第一个32位处理器，为今后的发展奠定了基础。

随着计算机技术的进步和市场需求的推动，x86架构建立了其领导地位。

Intel在后续的产品中引入了更先进的处理器，如80386（i386），80486（i486）和Pentium系列，将x86架构推向新的高度。

这些处理器通过增加处理器位宽度并改进指令集来提高计算能力和效率。

虽然32位x86架构在市场上非常成功，但随着技术的进步，对更高计算能力和内存访问的需求也越来越迫切。

为了应对这一需求，x86架构进一步演变为64位架构。

Intel在2003年推出了第一款x86 64位处理器，称为Intel Itanium。

紧接着，Intel又发布了x86架构的64位版本，称为Intel EM64T。

AMD还引入了自己的64位架构，称为AMD64或x86-64。

这些64位处理器不仅可以兼容运行32位操作系统和应用程序，还可以运行64位操作系统和应用程序，提供更高的内存寻址能力。

x86架构的位数指的是处理器的寻址能力和寄存器的位宽度。

在32位x86架构中，处理器能够寻址32位内存地址，这意味着它最多可以寻址2^32（大约4GB）的内存。

而在64位x86架构中，处理器能够寻址64位内存地址，最多可以寻址2^64（约16EB）的内存，实现了更高的内存寻址能力。

微处理器系统结构与嵌入式系统设计教案(mod)一、课程简介1.1 课程背景随着信息技术的飞速发展，微处理器和嵌入式系统在各个领域得到了广泛应用。

本课程旨在帮助学生了解微处理器系统的基本结构，掌握嵌入式系统设计的方法和技巧，培养学生进行嵌入式系统设计和应用的能力。

1.2 课程目标通过本课程的学习，学生将能够：（1）理解微处理器系统的基本结构及其工作原理；（2）掌握嵌入式系统设计的基本方法和步骤；（3）熟练使用嵌入式系统设计工具和开发环境；（4）具备嵌入式系统应用的能力，为实际工程项目奠定基础。

二、教学内容2.1 微处理器系统结构（1）微处理器的基本概念及其发展历程；（2）微处理器的组成和主要性能指标；（3）冯·诺依曼体系结构与哈佛体系结构的比较；（4）微处理器的内部结构和工作原理。

2.2 指令系统（1）指令的基本概念和分类；（2）指令的操作码和操作数；（3）指令的执行过程；（4）常见的指令系统架构。

2.3 存储系统（1）存储器的基本概念和分类；（2）随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）；（3）存储器层次结构；（4）cache 存储器。

2.4 输入/输出系统（1）输入/输出接口的基本概念；（2）I/O 接口的编址方式和数据传输方式；（3）中断处理机制；（4）直接内存访问（DMA）。

2.5 嵌入式系统设计（1）嵌入式系统的概念及其与通用计算机系统的区别；（2）嵌入式系统的硬件和软件组成；（3）嵌入式系统设计的一般流程；（4）嵌入式系统开发工具和环境。

三、教学方法3.1 讲授通过讲解微处理器系统结构、指令系统、存储系统、输入/输出系统和嵌入式系统设计的相关知识，使学生掌握基本概念、原理和方法。

3.2 实验安排实验课程，让学生亲自动手进行嵌入式系统设计，巩固所学知识，提高实际操作能力。

3.3 讨论与交流组织课堂讨论，引导学生思考和分析实际问题，培养学生的创新能力和团队合作精神。

四、教学评价4.1 考核方式课程考核采用期末考试和平时成绩相结合的方式，其中期末考试占60%，平时成绩占40%。

第一章冯诺依曼体系结构：计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。

微处理器：mp包括运算器和控制器，集成到一个芯片上是cpu, control processing unit。

运算器负责对信息进行处理和运算。

控制器负责根据程序的要求发出各种控制命令，协调各部件之间的工作。

存储器：用来存放当前正字啊使用的或经常使用的程序、数据和运算结果。

分为ram（随机存储器）和rom（制度存储器）微型计算机的主要性能：字长：计算机内部一次可以处理的二进制的位数；存储容量：衡量微型计算机中存储能力的指标；运算速度：每秒能执行的质量条数；外设扩展能力：软件配置：系统稳定性和兼容性：常见CPU的位数：4位：4004,8位：8008,808016位：8086、8088，8028632位：英特尔386，英特尔486，英特尔奔腾，英特尔高能奔腾，英特尔奔腾二，奔腾二至强，奔腾三，奔腾三至强，奔腾四64位：至强，安腾，安腾二，奔腾M，奔腾D，Core 2 Duo原码、反码、补码原码就是将一个数转化为二进制数，最高位是符号位（负为1，正为0），机器内表示一个数存储原码的长度和机器字长一样，数值转化后不够机器字长的，以0补齐。

反码就是原码在符号位不变的前提下按位取反。

补码就是反码加一。

计算机常用编码BCD码：计算机常用的是8421BCD码。

ASCII码：美国信息交换标准码。

汉字编码：信息交换用汉字编码。

包括输入编码、内码、字形编码，分别用于汉字的输入、内部处理、输出。

汉字的输入编码一般有数字编码、拼音码、字形编码三类。

汉字的内码是用于汉字信息的存储、交换、检索等操作的机内代码。

汉字字形编码是用来描述汉字字形的代码，是汉字的输出形式。

微机复习题与考点1.CPU子系统包括：运算器、控制器、寄存器（注意不是存储器！）2.若流水线分为6段，每段拍长均为200ps，运行一个有100000条指令的程序，则其延时为__1.2ns__,加速比为_6__、最大吞吐量为__5 GIPS_（不是实际吞吐量！）。

3.CPU响应中断时保护“现场”和“断点”的目的是为了使中断正常返回，这里的“现场”指中断发生前各寄存器的值，“断点”指中断返回地址。

4.超标量结构:微处理器内部含有多条指令流水线和多个执行部件。

5.RISC执行程序的速度优于CISC的主要原因是：RISC的指令平均周期数较少。

6.四级存储器：寄存器、Cache、主存、辅存。

7.微处理器内部CPSR的主要作用：产生影响或控制某些后续指令所需的标志。

8.微码控制器的特点：控制单元的输入和输出之间的关系被视为一个内存单元。

9.Flash:写入速度类似于RAM,掉电后存储内容又不丢失的存储器。

10.CPI(Cycles Per Instruction):执行每条指令的平均周期数。

11.MIPS:每秒百万条指令，即处理器带宽，是衡量CPU运行速度的单位。

MIPS=f(MHz)/CPI。

12.执行时间T(s)：（IC * CPI）/f(Hz)13.Bootloader:完成硬件初始化和加载操作系统。

14.设某CPU中一条指令执行过程分为“取指”，“分析”，和“执行”三个阶段，每一段执行时间分别为t、t和2t，则按照顺序方式连续执行n条指令需要时间为__4nt___,若忽略延迟的影响，则采用上述三级流水线时需要的时间为___2(n+1)t_（当n很大时，约为2nt）__,该流水线的加速比为2nn+1（当n很大时，约为2）。

15.流水线性能指标：实际吞吐量 = N/T流水，加速比 =T非流T流水。

16.总线仲裁：合理地控制和管理系统中多个主设备的总线请求，以避免总线冲突。

17.按照ATPCS的规定,ARM系统中子程序的调用可以利用R0~R3 四个寄存器来传递参数，更多的参数传递可利用堆栈来传递。

arm内核全解析_arm内核体系结构分类介绍ARM处理器是英国Acor n有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器。

全称为Ad vanced RISC Machine。

ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。

ARM内核特点ARM处理器为RISC芯片，其简单的结构使ARM内核非常小，这使得器件的功耗也非常低。

它具有经典RISC的特点：* 大的、统一的寄存器文件；* 简单的寻址模式；* 统一和固定长度的指令域，3地址指令格式，简化了指令的译码。

编译开销大，尽可能优化，采用三地址指令格式、较多寄存器和对称的指令格式便于生成优化代码；* 单周期操作，ARM指令系统中的指令只需要执行简单的和基本的操作，因此其执行过程在一个机器周期内完成；* 固定的32位长度指令，指令格式固定为32位长度，这样使指令译码结构简单，效率提高；* 采用指令流水线技术。

ARM内核体系结构ARM架构自诞生至今，已经发生了很大的演变，至今已定义了7种不同的版本：V1版架构：该架构只在原型机ARM1出现过，其基本性能包括基本的数据处理指令（无乘法）、字节、半字和字的Load/Store指令、转移指令，包括子程序调用及链接指令、软件中断指令、寻址空间64MB。

V2版架构：该版架构对V1版进行了扩展，如ARM2与ARM3（V2a版）架构，增加的功能包括乘法和乘加指令、支持协处理器操作指令、快速中断模式、SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指令、寻址空间64MB。

V3版架构：该版对ARM体系结构作了较大的改动，把寻址空间增至32位（4G B），增加了当前程序状态寄存器CPSR和程序状态保存寄存器 SPSR以便于异常处理。

增加了中止和未定义2种处理器模式。

ARM6就采用该版结构。

指令集变化包括增加了M RS/MSR指令，以访问新增的CPSR /SPSR寄存器、增加了从异常处理返回的指令功能。

arm体系结构特点
ARM 体系结构是一种广泛使用的 32 位微处理器体系结构，具有以下特点：
1. 简单的指令集：ARM 指令集是一种 RISC（精简指令集计算机）指令集，它具有固定长度的指令和简单的指令格式。

这种简单的指令集可以提高指令的执行速度和效率，同时也可以减少指令的解码时间。

2. 高效的流水线：ARM 体系结构采用了高效的流水线技术，可以在一个时钟周期内执行多条指令。

这种流水线技术可以提高指令的执行速度和效率，从而提高处理器的性能。

3. 低功耗设计：ARM 体系结构采用了低功耗设计，可以在不影响性能的情况下降低处理器的功耗。

这种低功耗设计对于移动设备和嵌入式系统非常重要，可以延长设备的电池寿命。

4. 可扩展性：ARM 体系结构具有很好的可扩展性，可以通过增加更多的寄存器和指令来扩展处理器的功能。

这种可扩展性可以满足不同应用的需求，例如多媒体处理、网络通信等。

5. 支持Thumb 指令集：ARM 体系结构还支持 Thumb 指令集，这是一种 16 位的指令集。

Thumb 指令集可以在不损失性能的情况下减少代码的大小，从而节省存储空间。

6. 强大的异常处理机制：ARM 体系结构具有强大的异常处理机制，可以处理各种硬件和软件异常。

这种异常处理机制可以提高系统的可靠性和稳定性。

总之，ARM 体系结构具有简单的指令集、高效的流水线、低功耗设计、可扩展性、支持Thumb 指令集和强大的异常处理机制等特点，这些特点使得 ARM 体系结构成为了移动设备和嵌入式系统领域的主流处理器体系结构。

体系结构: RISC, CISC, x86, ARM, MIPS硬件体系结构（Architecture）软件操作系统（Operating System）一、RISC与CISC1.CISC（Complex Instruction SetComputer,复杂指令集计算机）复杂指令集（CISC，Complex Instruction Set Computer）是一种微处理器指令集架构（ISA），每个指令可执行若干低阶操作，诸如从内存读取、储存、和计算操作，全部集于单一指令之中。

CISC特点：1.指令系统庞大，指令功能复杂，指令格式、寻址方式多；2.绝大多数指令需多个机器周期完成；3.各种指令都可访问存储器；4.采用微程序控制；5.有专用寄存器，少量；6.难以用优化编译技术生成高效的目标代码程序；在CISC指令集的各种指令中，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。

而余下的80%的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%。

2.RISC（reduced instruction setcomputer，精简指令集计算机）精简指令集这种设计思路对指令数目和寻址方式都做了精简，使其实现更容易，指令并行执行程度更好，编译器的效率更高。

它能够以更快的速度执行操作。

这种设计思路最早的产生缘自于有人发现，尽管传统处理器设计了许多特性让代码编写更加便捷，但这些复杂特性需要几个指令周期才能实现，并且常常不被运行程序所采用。

此外，处理器和主内存之间运行速度的差别也变得越来越大。

在这些因素促使下，出现了一系列新技术，使处理器的指令得以流水执行，同时降低处理器访问内存的次数。

实际上在后来的发展中，RISC与CISC在竞争的过程中相互学习，现在的RISC指令集也达到数百条，运行周期也不再固定。

虽然如此，RISC设计的根本原则——针对流水线化的处理器优化—0—没有改变，而且还在遵循这种原则的基础上发展出RISC的一个并行化变种VLIW（包括Intel EPIC），就是将简短而长度统一的精简指令组合出超长指令，每次执行一条超长指令，等于并行执行多条短指令。