处理器相关的概念

1 处理器：微控制器 VS 微处理器

微控制器：CPU + 片内内存 + 片内外设

微处理器：CPU

注意：

微控制器具有成本低、功耗低等有点，常用于嵌入式系统设计。

对于软件工程师而言，微控制器和微处理器没有任何区别。

2 SoC和CPU的区别

2.1 SoC和CPU

　　SoC = System on Chip。

　　芯片的发展方向：从CPU到SoC。

　　现在已经没有纯粹的CPU了，都是SoC。

　　ARM出卖的内核其实就是CPU（当然还需要总线），各种外设是半导体厂商自己添加的。

2.2 外设（Peripheral）

　　外设就是外部设备。

　　SoC中外设大部分都跑进去了，网卡、音频编解码等个别还经常在外面。

　　芯片设计的趋势是更大集成度，近年甚至将音视频编解码、DDR都集成进SoC内做成所谓单芯片解决方案，如海思Hi3518E。

　　裸机学习其实就是学习SoC的内核（CPU，表现为汇编指令集）和各种外设（如串口）。

3 地址总线和数据总线

3.1 CPU和总线示意图

3.２ 地址总线和数据总线

　　CPU通过地址总线寻址，然后通过数据总线与外部设备互换信息。

　　地址总线的位数决定CPU寻址范围；数据总线的位数决定CPU单次通信能交换的信息数量；

　　总线的速度决定CPU和外设互换信息的速度。

　　注意

　　　　CPU的地址总线位数和数据总线可以不同（典型代表就是51单片机），但是一般都相同。

　　　　CPU的位数指的是数据总线的位数。

　　　　32位CPU寻址的范围是4G，所以最多支持4G内存；

　　　　数据总线是32位的，所以内存是32位的好，所以编程最好用int···

4 CISC和RISC的区别

4.1 CISC

　　complex instruction set computer复杂指令集CPU。

　　CISC体系的设计理念是用最少的指令来完成任务（譬如计算乘法只需要一条MUL指令即可），因此CISC的CPU本身设计复杂、工艺复杂，但好处是编译器好设计。CISC出现较早，至今Intel还一直采用CISC设计。

4.2 RISC

　　Reduced Instruction-Set Computer精简指令集CPU。

　　RISC的设计理念是让软件来完成具体的任务，CPU本身仅提供基本功能指令集。因此RISC CPU的指令集中只有很少的指令，这种设计相对于CISC，CPU的设计和工艺简单了，但是编译器的设计变难了。

4.3 CPU设计方式发展

　　早期简单CPU，指令和功能都很有限。

　　CISC年代 —— CPU功能扩展依赖于指令集的扩展，实质是CPU内部组合逻辑电路的扩展。

　　RISC年代 —— CPU仅提供基础功能指令（譬如内存与寄存器通信指令，基本运算与判断指令等），功能扩展由使用CPU的人利用基础架构来灵活实现。

4.4 CISC和RISC指令数对比

　　一般典型CISC CPU指令在300条左右。

　　ARM CPU常用指令30条左右。

4.5 发展趋势

　　没有纯粹的RISC或CISC，发展方向是RISC与CISC结合，形成一种介于2者之间的CPU类型。

5 冯诺依曼结构和哈佛结构

5.1 程序和数据

　　程序运行时两大核心元素：程序 + 数据。

　　程序是我们写好的源代码经过编译、汇编之后得到的机器码，这些机器码可以拿给CPU去解码执行，CPU不会也不应该去修改程序，所以程序是只读的。

　　数据是程序运行过程中定义和产生的变量的值，是可以读写的，程序运行实际就是为了改变数据的值。

5.2 冯诺依曼结构和哈佛结构

　　程序和数据都放在内存中，且不彼此分离的结构称为冯诺依曼结构。譬如Intel的CPU均采用冯诺依曼结构。

　　程序和数据分开独立放在不同的内存块中，彼此完全分离的结构称为哈佛结构。譬如大部分的单片机（MCS51、ARM9等）均采用哈佛结构。

优劣对比

　　冯诺依曼结构中程序和数据不区分的放在一起，因此安全和稳定性是个问题，好处是处理起来简单。

　　哈佛结构中程序（一般放在ROM、flash中）和数据（一般放在RAM中）独立分开存放，因此好处是安全和稳定性高，缺点是软件处理复杂一些（需要统一规划链接地址等）。