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深入淺出處理器這幾篇文章可能你覺(jué)得對(duì)軟件開(kāi)發(fā)用處不大，這個(gè)看個(gè)人理解吧，若是想貫通上下，知其然還要知其所以然的話，或許還是有點(diǎn)用處的。學(xué)習(xí)處理器的篇章非常少，花一點(diǎn)時(shí)間學(xué)一下也無(wú)所謂的！

在我之前還是做硬件的時(shí)候，我一直不理解微處理器和微控制器的區(qū)別。
之前寫(xiě)過(guò)一篇文章，講X86處理器的，可以點(diǎn)擊查看：X86處理器

文章目錄

• 1、 處理器
• • 1.1、寄存器分類
  • 1.2、處理器中的關(guān)鍵寄存器
  • 1.3、處理器的IO操作
• 2、硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵
• • 3、處理器的啟動(dòng)過(guò)程
• 4、總結(jié)

1、 處理器

處理器分為兩種：微處理器和微控制器。

微處理器與微控制器有以下區(qū)別：

• 微處理器

  – CPU

• 微控制器

  –CPU + 片內(nèi)內(nèi)存 + 片內(nèi)外設(shè)

注意：

微控制器具有成本低，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，常用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于軟件工程師而言，微處理器與微控制器沒(méi)有任何區(qū)別

其中，CPU與外設(shè)（包括微控制器的片內(nèi)外設(shè)與片外外設(shè)）都有寄存器，但是它們的用處卻是非常的不一樣。之前寫(xiě)過(guò)的X86處理器那篇文章中，已經(jīng)講了一些X86處理器的寄存器的用處，大致就是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，但是微控制器上的外設(shè)中的寄存器，不是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，而是用來(lái)控制外設(shè)的行為和工作方式的。

1.1、寄存器分類

CPU寄存器

– 專用指令執(zhí)行，數(shù)據(jù)運(yùn)算， 變量處理，參數(shù)傳遞

外設(shè)寄存器

– 用于控制外設(shè)的行為和工作方式、

–寄存器值的配置需要查看相應(yīng)的硬件手冊(cè)

1.2、處理器中的關(guān)鍵寄存器

今天我們只了解兩個(gè)寄存器：PC程序計(jì)數(shù)器寄存器，SP棧指針寄存器。

• PC程序計(jì)數(shù)器（指令指針寄存器IP）

  – PC實(shí)際上就是代碼中的每一條指令的地址，這個(gè)地址剛好就是內(nèi)存中代碼段中的偏移地址

  –每執(zhí)行一條指令，PC中的值，就會(huì)發(fā)生變化

  – PC始終保存著一條指令，這條指令就是CPU即將要執(zhí)行的那條指令（下一條要執(zhí)行的指令）

• SP棧指針（Stack Pointer）

  –SP寄存器，始終保存著棧空間的棧頂?shù)刂?#xff0c;實(shí)現(xiàn)LIFO特性

  – SP棧指針用于保護(hù)函數(shù)調(diào)用的現(xiàn)場(chǎng)，比如中斷斷點(diǎn)，通用寄存器，函數(shù)的返回值等。具體如何保護(hù)，在以后的文章中會(huì)講解

具體使用方法，會(huì)在后面的文章中講解，今天暫時(shí)知道這兩個(gè)寄存器的概念與用法。

1.3、處理器的IO操作

眾所周知，一臺(tái)電腦有很多外設(shè)，USB，聲卡，顯卡等，這些都是外設(shè)。那么處理器是如何與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的呢？

處理器與外設(shè)之間的通信通過(guò)IO操作完成。

那么既然有IO操作，肯定是要有CPU去尋址的過(guò)程，在CPU所能尋址的范圍內(nèi)，找到外設(shè)的地址，對(duì)該地址進(jìn)行讀寫(xiě)就可以與外設(shè)進(jìn)行通信。那么外設(shè)如何通過(guò)IO將自己的地址空間映射給CPU的尋址空間呢？

• 通過(guò)內(nèi)存映射IO空間

  – 外設(shè)通過(guò)精密的硬件鏈接映射到CPU的尋址空間。

  – 然后CPU通過(guò)地址訪問(wèn)與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)訪問(wèn)

• 獨(dú)立的IO空間

  –外設(shè)獨(dú)立于CPU的地址空間，無(wú)法通過(guò)CPU的尋址來(lái)與外設(shè)進(jìn)行通信

  – 此時(shí)，需要使用專用的指令與外設(shè)進(jìn)行通信

上面是CPU與外設(shè)的基本通信方式，我們不必糾結(jié)于具體的硬件實(shí)現(xiàn)，畢竟我們是做軟件開(kāi)發(fā)。

那么，CPU現(xiàn)在可以與外設(shè)進(jìn)行通信了，那么CPU如何操作外設(shè)呢？

通過(guò)IO端口配置控制寄存器

通過(guò)IO端口讀取數(shù)據(jù)寄存器

從軟件工程師的角度來(lái)看，只要對(duì)不同的IO端口讀寫(xiě)，就可以操作外設(shè)；讀寫(xiě)IO端口時(shí)候的具體值和意義需要查詢具體的硬件手冊(cè)。

2、硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

上一節(jié)我們知道了CPU是如何與外設(shè)打交道的。那么在硬件上，大概設(shè)怎樣的設(shè)計(jì)呢？

首先CPU與外設(shè)之間要有地址總線與數(shù)據(jù)總線，然后需要有一個(gè)片選信號(hào)用來(lái)確保是否“啟動(dòng)”該外設(shè)。

通過(guò)具體的硬件設(shè)計(jì)，可以使地址總線上的值在某個(gè)范圍時(shí)，片選信號(hào)為“真”，即：使能連接的外設(shè)，從而讀取相應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)！！！

具體的硬件如何設(shè)計(jì)不去細(xì)究，這里知道大概原理即可，

3、處理器的啟動(dòng)過(guò)程

在一開(kāi)始，我們的電腦是沒(méi)有操作系統(tǒng)的，那么處理器是如何啟動(dòng)的呢？

• 處理器啟動(dòng)后，PC（IP）寄存器固話了一個(gè)默認(rèn)值
• PC默認(rèn)值決定了CPU上電后第一條執(zhí)行指令在哪
• 第一條執(zhí)行指令，是CPU的啟動(dòng)程序BIOS（BIOS以后講解）

下圖為CPU簡(jiǎn)易的啟動(dòng)過(guò)程

大致了解一下BIOS：

固化于硬件中的一個(gè)程序，用于初始化硬件，然后將指令指針寄存器PC（IP）指向主引導(dǎo)扇區(qū)程序，主引導(dǎo)扇區(qū)程序再來(lái)引導(dǎo)操作系統(tǒng)內(nèi)核的自舉程序，然后啟動(dòng)操作系統(tǒng)。（后期會(huì)專門(mén)學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)，現(xiàn)在暫時(shí)不用了解）

4、總結(jié)

基礎(chǔ)不牢，地動(dòng)山搖。上來(lái)就提倡看各種源碼的，不是大牛就是菜雞。大牛很少，菜雞很多。

本系列文章幾乎全部參考狄泰軟件學(xué)院相關(guān)課程，想學(xué)習(xí)的可以加群，
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【软件开发底层知识修炼】一 深入浅出处理器之一 微处理器与微控制器的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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