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深入淺出處理器這幾篇文章可能你覺得對軟件開發用處不大，這個看個人理解吧，若是想貫通上下，知其然還要知其所以然的話，或許還是有點用處的。學習處理器的篇章非常少，花一點時間學一下也無所謂的！

在我之前還是做硬件的時候，我一直不理解微處理器和微控制器的區別。
之前寫過一篇文章，講X86處理器的，可以點擊查看：X86處理器

文章目錄

• 1、 處理器
• • 1.1、寄存器分類
  • 1.2、處理器中的關鍵寄存器
  • 1.3、處理器的IO操作
• 2、硬件設計的關鍵
• • 3、處理器的啟動過程
• 4、總結

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別：

• 微處理器

  – CPU

• 微控制器

  –CPU + 片內內存 + 片內外設

注意：

微控制器具有成本低，功耗低等優點，常用于嵌入式系統設計

對于軟件工程師而言，微處理器與微控制器沒有任何區別

其中，CPU與外設（包括微控制器的片內外設與片外外設）都有寄存器，但是它們的用處卻是非常的不一樣。之前寫過的X86處理器那篇文章中，已經講了一些X86處理器的寄存器的用處，大致就是存儲數據的，但是微控制器上的外設中的寄存器，不是用來存儲數據的，而是用來控制外設的行為和工作方式的。

1.1、寄存器分類

CPU寄存器

– 專用指令執行，數據運算， 變量處理，參數傳遞

外設寄存器

– 用于控制外設的行為和工作方式、

–寄存器值的配置需要查看相應的硬件手冊

1.2、處理器中的關鍵寄存器

今天我們只了解兩個寄存器：PC程序計數器寄存器，SP棧指針寄存器。

• PC程序計數器（指令指針寄存器IP）

  – PC實際上就是代碼中的每一條指令的地址，這個地址剛好就是內存中代碼段中的偏移地址

  –每執行一條指令，PC中的值，就會發生變化

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

• SP棧指針（Stack Pointer）

  –SP寄存器，始終保存著?？臻g的棧頂地址，實現LIFO特性

  – SP棧指針用于保護函數調用的現場，比如中斷斷點，通用寄存器，函數的返回值等。具體如何保護，在以后的文章中會講解

具體使用方法，會在后面的文章中講解，今天暫時知道這兩個寄存器的概念與用法。

1.3、處理器的IO操作

眾所周知，一臺電腦有很多外設，USB，聲卡，顯卡等，這些都是外設。那么處理器是如何與外設進行數據通信的呢？

處理器與外設之間的通信通過IO操作完成。

那么既然有IO操作，肯定是要有CPU去尋址的過程，在CPU所能尋址的范圍內，找到外設的地址，對該地址進行讀寫就可以與外設進行通信。那么外設如何通過IO將自己的地址空間映射給CPU的尋址空間呢？

• 通過內存映射IO空間

  – 外設通過精密的硬件鏈接映射到CPU的尋址空間。

  – 然后CPU通過地址訪問與外設進行數據讀寫訪問

• 獨立的IO空間

  –外設獨立于CPU的地址空間，無法通過CPU的尋址來與外設進行通信

  – 此時，需要使用專用的指令與外設進行通信

上面是CPU與外設的基本通信方式，我們不必糾結于具體的硬件實現，畢竟我們是做軟件開發。

那么，CPU現在可以與外設進行通信了，那么CPU如何操作外設呢？

通過IO端口配置控制寄存器

通過IO端口讀取數據寄存器

從軟件工程師的角度來看，只要對不同的IO端口讀寫，就可以操作外設；讀寫IO端口時候的具體值和意義需要查詢具體的硬件手冊。

2、硬件設計的關鍵

上一節我們知道了CPU是如何與外設打交道的。那么在硬件上，大概設怎樣的設計呢？

首先CPU與外設之間要有地址總線與數據總線，然后需要有一個片選信號用來確保是否“啟動”該外設。

通過具體的硬件設計，可以使地址總線上的值在某個范圍時，片選信號為“真”，即：使能連接的外設，從而讀取相應地址中的數據！！！

具體的硬件如何設計不去細究，這里知道大概原理即可，

3、處理器的啟動過程

在一開始，我們的電腦是沒有操作系統的，那么處理器是如何啟動的呢？

• 處理器啟動后，PC（IP）寄存器固話了一個默認值
• PC默認值決定了CPU上電后第一條執行指令在哪
• 第一條執行指令，是CPU的啟動程序BIOS（BIOS以后講解）

下圖為CPU簡易的啟動過程

大致了解一下BIOS：

固化于硬件中的一個程序，用于初始化硬件，然后將指令指針寄存器PC（IP）指向主引導扇區程序，主引導扇區程序再來引導操作系統內核的自舉程序，然后啟動操作系統。（后期會專門學習操作系統，現在暫時不用了解）

4、總結

基礎不牢，地動山搖。上來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院相關課程，想學習的可以加群，
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總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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