【軟件開發底層知識修煉】一 深刻淺出處理器之一 微處理器與微控制器

學習交流加

• 我的qq： 1126137994
• 我的微信： liu1126137994
• 學習交流資源分享qq羣： 962535112

深刻淺出處理器這幾篇文章可能你以爲對軟件開發用處不大，這個看我的理解吧，如果想貫通上下，知其然還要知其因此然的話，或許仍是有點用處的。學習處理器的篇章很是少，花一點時間學一下也無所謂的！

在我以前仍是作硬件的時候，我一直不理解微處理器和微控制器的區別。 以前寫過一篇文章，講X86處理器的，能夠點擊查看：X86處理器

一、 處理器

處理器分爲兩種：微處理器和微控制器。

微處理器與微控制器有如下區別：

• 微處理器

  -- CPU

• 微控制器

  --CPU + 片內內存 + 片內外設

注意：

1. 微控制器具備成本低，功耗低等優勢，經常使用於嵌入式系統設計
2. 對於軟件工程師而言，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，可是它們的用處倒是很是的不同。以前寫過的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，大體就是存儲數據的，可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爲和工做方式的。

1.一、寄存器分類

1. CPU寄存器

   -- 專用指令執行，數據運算， 變量處理，參數傳遞

2. 外設寄存器

   -- 用於控制外設的行爲和工做方式、

   --寄存器值的配置須要查看相應的硬件手冊

1.二、處理器中的關鍵寄存器

今天咱們只瞭解兩個寄存器：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，這個地址恰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始終保存着一條指令，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，始終保存着棧空間的棧頂地址，實現LIFO特性

  -- SP棧指針用於保護函數調用的現場，好比中斷斷點，通用寄存器，函數的返回值等。具體如何保護，在之後的文章中會講解

具體使用方法，會在後面的文章中講解，今天暫時知道這兩個寄存器的概念與用法。

1.三、處理器的IO操做

衆所周知，一臺電腦有不少外設，USB，聲卡，顯卡等，這些都是外設。那麼處理器是如何與外設進行數據通訊的呢？

處理器與外設之間的通訊經過IO操做完成。

那麼既然有IO操做，確定是要有CPU去尋址的過程，在CPU所能尋址的範圍內，找到外設的地址，對該地址進行讀寫就能夠與外設進行通訊。那麼外設如何經過IO將本身的地址空間映射給CPU的尋址空間呢？

• 經過內存映射IO空間

  -- 外設經過精密的硬件連接映射到CPU的尋址空間。

  -- 而後CPU經過地址訪問與外設進行數據讀寫訪問

• 獨立的IO空間

  --外設獨立於CPU的地址空間，沒法經過CPU的尋址來與外設進行通訊

  -- 此時，須要使用專用的指令與外設進行通訊

上面是CPU與外設的基本通訊方式，咱們沒必要糾結於具體的硬件實現，畢竟咱們是作軟件開發。

那麼，CPU如今能夠與外設進行通訊了，那麼CPU如何操做外設呢？

1. 經過IO端口配置控制寄存器
2. 經過IO端口讀取數據寄存器

從軟件工程師的角度來看，只要對不一樣的IO端口讀寫，就能夠操做外設；讀寫IO端口時候的具體值和意義須要查詢具體的硬件手冊。

二、硬件設計的關鍵

上一節咱們知道了CPU是如何與外設打交道的。那麼在硬件上，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，而後須要有一個片選信號用來確保是否「啓動」該外設。

經過具體的硬件設計，可使地址總線上的值在某個範圍時，片選信號爲「真」，即：使能鏈接的外設，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，這裏知道大概原理便可，

三、處理器的啓動過程

在一開始，咱們的電腦是沒有操做系統的，那麼處理器是如何啓動的呢？

• 處理器啓動後，PC（IP）寄存器固話了一個默認值
• PC默認值決定了CPU上電後第一條執行指令在哪
• 第一條執行指令，是CPU的啓動程序BIOS（BIOS之後講解）

下圖爲CPU簡易的啓動過程

大體瞭解一下BIOS：

固化於硬件中的一個程序，用於初始化硬件，而後將指令指針寄存器PC（IP）指向主引導扇區程序，主引導扇區程序再來引導操做系統內核的自舉程序，而後啓動操做系統。（後期會專門學習操做系統，如今暫時不用瞭解）

四、總結

本系列文章學習記錄軟件開發底層的基礎知識。