1. 单片机的CPU问题
具体怎么做是一门学问,大体思路上还是可以粗略讲讲:
首先,CPU的基本结构都是逻辑电路,所以指令的执行(取值,运算等)都是逻辑电路实现的。
CPU并不认得汇编指令,只认得二进制的机器码,只能执行二进制的机器码的指令。我们用汇编指令集编写的程序在编程环境解释之后转换成二进制的机器码,烧入到存储器当中。可以说是我们的编程软件认得我们写的程序,把它翻译成CPU认得的程序的。
CPU首先到存储器指定的地址取得操作码,然后对操作码进行解码之后才能知道要进行什么操作。假设如果操作码010是加法。那么就对数据进行加法运算。具体的运算当然是由逻辑电路实现的。
所以,理论上你可以直接用机器码来编写程序,然后烧到芯片中执行。但是全二进制的机器码不容易记忆也容易出错,所以厂家就把机器码翻译成对应的汇编指令,如上假设加法指令010就被翻译成ADD,就成了指令。所有这个CPU能够执行的指令放在一起就是指令集。
因为机器码的执行需要CPU的硬件支持,所以各个厂家CPU可以执行的指令集会不同,相同指令对应的机器码也有可能不同。
2. 简述CPU执行一条指令的过程
几乎所有的冯·诺伊曼型计算机的CPU,其工作都可以分为5个阶段:取指令、指令译码、执行指令、访存取数、结果写回。
1.取指令轿做阶段
取指令(InstructionFetch,IF)阶段是将一条指令从主存中取到指令寄存器的过程。
程序计数器PC中的数值,用来指示当前指令在主存中的位置。当一条指令被取出后,PC中的数值将根据指令字长度而自动递增:若为单字长指令,则(PC)+1àPC;若为双字长指令,则(PC)+2àPC,依卖唯此类推。
2.指令译码阶段
取出指令后,计算机立即进入指令译码(InstructionDecode,ID)阶段。
在指令译码阶段,指令译码器按照预定的指令格式,对取回的指令进行拆分和解释,识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法。
在组合逻辑控制的计算机中,指令译码器对不同的指令操作码产生不同的控制电位,以形成不同的微操作序列;在微程序控制的计算机中,指令译码器用指令操作码来找到执行该指令的微程序的入口,并从此入口开始执行。
3.执行指令阶段
在取指令和指令译码阶段之后,接着进入执行指令(Execute,EX)阶段。
此阶段的任务是完成指令所规定的各种操作,具体实现指令的功能。为此,CPU的不同部分被连接起来,以执行所需的操作。
4.访存取数阶段
根据指令需要,有可能要访问主存,读取操作数,这样就进入了访存取数(Memory,MEM)阶段。
此阶段的任务是:根据指令地址码,得到操作数在主存中的地址,并从主存中读取该操作数用于运算。
5.结果写回阶段
作为最后一个阶段,结果写回(WriteBack,WB)阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式:
结果数据经常被写到CPU的内部寄存器中,以便被后续的指令快速地存取;
在有些情况下,结果数据也可被写入相对较慢、但较廉价且容量较大的主存。许多指令还会改变程序状态字寄存器中标志位的状态,这些标志位标识着不同的操作结果,可被用来影响程序的动作。
在指令执行完毕、结果数据写回之后,若无意外事件(如结果溢出等)发生,计算机就接着从程序计数器PC中取得下一条指令地址,开始新一轮的循环,下一个指令周期将顺序取出下一条指令。
(2)单片机cpu使用说明扩展阅读:
指令的执行过程例子:
开机时,程序计算器PC变为0000H。然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。执行过程实际上就是取出指令(取出存储器中事先存放的指令阶段)和执行指令(分析和执行指令)的循环过程。
例如执行指令:MOVA,#0E0H,其机器码为“74HE0H”,该指令的功能是把操作数E0H送入累加器。
0000H单元中已存放74H,0001H单元中已存放E0H。当单片机开始运行时,首先是进入取指阶段,其次序是:
1.程序计数器的内容(这时是0000H)送到地址寄存器;
2.程序计数器的内容自动加1(变为0001H);
3.地址寄存器的内容(0000H)通过内部地址总线送到存储器,以存储器中地址译码电跟,使地址为0000H的单元被选中;
4.CPU使读控制线有效;
5.在读命令控制下被选中存储器单元的内容(此时应为74H)送到内部数据总线上,因为是取指阶段,所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。至此,取指阶段完成,进入译码分析和执行指令阶段。
由于本次进入指令寄存器中的内容是74H(操作码),以译码器译码后单片机就会知道该指令是要将一个数送到A累加器,而该数是在这个代码的下一个存储单元。
所以,执行该指令还必须把数据(E0H)从存储器中取出送到CPU,即还要在存储器中取第二个字节。其过程与取指阶段很相似,只是此时PC已为0001H。指令译码器结合时序部件,产生74H操作码的微操作系列,使数字E0H从0001H单元取出。
因为指令是要求把取得的数送到A累加器,所以取出的数字经内部数据总线进入A累加器,而不是进入指令寄存器。至此,一条指令的执行完毕。单片机中PC="0002H",PC在CPU每次向存储器取指或取数时中帆培自动加1,单片机又进入下一取指阶段。
这一过程一直重复下去,直至收到暂停指令或循环等待指令暂停。CPU就是这样一条一条地执行指令,完成所有规定。
3. 单片机cpu的主要功能有
很多人都认为,单机片和CPU不是属于两种不同的东西吗?他们怎么可以拿来比较,其实有专业人士就知道单机片和CPU 的关系可以说是十分的密切。本文来分享一下,他们到底隐藏着什么秘密。
什么是单片机,相信很多人都还不知道。也不知道单片机的作用是什么。单片机简称为单片微控制器(Microcontroler),它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上,相当于一个微型的计算机,因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。Intel的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
大家都知道我们的电脑主要是由中央处理单元CPU(进行运算、控制)、随机存储器RAM(数据存储)、存储器ROM(程序存储)、输入/输出设备I/O(串行口、并行输出口等)。安装在一个被称之为主板的印刷线路板上,就是我们个人的计算机了。
把单片机看成一个整体分成四块就很容易认识了。 把这些东西(CPU,硬盘,内存,主板等等)用集成块做好后,如下图所视:
就成了我们要学习的“单片机”了。而在单机片的内部,CPU,硬盘,内存,主板等等却又是另外的名字。
1)CPU(Central Processing Unit)。它是单片机的核心部件,包括运算器和控制器。运算器既是算术逻辑单元ALU(ArithmeTIc logic Unit),其功能是进行算术运算和逻辑运算。控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。起作用是完成取指令、将指令译码形成各种微操作并执行指令,同时控制计算机的各个部件有条不紊地工作。
2)计算机中的内存,在单片机里叫数据存储器,也叫随机存储器。用RAM(Random Access Memery)表示。其作用是用于存放运算的中间结果,数据暂存和缓冲,标志位等。特点是:掉电后会丢失数据。
3)计算机中的硬盘,在单片机中,叫程序存储器,也叫只读存储器。用ROM(Read only memery)表示。其作用和硬盘差不多,用来存放用户程序。特点是:掉电后不会丢失数据。
4)输入/输出设备I/O“主板”,在单片机里,叫做I/O(输入输出设备)当然也包含了串行口,并行口,定时器,记时器等等