【正文】 相同的內(nèi) 存 空間 ，但 存儲(chǔ)地址不 同 。 數(shù)據(jù)流 指令流 控制流 CPU 2馮諾依曼體系工作原理 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)功能圖 2馮 ?諾依曼結(jié)構(gòu)思想 ?馮 ?諾依曼理論的思想是： ? 應(yīng)該把程序和數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器里，讓計(jì)算機(jī)自己負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器里提取指令，執(zhí)行指令，循環(huán)式地執(zhí)行這兩個(gè)動(dòng)作。 從源代碼到 CPU執(zhí)行過(guò)程 . c 等 高級(jí) 語(yǔ) 言源 代 碼. S 匯 編源 代 碼E l f 格 式二 進(jìn) 制 可執(zhí) 行 程 序B i n 格式 燒 錄文 件C P U 讀入 后 先解 碼C P U 執(zhí)行 指 令編 譯 器匯 編 器O b j c o p y 工 具總 線C P U 內(nèi) 部指 令 流 水 線（馮諾依曼與哈佛結(jié)構(gòu) ） 2馮諾依曼體系結(jié)構(gòu) ，而計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是人眼看不見(jiàn)的東西，它是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，在它內(nèi)部存在多級(jí)的層次結(jié)構(gòu)。 ? 這些可以被 CPU解碼執(zhí)行的二進(jìn)制指令集是CPU設(shè)計(jì)的時(shí)候確定的，是 CPU的設(shè)計(jì)者（ ARM公司）定義的，本質(zhì)上是一串由 1和 0組成的數(shù)字。 課前導(dǎo)入 成結(jié)構(gòu)上有哪些異同之處？ 2. 什么是嵌入式最小系統(tǒng)？一般常見(jiàn)的最小系統(tǒng)由哪些部分組成？ 3. 嵌入式系統(tǒng)常見(jiàn)的擴(kuò)展部件有哪些？ ?嵌入式的處理器一般集成了很多的外圍器件，但也不可能把所有的功能都集成到芯片內(nèi)部，因此實(shí)際的嵌入式系統(tǒng)需要在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。 ?嵌入式系統(tǒng)硬件的特點(diǎn)主要是集成度高，非標(biāo)準(zhǔn)化，接口非常復(fù)雜。 課前導(dǎo)入 成結(jié)構(gòu)上有哪些異同之處？ 2. 什么是嵌入式最小系統(tǒng)？一般常見(jiàn)的最小系統(tǒng)由哪些部分組成？ 3. 嵌入式系統(tǒng)常見(jiàn)的擴(kuò)展部件有哪些？ ?嵌入式系統(tǒng)的最小系統(tǒng)指基于某處理器為核心，可以運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)的最簡(jiǎn)單的硬件設(shè)計(jì)（即處理器能夠運(yùn)行的最基本系統(tǒng)）。 ?常用的擴(kuò)展芯片有以下幾類：存儲(chǔ)類芯片、通信類芯片以及其他功能芯片。這就是 CPU的匯編指令集。 2. 計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)的外部，是使用人員所關(guān)心的系統(tǒng)硬件指標(biāo)參數(shù)；而計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)的內(nèi)部，是制造人員關(guān)心的內(nèi)容 憑您直觀的感覺(jué)，計(jì)算機(jī)由哪幾部分組成？ 計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn) ? 半導(dǎo)體技術(shù) ? 制造技術(shù) ? 封裝技術(shù) ? 裝配技術(shù) ? 電源技術(shù) ? 冷卻技術(shù) ? …… 15 2計(jì)算機(jī)運(yùn)行的兩部分 2馮諾依曼體系結(jié)構(gòu) 幾個(gè)基本概念間的關(guān)系 ? 體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)組成 操作系統(tǒng) 指令系統(tǒng) 應(yīng)用程序 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 由圖示可見(jiàn)， 體系結(jié)構(gòu) 在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中占據(jù)核心地位 2 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu) — 馮 ?諾依曼理論的要點(diǎn)： 1)存儲(chǔ)程序 2)順序執(zhí)行 3)采用二進(jìn)制 十進(jìn)制 → 計(jì)算機(jī)指令 馮 ?諾依曼提出二進(jìn)制機(jī)器碼表示計(jì)算機(jī)指令格式 ？ 2 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu) 運(yùn)算器（ ALU， Arithmetic Logic Unit ） — 馮 ?諾依曼計(jì)算機(jī)組成（五大部分）： 控制器 （ Controler） 存儲(chǔ)器（ Memory） 輸入設(shè)備（ Input Unit） 輸出設(shè)備（ Output Unit） 2馮諾依曼體系工作原理 開(kāi)始 取指令 指令譯碼 執(zhí)行指令 馮諾依曼體系工作原理（ CPU工作原理）： 程序的執(zhí)行過(guò)程實(shí)際上是不斷地取出指令、分析指令、執(zhí)行指令的過(guò)程。 ?這樣，計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序的過(guò)程中，就可以完全擺脫外界的影響，以自己可能的速度自動(dòng)地運(yùn)行。 處理器利用相同的總線處理內(nèi)存中的指令和數(shù)據(jù)， 指令和數(shù) 據(jù)具有相 同的數(shù)據(jù)寬度 ， 指令與數(shù)據(jù)無(wú)法同時(shí)存取。 馮諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu) ?程序和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存中，且不彼此分離的結(jié)構(gòu)稱為馮諾依曼結(jié)構(gòu)。 優(yōu)劣對(duì)比 ?馮諾依曼結(jié)構(gòu)中程序和數(shù)據(jù)不區(qū)分的放在一起，因此安全和穩(wěn)定性是個(gè)問(wèn)題，好處是處理起來(lái)簡(jiǎn)單。 1 在第 2個(gè)周期， 指向指令 2，此時(shí)指令1進(jìn)入三級(jí)流水線的譯碼階段，同時(shí)取出指令 2。 一般來(lái)說(shuō)，人們習(xí)慣性約定將“正在執(zhí)行”的指令作為參考點(diǎn)，則： PC值＝當(dāng)前程序執(zhí)行位置＋ 8 注： ARM狀態(tài)時(shí)，每條指令為 4字節(jié)長(zhǎng)。 …… ……注意： 只有流水線被指令填滿時(shí)才能發(fā)揮最大效能，即每時(shí)鐘周期完成一條指令的執(zhí)行。 所處的模式由當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR中的控制位 M[4:0]反映。 ARM內(nèi)部寄存器和一些片內(nèi)外設(shè)在硬件設(shè)計(jì)上只允許（或者可選為只允許）特權(quán)模式下訪問(wèn)。操作系統(tǒng)在該模式下訪問(wèn)用戶模式的寄存器就比較方便，而且操作系統(tǒng)的一些特權(quán)任務(wù)可以使用這個(gè)模式訪問(wèn)一些受控的資源。每種異常模式都有一些獨(dú)立的寄存器，以避免異常退出時(shí)用戶模式的狀態(tài)不可靠。 4. ARM各模式及可訪問(wèn)的寄存器 4. ARM各模式及可訪問(wèn)的寄存器 ? 程序狀態(tài)寄存器的格式 N Z C V — — I M0 M1 M2 M3 M4 T F — . . . 31 30 29 28 27 26 8 7 6 5 4 3 2 1 0 條件代碼標(biāo)志 保留 控制位 溢出標(biāo)志 進(jìn)位或借位擴(kuò)展 零 負(fù)或小于 IRQ禁止 FIQ禁止 狀態(tài)位 模式位 4. ARM各模式及可訪問(wèn)的寄存器 4. ARM各模式及可訪問(wèn)的寄存器 5. ARM體系的異常 ? 異常簡(jiǎn)介 只要正常的程序流被暫時(shí)中止 ， 處理器就進(jìn)入異常模式 。 5. ARM體系的異常 ? 異常優(yōu)先級(jí) 當(dāng)多個(gè)異常同時(shí)發(fā)生時(shí) ， 一個(gè)固定的優(yōu)先級(jí)決定系統(tǒng)處理它們的順序 。 芯片一般在處理器核和外部存儲(chǔ)器之間有一個(gè)存儲(chǔ)器管理部件將局部總線的信號(hào)和時(shí)序轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)的外部總線信號(hào)和時(shí)序 。地址空間可以看作是包含 230個(gè) 32位字 ， 或 231個(gè) 16位半字 。 ?大端存儲(chǔ)器系統(tǒng) (Bigendian)： 在大端格式中 ， 數(shù)據(jù)的高字節(jié)存放在低地址中 。 ?在一個(gè)非字 （ 半字