硬件体系架构的学习
硬件体系架构的学习
RISC全称Reduced Instruction Set Compute,精简指令集计算机;
CISC全称Complex Instruction Set Computers,复杂指令集计算机。
SOC片上系统概念
System on Chip,简称Soc,也即片上系统。从狭义角度讲,它是信息系统核心的芯片集成,是将系统关键部件集成在一块芯片上;从广义角度讲, SoC是一个微小型系统,如果说中央处理器(CPU)是大脑,那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统;
CPU的基本概念
中央处理器(Central Processing Unit,CPU)是一台计算机的运算核心和控制核心;
CPU、内部存储器和输入/输出设备是电子计算机三大核心部件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据;
计算机的指令集
CPU的指令集其实就是用指令对计算机实现控制和计算的指令集合;
分复杂指令集和精简指令集:
RISC:Reduced Instruction Set Computer(精简指令集计算机);
CISC:Complex Instruction Set Computer(复杂指令集计算机);
PC(program counter): 程序计数;
LR(Link Register): 链接返回(从硬件体系中体现了函数的调用);
SP(Stack Pointer): 堆栈指针(通常指向异常模式所专用的栈堆);
根据计算的能力来说,因此可将计算机分为了8 bit,16 bit, 32 bit, 64 bit;
异常处理能力;
冯诺依曼结构的组成
(1)运算器:计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算,与、或、非、异或等逻辑操作,以及移位、比较和传送等操作,亦称算术逻辑部件(ALU);
(2)控制器:由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成,它是发布命令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。运算器和控制器统称中央处理器,也叫做CPU。中央处理器是电脑的心脏;
(3)存储器:存储器分为内存和外存。内存是电脑的记忆部件,用于存放电脑运行中的原始数据、中间结果以及指示电脑工作的程序。外存就像笔记本一样,用来存放一些需要长期保存的程序或数据,断电后也不会丢失,容量比较大,但存取速度慢。当电脑要执行外存里的程序,处理外存中的数据时,需要先把外存里的数据读入内存,然后中央处理器才能进行处理。外存储器包括硬盘、光盘和优盘;
(4)输入设备:输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。键盘,鼠标,摄像头,扫描仪,光笔等都属于输入设备。
(5)输出设备:是计算机硬件系统的终端设备,用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表现出来。常见的输出设备有显示器、打印机等。
冯诺依曼结构示意图

ARM的7种基本工作模式:
USER:非特权模式:大部分执行在这种模式;
FIQ:当一个高优先级(fast)中断产生时将会进入这种模式;
IRQ:当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模式;
SUPERVIDOR:当复位或者软中断(软件中断)指令执行时将会进到入这种模式;
ABORT:当存取异常时将会进入到这种模式;
UNDEF:当执行未定义指令时将会进入到这种模式;
SYSTEM:使用和USER模式相同寄存器集的特权模式;
ARM寄存器
ARM有37个32-bits长的寄存器;
Cortex体系结构下有40个32-bits长的寄存器;

异常处理
未定义指令时将会进入到这种模式;
SYSTEM:使用和USER模式相同寄存器集的特权模式;
ARM寄存器
ARM有37个32-bits长的寄存器;
Cortex体系结构下有40个32-bits长的寄存器;

异常处理

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