【计算机硬件常识】CPU 架构与指令集

四大 CPU 架构：ARM，X86，MIPS，PowerPC

• ARM 功耗低，在无线局域网，3G，手机终端，手持设备，有线网络通信设备应用广泛；
• MIPS：被CISCO公司大量采用在高端路由器上；
• PowerPC：是通信和工业控制领域应用广泛的处理器，华为中兴的设备，

中央处理器体系结构：

• 冯诺依曼：程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构；
• 哈弗结构： 分开存储；

指令集：

• RISC: 指令少，指令单周期执行，目标代码更大；ARM，MIPS，PowerPC
• CISC: 指令复杂，指令周期长，目标代码多；X86，

ARM 的功耗低的原因说到头就是乱序执行能力不如X86。换句话说，就是用户在使用电脑的时候，他的操作是随机的，无法预测的，造成了指令也无法预测。X86为了增强对这种情况下的处理能力，加强了乱序指令的执行还增强了单核的多线程能力。这样做的缺点就是，无法很有效的关闭和恢复处理器子模块，因为一旦关闭，恢复起来就很慢。为了保持高性能，就不得不让大部分的模块都保持开启，并且时钟也保持高速切换。直接后果就是耗电高。而ARM的RISC指令优化强在确定次序的执行，并且依靠多核而不是单核多线程来执行，这样容易保持子模块和时钟信号的关闭，显然就更省电。

存储器： ROM（只读），Flash(NOR, NAND)，RAM（随机存取存储器）

• RAM: 静态RAM(SRAM)；动态RAM(DRAM)；
• DRAM以电荷形式进行存储，数据存储在电容器中，电容器会由于漏电而导致电荷丢失，需要定期被刷新；
• SRAM：只要供电一次就会保持一个值；

串口与总线：
USB：

以太网接口：

• 由MAC（以太网媒体接入控制器）和PHY（物理接口收发器），分别处于数据链路层和物理层；
• CPU直接跟MAC进行交互，以太网接口的硬件构成分别是，CPU—>MAC---->PHY----->以太网隔离变压器---->RJ45接头；

原理图分析：

• 阅读电路板的原理图获得各种存储器、外设所使用的硬件资源，主要包括存储器和外设控制芯片所使用的片选、中断、和DMA资源；
• 硬件原理图中的元素： 符号，网络， 描述；
• 硬件时序分析：在电路板调试的任务中，掌握时序分析的方法就比较有必要了；
• 仪器仪表使用：万用表，示波器，

寄存器：

• 是中央处理器内的组成部分，是有限存储容量的高速存储部件，他们可用来暂存指令，数据，和地址。32位cpu
• 8086的寄存器：通用寄存器，指令指针，标志寄存器，段寄存器。

工作原理：

• cpu对存储器中的数据进行处理时，往往先把数据取到内部寄存器中，而后再做处理。
• 乱序执行技术：使CPU内部电路满负荷运转并相应提高CPU运行程序的速度。
• 用途：1、 将寄存器内部的数据执行算术及逻辑运算，2、存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置，寻址，3）读写数据到电脑周边设备。