汇编二、CPU

总线

总线的定义

每一个CPU芯片都有许多管脚，这些管脚和总线相连，CPU通过总线跟外部器件进行交互
总线实际上就是一根根导线的集合

总线的分类

• 地址总线
  • CPU通过地址总线，向内存中传递要处理的数据的地址
  • 它的宽度决定了CPU的寻址能力

宽度：地址总线的宽度就是传递地址的导线的个数；每根导线不是传递0就是1，所以地址总线的宽度，决定了要传递的二进制位的位数，也就是能找到地址的最大值，即寻址能力；
8086的地址总线宽度为20，能传递20位二进制位，所以最大能传递的地址值是2^20， 所以它的寻址能力是2^20(1M);

• 数据总线
  • CPU通过数据总线，与内存进行数据的传递(写入数据，取出数据)；
  • 它的宽度决定了CPU的单次数据传送量，也就是数据传送速度；
  • 我们平常说的32位、64位就是数据总线的宽度；

宽度：数据总线宽度就是传递数据的导线的个数，每根导线只能传递一个二进制位；导线的个数，就是每次可以传递二进制的位数；导线越多，每次传递的二进制位越多，即每次传递的数据越多；所以总线的宽度，也就是单次数据传送量（数据吞吐量）；
例如：8086的地址总线宽度是16，有16根导线，每次传输数据，只能传输16位二进制位，即2个字节；
arm64第地址总线宽度是64，有64根导线，每次传输数据，可以传输64位的二进制位，就是8个字节；
如果要传递8个字节，8086需要传4次，而arm64只需要传一次；

• 控制总线
  • 它的宽度决定了CPU对其他器件的控制能力、能有多少种控制
• 小练习

1.一个CPU 的寻址能力为8KB,那么它的地址总线的宽度为____.
2.8080,8088,80286,80386 的地址总线宽度分别为16根,20根,24根,32根.那么他们的寻址能力分别为多少____KB, ____MB,____MB,____GB?
3.8080,8088,8086,80286,80386 的数据总线宽度分别为8根,8根,16根,16根,32根.那么它们一次可以传输的数据为:____B,____B,____B,____B,____B.
4.从内存中读取1024字节的数据,8086至少要读____次,80386至少要读取____次.

1. 13
2. 64KB, 1MB, 16MB, 4G
3. 1B, 1B, 2B, 2B, 4B
4. 512, 256

总线的工作过程

内存

• 内存地址的大小受CPU地址总线的宽度限制，8086的地址总线宽度是20，可以定位2^20 个不同的内存单元（内存地址范围0x00000~0xFFFFF），所以8086的内存大小是1MB；
• 0x00000~0x9FFFF：主存储器。可读可写
• 0xA0000~0xBFFFF：向显存中写入数据，这些数据会被显卡输出到显示器。可读可写
• 0xC0000~0xFFFFF：存储各种硬件\系统信息。只读

寄存器

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CPU的运算速度特别快，为了性能CPU在内部开辟了一小块临时的存储存储区域，并在进行运算时，先将数据从内存复制到这一小块临时区域中，运算时就在这一小块临时区域中进行，我们称这块区域为寄存器；

• CPU除了有控制器、运算器还有寄存器
• 寄存器的作用就是进行数据的临时存储
• 对程序员来说，CPU中最主要部件是寄存器，可以通过改变寄存器的内容来实现对CPU的控制；
• 不同的CPU，寄存器的个数、结构是不相同的；

高速缓存

CPU每执行一条指令前都需要从内存中将指令读取到CPU内并执行。而寄存器的运行速度相比内存读写要快很多。为了性能,CPU还集成了一个高速缓存存储区域.当程序在运行时，先将要执行的指令代码以及数据复制到高速缓存中去(由操作系统完成)。CPU直接从高速缓存依次读取指令来执行。

• iPhoneX上搭载的ARM处理器A11它的1级缓存的容量是64KB，2级缓存的容量8M。