嵌入式（十五）：机器周期&指令周期&状态周期&时钟周期&指令&总线

1、CPU=运算器+控制器，对应图灵机的“读写头”，但是图灵机的读写头可以自动取纸带上数据、做运算、存结果。而冯氏结构中进行改进，就是读程序、翻译程序、执行程序。其中读程序和执行程序对应于“自动”；执行程序对应于取数据、做运算、存结果。
2、CPU可抽象成：功能寄存器+运算单元
3、功能寄存器：指令寄存器、程序计数器（下一个指令）、其他功能寄存器
4、运算单元：算术运算、逻辑运算
5、机器指令周期/机器周期T：取指令-翻译指令-执行指令的一个周期所花费的时间，即执行一条指令所需要的时间。
6、主频F：每秒钟能完成多少的机器周期数F=1/T。
7、时钟周期/震荡周期/节拍周期：为时钟晶振频率的倒数，即时钟晶振的周期。是计算机中最小的时间单位
8、指令周期：取出并完成一条指令所需要的时间，由若干个机器周期组成，分为单周期指令、双周期指令、多周期指令（如转移、乘法）。
9、状态周期：状态周期是CPU从一个状态转换到另一状态所需要的时间。简单地说每个状态周期分为两个震荡周期（时钟周期）
10、机器周期一般包括6个状态周期，12个时钟周期。如c51。
11、
12、机器语言与机器指令：
a、机器指令：被编程二进制码，存储在存储器中的一条条指令
b、机器语言：由机器指令构成，指挥机器工作的程序语言
指令集：一台机器指令的总集合
13、指令类型：
a、算数/逻辑运算类（基本运算）：算术运算和逻辑操作
b、数据传输类（不做任何运算）：将数据从一个地方复制到里另一个地方
c、程序控制类（用运算结果修改程序计数器）：控制程序执行顺序
这里体现了计算机只会做“取数据、做算术/逻辑运算、存中间运算结果”
14、RISC与CISC
a、RISC：精简指令集计算机，包含最少的指令集，电路简单，速度快，如ARM是一种32位的精简指令集，去除某些不常用的指令而采用软件函数的方式解决（如乘法，用一个函数实现）。
b、CISC：复杂指令集计算机，包含多功能、复杂指令集，程序效率高。
c、STC是8位的单片机，核是51属于CISC指令集。同样的X86属于CISC指令集
d、计算机指令集与计算机能力：在基本指令之外，加入额外的指令，不会改变计算机的能力（逻辑能力，能干什么），但可能影响计算机的复杂程度和性能。是不是和我们设计一个界面中按钮多少一样？
e、计算机的差别在CPU，即运算器和控制器上
15、一个8bit模型计算机（老师自己设计的）：
a、系统结构：
①、16个通用寄存器：地址：0,1,2，…，F(8bit)
②、两个特殊功能寄存器：PC(8bit)、IR(16bit)
③、256个存储单元：地址：00,01,02,…,FF(8bit)

b、指令集：有12条指令，每条16bit
16、程序的执行：
a、控制程序执行的两个特殊功能寄存器：
①、程序计数器PC：存放下一条机器指令的地址
②、指令寄存器IR：存放正在执行的机器指令
b、指令周期：
①、取指：按PC的地址取一条指令（两个单元）->IR，同时，PC<-PC+2（两个单元要+2）
②、解码：控制器翻译IR中机器指令含义
③、执行：执行IR中指令所指的动作
17、计算机语言：告诉计算机做事的一种形式化表达规范，按抽象级分类是：
a、二进制码的机器语言
b、助记符的汇编语言
c、过程包装后的C语言、BASIC、PASCAL
d、行为包装后的面向对象C++、JAVA、PYTHON
18、计算机程序：按照语言规范，告诉计算机做事
19、二进制数与数字电路：
a、门电路：可以完成二进制数的算数和逻辑运算（组合电路）
b、触发器电路：可以完成二进制数的存储（时序电路）
20、数与编码：定义数与一个集合之间的映射关系
a、十进制：正数负数浮点数
b、二进制：原码、反码、补码
c、其他：格雷码、海明码
d、注意：编码转换、运算方法、编码特点、字长、数据表示范围、截断问题、溢出问题
21、文本的二进制：ASCII（8bit）与utf-8（16bit）
22、图像的二进制：位图文件（.BMP）中，图像被看成像素点的集合，每一个像素点被看成RGB的组合
23、图像、视频压缩文件（JPG、GIF、MP4）数量达，不利于存储与传输，通过无损或有损压缩（根据数据特征、视觉效果、运动特点）保存。
24、声音的二进制：离散采样得到数据化的波形，只要离散的间隔足够小，就可以拟合出十分近似的波形。
25、总线：
a、计算机总线：各功能部件间用于传输数据的公共通信干线（功能部件：如CPU内部寄存器、各种存储器、各类输入/输出）
b、总线标准：定义并达成一致的总线，包括物理、电气等方面定义
c、经典计算机总线：ISA（16位，5MB/S，16MB空间）
d、总线主要性能：
①、数据宽度
②、寻找空间
③、时钟速度
④、数据传输率
e、提高总线的宽度可以提高计算机性能，相当于一次传输多了，但是会对寄存器有较高的要求，以及对数据协议有要求，出错的可能性更大
f、分时（把总线频率提高）可以提高性能，相当于速度变快了，但是分时是有上限的，这是因为波的性质决定的，即频率不可与电信号的传输速率相接近
g、总线包括：
①、DB数据总线（传输数据）
②、AB地址总线（传输源和目标单元地址）
③、CB控制总线（源与目标传输方式、状态、访问时序控制）
h、OC集电极开路输出方式：采用上拉电阻，与逻辑（输出低电平时阻抗低），总线速度与上拉电阻值成反比，速度受限，但硬件容错安全。只要没有一个传低电平则恒为高电平。
i、三态门输出方式：输出受“输出使能OE”信号控制，输出信号低阻抗，总线速度高，但硬件容错差。
j、总线冲突：两个或两个以上源同时输出时，总线数据发生冲突。