D1. 计算机基础-ARM体系结构与接口技术-嵌入式学习LV9

D1. 计算机基础

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如果出现图片无法查看可能是网络问题，我用的GitHub+图床保存的图片，用uu加速器说不定能解决，可以参考我另外一篇文章GitHub的使用方法
GitHub使用教程含网络问题_github加速器_肉丸子QAQ的博客-CSDN博客

关注后私信获取笔记资料

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底层课程导学

1. 嵌入式系统分层

• 操作系统的作用：
  • 向下管理硬件
  • 向上提供接口(API)

• 应用开发

  即使用系统提供的接口(API)，做上层应用程序的开发

• 底层开发

  即做操作系统本身的开发

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2. Linux层次结构

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3. Linux子系统

1. 进程管理：管理进程的创建、调度、销毁等

2. 内存管理：管理内存的申请、释放、映射等

3. 文件系统：管理和访问磁盘中的文件

4. 设备管理：硬件设备及驱动的管理

5. 网络协议：通过网络协议栈(TCP、IP…)进行通信

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ARM体系结构与接口技术学习内容和方法

1. 内容

LV9内容是裸机开发，和单片机一样

• 体系结构：学习ARM CPU原理
  • 存储模型：在内存中如何存储
  • 工作模式：不同工作模式满足不同条件下的环境使用
  • 寄存器：CPU内部存储器
  • 异常机制：CPU正常执行过程中遇到不正常的事情，去处理该异常
  • 流水线：指令在CPU内部如河一条一条执行
  • 指令集：汇编
  • … …

要求：学完之后要对程序在CPU内部运行的过程清晰，写出更加有效的代码

• 接口技术：控制硬件————为驱动做准备

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2. 方法

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计算机基础知识

1. 计算机的进制

• 逻辑1和0

在计算机中数据的存储、运算、传输都是以高低电平的方式

所以数字电路中用高、低电平来表示逻辑1和0

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2. 计算机的组成

• 输入设备：将其他其他信号转换为计算机能识别的信号；
• 输出设备：CPU处理完的信号转换成其他信号；
• 存储器：存储 程序和数据；
• CPU：只是能执行程序，但是存不了，需要执行的时候就取存储器取出
  • 运算器：进行数据运算，逻辑运算等；（员工）
  • 控制器：控制运算流程等；（老板）

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3. 总线

• 总线

总线是计算机中各个部件之间传送信息的公共通信干线, 在物理上就是一束导线按照其传递信息的类型可以分为数据总线、地址总线、控制总线

• DMA总线

DMA(Direct Memory Access)即直接存储器访问，使用DMA总线可以不通过CPU直接在存储器之间进行数据传递

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多级储存结构与地址空间

1. 三级存储结构

• 使用三级存储结构是为了兼顾速度、容量、价格

• Cache：QQ内存很大，有一部分代码需要经常被执行，这部分代码就在在

速度最快、价格最贵、容量最小、断电数据丢失、cpu可直接访问存储当前正在执行的程序中的活跃部分,以便快速地向CPU提供指令和数据

• 主存储器：打开QQ的时候搬到这里

速度、价格、容量介于Cache与辅存之间、断电数据丢失、cpu可直接访问存储当前正在执行的程序和数据

• 辅助存储器：QQ安装在这

速度最慢、价格最低、容量最大、断电数据不丢失、cpu不可直接访问存储暂时不运行的程序和数据，需要时再传送到主存

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2. 地址空间

• 一个处理器能够访问（读写）的存储空间是有限的,我们称这个空间为它的地址空间（寻址空间）,一般来说N位地址总线的处理器的地址空间是2的N次方（32位=4G）

• CPU发送给内存一个地址，如河内存根据地址取值给CPU
• CPU读取内容是有限的，和地址总线有关如下图：当需要去取F时，2位的地址总线无法表示

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CPU工作原理

1. CPU工作原理

• 每执行一条指令后PC的值会自动增加指向下一条指令（0x08自动变为0x0c）

取址：

• 指令计数器PC：我想要执行的指令的地址；将地址发送给内存
• 指令寄存器：内存返回到CPU这里储存、

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译码：

• 指令译码器：寄存器将指令发到译码器解析

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执行：

• 运算器：解析完给运算器后运行

CPU是串行的一条一条执行

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###2. 指令的执行过程

• 指令的执行过程

  1. 取址：

     CPU将PC寄存器中的地址发送给内存，内存将其地址中对应的指令返回到CPU中的指令寄存器（IR）

  2. 译码：

     译码器对IR中的指令进行识别，将指令（机器码）解析成具体的运算

  3. 执行：

     控制器控制运算器中对应的运算单元进行运算，运算结果写入寄存器

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作业

1.简述为什么地址总线为32bit的处理器的地址空间为4G

N位地址总线的处理器的地址空间是2的N次方：2的32次方

2.简述CPU执行指令的过程

取值，译码，执行