了解一些基础的、用来处理数据的集成电路芯片

发表于 2018-02-07 12:52:29 收藏 已收藏
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了解一些基础的、用来处理数据的集成电路芯片

发表于 2018-02-07 12:52:29

目前世界上有两种文明,一种是人类社会组成的的碳基文明,一种是各种芯片组成的硅基文明——因为几乎所有的芯片都是以单晶硅为原料制作的,芯片系统的总数比人类的数量还多出数十上百倍。芯片大家族里面也分各种不同类型的芯片,从古老的用电子管堆出来的成吨的逻辑门到现在的超级数据中心,电子技术的发展走过了一代又一代,到了今天,各种芯片更是百花齐放,芯片厂商百家争鸣。

了解一些基础的、用来处理数据的集成电路芯片

可是,这么多芯片,按照功能分类,有专门用于计算的、有专门用于控制的、有专门用于存储的……按照集成电路规模分,有超大规模,大规模,和古老的中规模、小规模。而具体到了类型,又有CPU,SoC,DSP……有这么多的芯片,真的区分清除也是要花上一番功夫的,这篇文章就可以带领大家了解一些基础的、用来处理数据的集成电路芯片。

在这些专门用于处理数据的芯片中,最常用的就是由微处理器构成的微处理器系统,小到一块单片机,大到数据中心的几十路几十核地表最强处理器,都是由简单的微处理器系统发展而来,微处理器是应用最广泛的芯片。首先了解微处理器及微处理器系统,对接下来了解各种芯片及控制系统的很有帮助。

微处理器系统

微处理器系统,囊括了各种类型的计算机,微控制器/单片机。世界上的微处理器系统的总数比人类总数还多得多。它的基本工作原理是用程序控制系统的行为。

微处理器系统的基本操作过程是中央处理器(Central Processing Unit, CPU)不断地从存储器取指并执行,实现对系统的全面管理。

一、CPU结构和功能CPU的结构:

▲图:CPU的结构

1) 控制器:完成指令的读入、寄存、译码和执行。

2) 寄存器:暂存用于寻址和计算过程的产生的地址和数据。

3) I/O控制逻辑:负责CPU中与输入/输出操作有关的逻辑。

4) 算数逻辑运算单元(Arithmetic & Logic Unit, ALU):运算器核心,负责进行算术运算、逻辑运算和移位操作,用来进行数值计算和产生存储器访问地址。

CPU的功能:

1) 与存储器之间交换信息。

2) 和I/O设备之间交换信息。

3) 为了使系统正常工作而接收和输出必要的信号,如复位信号、电源、输入时钟脉冲等。

二、微处理器系统的结构

▲图:微处理器系统的结构

1) CPU的外部特征就是数量有限的输入输出引脚。

2) 数据总线:用于CPU和存储器或I/O接口之间传送数据,双向通信;数据总线的条数决定了CPU和存储器或I/O设备一次最多能交换数据的位数,是微处理器的位数的判据,例如:Intel 386DX、ARM Cortex-M3是32位微处理器;Intel采用了IA-64架构的处理器、PowerPC 970是64位处理器;类似地,还有更加古老的8位、16位处理器等。

3) 地址总线:CPU通过地址总线输出地址码用以选择某一存储单元或某一成为I/O端口的寄存器,单向通信;地址总线的条数决定了地址码的位数,进而决定了存储空间的大小,例如:地址总线宽度(条数)为8,则可以标记2^8 = 256个存储单元,若每个存储单元的字长为8 bit,则最大可以接入系统的存储空间为256kB。

4) 控制总线:用来传送自CPU发出的控制信息或外设送到CPU的状态信息,双向通信;

微处理器系统的程序设计语言:程序设计语言(Programming Language),又称为编程语言,是用来定义计算机程序的,