3微处理器的结构概述
微处理器的基本结构
微处理器的基本结构一、引言微处理器是现代计算机的核心部件之一，它是一种高度集成的电子芯片，能够执行各种计算和控制任务。
本文将介绍微处理器的基本结构，包括指令集、寄存器、运算单元等。
二、指令集指令集是微处理器最重要的组成部分之一，它定义了微处理器所能执行的所有操作。
指令集通常包括以下几种类型的指令：1. 数据传送指令：用于将数据从一个位置传送到另一个位置。
2. 算术运算指令：用于执行加、减、乘、除等数学运算。
3. 逻辑运算指令：用于执行与、或、非等逻辑运算。
4. 分支跳转指令：用于根据条件跳转到不同的程序地址。
5. 存储器访问指令：用于读写存储器中的数据。
三、寄存器寄存器是微处理器中存储数据和地址的重要组成部分。
它们通常被组织成不同类型和大小的寄存器文件。
以下是常见的寄存器类型：1. 累加寄存器（Accumulator）：用于保存算术和逻辑运算结果。
2. 计数寄存器（Counter）：用于计数器和分频器。
3. 指针寄存器（Pointer）：用于存储地址信息。
4. 标志寄存器（Flag）：用于记录处理器状态和条件码。
四、运算单元运算单元是微处理器中执行算术和逻辑运算的部分。
它通常由逻辑门、加法器、乘法器等组成。
以下是常见的运算单元：1. 加法器（Adder）：用于执行加法运算。
2. 乘法器（Multiplier）：用于执行乘法运算。
3. 逻辑门（Logic Gate）：用于执行逻辑运算，如与、或、非等。
五、时钟时钟是微处理器中控制操作序列的重要组成部分，它提供了微处理器内部操作的时间基准。
时钟通常由晶振和计数电路组成，可以提供稳定的时钟信号。
时钟频率越高，微处理器的工作速度就越快。
六、总线总线是微处理器中不同部件之间传输数据和控制信号的通道。
它通常由地址总线、数据总线和控制总线组成。
地址总线用于传输地址信息，数据总线用于传输数据信息，控制总线用于传输控制信号。
七、缓存缓存是微处理器中存储器的一种高速缓存，用于加快数据访问速度。
详细介绍微处理器的组成结构、功能模块及工作原理。
详细介绍微处理器的组成结构、功能模块及工作原理。
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Cortex-M3_技术介绍
• ARM微处理器及其发展
ARM微处理器的几个系列：
ARM7系列、ARM9系列、 ARM9E系列、 ARM10E系列、 SecurCore系列、Intel的XScale系列、 Cortex系列。
ARM体系结构的发展：
（1）V1~V3版本； （2）V4T版本； （3）V5版本； （4）V6版本； （5）V7版本。
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选择ARM处理器，ARM7还是 Cortex-M3
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决策：
那么，你应该如何做出何种选择呢？ 如果成本是最主要考虑因素，您应该选择Cortex-M3； 如果在低成本的情况下寻求更好的性能和改进功耗，您应 该考虑选用Cortex-M3；特别是如果你的应用是汽车和无 线领域，可以采用Cortex-M3，这也正是Coretex-M3的主 要定位市场。 由于Cortex-M3内核中的多种集成元素以及采Thumb-2 指令集，其开发和调试比ARM7TDMI要简单快捷。 TI的Stellaris系列微控制器如今包含了160多种可以向全 球供货的MCU，包括售价低至1美元的MCU。这个价格一 般只有8bit MCU才能达到。
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Cortex-M3内核简介一：哈佛架构
Cortex-M3 中央内核基于哈佛架构，指令 和数据各使用一条总线（右图中所示）。与 Cortex-M3不同，ARM7 系列处理器使用冯· 诺 依曼（Von Neumann）架构，指令和数据共用 信号总线以及存储器。由于指令和数据可以从 存储器中同时读取，所以 Cortex-M3 处理器 对多个操作并行执行，加快了应用程序的执行 速度。
星S3C2440微处理器
应用实例一：嵌入式系统开发
嵌入式系统开发
星S3C2440微处理器适用于嵌入 式系统开发，其强大的处理能力 和丰富的外设接口使其成为嵌入 式领域的理想选择。
实时操作系统
星S3C2440微处理器支持实时操 作系统（RTOS）的开发，RTOS 能够提供实时任务调度和多任务 处理能力，满足实时系统的需求。
3
APB和ASB总线
APB和ASB总线用于连接低速外设，如GPIO、 UART等。
03
星S3C244ห้องสมุดไป่ตู้微处理器的指令集 架构
指令集架构概述
ARM架构
01
S3C2440微处理器采用ARM架构，属于精简指令集（RISC）的
范畴。
指令集发展历程
02
ARM架构的指令集经过多年的发展，已成为移动设备和嵌入式
指令集功能
数据处理指令
用于执行算术、逻辑、移位等基本操 作。
控制流程指令
用于控制程序的执行流程，如条件判 断、跳转等。
内存访问指令
用于读写内存和访问外部存储器。
协处理器指令
用于执行特定功能，如浮点运算、加 密等。
指令集实现方式
汇编语言
使用汇编语言编写程序，通过汇编器将汇编代码转换 为机器码。
C/C语言
星S3C2440微处理器
• 星S3C2440微处理器概述 • 星S3C2440微处理器的体系结构 • 星S3C2440微处理器的指令集架构
• 星S3C2440微处理器的编程模型 • 星S3C2440微处理器的应用实例
01
星S3C2440微处理器概述
定义与特点
定义
S3C2440是一款由三星公司开发的 ARM920T核的微处理器。
微机原理 第三章 微处理器
青岛理工大学琴岛学院
表3.1 通用寄存器的特定用法
寄存器 操作 寄存器 操作 在移位指令中作 移位次数计数器
AX
字乘，字除，字I/O
CL
AL
字节乘，字节除，字节I/O， 查表转换，十进制运算
字节乘，字节除
DX
字乘，字除指令 中作辅助累加器
堆栈操作，做堆 栈指针
AH
SP
BX
查表转换,做基址寄存器
SI
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2）逻辑地址与物理地址
逻辑地址（LA）和物理地址（PA）：
物理地址：就是存储器的实际地址，它是指CPU和存储器 进行数据交换时所使用的地址（20位）。
逻辑地址：是在程序中使用的地址，它由段基址和偏移地
址两部分组成（16位）。
物理地址=段基址（左移4位）＋偏移量
形成20位段 起始地址 16位
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2 . 8086/8088CPU的寄存器结构
8086/8088CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器， 按其用途可分为3类：通用寄存器、段寄存器、指针和标 志寄存器，如所示。
AH BH CH DH SP BP SI DI FLAGS IP CS DS SS ES AL BL CL DL 累加器 基址寄存器 计数寄存器 数据寄存器 数据寄存器 通用寄存器 地址指针和 变址寄存器
2
3 4 5
6
存取一般变量（除3、4、5项外）
DS
有效地址EA
根据寻址方式计算出来的偏移量又叫操作数的有效地址EA
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4. CPU对堆栈的设置与操作
堆栈的功能：用于暂存数据和现场保护 （特别是在过程调用或中断处理时暂存断 点信息） 堆栈的解释：实际上是由特定存储单元 构成的一个存储区，只是在这个存储区中 信息的出入严格按照“先进后出”或“后 进先出”的规则进行。
第2章 Cortex-M3 内核原理3--Thumb-2指令系统
3. 统一的汇编语言
• ARM指令集体系架构下，ARM指令与Thumb 指令分属不同的程序模块，由不同的汇编 器对其分别进行汇编。
• Thumb-2指令集体系架构下， 16bit指令与 32bit指令可以在同一程序模块出现，并由 同一汇编器对其进行汇编。
Toolchain flow with ARM7
ARM7TDMI
r0
r1
r2
r3
State Change
r4 r5
eg. ISR entry/exit
r6
r7
r8
r8
r9
r9
r10
r10
r11
r11
rr1134r1((2slpr))rr1134r1((2slrrpr11))34
(spr)13 (lrr)14
r13 r(1s3p)(srp1)4 r(1l4r)(lr)
2. Thumb-2指令集分类（续）
• 基于Thumb-2指令体系架构编写的代码在执 行 过 程 中 ， 处 理 器 不 存 在 ARM 工 作 状 态 和 Thumb工作状态之间的切换。
• 那么，处理器必须能够自动识别当前指令长 度，是16-bit还是32-bit，以正确地执行Thumb2指令代码，它是如何识别呢？
4. Cortex-M3常用的Thumb-2指令集（续）
（1）数据传送指令（续）
MRS/MSR 指令中的Sreg寄存器：
符号 IPSR EPSR APSR IEPSR IAPSR EAPSR PSR MSP PSP PRIMASK BASEPRI BASEPRI_MAX FAULTMASK CONTROL
当前服务中断号寄存器
功能
执行状态寄存器。它里面含T 位，在CM3 中T 位必须是1。 上条指令结果的标志
CPU结构与微处理器
CPU结构与微处理器CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是计算机系统的核心组件，负责执行指令、进行算术运算和逻辑判断等任务。
微处理器（Microprocessor）则是CPU的一种实现方式，采用了高度集成的集成电路技术，将多个功能模块集成在一个芯片上。
1. CPU结构的概述CPU的结构可以分为三个主要部分：控制单元（Control Unit）、算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，简称ALU）和寄存器（Registers）。
- 控制单元负责指令的解析和执行，包括从内存中取出指令、解码、分发和协调各个执行单元的工作。
- 算术逻辑单元负责执行算术运算和逻辑判断等操作，如加减乘除、与或非等逻辑运算。
- 寄存器用于暂存数据和指令，包括通用寄存器、程序计数器、指令寄存器等。
2. 时钟信号与时序CPU中的各个功能单元需要时钟信号来进行同步工作。
时钟信号以特定频率来控制CPU的工作速度，每个时钟周期称为一个时钟脉冲。
根据时钟脉冲的不同，CPU的工作可以分为时钟上升沿和时钟下降沿。
时钟信号的频率越高，CPU的运算速度越快。
3. 微处理器的发展历程微处理器的发展经历了几个重要的阶段：- 早期微处理器：Intel 4004是世界上第一个商用微处理器，诞生于1971年。
它的出现标志着微处理器时代的开始，虽然功能有限，但为后来的微处理器奠定了基础。
- x86架构的崛起：Intel 8086是第一款x86架构的微处理器，是个人电脑发展的重要里程碑。
8086的32位扩展版本80286、80386和80486也逐渐推出，提升了计算机性能。
- 高性能处理器的出现：随着技术进步，处理器性能大幅提升。
英特尔的Pentium、Core系列以及AMD的Athlon、Ryzen等处理器，逐渐推动着计算机性能的提升。
- 多核处理器的时代：为了应对多核心、多任务的需求，多核处理器逐渐成为主流。
第2章微型计算机的组成及应用
2. 微型计算机分类
按主机、I/0接口和系统总线组成部件所在位置 划分为：
① 单片机：组成部件集成在一个超大规模芯片 上，用于控制仪器仪表等。、
② 单板机：各组成部件装配在一块电路板上， 常用于实验控制。
③ 多板机：各组成部件装配在多块电路板上， 如台式微型计算机、便携式PC机。
2.1.2 微型计算机系统的配件
2.4.2 CMOS
“小随机存储器”，靠电池供电。用于保存系统当 前配置，如系统日期和时间、硬盘格式和容量、内存 容量等。这些信息既是系统启动时必读信息，也是更 新硬件时要修改的信息。
2.4.3 高速缓存Cache
为了解决CPU与内存之间速度不匹配的问题，引 入高速缓存技术。高速缓存介于内存和CPU之间，是高 速存取信息的芯片。它存取速度比内存快，但容量不 大，主要用于存放当前使用最多的程序段和数据块， 并以接近CPU的速度向CPU提供程序指令和数据。
AGP（Accelerated Graphics Port）扩展槽：专门用于图形显示 卡，是在PCI总线基础上发展起来的，主要针对图形显示方面 进行了优化。AGP插槽通常是棕色，随着显卡速度的提高， AGP接口已经不能满足显卡传输数据速度的要求，目前AGP 显卡已经逐渐被PCI Express接口显卡所取代。
2.4 微型机系统存储器
内存是微机重要配置之一，内存容量及性能是影响微机性 能的重要因素。在Pentium Ⅲ系列微型计算机中，内存条以使 用168 Pin SDRAM(同步动态随机存取存储器 )型为主，目前在 Pentium 4系列微型计算机中，多数采用DDR内存条。
图2.3.1 微型计算机内存储器（条）
为方便识别主板上的各种接口，PC99技术规格规 范了主板设计要求，提出主板各接口必须采用颜色识 别标识。
cortex-m3体系结构
5、XPSR----程序状态寄存器
应用状态寄存器(APSR) 中断状态寄存器(IPSR) 执行状态寄存器(EPSR)
程序状态寄存器----应用状态寄存器(APSR)
APSR的位分配
31 30 29 28 27 26
0
NZCVQ
保留
饱和（sticky saturation）标志
溢出标志： 1：溢出 0：没有溢出
7、控制寄存器CONTROL
CONTROL[1:0] 由两个状态位组成：
CONTROL[1] CONTROL[0]
0
主堆栈
特权级
1
进程堆栈
用户级
寄存器总结
寄存器名称 APSR IAPSR EAPSR XPSR
功能 应用状态寄存器 APSR和IPSR的组合 APSR和EPSR的组合 APSR、EPSR和IPSR的组合
STEP4
EPSR使用的是[26:24]和[15:10]位
6、异常中断寄存器
6-1中断屏蔽寄存器（ PRIMASK ）
PRIMASK 1
0
只有最低位有效
屏蔽所有中断
响应中断
相当于中断总开关， 为1，所有中断被屏蔽； 为0，中断能正常响应。
6-2 中断屏蔽寄存器BASEPRI
BASEPRI 2
优先级0 优先级1
IPSR EPSR IEPSR MSP PSP PRIMASK BASEPRI BASEPRI_MAX FAULTMASK CONTROL
中断状态寄存器 执行状态寄存器 IPSR和EPSR的组合 主堆栈指针 进程堆栈指针 中断屏蔽寄存器 可屏蔽等于和低于某个优先级的中断 BASEPRI允许设置的最大值 错误屏蔽寄存器 控制寄存器
微处理器的体系结构
兼容性
针对系列计算机 要求所有机种间能够保持向上兼容和向后兼容 向上兼容：为某个档次机种编制的软件能够不加修 改地运行在比它高档的机种上 向后兼容：为某个时期生产的机种编制的软件能够 不加修改地运行在它之后生产的机种上 Pentium微处理器的运行模式：实模式、保护模式
兼容性 针对（软件）体系结构，非硬件实现
1000：1234 0100：ABCD
计算机体系结构是程序员所看到的系统的一些属性： 概念性的结构和功能上的表现，这些属性既不同于数 据流和控制的组织，也不同于逻辑设计和物理实现。
Amdahl,1964
计算机体系结构是连接硬件和软件的一门学科，它研 究的内容不但涉及计算机硬件，也涉及计算机软件。
计算机体系结构与计算机组成
区别在于关心的问题不同： •计算机体系结构关心的是怎样合理地进行软硬 件功能分配，为软件人员提供适用的计算机 •计算机组成关心的是怎样合理地实现分配给硬 件的功能和指标，提高性能价格比
第二章 Pentium微处理器的体系结构
2.1 计算机体系结构的含义 2.2 Pentium微处理器的内部结构 2.3 实模式软件体系结构 2.4 保护模式软件体系结构 2.5 浮点部件软件体系结构
2.1 计算机体系结构的含义
计算机体系结构 = computer architecture (计算机系统结构)
简单指令：完全由硬件执行而无需任何微码控制， 在一个时钟周期内执行的指令
•mov reg, reg/mem/imm •mov mem,reg/imm •alu reg, reg/mem/imm •alu mem, reg/imm •inc reg/mem •dec reg/mem •push reg/mem •pop reg •lea reg, mem •jmp/call/jcc near •nop
ARM微处理器 S3C2410的简介
ARM微处理器 S3C2410的简介1.1 ARM微处理器的介绍1）ARM微处理器的工作状态和工作模式从编程的角度看，ARM微处理器的工作状态有两种，可在两种状态之间切换：第一种为ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令；第二种为Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。
2）ARM微处理器支持7种运行模式，分别为：用户模式（USR）：ARM处理器正常程序执行的模式。
快速中断模式（ FIQ ）：用于高速数据传输或通道处理用于快速中断服务程序。
当处理器的快速中断请求引脚有效，且CPSR（6位）中F位为0时（开中断），会产生FIQ异常。
外部中断模式（ IRQ ）：用于通用的中断处理，当处理器的外部中断请求引脚有效，且CPSR（7位）中I位为0时（开中断），会产生IRQ异常。
系统的外设可通过该异常请求中服务。
特权模式或管理员模式（SVE）：操作系统使用的保护。
执行软件中断SWI 指令和复位指令时，就进入管理模式，在对操作系统运行时工作在该模式下。
1.2 S3C2410微处理器1.2.1 概述S3C2410是韩国三星公司的一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，主要面向手持设备以及高性价比，低功耗的应用。
运行的频率可以达到203MHz。
ARM920T核由ARM9TDMI，存储管理单元（MMU）和高速缓存三部分组成。
其中MMU可以管理虚拟内存，高速缓存由独立的16KB地址和16KB数据高速Cache 组成。
ARM920T有两个协处理器：CP14和CP15。
CP14用于调试控制，CP15用于存储系统控制以及测试控制。
ARM920T体系结构框图图2-1 ARM920T体系结构框图1.2.2 S3C2410微处理器的结构S3C2410内部结构原理内部原理框图如下：图2-2S3C2410内部结构原理ARM 微处理器中共定义了37个编程可见寄存器，每个寄存器的长度均为32位。
微处理器的编程结构
高速缓存（Cache）：高 速缓存是用于存储经常访 问的数据的快速存储器， 以减少对主存的访问时间。
主存储器（Main Memory）：主存储器是 微处理器的主要存储空间， 用于存储程序和数据。
辅助存储器（Secondary Storage）：辅助存储器包 括硬盘、固态硬盘（SSD） 等，用于永久存储大量数 据和程序。
微处理器的历史和发展
微处理器的发展始于20世纪70年代 ，当时Intel公司推出了第一款商用 微处理器4004。
随着技术的不断发展，微处理器的性 能和功能得到了极大的提升，同时价 格也逐步降低，使得微处理器在各个 领域得到了广泛的应用。
微处理器的应用领域
微处理器被广泛应用于计 算机、通信、工业控制、 消费电子等领域。
单元测试和集成测试
编写测试用例，对程序模块进行单元测试和 集成测试，确保程序正确性和稳定性。
性能分析和优化
使用性能分析工具，找出程序瓶颈并进行优 化。
05
微处理器编程的未来发 展
新一代微处理器技术
异构计算
通过集成不同类型和功能的处理器，如CPU、GPU、FPGA等， 实现更高效和灵活的计算能力。
输入/输出结构
01
02
03
输入设备
输入设备用于向微处理器 输入数据，如键盘、鼠标、 触摸屏等。
输出设备
输出设备用于将微处理器 的处理结果输出，如显示 器、打印机等。
中断控制器
中断控制器用于管理输入/ 输出设备与微处理器之间 的通信，实现中断处理。
中断和异常处理
中断
中断是输入/输出设备向微处理器发出的请 求信号，用于通知微处理器对某个事件进行 处理。
03
较低。
编程模型的选择
微处理器概述
每段最大64KB。 4．存储器中保留两个固定的区域，一个是初始化程序区FFFFFH—
FFFF0H，另一个为中断向量表003FFH—00000H。 5．4特权级，在实地址方式下，程序在最高级0级上执行，指令集
除少数指令外，绝大多数指令在实地址方式下都有效。
2022年3月14日星期一1.5 Intel处理器的命源自方法Pentium 处理器号
处理器号如3XX（赛扬系列处理器）、5XX （Pentium 4系列）和7XX（Pentium M系列）等。
处理器号描述了处理器的体系架构、高速缓存、主 频、前端总线以及其它技术。处理器号用于区分某 一处理器家族内部的相关总体特性。
时钟频率
3.80 GHz 3.60 GHz 3.60 GHz 3.40 GHz 3.40 GHz 3.20 GHz 3.20 GHz
3 GHz 3 GHz 3.40 GHz 3.20 GHz 3 GHz 2.80 GHz
前端总线 频率
800 MHz 800 MHz 800 MHz 800 MHz 800 MHz 800 MHz 800 MHz 800 MHz 800 MHz 800 MHz 800 MHz 800 MHz 800 MHz
Cure 2 Duo Xnmmm
X:热功耗E(≥50W);T(25-49W)L(15-24)U(≤14) n:处理器类型(奇数为移动机,偶数为台式机用) mmm:产品型号 如Intel Core 2 Duo E6600;Core 2 Duo T7600
Pentium4系列
处理器号
670 661 660 651 650 641 640 631 630 551 541 531 521
cortexM3
姓名：黄常建班级：硕5106 学号：3115322009ARM微处理器cortex-M3简介前言：之所以会选这款微处理器是因为最近开发蓝牙应用时用到了Soc芯片TI的CC2650，里面包含了cortex-M3和cortex-M0两个微处理器，并且主要是对M3进行开发，所以针对自己之前所了解的信息以及网上的资料对cortex-M3进行一个简单的介绍。
概述：ARM公司于2006年推出了Cortex-M3内核，就在当年ARM公司与其他投资商合伙成立了luminary公司，由该公司率先设计、生产与销售基于Cortex-M3内核的ARM芯片-Stellaris系列ARM。
Cortex_M3内核是整个Cortex内核系列中的微控制器系列（M）内核，还有其他两个系列中的微控制系列（A）与实时控制处理系列（R），这三个系列又分别简称为A、R、M系列，当然这三个系列的内核分别有各自不同的应用场合。
A 部分面向复杂的尖端应用程序，用于运行开放式的复杂操作系统；R部分针对实时系统；M部分为成本控制和微控制器应用提供优化。
Cortex-M3是首款基于ARMv7-M架构的处理器，是专门为了在微控制器，汽车车身系统，工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域实现高系统性能而设计的，它大大简化了可编程的复杂性，使ARM架构成为各种应用方案的上佳选择。
内核构架:基于ARMv7架构的Cortex-M3处理器带有一个分级结构。
它集成了名为CM3Core的中心处理器内核和先进的系统外设，实现了内置的中断控制、存储器保护以及系统的调试和跟踪功能。
这些外设可进行高度配置，允许Cortex-M3处理器处理大范围的应用并更贴近系统的需求。
目前Cortex-M3内核和集成部件已进行了专门的设计，用于实现最小存储容量、减少管脚数目和降低功耗。
Cortex-M3中央内核基于哈佛架构，指令和数据各使用一条总线。
与Cortex-M3不同，ARM7系列处理器使用冯·诺依曼架构，指令和数据共用信号总线以及存储器。
微处理器的主要组成部分
微处理器的主要组成部分（资料来源：中国联保网）微处理器由算术逻辑单元（ALU，Arithmetic LogicalUnit）；累加器和通用寄存器组；程序计数器（也叫指令指标器）；时序和控制逻辑部件；数据与地址锁存器/缓冲器；内部总线组成。
其中运算器和控制器是其主要组成部分.算术逻辑单元算术逻辑单元ALU主要完成算术运算（+，－、×、÷、比较）和各种逻辑运算（与、或、非、异或、移位）等操作。
ALU是组合电路，本身无寄存操作数的功能，因而必须有保存操作数的两个寄存器：暂存器TMP和累加器AC，累加器既向ALU提供操作数，又接收ALU的运算结果。
寄存器阵列实际上相当于微处理器内部的RAM，它包括通用寄存器组和专用寄存器组两部分，通用寄存器（A，B，C，D）用来存放参加运算的数据、中间结果或地址。
它们一般均可作为两个8位的寄存器来使用。
处理器内部有了这些寄存器之后，就可避免频繁地访问存储器，可缩短指令长度和指令执行时间，提高机器的运行速度，也给编程带来方便。
专用寄存器包括程序计数器PC、堆栈指示器SP和标志寄存器FR，它们的作用是固定的，用来存放地址或地址基值。
其中：A）程序计数器PC用来存放下一条要执行的指令地址，因而它控制着程序的执行顺序。
在顺序执行指令的条件下，每取出指令的一个字节，PC的内容自动加1。
当程序发生转移时，就必须把新的指令地址（目标地址）装入PC，这通常由转移指令来实现。
B）堆栈指示器SP用来存放栈顶地址。
堆栈是存储器中的一个特定区域。
它按“后进先出”方式工作，当新的数据压入堆栈时，栈中原存信息不变，只改变栈顶位置，当数据从栈弹出时，弹出的是栈顶位置的数据，弹出后自动调正栈顶位置。
也就是说，数据在进行压栈、出栈操作时，总是在栈顶进行。
堆栈一旦初始化（即确定了栈底在内存中的位置）后，SP的内容（即栈顶位置）使由CPU自动管理。
C）标志寄存器也称程序状态字（PSW）寄存器，用来存放算术、逻辑运算指令执行后的结果特征，如结果为0时，产生进位或溢出标志等。
Cortex-M3体系结构学习笔记-寄存器知识
Cortex-M3体系结构学习笔记-寄存器知识要想了解Cortex-M3体系结构的知识，必须学习一下几个部分：CM3微处理器内核结构，处理器的工作模式及状态，寄存器，总线结构，存储器的组织与映射，指令集，流水线，异常和中断，存储器保护单元MPU。
这篇文章主要是我学习CM3机构寄存器的知识笔记。
Cortex‐M3 处理器拥有R0‐R15 的寄存器组。
其中 R13 作为堆栈指针SP。
SP 有两个，但在同一时刻只能有一个可以看到，这也就是所谓的“banked”寄存器。
CM3寄存器全局图如下所示：1. 通用寄存器通用寄存器包括R0-R12，R0-R7也被称为低组寄存器。
它们的字长全是32位的。
所有指令(包括 16位的和32位的)都能访问他们。
复位后的初始值是随机的。
R8-R12也被称为高组寄存器。
它们的字长也是32位的。
16位的Thumb指令不能访问他们，32位的Thumb-2指令则不受限制。
复位后的初始值也是随机的。
2.堆栈指针R13Cortex‐M3 拥有两个堆栈指针，然而它们是banked，因此任一时刻只能使用其中的一个。
•主堆栈指针（MSP）：复位后缺省使用的堆栈指针，用于操作系统内核以及异常处理例程（包括中断服务例程）•进程堆栈指针（PSP）：由用户的应用程序代码使用。
堆栈指针的最低两位永远是0，这意味着堆栈总是4 字节对齐的。
(在ARM 编程领域中，凡是打断程序顺序执行的事件，都被称为异常(exception)。
除了外部中断外，当有指令执行了“非法操作”，或者访问被禁的内存区间，因各种错误产生的fault，以及不可屏蔽中断发生时，都会打断程序的执行，这些情况统称为异常。
在不严格的上下文中，异常与中断也可以混用。
另外，程序代码也可以主动请求进入异常状态的（常用于系统调用）.)在处理模式和线程模式下，都可以使用MSP，但只能在线程模式下使用PSP。
堆栈与微处理器模式的对应关系如下图所示。
使用两个堆栈的目的是为了防止用户堆栈的溢出影响系统核心代码(如操作系统内核)的运行。
微处理器体系结构及功能模块
第一节 微生物农药
2．真菌杀虫剂
典型的代表是白僵菌杀虫剂。白僵菌是一种广谱寄生的真 菌，广泛地使昆虫致病，由该菌引起的病占昆虫真菌病的 21%左右，能侵染鳞翅目、鞘翅目、直翅目、膜翅目、同翅 目的众多昆虫及螨类。白僵菌接触虫体感染，适宜条件下其 分生孢子萌发长出芽管，并能分泌出几丁质酶溶解昆虫表皮 ，使菌丝侵入体内生长繁殖，并产生毒素（白僵菌素）和草 酸钙结晶，从而使昆虫细胞组织破坏和代谢机能紊乱，最后 虫体上生出白色的棉絮状菌丝和分生孢子梗及孢子堆，整个 虫体水分被菌吸收变成白色僵尸，白僵菌因此而得名。
第一节 微生物农药
1．细菌杀虫剂
苏云金芽孢杆菌杀虫剂，简称Bt杀虫剂，是当今使用最广 泛和产量最大的细菌杀虫剂。它是由昆虫病原细菌苏云金杆 菌的发酵产物加工而成，能防治直翅目、鞘翅目、双翅目、 膜翅目等上百种害虫，如稻纵卷叶螟、棉铃虫、茶毛虫、玉 米螟等。苏云金芽孢杆菌杀虫剂之所以成为目前产量最大、 应用最广、深受欢迎的农药，除其杀虫效果好外，更重要的 是对人、畜无伤害；对植物不产生药害，不影响农作物的色 、香、味；也不伤害害虫的天敌和有益的生物，能保持使用 环境的生态平衡；对土壤、水源、空气环境不造成污染，有 利于社会经济的持续发展。
3次指令，2次数据
1次指令，2次数据
若存储器速度为系统瓶颈，则应采用微码CPU
几个概念
1. 中央处理单元 控制器、运算器、寄存器
Central Processing Unit, CPU
2. 微处理器
单
片
Micro Processing Unit, MPU
芯 片
3. 微控制单元
Micro Control Unit, MCU
第一节 微生物农药
苏云金芽孢杆菌能在细胞内形成杀虫的伴胞晶体和水溶性 的外毒素（苏云金素）。伴胞晶体被敏感性昆虫的幼虫吞食 后，在其碱性的中肠溶解成原毒素，并进而在昆虫肠道被蛋 白酶水解激活，产生毒素核心片段（δ内毒素）。它与中肠 上皮细胞膜上的特异受体结合，能快速并不可逆地插入细胞 膜，形成孔洞，从而破坏细胞的膜结构与渗透吸收特性，使 中肠上皮细胞裂解崩溃，最终导致昆虫的死亡。
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通常在信号名称加 上划线（如：MX）或星号（如：MX*） 表示低电平有效
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8086/8088微处理器的引脚信号与功能
8086/8088有两种工作模式： 最小模式 只有一8086/8088CPU，所有的总线控制信号都 由8086/8088产生，因此系统中的总线控制电路 最少。 最大模式 有两个或两个以上的CPU，一个为主CPU 8086/8088，另一个为协CPU 8087/8089。 8086/8088工作在何种模式完全由硬件决定
进位标志CF（Carry Flag）
当结果的最高位（字节操作时的D7或字操作时的D15、 双字操作的D31）产生一个进位或借位，则C＝1，否 则为0。这个标志主要用于多字节数的加、减法运算。 移位和循环指令也能够把存储器或寄存器中的最高位 （左移时）或最低位（右移时）放入标志CF中。
奇偶标志PF（Parity Flag）
计算机硬件技术基础
徐彬 hardwarebasic@
8086／8088微处理器的内部功能结构
通用寄存器 地址总线 （２０位）
AX BX CX DX
AH BH CH DH
AL BL CL DL SP BP DI SI
ALU数据址总线 （１６位）
数据总线 （１６位）
CS DS SS ES IP 内部寄存器
若操作结果中“1”的个数为偶数，则PF＝1，否则PF ＝0这个标志可用于检查在数据传送过程中是否发生错 误。
辅助进位标志AF（Auxiliary Flag）
在字节操作时，则由低半字节（一个字节的低4位）向 高半字节有进位或借位，则AF＝1，否则为0。这个标 志用于十进制算术运算指令中。
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8086／8088微处理器的编程结构
零标志ZF（Zero Flag）
若运算的结果为0，则ZF＝1，否则ZF＝0
符号标志SF（Sign Flag）
它的值与运算结果的最高位相同。即结果的最高位 （字操作时为D15）为1，则SF＝1；否则，SF＝0。
溢出标志OF（Overflow Flag）
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8086／8088微处理器的编程结构
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8086/8088微处理器的引脚信号与功能
8086是Intel系列的16位微处理器，芯片上有2.9万个 晶体管，采用 HMOS工艺制造，用单一的+5V电源， 时钟频率为5MHz~10MHz。8086有16根数据线和20 根地址线，它既能处理16位数据，也能处理8位数据。 可寻址的内存空间为1MB。 在8086推出不久，Intel推出了8088，和8086的区别 是外部数据总线宽度不同。
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8086/8088微处理器的引脚信号与功能
GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8086 11 12 CPU 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC(+5V) AD15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 BHE/S7 MN/MX RD HOLD(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1) WR(LOCK) M/IO(S2) DT/R(S1) DEN(S0) ALE(QS1) INTA(QS0) TEST READY RESET GND A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8088 11 12 CPU 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC(+5V) A15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 SS0(HIGH) MN/MX RD HOLD(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1) WR(LOCK) M/IO(S2) DT/R(S1) DEN(S0) ALE(QS1) INTA(QS0) TEST READY RESET
跟踪（陷阱）标志TF（Trap Flag）
TF=1，使处理进入单步方式，以便于调试。在这个方 式下，CPU在每条指令执行以后，产生一个内部的中 断，允许程序在每条指令执行完以后进行检查。
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8086／8088微处理器的编程结构
段寄存器
设计段寄存器的目的是为了对存储器进行分段。一个 程序可以包含4个段，分别为代码段、数据段、堆栈段 和附加段。 代码段寄存器CS用来存放程序当前使用的代码段的段 地址，CPU执行的指令从代码段取得； 堆栈段寄存器SS用来存放程序当前所使用的堆栈段的 段地址，堆栈操作的数据放在堆栈段中； 数据段寄存器DS用来存放程序当前使用的数据段的段 地址，一般程序所用的数据存放在数据段中； 附加段寄存器ES用来存放程序当前使用的附加段的段 地址，附加段通常也用来存放数据；
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8086/8088微处理器的引脚信号与功能
1. 数据和地址引脚
A19/S6～A16/S3（Address/Status） 地址/状态分时复用引脚，输出、三态 这些引脚在访问存储器的第一个时钟周期输出高4 位地址A19～A16 在访问外设的第一个时钟周期全部输出低电平无效 其他时间输出状态信号S6～S3
地址指针寄存器
用来指示存取位于当前堆栈段中的数据所在的地址。 堆栈指针寄存器SP（Stack Pointer）指示当前堆栈的 栈顶偏移地址 基址指针寄存器BP（Base Pointer）指示堆栈段中某 一块数据区的首地址
变址寄存器
用于存放当前数据串的偏移地址 源变址寄存器SI（Source Index）存放源数据串的偏 移地址 目标变址寄存器DI（Destination Index）存放目的数 据串的偏移地址
在算术运算中，带符号数的运算结果超出了8位、16位 带符号数能表达的范围，即在字节运算时＞+127或＜ －128，在字运算时＞+32767或＜－32768此标志=1， 否则=0。
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8086／8088微处理器的编程结构
6个状态标志的判断
例： （5394H) + (-777FH) [5394H]补 + [-777FH]补 ----------------------+ [-23EBH]补
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8086／8088微处理器的编程结构
在8086/8088内部共有14个16位寄存器，按功能可分 为3类：
通用寄存器
• 数据寄存器AX、BX、CX、DX • 指针寄存器SP、BP • 变址寄存器SI、DI
控制寄存器
• 指令指针寄存器IP • 标志寄存器FLAGS
段寄存器
• • • •
暂存器
总线 ８０８６总线 控制 电路 （16位数据线）
指令队列 ALU EU控制器 队列总线 标志寄存器 指令执行单元 （８位）
1 2 3 4 5 6
EU
总线接口单元
BIU
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8086CPU内部结构框图
8086／8088微处理器的内部功能结构
8086/8088从功能上讲，内部结构可分为两个独立部 分，即总线接口单元（Bus Interface Unit，BIU） 和执行单元（Execution Unit，EU）。 BIU的功能是负责完成CPU与存储器或I/O端口之间的 信息传送。即负责从内存预取指令送到指令队列缓冲 器；在CPU执行指令时，BIU要配合执行单元EU对指 定的内存单元或I/O端口存取数据。 EU的功能只是负责指令的执行，执行的指令从BIU的 指令队列缓冲器取得，指令执行的结果或执行指令所 需要的数据，都由EU向BIU发出请求，再由BIU对存 储器或I/O端口进行存取。
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8086/8088微处理器的引脚信号与功能
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8086／8088微处理器的编程结构
指令指针寄存器IP（Instruction Pointer）
在CPU正常运行时，IP中BIU要取的下一条指令的偏移 地址。IP在程序运行中能自动加1修正，使之始终指向 下一条指令。
标志寄存器FLAGS
又称为处理器状态字（Processor States Word， PSW） FLAGS只用了9位，即6个状态标志位和3个控制标志 位 状态标志位反映算术或逻辑运算后结果的状态 控制标志位用来控制CPU的操作
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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8086／8088微处理器的编程结构
方向标志DF（Direction Flag）
DF＝1，则引起串操作指令为自动减量指令，也就是 从高地址到低地址或是“从右到左”来处理串；若使 DF＝0，则串操作指令就为自动增量指令。
中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）
IF＝1，则允许CPU去接收外部的可屏蔽的中断请求； 若使IF＝0，则屏蔽上述的中断请求；对内部产生的中 断不起作用。
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8086／8088微处理器的编程结构
FLAGS寄存器示意图
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14
13
12
11
OF
10
DF
9
IF
8
TF
7
SF
6
ZF
5
4
AF
3
2
PF
1
0
CF
方向标志 控 制 标 志 中断标志 跟踪标志
(Trace Flag)
进位标志 奇偶标志 半进位标志 零标志
状 态 标 志