微处理器分类和应用
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。
CPU;MPU;MCU三者,以及ARM,DSP,FPGA三者的区别
CPU ⇒MPU ⇒MCU1 CPU（Central Processing Unit,中央处理器） (1)1.1 CPU的组成 (1)1.2 CPU的工作原理 (1)2 MPU（Microprocessor Unit,微处理器） (3)2.1 MPU的组成 (3)2.2 MPU的分类 (3)2.3 MPU的体系结构：冯.诺伊曼结构和哈佛结构 (3)2.4 MPU的典型代表:DSP（Digital Signal Processor,数字信号处理器） (4)3 MCU（Microcontroller Unit,微控制器/单片机） (5)3.1 MCU的概念 (5)3.2 MCU的概述 (5)3.3 MCU的分类 (6)3.4 MCU的架构:CISC架构和RISC架构 (6)3.5 常见的MCU (6)3.6 MCU的典型代表:ARM (9)4 CPLD（Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件) (10)5 FPGA（Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列） (10)6 DSP,ARM,FPGA的区别 (10)1 CPU（Central Processing Unit,中央处理器）中央处理器（CPU）是电子计算机的主要器件之一，其功能主要是解释计算机指令及处理计算机软件中的数据。
1.1 CPU的组成CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
运算器：进行算术运算和逻辑运算(部件:算数逻辑单元、累加器、寄存器组、路径转换器、数据总线)。
控制器：控制程序的执行,包括对指令进行译码、寄存，并按指令要求完成所规定的操作，即指令控制、时序控制和操作控制。
复位、使能(部件:计数器、指令暂存器、指令解码器、状态暂存器、时序产生器、微操作信号发生器)。
寄存器：用来存放操作数、中间数据及结果数据。
1.2 CPU的工作原理CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，将指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作，从而完成一条指令的执行。
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。
微型计算机原理与应用三
3.3 8086的寄存器结构
8086CPU内部具有14个16位寄存器，用于 提供运算、控制指令执行和对指令及操作数寻 址，也就是以前提到的工作寄存器组，基本分 为通用寄存器组、控制寄存器组和段寄存器组。
• 通用寄存器组
8个16位通用寄存器组分为两组：数据寄 存器及地址指针和变址寄存器。
1. 数据寄存器
数据寄存器包括AX、BX、CX和DX。在指 令执行过程中既可用来寄存操作数，也可用于 寄存操作的结果。它们中的每一个又可将高8 位和低8位分成独立的两个8位寄存器来使用。 16位寄存器可以用来存放数据，又可以用来存 放地址。而8位寄存器(AH、AL、BH、BL、CH 、CL、DH和DL)只能用于存放数据。
A L U
标志寄存器
执行 控制
电路
指令对列
1
2
3
4
8086为 6 字节
执行单元（EU）
总线接口单元
（BIU）
• 总线接口单元(BIU)
BIU包括４个段寄存器、指令指针IP(PC)、 指令队列寄存器(IR)、完成与EU通讯的内部寄 存器、地址加法器和总线控制逻辑。它的任务 是执行总线周期，完成CPU与存储器和I/O设备 之间信息的传送。具体地讲，就是取指令时， 从存储器指定地址取出指令送入指令队列排队； 执行指令时，根据EU命令对指定存储单元或I/O 端口存取数据。
决定I/O地址空间的容量。例如在8086CPU系统 中，地址总线的条数为20条，则存储器的最大 容量为220，即1MB字节；它的地址总线的低16 位用来对I/O端口编址，则I/O地址空间的容量为 216，即64K个I/O端口地址。
• 存储器和I/O端口的组织
地址 存储器中的字节 0 1
接 口 CPU 数 据 线 控 制 线 地 址 线 高位决定模块 I/O接口 I/O端口 I/O设备 01
微处理器的原理与应用
微处理器的原理与应用1. 引言微处理器（Microprocessor），又称CPU（Central Processing Unit），是计算机的核心部件，负责执行计算机指令并处理数据。
微处理器的原理及其应用广泛应用于现代计算机系统、嵌入式系统以及各类电子设备中。
本文将介绍微处理器的原理和应用，并探讨其在现代科技领域的重要性。
2. 微处理器的原理微处理器是由大量的晶体管组成的集成电路，通过电子信号的控制来实现数据的计算和处理。
微处理器的原理主要包括指令集架构、运算单元、控制单元和存储器等几个核心方面。
•指令集架构：微处理器通过指令集架构来定义其支持的指令和数据格式。
常见的指令集架构包括x86、ARM等，不同的架构对应不同的指令集和寄存器组织方式。
•运算单元：微处理器的运算单元负责执行算术和逻辑运算。
它包括算术逻辑单元（ALU）和浮点运算单元（FPU），能够完成加减乘除等基本运算。
•控制单元：微处理器的控制单元负责解析和执行指令序列。
它包括指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和指令解码器等组件，能够将指令翻译为对应的控制信号，驱动运算单元和存储器进行数据处理。
•存储器：存储器是微处理器的重要组成部分，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储数据和程序，而ROM中存储了微处理器的固件和指令集。
3. 微处理器的应用微处理器的应用已经渗透到各个领域，包括个人电脑、服务器、手机、智能家居、汽车等等。
下面将以几个典型的应用领域为例进行介绍。
3.1 个人电脑个人电脑（PC）是微处理器最常见的应用之一。
微处理器在个人电脑中扮演着核心的角色，负责执行和处理用户的指令和数据。
随着技术的发展，个人电脑的处理能力越来越强大，微处理器的性能也得到了持续的提升。
3.2 嵌入式系统嵌入式系统是指把微处理器嵌入到各种电子设备中，以实现特定功能的电子系统。
例如，智能手机、智能手表、家用电器等都使用了微处理器来实现各种功能。
第2章 ARM微处理器概述
本章目标
ARM微处理器的应用与选型
ARM微处理器的数据类型和工作状态 ARM微处理器工作模式 ARM微处理器的寄存器
2.1 ARM微处理器概述
问题
ARM微处理器有哪些技术特点，其应用在哪些领
域？
重点
ARM微处理器的技术特点。
内容
ARM微处理器的技术特点和其应用领域。
ARM 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。
网络系统：
随着宽带技术的推广，采用ARM 技术的ADSL 芯片正逐
步获得竞争优势。此外，ARM 在语音及视频处理上行了 优化，并获得广泛支持，也对DSP 的应用领域提出了挑 战。
消费类电子产品：
ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和
2.2.2 ARM体系结构版本
任务：了解ARM体系结构的各个 版本及其特点
ARM指令集体系结构，从最初开发至今已有
了重大改进，而且将会不断完善和发展。为 了精确表达每个ARM实现中所使用的指令集， 到目前ARM体系结构共定义了6个版本，各 版本特点如下：
Version 1（v1）
基本数据处理指令（不包括乘法指令）；
Version 3（v3）
该版本推出32位寻址能力，主要结构扩展变化为： 32 位地址总线，但除版本3G（版本3的一个变种）外其他版本是向前兼 容的，支持26 位地址总线； 当前程序状态信息从原来的R15移到一个新的寄存器CPSR（Current Program Status Register，当前程序状态寄存器）中； 增加了SPSR（Saved Program Status Register，备份程序状态寄存 器），用于在程序异常中断程序时，保存被中断程序的程序状态； 增加了两种处理器模式，使操作系统代码可以方便地使用数据访问中止 异常、指令预取中止异常和未定义指令异常； 增加了指令MSR和MRS，用于访问CPSR和SPSR； 增加了原来的从异常返回的指令。
七年级上册微机知识点
七年级上册微机知识点一、微机的基本概念微机是由微处理器、存储器、输入输出设备、总线和通信设备组成的计算机系统。
微机是个人计算机(PC)的前身，它具有体积小，价格低，易于使用等特点，因此广受欢迎。
二、微机的分类1.按处理器位宽分类目前常用的微机处理器位宽有8位、16位、32位和64位等，不同位宽的微机具有不同的性能和应用范围。
2.按用途分类按用途分类主要有通用微机、工业控制微机、单片机、嵌入式微机、服务器等。
三、微机的组成1.微处理器微处理器是微机的主要处理器件，也是控制执行所有程序的核心部件。
常见的微处理器有英特尔(INTEL)公司的Pentium、AMD公司的Athlon 等。
2.存储器存储器是计算机中的重要组成部分，分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
RAM是指临时存储器件，存储在其中的数据会随着计算机的关闭而消失；ROM是指只读存储器件，存储在其中的数据不会被修改或删除。
3.输入输出设备输入输出设备主要由键盘、鼠标、显示器、打印机等组成，它们用来输入和输出计算机需处理的信息。
如今，随着科技的发展，还有更多的输入输出设备，如触摸屏、扫描器、数码相机等。
4.总线总线是各个部件之间传输数据的通道，分为数据总线、地址总线和控制总线三种类型，它们共同组成了微机中的总线系统。
5.通信设备通信设备是微机联网时使用的设备，例如网卡、调制解调器等。
通信设备能够实现微机之间、微机与网络之间的信息传输。
四、微机的使用微机的使用非常广泛，如办公、学习、娱乐、设计制图、数学计算等。
微机正渗透到人们的日常生活和工作中，不断地改变着我们的世界，让人们拥有更多的便利和乐趣。
五、微机的维护维护是保持微机良好运行的基础，如清理计算机、杀毒、更新操作系统等。
要注意实时更新杀毒软件，防止病毒入侵，保障计算机的安全运行。
六、小结微机是计算机科技的重要发展方向之一，它不仅扩大了人类对信息的接触范围，也改变了人们的生活方式。
微处理器系统设计与应用
微处理器技术的不断进步，推动了电子信息产业 的升级，为各行各业的数字化转型提供了强大的 技术支持。
社会影响
微处理器广泛应用于智能终端、物联网、云计算 等领域，极大地改变了人们的生活方式和社会生 产模式。
对未来微处理器系统设计与应用的展望
更高效能
随着半导体工艺的持续进步，未来微处理器将具备更高的 运算效能和能效比，满足更复杂、更智能的应用需求。
网络通信
物联网设备之间需要进行数据传 输和通信，微处理器需要支持多 种通信协议（如Wi-Fi、蓝牙、 ZigBee等），以便设备能够与互 联网和其他设备进行连接和交互 。
04 微处理器未来发展趋势
微处理器技术发展方向
01
02
03
更高性能
随着技术的进步，微处理 器将具备更高的运算速度 和更低的功耗，以满足不 断增长的计算需求。
微处理器系统性能优化
流水线优化
通过优化流水线的调度和管理 ，可以提高处理速度。
缓存优化
通过合理使用缓存，可以减少 对内存的访问时间，提高处理 速度。
并行计算
通过使用多核处理器或多线程 技术，可以实现并行计算，提 高处理速度。
功耗优化
通过降低功耗和提高能效，可 以延长微处理器的使用寿命和
降低运行成本。
物联网中的微处理器应用
物联网设备
微处理器在物联网设备中发挥着 重要作用，如智能家居设备、智 能穿戴设备、智能农业设备等。 这些设备通过微处理器实现智能 化控制和数据处理，提高了设备 的便利性和功能性。
低成本与低功耗
在物联网设备中，成本和功耗是 重要的考虑因素。低成本和低功 耗的微处理器能够降低设备的生 产成本和维护成本，提高设备的 续航能力。
微处理器
微处理器已经无处不在，无论是录像机、智能洗衣机、移动**等家电产品，还是汽车引擎控制，以及数控机 床、导弹精确制导等都要嵌入各类不同的微处理器。微处理器不仅是微型计算机的核心部件，也是各种数字化智 能设备的关键部件。国际上的超高速巨型计算机、大型计算机等高端计算系统也都采用大量的通用高性能微处理 器建造。
微处理器
计算机的运算核心和控制核心
01 综述
03 的分类
目录
02 内部结构 04 发展历程
05 组成
07 其他发展
目录
06 AMDCPU 08 中国研发
微处理器是由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的 功能。
微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控 制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。
第三阶段（1978—1984年）即16位微处理器。1978年，Intel公司率先推出16位微处理器8086，同时，为了 方便原来的8位机用户，Intel公司又提出了一种准16位微处理器8088。
8086微处理器最高主频速度为8MHz，具有16位数据通道，内存寻址能力为1MB。同时英特尔还生产出与之相 配合的数学协处理器i8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集，但i8087指令集中增加了一些专门用于对数、指 数和三角函数等数学计算的指令。人们将这些指令集统一称之为 x86指令集。虽然以后英特尔又陆续生产出第二 代、பைடு நூலகம்三代等更先进和更快的新型CPU，但都仍然兼容原来的x86指令，而且英特尔在后续CPU的命名上沿用了原 先的x86序列，直到后来因商标注册问题，才放弃了继续用阿拉伯数字命名。
微处理器实习报告
一、实习背景随着科技的飞速发展，微处理器作为计算机系统的核心部件，其性能和功能日益受到重视。
为了更好地了解微处理器的原理和应用，我于2023年在XX科技有限公司进行了为期一个月的微处理器实习。
通过这次实习，我对微处理器的架构、设计、编程以及在实际应用中的性能优化有了更加深入的认识。
二、实习内容1. 微处理器基础知识学习实习初期，我重点学习了微处理器的基本概念、发展历程、分类以及常见型号。
通过查阅资料、参加培训课程，我对微处理器的基本原理有了初步了解，包括指令集、寄存器、总线、缓存等。
2. 微处理器架构分析在实习过程中，我深入研究了不同类型的微处理器架构，如CISC（复杂指令集计算）、RISC（精简指令集计算）以及ARM架构。
通过对这些架构的对比分析，我认识到不同架构在性能、功耗、成本等方面的差异，为后续设计工作提供了理论依据。
3. 微处理器编程实践为了提高实际操作能力，我参与了微处理器编程实践。
在导师的指导下，我使用C语言编写了简单的微处理器程序，实现了对寄存器、内存、I/O端口等资源的操作。
通过实践，我掌握了微处理器编程的基本技巧，为后续开发工作打下了基础。
4. 微处理器性能优化在实习后期，我参与了微处理器性能优化项目。
通过分析程序运行过程中的瓶颈，我提出了相应的优化方案，包括指令重排、流水线优化、缓存优化等。
在实际操作中，我使用编译器优化工具和调试工具对程序进行了优化，有效提升了程序性能。
5. 项目总结与汇报在实习的最后阶段，我对实习期间参与的项目进行了总结，撰写了项目报告。
在导师的指导下，我进行了项目汇报，展示了实习成果。
通过这次汇报，我巩固了所学知识，提高了自己的表达能力。
三、实习收获1. 知识层面：通过实习，我对微处理器的原理、架构、编程以及性能优化等方面有了全面的认识，为今后的工作打下了坚实的基础。
2. 技能层面：在实习过程中，我掌握了微处理器编程、调试、优化等技能，提高了自己的实际操作能力。
cpu基础知识及分类
二、CPU基本结构
CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及 状态的总线构成 运算逻辑部件：运算逻辑部件，可以执行定点或浮点算术运算操作、 移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换 寄存器部件：包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器，分别用于 保存指令中的寄存器操作数和操作结果；执行一些特殊操作；用来指 示机器执行的状 控制部件：要负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的 各个操作的控制信号
与双核心系统相比，四核计算机在高负载情况下的耗电与热度要略高 一些，但在正常情况下大多数四核处理器的功耗要低于双核处理器的 功耗，并且获得较高的性能提升
物理四核相对于物理双核提升的幅度最大值为80%左右，超线程四核 相对于物理双核提升的最大幅度为40%左右，两者的提升幅度相差约 为一倍
九、三核CPU
五、CPU的相关指标
1、主频、外频和倍频
主频：CPU运算时的工作频率
外频：系统总线的工作频率 倍频：cpu外频与主频相差的倍数（主频=外频*倍数）
2、内存总线速度 指CPU二级高速缓存和内存之间的通信速度（二级（L2）缓存是为协调内存和 CPU的运行速度的）
3、地址总线宽度 地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间 4、工作电压
CPU正常工作所需的电压
5、超标量 一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令 6、L1高速缓存：一级高速缓存，CPU内置高速缓存可以提高运行效率
7、前端总线(FSB)频率
前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度 外频与前端总线(FSB)频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外 频是CPU与主板之间同步运行的速度
微型计算机原理与应用第3章微机系统中的微处理器
n位，
则可有2n个地址(0～2n-1)。对于单地址空间的微处理器， 若
地址总线的数目为n字节。
第3章 微机系统中的微处理器
第3章 微机系统中的微处理器
对于存储器和I/O地址空间独立的微处理器来说，地址总线 的条数决定了存储器地址空间的容量，而地址总线中用于I/O 端口编址的条数决定I/O地址空间的容量。通常 8 位微处理器 (如 8080 CPU和Z80 CPU)的地址总线为 16条，这就意味着存 储器最大容量为216(65536)字节，地址总线的低 8 位用来对 I/+O端口编址，所以I/O地址空间容量为28(256)字节。16 位微 处理器，如 8086 CPU地址总线 20 条，存储器的最大容量为：
第3章 微机系统中的微处理器
工作寄存器：暂存用于寻址和计算过程的信息。工作寄存 器分为两组：数据寄存器组和地址寄存器组。但有的寄存器兼 有双重用途。数据寄存器用来暂存操作数和中间运算结果。由 于通过外部总线的传送操作是限制计算速度的主要因素，存取 寄存器要比访问存储器快得多，所以如要对一组数据执行几种 操作时，最好将数据存入数据寄存器，进行必要的计算，然后 将结果送回存储器。一般情况下，CPU所含的数据寄存器越多， 计算速度越快。地址寄存器组用于操作数的寻址。寻址方式通 常有：指令所处理的数据是指令的一部分，操作数的地址是指 令的一部分，操作数在寄存器中，操作数的地址在寄存器中， 或者操作数的地址可以是指令的一部分与一个或两个寄存器内 容之和。 这些寻址方式中，有几种寻址方式都是把操作数的地 址的全部或部分存放在地址寄存器中，这就增加了寻址方式的 灵活性，也为处理数组元素提供了方便。这些问题将在本章 3.6 节和第 4 章进一步说明。
某些微处理器用单地址空间。 某些微处理器用单地址空 间(即对存储单元和I/O端口统一编址)来对存储器单元和I/O端 口进行存取，读写控制信号用来区分CPU是进行读(输入)操作 或写(输出)操作。这种方式下， 对存储单元和I/O端口的存取 指令是一样的。而大多数微处理器则是有两个独立的地址空 间， 即存储器地址空间和I/O地址空间。此时，某存储单元和 I/O端口可能对应于同一地址。在这种情况下，则必须利用地 址总线和控制总线中的某些控制线一起共同确定CPU访问存 储器地址空间和I/O地址空间中的哪个地址空间。例如用存储 器读写信号和I/O读写信号分别控制对同一地址的存储器单元 和I/O端口进行存取操作。显然，该方式下对存储器读写指令 和对I/O端口输入输出指令是不同的。
嵌入式微处理器的分类
嵌入式微处理器的分类
什么是嵌入式微处理器？
嵌入式微处理器是一种由内置单片机的微型计算机，这种集成的单片机可以直接安装于普通的电子设备中，提供嵌入式控制功能，它们完全由软件来控制。
这些微处理器通常具有快速的处理能力，并带有嵌入式的外设，能够将计算机的功能植入到可移植设备当中，实现对多功能电子产品的整体控制。
嵌入式微处理器分类
嵌入式微处理器可以分为以下几种：
1、 8位微处理器：这类微处理器是8位指令操作的，数据宽度为8位，具有较少内存容量、低功耗、低成本和简单模块化的特点。
它们通常用于家用电器和自动控制中。
2、 16位微处理器：16位微处理器对指令有更高的处理能力，指令和数据均为16位，多用于工控系统、信号处理系统中，常用于多类型设备的自动化控制、软件开发等领域。
3、 32位微处理器：32位微处理器使用32位指令和数据宽度，它们更快、更强大，一般用于工业、商业、家用自动控制系统。
4、 64位微处理器：这类微处理器使用64位指令和数据宽度，具有极高的运算性能和网络数据处理能力，常用于图形处理、数字信号处理、科学计算以及各类嵌入式控制系统中。
- 1 -。
CPU卡分类以及应用方面
CPU卡分类以及应用方面本文由联合智能卡编辑在具体的应用系统中，要求智能卡内部不仅能存储信息数据，还能对数据进行复杂的运算。
例如，对数据进行加密运算，与智能卡读卡器、智能卡使用者等多方进行安全认证等。
随着微电子技术的发展，在IC卡中嵌入中央处理器(CPU)已成为可能，配合卡中的ROM(用于存储指令代码)、RAM(随机存储器)、EEPROM(作为用户数据存储器)，一张IC卡即构成了一台便携、微型、抗损的计算机。
这样，整个卡系统的安全性有了质的飞跃，可以有效地防止伪造，完全能满足储蓄/信用卡和其他对安全性要求较高的应用场合的要求。
由于卡中嵌入了带有CPU的微芯片，因此这种IC卡被称为智能卡或微处理器卡(CPU 卡)。
根据卡与外界数据传送形式分为：接触式CPU卡、非接触式CPU 卡。
接触式CPU卡为保证通信和数据交换的安全与可靠，其产生的电信号必须满足严格的时序要求。
接触式CPU卡通过其表面有形的金属电极触点将卡的集成电路与外部接口电路直接接触连接，由外部接口电路提供卡内集成电路工作的电源，然后进行数据读写。
卡片内封装的集成电路芯片，可以纪录并刷新所存内容。
非接触cpu卡卡内集成电路中包括中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）以及片内操作系统COS等主要部分，犹如一台超小型电脑。
具有信息量大、防伪安全性高、可脱机作业，可多功能开发等优点。
CPU卡采用强大而稳定的安全控制器，增强了卡片的安全性。
非接触CPU卡采用了无线传输的方式，通过射频方式获取能量和数据信号，能满足快速交易的要求（如公交的快速通过）。
由于CPU卡具有以上无可比拟的优点，非常适用于电子钱包、电子存折、公路自动收费系统、公共汽车自动售票系统、社会保障系统、IC卡加油系统、安全门禁等等众多的应用领域。
CPU卡将逐步取代逻辑加密卡而成为IC卡的主要选型。
在M1卡被破解的形势下，采用CPU卡取代M1卡是解决M1卡危机的最终解决方案。
微处理器系统原理与应用
计算机系统结构
计算机系统结构是计算机科学的一个 重要分支，主要研究计算机硬件和软 件的组成、设计和实现。微处理器作 为计算机系统的核心部件，是计算机 系统结构的重要组成部分。
功耗、成本等因素。
设计合理的存储器层次 结构，包括高速缓存、 主存和辅助存储器等。
输入输出接口
设计合适的输入输出接 口，以满足与外部设备
的通信需求。
总线设计
设计高效的总线结构， 实现微处理器与各模块
之间的数据传输。
软件设计
操作系统
选择或设计适用于微处理器的操作系统，管 理硬件资源、调度任务等。
调试工具
VS
微处理器的发展推动了计算机系统结 构的不断演进。随着技术的进步，微 处理器的性能不断提高，功能越来越 强大，使得计算机系统的性能和功能 也得到了极大的提升。
人工智能与机器学习
人工智能和机器学习是当前计算机科学领域最热门的研究方向之一，它们的目标是让计算机能够像人 类一样具有智能和学习能力。微处理器作为人工智能和机器学习应用的硬件基础，发挥着至关重要的 作用。
微处理器的发展历程
01
1970年代初，微处理器诞生，如Intel 4004，主要用于计算器和控制 器。
02
1980年代，随着8位和16位微处理器的出现，微处理器开始广泛应用 于家用电器、工业控制等领域。
03
1990年代，32位微处理器逐渐成为主流，如Intel Pentium系列，广 泛应用于个人计算机和服务器。
04
进入21世纪，64位微处理器和多核处理器成为趋势，广泛应用于高 性能计算、云计算等领域。
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微处理器(Processor)分类和应用处理器的简史 (2)计算机系统简介 (2)系统是一种根据固定的计划、程序或者规则进行工作，组织或者执行一项或多项任务的组织结构。
(2)而计算机系统是一个包含以下或者更多硬件组成部分，可以完成种类多样的特定任务的组织结构。
(2)（1）：微处理器 (2)（2）：存储器 (2)（a）：主存储器（半导体存储器—RAM、ROM、以及可快速访问的高速缓存） (2)（b）：辅助存储器(硬盘，光存储器等) (2)（3）：输入单元，开关，鼠标等 (2)（4）：输出单元，LED，显示器等 (2)系统中的处理器 (3)1．处理器的结构 (3)2．处理器的内部构造 (5)3．通用处理器的分类介绍 (6)4．处理器周边硬件电路介绍 (9)5．处理器的结构单元 (11)随着时代的发展，我们的生活与电子产品的联系越来越密切。
今天，微处理器已经无处不在，无论是录像机、智能洗衣机、移动电话等家电产品，还是汽车引擎控制，以及数控机床、导弹精确制导等都要嵌入各类不同的微处理器。
微处理器不仅是微型计算机的核心部件，也是各种数字化智能设备的关键部件。
国际上的超高速巨型计算机、大型计算机等高端计算系统也都采用大量的通用高性能微处理器建造。
处理器的简史：计算机系统的思想并不是新的，远在公元前500年巴比伦人发明了用串珠实现计算功能的工具用来管理粮食。
1889年，Herman Hollerith研制了存储数据的穿孔卡片和使用卡片的计算器。
这引起了英国政府的兴趣，并使用此工具存储了1890年的人口普查的数据。
1896年Hollerith创建的Tabulating Machine Company, 经过多次合并后成为了现在的I nternational B ossiness M achines Corporation, 现在称为IBM.第一台通用可编程计算机是由宾西法尼亚大学研制的ENIAC.1971年，英特尔公司推出了世界上第一款微处理器4004。
4位微处理器。
随后英特尔又推出了8008。
1974年，8008发展成8080,成为第二代微处理器。
8080作为代替电子逻辑电路的器件被用于各种应用电路和设备中，如果没有微处理器,这些应用就无法实现。
1985年10月17日，英特尔划时代的产品——80386DX正式发布了，其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz，最后还有少量的40MHz产品。
2000年英特尔公司发布基于超线程技术的奔腾4处理器。
尽管不是真正意义上的双核，但这种开创性的理念拉开了多核时代的大幕。
计算机系统简介系统是一种根据固定的计划、程序或者规则进行工作，组织或者执行一项或多项任务的组织结构。
而计算机系统是一个包含以下或者更多硬件组成部分，可以完成种类多样的特定任务的组织结构。
（1）：微处理器（2）：存储器（a）：主存储器（半导体存储器—RAM、ROM、以及可快速访问的高速缓存）（b）：辅助存储器(硬盘，光存储器等)（3）：输入单元，开关，鼠标等（4）：输出单元，LED，显示器等小型计算机系统硬件构成系统中的处理器1．处理器的结构处理器(processor)是计算机系统中的核心。
绝大多数处理器的硬件设计主要是基于以下两种结构:冯.诺伊曼结构与哈佛结构。
冯.诺伊曼结构冯.诺伊曼结构主要有以下3个关键概念： （1）：数据与指令存储在单一的读写存储器中； （2）：存储器的内容通过位置寻址，而不考虑它容纳的数据是什么； （3）：以顺序的形式从一条指令到下一条指令来（除了使用跳转指令）执行。
在典型情况下，完成一条指令需要3个步骤，即：取指令、指令译码和执行指令。
对冯.诺曼结构处理器，由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，经由同一总线传输，因而它们无法重叠执行，只有一个完成后再进行下一个。
输出设备驱动电路处理器程序存储器和数据存储器定时器MPU 串口中断控制器总线控制器输入设备驱动电路电源回路，Reset 回路系统专用电路ASIC哈佛结构哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。
中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。
哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。
其程序指令和数据指令分开组织和存储的，执行时可以预先读取下一条指令。
哈佛结构的目的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。
其主要的架构为哈佛结构哈佛结构使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。
后来，又提出了改进的哈佛结构改进型哈佛结构改进型哈佛结构使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存，以便实现并行处理；具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线，利用公用地址总线访问两个存储模块（程序存储模块和数据存储模块），公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输；两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。
冯.诺伊曼结构与哈佛结构效率比较：冯.诺伊曼结构执行指令哈佛结构执行指令冯.诺伊曼结构与哈佛结构存储器使用率比较：在通用计算机系统中，应用软件的多样性使得计算机要不断地变化所执行的代码的内容，并且频繁地对数据与代码占有的存储器进行重新分配，这种情况下，冯.诺伊曼结构占有绝对优势，因为统一编址可以最大限度地利用资源，而哈佛结构的计算机如果应用于这种情形下则会对存储器资源产生理论上最大可达50%的浪费，这显然是不合理的。
总结：相对于冯·诺依曼结构，哈佛结构更加适合于那些程序固化、任务相对简单的，对数据处理时间有苛刻要求的嵌入式控制系统中。
而冯·诺依曼结构的处理器更适用与通用处理系统中。
2．处理器的内部构造Processor主要有两个基本单元:：程序流控制单元(CU)和执行单元(EU)。
CU中包含了一个取指令单元，用于从存储器中取指令。
EU中含有执行指令的电路，用于数据转移操作以及数据从一种形式的转换操作。
EU包含算术逻辑单元(ALU) Arithmetic Logic Unit，还包含执行程序控制任务指令的电路，例如挂起、中断或者跳转到其他指令集。
它还可以执行调用或者跳转到另外一个程序并进行函数调用。
处理器一般是IC芯片的形式，它也可以是ASIC或者SOC中的一个核。
核是VLSI(Very Large Scale Integrated circuit)芯片上功能电路的一部分。
微处理器芯片可以是下列之一：（1）：通用处理器GPP(General Purpose Processor)(a): 微处理器(b): 微控制器(c): 嵌入式处理器(d): 数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)（2）：作为附加处理器的专用系统处理器ASSP（3）：使用通用处理器以及专用指令处理器的多核处理器（4）：嵌入到一个专用集成电路(ASIC)中或者一个大规模继承电路(VLSI)中的核，或者VLSI芯片中集成了处理器单元的FPGA(Field-Programmable Gate Array)。
对于系统设计者来说，选择处理器时，需要考虑以下几点：（1）：指令集(RISC CISC）（2）：单个算术或者逻辑操作中操作数的最大位宽（8、16、或者32位）。
（3）：以MHz表示的时钟频率和百万指令/秒MIPS（Million Instruction Per Second），（4）：处理器对用于满足复杂算法的解决能力。
名词解释:RISC: RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80年代的MIPS主机（即RISC机），RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。
纽约约克镇IBM研究中心的John Cocke证明，计算机中约20%的指令承担了80%的工作，于1974年，他提出RISC的概念。
RISC的一些优点有：@如果一个新的微处理器其目标之一是不那么复杂，那么其开发与测试将会更快。
@使用微处理器指令的操作系统及应用程序的程序员将会发现，使用更小的指令集使得代码开发变得更加容易。
@RISC的简单使得在选择如何使用微处理器上的空间时拥有更多的自由。
@比起从前，高级语言编译器能产生更有效的代码，因为编译器使用RISC机器上的更小的指令集。
CISC:复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）早期的计算机部件比较昂贵，主频低，运算速度慢。
为了提高运算速度，人们不得不将越来越多的复杂指令加入到指令系统中，以提高计算机的处理效率，这就逐步形成复杂指令集计算机体系。
为了在有限的指令长度内实现更多的指令，人们又设计了操作码扩展。
然后，为了达到操作码扩展的先决条件——减少地址码，设计师又发现了各种寻址方式，如基址寻址、相对寻址等，以最大限度地压缩地址长度，为操作码留出空间。
3．通用处理器的分类介绍（1）：微处理器微处理器是一个集中取指令和处理一组通用指令的单元。
指令集包含数据转移操作、ALU(Arithmetic Logic Unit)、堆栈操作，输入和输出操作以及程序控制和管理操作。
任何一个CPU必须具备下列基本功能单元。
（a）：一个控制单元，用于取指和控制一个给定命令或指令的顺序执行，并与系统其余部分进行通信。
（b）：一个ALU单元，用于对字节或者字的算术和逻辑操作。
它可以立即处理8,16,32或者64位的数据。
微处理器是一个VLSI(Very Large Scale Integrated circuit)芯片，芯片中有一个CPU，还可以有其他附加的单元(如高速缓存Cache，浮点处理算术单元，流水线和超标量单元)，这样可以提高处理器的效率。
名词解释:高速缓存：由于CPU的运算速度愈来愈快，主存储器(DRAM)的数据存取速度通常无法跟上CPU的速度，因而影响计算机的执行效率，如果在CPU与主存储器之间，使用速度最快的SRAM作为CPU的数据待取区，将可大幅提升系统的执行效率，而且透过Cache来事先读取CPU可能需要的数据，可避免主存储器与速度更慢的辅助内存的频繁存取数据，对系统的执行效率也大有帮助。
例如当CPU处理数据时，它会先到高速缓存中去寻找，如果数据因之前的操作已经读取而被暂存其中，就不需要再从主内存中读取数据——由于CPU的运行速度一般比主内存快，因此若要经常存取主内存的话，就必须等待数个CPU周期从而造成浪费。