嵌入式（十五）：機器週期&指令週期&狀態週期&時鐘週期&指令&總線

1、CPU=運算器+控制器，對應圖靈機的“讀寫頭”，但是圖靈機的讀寫頭可以自動取紙帶上數據、做運算、存結果。而馮氏結構中進行改進，就是讀程序、翻譯程序、執行程序。其中讀程序和執行程序對應於“自動”；執行程序對應於取數據、做運算、存結果。
2、CPU可抽象成：功能寄存器+運算單元
3、功能寄存器：指令寄存器、程序計數器（下一個指令）、其他功能寄存器
4、運算單元：算術運算、邏輯運算
5、機器指令週期/機器週期T：取指令-翻譯指令-執行指令的一個週期所花費的時間，即執行一條指令所需要的時間。
6、主頻F：每秒鐘能完成多少的機器週期數F=1/T。
7、時鐘週期/震盪週期/節拍週期：爲時鐘晶振頻率的倒數，即時鐘晶振的週期。是計算機中最小的時間單位
8、指令週期：取出並完成一條指令所需要的時間，由若干個機器週期組成，分爲單週期指令、雙週期指令、多週期指令（如轉移、乘法）。
9、狀態週期：狀態週期是CPU從一個狀態轉換到另一狀態所需要的時間。簡單地說每個狀態週期分爲兩個震盪週期（時鐘週期）
10、機器週期一般包括6個狀態週期，12個時鐘週期。如c51。
11、
12、機器語言與機器指令：
a、機器指令：被編程二進制碼，存儲在存儲器中的一條條指令
b、機器語言：由機器指令構成，指揮機器工作的程序語言
指令集：一臺機器指令的總集合
13、指令類型：
a、算數/邏輯運算類（基本運算）：算術運算和邏輯操作
b、數據傳輸類（不做任何運算）：將數據從一個地方複製到裏另一個地方
c、程序控制類（用運算結果修改程序計數器）：控制程序執行順序
這裏體現了計算機只會做“取數據、做算術/邏輯運算、存中間運算結果”
14、RISC與CISC
a、RISC：精簡指令集計算機，包含最少的指令集，電路簡單，速度快，如ARM是一種32位的精簡指令集，去除某些不常用的指令而採用軟件函數的方式解決（如乘法，用一個函數實現）。
b、CISC：複雜指令集計算機，包含多功能、複雜指令集，程序效率高。
c、STC是8位的單片機，核是51屬於CISC指令集。同樣的X86屬於CISC指令集
d、計算機指令集與計算機能力：在基本指令之外，加入額外的指令，不會改變計算機的能力（邏輯能力，能幹什麼），但可能影響計算機的複雜程度和性能。是不是和我們設計一個界面中按鈕多少一樣？
e、計算機的差別在CPU，即運算器和控制器上
15、一個8bit模型計算機（老師自己設計的）：
a、系統結構：
①、16個通用寄存器：地址：0,1,2，…，F(8bit)
②、兩個特殊功能寄存器：PC(8bit)、IR(16bit)
③、256個存儲單元：地址：00,01,02,…,FF(8bit)

b、指令集：有12條指令，每條16bit
16、程序的執行：
a、控制程序執行的兩個特殊功能寄存器：
①、程序計數器PC：存放下一條機器指令的地址
②、指令寄存器IR：存放正在執行的機器指令
b、指令週期：
①、取指：按PC的地址取一條指令（兩個單元）->IR，同時，PC<-PC+2（兩個單元要+2）
②、解碼：控制器翻譯IR中機器指令含義
③、執行：執行IR中指令所指的動作
17、計算機語言：告訴計算機做事的一種形式化表達規範，按抽象級分類是：
a、二進制碼的機器語言
b、助記符的彙編語言
c、過程包裝後的C語言、BASIC、PASCAL
d、行爲包裝後的面向對象C++、JAVA、PYTHON
18、計算機程序：按照語言規範，告訴計算機做事
19、二進制數與數字電路：
a、門電路：可以完成二進制數的算數和邏輯運算（組合電路）
b、觸發器電路：可以完成二進制數的存儲（時序電路）
20、數與編碼：定義數與一個集合之間的映射關係
a、十進制：正數負數浮點數
b、二進制：原碼、反碼、補碼
c、其他：格雷碼、海明碼
d、注意：編碼轉換、運算方法、編碼特點、字長、數據表示範圍、截斷問題、溢出問題
21、文本的二進制：ASCII（8bit）與utf-8（16bit）
22、圖像的二進制：位圖文件（.BMP）中，圖像被看成像素點的集合，每一個像素點被看成RGB的組合
23、圖像、視頻壓縮文件（JPG、GIF、MP4）數量達，不利於存儲與傳輸，通過無損或有損壓縮（根據數據特徵、視覺效果、運動特點）保存。
24、聲音的二進制：離散採樣得到數據化的波形，只要離散的間隔足夠小，就可以擬合出十分近似的波形。
25、總線：
a、計算機總線：各功能部件間用於傳輸數據的公共通信幹線（功能部件：如CPU內部寄存器、各種存儲器、各類輸入/輸出）
b、總線標準：定義並達成一致的總線，包括物理、電氣等方面定義
c、經典計算機總線：ISA（16位，5MB/S，16MB空間）
d、總線主要性能：
①、數據寬度
②、尋找空間
③、時鐘速度
④、數據傳輸率
e、提高總線的寬度可以提高計算機性能，相當於一次傳輸多了，但是會對寄存器有較高的要求，以及對數據協議有要求，出錯的可能性更大
f、分時（把總線頻率提高）可以提高性能，相當於速度變快了，但是分時是有上限的，這是因爲波的性質決定的，即頻率不可與電信號的傳輸速率相接近
g、總線包括：
①、DB數據總線（傳輸數據）
②、AB地址總線（傳輸源和目標單元地址）
③、CB控制總線（源與目標傳輸方式、狀態、訪問時序控制）
h、OC集電極開路輸出方式：採用上拉電阻，與邏輯（輸出低電平時阻抗低），總線速度與上拉電阻值成反比，速度受限，但硬件容錯安全。只要沒有一個傳低電平則恆爲高電平。
i、三態門輸出方式：輸出受“輸出使能OE”信號控制，輸出信號低阻抗，總線速度高，但硬件容錯差。
j、總線衝突：兩個或兩個以上源同時輸出時，總線數據發生衝突。