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0.6.3 哈佛和冯·诺依曼结构
2015-12-02 15:29:48     我来说两句
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本文所属图书 > 深入理解8051单片机系统

本书详细介绍了8051单片机的各种功能。主要内容包括8051微控制器、8051汇编语言编程、跳转指令、循环指令、调用指令、I O端口编程、8051寻址方式、算术逻辑指令与程序、8051 C语音编程、8051硬件接线、8051定时  立即去当当网订购

每个微处理器必须有存储空间来存储程序(代码)和数据。代码提供指令给CPU,而数据提供要处理的信息。CPU使用总线来访问代码ROM和数据RAM存储器空间。早期的计算机使用同一根总线来访问代码和数据,这种结构称为冯·诺依曼结构。使用同一根总线意味着对冯·诺依曼计算机而言,访问数据和代码将会互相影响,从而降低了CPU处理的速度,因为需要等待对方完成取指令/数据。为了加速执行程序,一些CPU采用了哈佛结构。在哈佛结构中,代码和数据总线分开了。如图0-33所示,这就意味着需要设置4个总线:(1)CPU获取或传送数据的总线;(2)访问数据的地址总线;(3)将代码送入CPU的数据总线;(4)访问代码的地址总线。这在IC芯片中很容易实现,例如微控制器中的ROM和RAM都在内部(片上),且距离都在微米和毫米的级别上。但是,实现哈佛结构系统对诸如x86 IBM PC类型的计算机很昂贵,因为保存数据和代码的RAM和ROM都在CPU的外部。在主板上将数据线和代码线分开增加了板子的面积,从而增加了成本。例如,一个奔腾的微处理器,有64位数据总线和32位地址总线,如果使用的是冯·诺依曼结构,就需要在母板上铺将近100根导线(96根地址线和数据线,再加上其他的一些读和写的控制信号线等)。如果使用哈佛结构就需要铺双倍的导线,即将近200根。哈佛结构也会迫使微控制器有大数量的引脚,鉴于此,所以很难看见哈佛结构使用在PC和工作站上,这也是微控制器,例如AVR只在内部使用哈佛结构,如果需要外部存储来存储代码和数据时依旧使用冯·诺依曼结构的原因。冯·诺依曼结构是由普林斯顿大学开发的,而哈佛结构则是哈佛大学的研究成果。


 

复习题

1.“ALU”代表什么?它的功能是什么?

2.计算机系统是怎样使用寄存器的?

3.程序计数器的功能是什么?

4.指令解码器的功能是什么?

5.判断题。哈佛结构使用同样的地址和数据总线来获取代码和数据。

总结

二进制数系统代表所有的数都由两个数表示,即0和1。二进制系统在数字计算机中使用,因为它只需要两种状态:开和关。任何二进制数都能直接编码成十六进制数以便于人类解读。二进制/十六进制转换成十进制是一个直接的过程,只要多加练习,就会变得比较简单,反之亦然。ASCII码是用于表示计算机内部字母数字数据的二进制码,它广泛用于输入和输出外设中。

AND、OR以及反相器逻辑门是简单电路的基本构建模块,NAND、NOR以及XOR门也用于实现电路设计。半加器和全加器的框图已在有关电路设计中逻辑门的使用中给出。解码器用于检测相应的地址,触发器用于锁存电路准备使用的数据。

计算机系统中的主要部件是CPU、存储器以及I/O设备。“存储器”又分为暂时存储器和永久存储器。在大多数系统中,存储器能访问字节和字,使用术语千字节、兆字节、千兆字节以及太字节来代表字节数。在计算机系统中主要有两种存储类型:RAM和ROM,RAM(随机存取存储器)用于暂时存储程序和数据,ROM(只读存储器)用于永久存储计算机系统中为了正常运行必须有的程序和数据。所有计算机部件都受CPU的控制,外围设备如I/O(输入/输出)设备使得CPU与人类或其他的计算机进行交流。计算机中主要有三种类型的总线:地址总线、控制总线以及数据总线。控制总线用于CPU指挥其他装置,地址总线用于CPU选择设备或存储器位置,数据总线用于在CPU与设备之间进行发送或接收信息。

本章对半导体存储器进行了概述,对存储器类型之间的容量、结构以及访问时间做了比较,ROM是非易失性存储器,常用于存储嵌入式系统中的程序。本章还介绍了ROM的各种类型,包括PROM、EPROM、UV-EPROM、EEPROM、闪存EPROM以及掩膜ROM。

本章涵盖了使用简单的逻辑门、解码器以及可编程逻辑器件实现的地址解码技术,也涵盖了计算机的组成结构和CPU内部结构。

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