《系列微处理器》课件.pptx

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1、系列微处理器 制作人：制作者PPT时间：2024年X月目录第第1 1章章 简介简介第第2 2章章Intel8086Intel8086微处理器微处理器第第3 3章章ARMARM微处理器微处理器第第4 4章章MIPSMIPS微处理器微处理器第第5 5章章RISC-VRISC-V微处理器微处理器第第6 6章章 总结总结 0101第1章 简介 微处理器的概念及应用微处理器是一种集成电路芯片，是计算机的核心，用于执行指令、处理数据和控制计算机的各种操作。它广泛应用于计算机、智能手机、家用电器等各种数字电子产品。微处理器的应用处理器是计算机的核心，是计算机各项操作的基础个人计算机处理器是智能手机的控制中心

2、，影响了手机的性能和功耗智能手机处理器的嵌入式设计，让家用电器实现了更智能的控制和更丰富的功能家用电器微处理器的优缺点能够高效地处理信息，提高计算机的性能优点热量大、功耗高，需要降温和节能措施；指令集有限，需要不断改进和优化缺点微处理器的发展史微处理器源于20世纪60年代的集成电路技术，经历了单核、多核、超标量等多个发展阶段。现在的微处理器已经成为了大规模集成电路中最为重要和复杂的部分之一。微处理器的前置技术晶体管的发明促成了微处理器的出现晶体管集成电路技术的推广使得微处理器成为了可能集成电路微型计算机是微处理器应用的主要场景，也是微处理器发展的关键因素微型计算机微处理器的发展历程单核微处理器

3、是微处理器的最初形态，性能较低单核微处理器多核微处理器可以同时处理多个任务，性能更高多核微处理器超标量微处理器采用了更高效的指令并发技术，进一步提升了性能超标量微处理器微处理器的主要发展趋势未来的微处理器将更加集成化、高性能、低功耗、多核心、支持人工智能和量子计算等新技术。微处理器的基本结构微处理器由控制单元、算术逻辑单元、寄存器、缓存和总线等部分组成，扮演着指令执行、数据处理和控制信号传输等关键角色。微处理器的常见组成部分和功能负责识别和解释指令，控制程序执行的流程和顺序控制单元负责算术和逻辑运算，实现各种数字计算和逻辑判断算术逻辑单元用于暂存数据和指令，高速缓存访问和运算寄存器用于存储和管

4、理数据，提高读写速度和系统性能缓存微处理器的性能指标和评价标准微处理器的主频越高，性能越强主频高速缓存的大小和命中率直接影响了微处理器的性能Cache多核心的微处理器可以同时处理更多任务核心数量微处理器的指令集微处理器指令集是微处理器能够识别和执行的指令的集合，包括指令的格式、操作码、寻址方式和执行功能等方面的规定。微处理器指令的格式和操作指令格式包括指令码、操作数、寻址方式等元素指令格式指令操作包括数字运算、逻辑运算、移位和转移等功能指令操作指令执行的过程包括取指、译码、执行和存储等阶段指令执行不同微处理器的指令集差别x86和ARM是目前应用最广泛的两种指令集，有很大的差别x86和ARMRI

5、SC和CISC是两种指令集的不同设计哲学，影响了指令集的复杂程度和性能表现RISC和CISC各个厂商和研究机构都可以根据自己的需求和技术优势，对指令集进行扩展指令集扩展 0202第2章 Intel 8086微处理器 8086微处理器的概述8086微处理器是Intel公司于1978年推出的一款16位微处理器，主要应用于个人电脑、工业自动化、通信设备等领域。8086微处理器的主要特征包括具有高性能、强大的指令集、较高的运行速度和可靠性等。8086微处理器的特征和应用场景高性能性能强大的指令集指令集较高的运行速度运行速度较高的可靠性可靠性8086微处理器的历史背景和意义8086微处理器是Intel公

6、司推出的第一款16位微处理器，也是IBMPC的基本芯片。它的出现标志着微型计算机从8位进入16位时代，为计算机的快速发展提供了有力的支持。8086微处理器的主要性能指标5-10MHz工作频率16个寄存器寄存器最多可寻址1MB内存内存共有20组指令系统指令系统8086微处理器的寻址方式和寻址能力8086微处理器采用段地址和偏移地址的方式寻址，具有1MB的寻址能力。具体来说，8086微处理器使用16位的段寄存器和16位的偏移地址来计算出20位的物理地址，最多可以寻址1MB的内存空间。8086微处理器的段地址和偏移地址由4个16位的地址寄存器CS、DS、SS、ES组成段地址由16位的偏移地址寄存器B

7、X、SI、DI、BP组成偏移地址8086微处理器的不同寻址方式和寻址模式8086微处理器支持多种不同的寻址方式和寻址模式，如直接寻址、间接寻址、基址寻址、变址寻址等，每种寻址方式和寻址模式都有其特点和适用场景。8086微处理器的指令集和指令系统8086微处理器共有20组指令系统，包括基本指令、数据传送指令、算术指令和逻辑指令等。这些指令可以完成数据处理、逻辑运算、地址计算等操作。8086微处理器的基本指令和数据传送指令MOV、ADD、SUB、INC、DEC、CMP等指令基本指令MOV、XCHG、PUSH、POP、LEA等指令数据传送指令8086微处理器的算术指令和逻辑指令8086微处理器的算术

8、指令和逻辑指令包括加减乘除、移位、与或非等操作，通过这些指令可以完成各种复杂的算术逻辑运算。8086微处理器的编程语言和工具8086微处理器的编程语言包括汇编语言和高级语言，其中汇编语言是8086微处理器的主要编程语言。8086微处理器的开发工具包括汇编器、调试器、编译器等，可以方便地进行程序设计和调试。8086微处理器的汇编语言和调试工具包括MASM、TASM等汇编器汇编语言包括DEBUG、TurboDebugger等调试器调试工具8086微处理器的汇编程序和编程实践编写8086微处理器的汇编程序需要具备一定的汇编语言基础和编程实践经验。开发人员可以通过编写简单的程序，如输入输出程序、数据转

9、换程序等来熟悉汇编语言的基本语法和实现方式。0303第3章 ARM微处理器 ARM微处理器的概述ARM微处理器是一种使用RISC架构的32位微处理器，其应用领域广泛，包括移动设备、数字信号处理、网络设备、汽车电子、工业控制和消费电子等领域。ARM微处理器具有低功耗、高效率、灵活性强等特点，在市场上具有重要地位。ARM微处理器的主要性能指标指处理器每秒钟能执行的指令数。主频指处理器能够支持的最大内存容量。内存容量指处理器在运行时的能耗大小。功耗指处理器的性能与价格的比值。性价比ARMARM微处理器微处理器的历史背景和意的历史背景和意义义ARMARM公司是一家专门从事微处理器架构和公司是一家专门从

10、事微处理器架构和IPIP核授权的公司，它核授权的公司，它在在2020世纪世纪8080年代推出了第一款年代推出了第一款RISCRISC架构的架构的3232位微处理器。随着位微处理器。随着移动互联网的发展，移动互联网的发展，ARMARM微处理器逐渐替代了传统的单片机和微处理器逐渐替代了传统的单片机和微控制器，成为移动设备和传感器网络的主流处理器。微控制器，成为移动设备和传感器网络的主流处理器。ARM微处理器的寻址能力和虚拟存储器ARM微处理器支持32位虚拟地址和36位物理地址，支持不同的寻址方式和模式。寻址能力ARM微处理器采用虚拟存储器和内存管理单元，能够实现更高效的内存管理和保护机制。虚拟存储

11、器ARM微处理器支持直接寻址、寄存器寻址、间接寻址、基址寻址等多种寻址方式。寻址方式算术指令算术指令加减指令加减指令乘法指令乘法指令除法指令除法指令高级指令高级指令浮点指令浮点指令向量指令向量指令加密指令加密指令系统指令系统指令中断指令中断指令陷阱指令陷阱指令调试指令调试指令ARM微处理器的指令集基本指令基本指令移位指令移位指令分支指令分支指令数据传输指令数据传输指令逻辑指令逻辑指令ARMARM微处理器微处理器的编程语言和工的编程语言和工具具ARMARM微处理器可以使用汇编、微处理器可以使用汇编、C C、C+C+等编程语言进行编程，同等编程语言进行编程，同时还有一些专门针对时还有一些专门针对A

12、RMARM微处理器的编译器、调试器和仿真器微处理器的编译器、调试器和仿真器等开发工具，如等开发工具，如GNUGNU工具链、工具链、Keil MDKKeil MDK、IAR Embedded IAR Embedded WorkbenchWorkbench等。等。了解ARM汇编语言的基本语法和结构，掌握寄存器、指令集和调试技巧。学习汇编语言0103使用调试工具对程序进行调试和优化，寻找和解决程序中的错误和漏洞，提高程序的效率和性能。调试和优化02根据具体需求编写汇编程序，理解程序的逻辑和实现过程，保证程序的正确性和稳定性。编写汇编程序 0404第4章 MIPS微处理器 MIPS微处理器的概述高性能

13、、低功耗、易扩展特征计算机、嵌入式系统、网络设备应用场景由斯坦福大学设计，成为RISC体系结构的代表历史背景推动了计算机处理器的发展与普及意义MIPS微处理器的寻址方式直接寻址、间接寻址、基址寻址、相对寻址寻址方式支持32位寻址、支持大端和小端字节序寻址能力为每个程序提供一个虚拟地址空间，便于程序的开发和调试虚拟存储器用于管理虚拟地址和物理地址之间的映射内存管理单元MIPS-I、MIPS-II、MIPS-III、MIPS-IV、MIPS-V指令集0103加载、存储、分支、算术、逻辑、移位等基本指令02R型指令、I型指令、J型指令、FPU指令指令系统逻辑指令逻辑指令ANDANDORORXORXO

14、RNORNORSLLSLLSRLSRLSLTSLT移位指令移位指令SLLSLLSRLSRLSRASRA分支指令分支指令BEQBEQBNEBNEBLTZBLTZBLEZBLEZBGTZBGTZBGEZBGEZJ JJALJALMIPS微处理器的算术指令和逻辑指令算术指令算术指令ADDADDADDIADDISUBSUBMULMULDIVDIVMFHIMFHIMFLOMFLOMIPSMIPS微处理器微处理器的编程的编程MIPSMIPS微处理器的编程语言为汇编语言，常用的编程工具包括微处理器的编程语言为汇编语言，常用的编程工具包括MARSMARS、QtSpimQtSpim等，汇编程序的编写和调试都需要

15、熟练掌握，等，汇编程序的编写和调试都需要熟练掌握，程序员需要了解程序员需要了解MIPSMIPS指令集和体系结构知识。指令集和体系结构知识。MIPS微处理器的汇编语言指令、标号、寄存器语法字节、半字、字、双字数据类型ADD、ADDI、AND、OR、XOR等操作指令调试器、MIPS汇编器、仿真器等Debug工具MIPS微处理器的编程实践MIPS微处理器广泛应用于计算机、嵌入式系统、网络设备等领域，程序员可以利用MIPS进行嵌入式系统的开发，或者通过仿真器、调试器调试程序，提高程序的效率和可靠性。0505第5章 RISC-V微处理器 RISC-VRISC-V微处理微处理器概述器概述RISC-VRIS

16、C-V微处理器是一种基于精简指令集的计算机处理器架构，微处理器是一种基于精简指令集的计算机处理器架构，其特征包括指令集简单，可扩展性强，定制化程度高，应用场景其特征包括指令集简单，可扩展性强，定制化程度高，应用场景广泛。广泛。RISC-VRISC-V的出现不仅填补了国内微处理器研究的空白，也的出现不仅填补了国内微处理器研究的空白，也对国内半导体产业的发展起到了推动作用。对国内半导体产业的发展起到了推动作用。RISC-V微处理器的主要性能指标一秒钟内处理器执行的时钟周期数时钟频率芯片在单位时间内消耗的电能功耗性能和价格的比值性价比处理器执行指令的流水线深度指令流水线深度使用指令中的地址直接访问内

17、存中的数据直接寻址0103使用一个寄存器加上偏移量来访问内存中的数据基址寻址02使用一个寄存器中的地址来访问内存中的数据间接寻址数据传输指令数据传输指令loadload指令指令storestore指令指令算术指令算术指令加法指令加法指令减法指令减法指令乘法指令乘法指令除法指令除法指令逻辑指令逻辑指令与指令与指令或指令或指令异或指令异或指令位移指令位移指令RISC-V微处理器的指令集基本指令基本指令运算指令运算指令传输指令传输指令分支指令分支指令RISC-V微处理器的编程RISC-V微处理器可使用汇编语言进行编程，也可使用高级语言如C/C+等进行编程，同时也有丰富的开发工具和调试工具。0606第

18、6章 总结 微处理器的趋势和未来微处理器作为计算机的核心部件，发展至今已经有数十年的历史。各类微处理器的优点和劣势已经逐渐清晰，未来的发展趋势也已经初步显现。在这一页，我们会归纳各类微处理器的优点和劣势，并分析微处理器的发展趋势和未来方向。同时，我们会概括微处理器在计算机领域的应用和价值，为后续的学习和探索打下坚实基础。微处理器的优点和劣势1.高性能优点2.节能3.体积小、重量轻1.热量较高劣势2.易受到电磁干扰3.成本较高微处理器的发展微处理器的发展趋势和未来方向趋势和未来方向未来的微处理器将更加注重能源效率和性能，并且会加强对智能未来的微处理器将更加注重能源效率和性能，并且会加强对智能化、

19、云计算、人工智能等新兴领域的支持。同时，微处理器领域化、云计算、人工智能等新兴领域的支持。同时，微处理器领域也将越来越注重开源、标准化、共享等方面的发展。也将越来越注重开源、标准化、共享等方面的发展。微处理器的应用和价值a.个人电脑1.计算机领域b.服务器c.超级计算机a.手机2.智能设备领域b.平板电脑c.智能家居智能设备领域智能设备领域手机手机平板电脑平板电脑智能家居智能家居其他领域其他领域医疗设备医疗设备工控设备工控设备汽车电子汽车电子航空航天航空航天 微处理器的应用和价值计算机领域计算机领域个人电脑个人电脑服务器服务器超级计算机超级计算机总结微处理器作为计算机的核心部件，发展至今已经有数十年的历史。未来的微处理器将更加注重能源效率和性能，并且会加强对智能化、云计算、人工智能等新兴领域的支持。微处理器领域也将越来越注重开源、标准化、共享等方面的发展。微处理器在各个领域都有着广泛的应用和巨大的价值，这就需要我们在学习和应用中不断深入探索，不断创新发展。谢谢观看！下次再见