微處理器的匯流排與定址意義

2021-06-18 10:55:52 字數 1769 閱讀 5021

首先必須明確,這裡說的儲存器是指可以讓微處理器以位元組為最小單位進行讀,如果是硬碟(磁碟類)或nandflash(快閃儲存器/t卡類)這類儲存器,每次讀必須以page或sector(乙個page或sector往往有數十個不等的位元組)為單位,微處理器無法直接對這類儲存器進行直接定址,必須另有硬體將這類儲存器的資料讀到匯流排上給微處理器。

對於可以最小單位定址的儲存器,微處理器往往有專門的指令或方法來讀寫儲存位址。而實際上,微處理器與儲存位址之間的通道,是一種匯流排,這種微處理器用的匯流排根據不同微處理器架構的不同而有許多細節不同,往往不同微處理器各有自己的一套匯流排規範。從程式的角度,也可以認為讀寫儲存位址的指令實際上是讀寫匯流排的指令,而匯流排與儲存器之間的讀寫,自有其他硬體邏輯電路完成。

可以認為,微處理器的匯流排規範就決定了微處理器的定址特性,軟體無需深入理解匯流排規範,微處理器的資料手冊自然會總結歸納出各種定址的方式方法供軟體參考。

不同的場景有不同匯流排的意義,在這裡說的匯流排是指在微處理器這種場景下。

在馮·諾依曼體系架構中,可以認為資料和指令共用匯流排,也就是運算器和解碼器共用一套匯流排分時段來讀寫儲存器上的資料或指令;而在哈佛體系架構中,資料和指令所用的匯流排是分開的兩套,也就是運算器有一套匯流排連線到資料儲存區,解碼器有另一套匯流排連線到指令儲存區。一套匯流排包括一條位址匯流排和一條資料匯流排,以及一條控制匯流排。

一條位址匯流排的位寬往往和解碼器的位寬一致,一條資料匯流排的位寬往往和運算器的位寬一致,控制匯流排的位寬就另當別論,時鐘和讀寫訊號線等等就屬於控制匯流排,不存在嚴格意義的位寬。

匯流排的時鐘頻率可能和運算器一樣,也可能不一樣,通常匯流排的時鐘頻率會比運算器的時鐘頻率低,具體低多少視不同微處理器和時鐘頻率高低的條件而定。

微處理器通過匯流排來擴充套件控制能力,匯流排上既可以掛儲存器,也可以掛其他的暫存器。一般想要能被微處理器直接讀寫的邏輯電路,就要想辦法掛到匯流排上,而不能直接掛到微處理器上。當然,某東西具體如何掛到匯流排上,當視具體某種匯流排規範而定。

微處理器對外的控制幾乎完全依靠匯流排,所以微處理器的定址也就依靠位址匯流排。位址匯流排的位寬決定了微處理器的定址範圍。比如8位寬度的位址匯流排,定址能力就是2的8次方即256個位址,前文已提過最小定址單位是位元組,即每個位址存乙個位元組,所以8位位址匯流排的定址範圍是256位元組,依次類推,32位位址匯流排的定址範圍是4g位元組(byte)。從前文中可了解到,常常的,微處理器的位址匯流排位寬和pc指標的位寬相等,pc指標能取到資料的位寬和解碼器位寬相等。

正因為通常目前32位微處理器的pc指標的位寬或說位址匯流排位寬和運算器的位寬相等,所以人們可以常說32位微處理器的最大定址範圍是4g位元組。倘若有某種32位微處理器的pc指標位寬不是32位,可就不能這麼說了。pc指標及位址匯流排成本很低,又對微處理器有根本定址範圍的影響,所以一般晶元設計上不會考慮節約這部分位寬,故而往往位址匯流排位寬和資料匯流排(或運算器)位寬一樣,甚至還有的位址匯流排的位寬比資料匯流排的位寬要寬。

前面提過,微處理器的定址,就是對匯流排定址。也提過匯流排之中的位址匯流排決定了微處理器的定址範圍。所以能掛到匯流排上的東西,也就在位址匯流排上可以定址,這個東西最終也就能在微處理器眼裡有確切的位址。

隨機讀寫儲存器(ram)肯定是掛到了匯流排,有許多的位址空間和儲存空間,而且ram的位址空間肯定小於匯流排的定址範圍,不然就是浪費寶貴的ram。

前面還提到有的邏輯電路也想掛到匯流排上,這樣就能被微處理器直接控制和讀寫。實際上邏輯電路的配置和讀寫介面往往是做成乙個個的暫存器,這些暫存器掛在匯流排上,在微處理器眼裡就有確切的位址可供讀寫。所以,微處理器可以通過讀寫匯流排上的位址,進而讀寫這些邏輯電路的暫存器,進而起到配置和控制各種硬體邏輯模組的作用。最後主晶元通過這些邏輯電路和主晶元的外圍裝置進行通訊,進而控制或讀寫外設。至此,計算機的輸入輸出等裝置作為外設就可以和微處理器發生聯絡了。

微機原理第二章 微處理器與匯流排(一 微處理器結構)

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