CPU 主频:1 Hz = 10-3 kHz = 10-6 MHz = 10-9 GHz = 10-12 THz
指令周期:1/主频 // 执行一次数据运算的时间
CPU(中央处理器):计算机核心部件,负责执行指令、处理数据,包含运算器和控制器。
MCU(微控制器):集成 CPU、存储器、I/O 接口的芯片,适用于嵌入式系统(如单片机)。
MPU(微处理器):仅包含 CPU 核心,需搭配外部存储器和外设使用(如早期计算机处理器)。
GPU(图形处理器):专注图形渲染和并行计算,适用于游戏、AI 加速等场景。
NPU(神经网络处理器):针对 AI 任务优化的专用芯片,高效处理深度学习模型。
FPU(浮点运算单元):处理浮点数运算的硬件模块,提升数值计算效率。
SoC(系统级芯片):集成 CPU、GPU、NPU 等多模块的单芯片系统,常见于手机、嵌入式设备。
CPU 核心:8 位 51 内核,含运算器、控制器。
存储器:4 KB Flash(程序存储)、256 B RAM(数据存储)。
外设模块:
4 个 8 位 I/O 端口(P0-P3)。
3 个定时器/计数器(T0、T1、T2)。
UART 串行通信接口。
中断系统(5 个中断源,2 级优先级)。
内存与外存特点对比
特性 内存(如 RAM) 外存(如硬盘、Flash)
速度 快(纳秒级) 慢(毫秒级)
容量 较小(GB 级) 较大(TB 级)
易失性 断电数据丢失 断电数据保留
用途 临时存储运行中程序和数据 长期存储系统、文件、程序
RAM 与 ROM 特性对比
类型 RAM(随机存取存储器) ROM(只读存储器)
读写性 可随机读写 仅读(部分类型如 EEPROM 可擦写)
易失性 断电数据丢失 断电数据保留
典型应用 运行内存(如 DDR4) 固件存储(如 BIOS、单片机程序)
// CPU 与 RAM 交互的三大总线:
8 位地址总线(寻址范围:256 字节) // 单向总线
数据总线(传输数据) // 双向总线
控制总线(发送指令) // 双向总线
// 电阻 102 <=> 102 Ω 电阻 103 <=> 103 Ω
外设寄存器定义
外设寄存器是集成在芯片内部、用于控制外设(如 GPIO、定时器)的专用存储单元,通过读写寄存器可配置外设工作模式、获取状态或发送数据(如 GPIO 数据寄存器控制引脚电平)。
控制 LED 和数码管的外设寄存器
LED 控制:
GPIO 方向寄存器(如 DDRx):设置引脚为输出模式。
GPIO 数据寄存器(如 PORTx):输出高低电平控制 LED 亮灭。
数码管控制:
段选 GPIO 寄存器:控制数码管段选引脚(输出段码)。
位选 GPIO 寄存器:控制数码管位选引脚(选择点亮的数码管)。
(若使用锁存器)锁存控制寄存器:控制锁存器的锁存/透明状态。
八位数据与按位操作
在八位(bit0~bit7)数据中,最低有效位称为 LSB(Least Significant Bit),最高有效位称为 MSB(Most Significant Bit)。
常用的按位操作符及其逻辑如下:
- 按位或(|):逻辑为“有一为一”。
用途:将特定位(bit(n))置 1,同时保持其余位不变。
示例代码:t |= (1 << n); - 按位与(&):逻辑为“有零为零”。
用途:将特定位(bit(n))置 0,同时保持其余位不变。
示例代码:t &= ~(1 << n); - 按位异或(^):逻辑为“不同为一”。
- 按位取反(~):逻辑为“零变一,一变零”。