宁可思一近，莫在思一停。
前言
本文目的在于为想要转硬件方向的程序员解释CPU的设计原理及组成，数据总线地址总线与CPU位数的关系。
一、CPU和总线示意图
站在程序员的角度学习CPU设计原理
上图总体其实为
SoC片上系统，但是一直叫被叫成CPU叫习惯了，准确来说里面的才是CPU。
可以认为一个CPU里分成三部分：运算器、控制器、寄存器，真实CPU里不止这三个部分，还有时钟系统等。
二、CPU的组成
2.1 运算器
CPU对信息进行处理和运算的部件，常进行算术运算和逻辑运算，核心是算术逻辑单元ALU。CPU中用各种数字电路搭配成各种运算电路，如加、减、乘、除、取余、左移、右移等。
【示例】：加法运算器
32 位处理器一次只能进行 32 位数据的处理
2.2 控制器
控制器：整个计算机的指挥中心。
CPU的取指、译码、运行都是由控制器控制的。
2.3 寄存器
寄存器是CPU里快速的临时内存，用来暂存从外部读取的数据。
CPU内部是没有内存的，内存在外面，比如Flash和DDR。
三、存储器
一个系统的运行必须有三部分：
CPU、Flash和DDR。
3.1 Flash
Flash就相当于电脑的硬盘，用来存储程序，程序躺在Flash里是不动的。
Flash通过总线和CPU连接，需要时通过总线读取到CPU的寄存器中。
3.2 DDR
RAM（Random Access Memory）的全名为随机存取记忆体，它相当于PC机上的移动存储，用来存储和保存数据的。它在任何时候都可以读写，RAM通常是作为操作系统或其他正在运行程序的临时存储介质（可称作系统内存）。
DDR本质上是RAM。DDR是Double Data Rate SDRAM的缩写（双倍数据速率）
程序要在DDR中运行，Flash中的内容是不能直接到DDR中的，必须要通过寄存器来中转。
CPU先将Flash中的内容读到寄存器中，再放到DDR中，在DDR中运行。
四、内部外设
CPU通过内部总线连接到串口控制器上，串口控制器就是前面所说的内部外设。
串口控制器本来和Flash和DDR一样的，但随着半导体工业的发展，串口控制器跑到SoC里面去了。
内部总线和外部总线的区别：
内部总线在芯片的内部，其的速度更快，抗干扰能力更强。
外部总线受限于PCB板的布线，速度不会太快。
五、地址总线和数据总线
地址总线传输的是地址；数据总线传输的是数据。
地址总线和数据总线可以合二为一，但是速度会慢。
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CPU通过地址总线寻址，然后通过数据总线与外部设备互换信息。 -
地址总线的位数决定
CPU寻址范围；数据总线的位数决定CPU单次通信能交换的信息数量。CPU的位数取决于数据总线，而不取决于地址总线。 -
总线的速度决定
CPU和外设互换信息的速度。
5.1 地址总线
5.2 数据总线
数据总线的位数实际上就是CPU的位数。
32 位的
CPU有 32 根数据总线，CPU每次能够读/写 32 位的数据。
如果要写一个 16 位的short，会将 16 位的short放到 32 根数据总线中的一半，剩下的 16 根数据总线空跑。
即每次运送一个short或一个int，CPU的性能开销是一样的。
所以 C语言 编程中能使用int尽量使用int，使用short并不会减少CPU的性能开销。
5.3 注意
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CPU的地址总线位数和数据总线位数是可以不同的（典型代表就是 51单片机），但一般都是相同的。51单片机是 8 位的，有 8 根数据总线，但它有 16 根地址总线。
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CPU的位数指的是数据总线的位数，不是地址总线的位数。
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地址总线是 32 位的
CPU寻址的范围是4G，所以最多支持4G内存。 -
数据总线是 32 位，所以内存是 32 位的好，所以编程最好用
int，匹配的时候效率是最高的。
总结
尽信书而不如无书。请同志们带着审视的态度来看此文章，人都是会犯错的；带着不信任感去审视它；如果它是对的，你就会越发觉得它对；如果它是错的，你就会在辩证中得到真理。
宁可一思进 莫在一思停：在搏斗中须树立克敌制胜的信念，突出战斗进取精神。在搏斗中，只能思进，不能思存，更不能思退！一旦思存思退，斗志先馁，便没胜利的希望了。比武的时候，一思一念间，宁进不停。停下来反应的一瞬间，说不定你已经输了。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-603282.html
学习亦是如此，把惰性和拖延当做自己的敌人，和它们拼个你死我活。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-603282.html
到了这里，关于CPU的设计原理？CPU有哪几部分组成？CPU为何有32位和64位之分？CPU位数到底和数据总线有关还是和地址总线有关？什么是数据总线？什么是地址总线？的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
