AVR单片机的CPU内部结构的详细资料说明

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标签:cpu(2752)存储器(2488)寄存器(1720)AVR单片机(461)

  学单片机那么久了,感觉想要深入,还得看汇编语言,至少得了解单片机内部结构。下面就以ATmega16为例,介绍一下AVR单片机结构和汇编语言。

  如上两图,左图是虚线框内AVR CPU的内核结构,右图是AVR单片机内核结构的方框图,可以看出AVR单片机的数据总线 (CPU字长)是8位的,也就说它是8位单片机。 AVR采用了Harvard结构,具有独立的数据和程序总线,CPU在执行一条指令的同时,就将PC中指定的下一条指令取出,构成了一级流水线运行方式,实现了一个时钟周期执行一条指令,数据吞吐量高达1MIPS/MHz。 AVR CPU内核由几个重要的部分组成,它们分别是:

  A.算数逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit) AVR ALU与32个通用工作寄存器直接相连。寄存器与寄存器之间、寄存器与立即数之间的ALU运算只需要一个时钟周期。 ALU操作分为3类:算术、逻辑和位操作,此外还提供了支持无/有符号数和分数乘法的乘法器,操作结果的状态将影响到状态寄存器SREG(Status Register)。

  B.程序计数器PC、指令寄存器和指令译码器程序计数器PC用来存放下一条需要执行指令在程序存储器ROM)空间的地址(指向FlashROM空间),取出的指令存放在指令寄存器中,然后送入指令译码器中产生各种控制信号,控制CPU的运行(执行指令)。 AVR一条指令的长度大多数为16位,还有少部分为32位,因此AVR的程序存储器结构实际上是以字(16位)为一个存储单元的。 ATmega16单片机的程序计数器为13位,正好满足了对片内8K字(及16K字节)的Flash程序存储器空间直接寻址的需要。

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