你知道X86構(gòu)架，你知道SH構(gòu)架嗎？

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前面我們講到了 8 位處理器，32 位處理器，以及 X86 構(gòu)架，那么除了這些還有哪些構(gòu)架呢？我們知道日本也是以電子產(chǎn)業(yè)著名的國(guó)度，那么在標(biāo)準(zhǔn)上一定有他們的一筆，今天我們就來(lái)講講 SH 構(gòu)架。

SH 架構(gòu)的發(fā)展

Sh 處理器又稱 SuperH 處理器 ，最先由日本 Hitachi 公司開發(fā)，后由 Hitachi 及 ST Microelectronics 兩家公司共同開發(fā)，2003 年，瑞薩科技從 Hitachi 公司繼承到擁有權(quán)。

SuperH 的標(biāo)識(shí)

Sh 屬于 MCU 型的處理器。

1. 什么是 MCU？
MCU 是什么，看起來(lái)與前面關(guān)注的 CPU 有些相像，那么 MCU 和 CPU 有什么關(guān)系？它們的區(qū)別又在哪里？

別急，慢慢往下看。

首先回顧一下 CPU（Central Processing Unit，中央處理器）的發(fā)展，從上世紀(jì) 70 年代的 4 位到今天的 64 位，不論何時(shí)，它一直是計(jì)算機(jī)的核心，其重要性好比大腦對(duì)于人一樣，因?yàn)樗?fù)責(zé)處理、運(yùn)算計(jì)算機(jī)內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)，而主板芯片組則更像是心臟，它控制著數(shù)據(jù)的交換，同時(shí)，CPU 的種類決定了所使用的操作系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件。

眾所周知，20 世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)，在科學(xué)技術(shù)界引起了影響深遠(yuǎn)的變革。但是大家未必知道，在 70 年代中期，微型計(jì)算機(jī)家族中又分裂出一個(gè)小小的派系——單片機(jī)（MCU，Micro Controller Unit)。

與 CPU 的發(fā)展一樣，隨著 4 位單片機(jī)出現(xiàn)之后，又推出了 8 位的單片機(jī)。MCS-48 系列，特別是 MCS-51 系列單片機(jī)的出現(xiàn)，確立了單片機(jī)作為微控制器（MCU）的地位，引起了微型計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新的變革。

從上面的發(fā)展可以看出，MCU 源自 CPU，到目前為止，CPU 發(fā)展出來(lái)三個(gè)分枝，一個(gè)是 DSP（Digital Signal Processing/Processor，數(shù)字信號(hào)處理），另外兩個(gè)是 MCU（Micro Control Unit，微控制器單元）和 MPU（Micro Processor Unit，微處理器單元）。

在當(dāng)今世界上，微處理器（MPU）和微控制器（MCU）形成了各具特色的兩個(gè)分支。它們互相區(qū)別，但又互相融合、互相促進(jìn)。與微處理器（MPU）以運(yùn)算性能和速度為特征的飛速發(fā)展不同，微控制器（MCU）則是以其控制功能的不斷完善為發(fā)展標(biāo)志的。

如今 MCU 已經(jīng)自成體系，而且發(fā)展日益壯大，引發(fā)了越來(lái)越多的關(guān)注，其種類之多，應(yīng)用之廣泛已經(jīng)超越了 CPU。

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MCU(Micro Controller Unit)，又稱單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計(jì)算機(jī)的 CPU、RAM、ROM、定時(shí)數(shù)器和多種 I/O 接口集成在一片芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)。

MCU 按其存儲(chǔ)器類型可分為無(wú)片內(nèi) ROM 型和帶片內(nèi) ROM 型兩種。對(duì)于無(wú)片內(nèi) ROM 型的芯片，必須外接 EPROM 才能應(yīng)用；帶片內(nèi) ROM 型的芯片又分為片內(nèi) EPROM 型、MASK 片內(nèi)掩模 ROM 型、片內(nèi) FLASH 型等類型。

本是同根生，那么 MCU，MPU 和 DSP 三者之間的差別區(qū)別在哪里呢?請(qǐng)看下面的表格：

MCU 區(qū)別于 DSP 的最大特點(diǎn)在于它的通用性，反應(yīng)在指令集和尋址模式中。DSP 與 MCU 的結(jié)合是 DSC，它終將取代這兩種芯片。

總結(jié)一下：
MCU=MPU + 外設(shè);
DSC = DSP+MCU；
因此，可以得出這樣的結(jié)論：
DSC = DSP+ MPU + 外設(shè)。

是這樣嗎？

看到這里，想必下面的問(wèn)題便迎刃而解了：同樣具有運(yùn)算和控制能力的 MCU、CPU 和 DSP，三者之間是什么關(guān)系？

這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)在于它們的不同之處：運(yùn)算處理能力，以及側(cè)重的應(yīng)用領(lǐng)域。基于上面的觀點(diǎn)，把三者的差異，各自簡(jiǎn)單地歸納為一句話：

MCU 專注于工業(yè)控制，功能簡(jiǎn)單，有一個(gè)（算數(shù)邏輯運(yùn)算單元），成熟的經(jīng)典的是 8051。

CPU 功能強(qiáng)大，但是不側(cè)重于任何一點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)均衡，適合于對(duì)于處理沒(méi)有嚴(yán)格要求的復(fù)雜系統(tǒng)，成熟經(jīng)典的是 x86、ARM 體系。

DSP 專注于數(shù)據(jù)處理，有多個(gè) ALU，多用于多媒體應(yīng)用等，需要大數(shù)據(jù)量的地方。

強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：MCU、CPU 和 DSP 三者按處理能力來(lái)排列是正序，但是基本的原理是一致的。所以，如果打算學(xué)習(xí)的話，那么建議從相對(duì)簡(jiǎn)單的 MCU 入門，這是明智的選擇。

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2. RISC 和 CISC

現(xiàn)在繼續(xù)進(jìn)行有關(guān) SuperH 的話題。

SuperH 是一種性價(jià)比、體積小、功耗低的 32 位、64 位的 RISC 嵌入式微處理器，可以廣泛應(yīng)用到消費(fèi)電子、汽車電子、通信設(shè)備等領(lǐng)域。

RISC，這里再次提到了 RISC，在深入了解 SuperH 之前，有必要先解釋一下“RISC”。

RISC(Riduced Instruction Set Computer)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)。簡(jiǎn)單，總是相對(duì)而言的，那么復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)是什么呢？

CISC(Complex Instruction Set Computer)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)。

那么所謂的“精簡(jiǎn)”，精簡(jiǎn)在哪里？所謂的“復(fù)雜”，是在哪些方面復(fù)雜呢？別急，詳見下文。

RISC 是精簡(jiǎn)指令集 CPU，指令位數(shù)較短，內(nèi)部還有快速處理指令的電路，使得指令的譯碼與數(shù)據(jù)的處理較快，所以執(zhí)行效率比 CISC 高，不過(guò)，必須經(jīng)過(guò)編譯程序的處理，才能發(fā)揮它的效率。

例如，大家都知道的 IBM 的 Power PC 為 RISC CPU 的結(jié)構(gòu)。

除此之外，經(jīng)常見到的 PC 中的 CPU，Pentium-Pro（P6）、Pentium-II,Cyrix 的 M1、M2、AMD 的 K5、K6 實(shí)際上是改進(jìn)了的 CISC，也可以說(shuō)是結(jié)合了 CISC 和 RISC 的部分優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)在有必要把兩者放在一起，比較一下，這樣看起來(lái)更加一目了然，見下表。

RISC 與 CISC 的主要特征對(duì)比表

如果到這里對(duì)于 RISC 與 CISC 還是不清楚的話，那么請(qǐng)記住下面的這句話：

對(duì)于 CISC 和 RISC 的實(shí)現(xiàn)而言，它們所側(cè)重的復(fù)雜性不同：CISC 處理器的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性更高，而 RISC 編譯器的復(fù)雜性更高。

那么一個(gè)新的問(wèn)題來(lái)了，為什么需要 RISC 呢？

當(dāng)使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，編譯器為了兼容早期的 CPU，一般不會(huì)生成特殊的復(fù)雜指令。

如果舍棄這些不常用的復(fù)雜指令，就能簡(jiǎn)化 CPU 的設(shè)計(jì)。這正是 RISC 的出發(fā)點(diǎn)。

下面從純技術(shù)的角度出發(fā)，來(lái)概括 RISC 的特點(diǎn)：

1)RISC 指令系統(tǒng)較?。悍N類的數(shù)量較少，只提供簡(jiǎn)單指令。這些指令大多都能在 4，5 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。?

2)指令的操作數(shù)必須預(yù)存于寄存器中，這樣取指操作的時(shí)間也統(tǒng)一了。?

3)指令長(zhǎng)度，尋址方式，格式都整齊劃一：這樣可以充分利用流水線，基本上可實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)鐘脈沖執(zhí)行一條指令的目標(biāo)。?

4)RISC 的子程序調(diào)用與 CISC 的不同：在 CISC 中，程序調(diào)用、返回時(shí)需將上下文保存在堆棧中，需要內(nèi)存操作。而 RISC 將它們存放在寄存器中，而且參數(shù)也使用寄存器傳遞 。

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5)RISC 中斷可視為特殊的子程序鏈接：CISC 中發(fā)生中斷時(shí)，所有的寄存器內(nèi)容都被壓入堆棧，而 RISC 對(duì)中斷進(jìn)行區(qū)分對(duì)待，分為輕量級(jí)和重量級(jí)。對(duì)輕量級(jí)中斷 只保存需要保存的寄存器內(nèi)容；對(duì)重量級(jí)中斷的處理如同常規(guī)中斷。

與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，謝絕轉(zhuǎn)載！

系列匯總：

之一：第一款處理器之謎

之二：處理器的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代：8 位處理器的恩怨與紛爭(zhēng)（上）

之三：處理器的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代：8 位處理器的恩怨與紛爭(zhēng)（下）

之四：處理器的三國(guó)時(shí)代：蘋果攪動(dòng) MCU 江湖

之五：處理器的三國(guó)時(shí)代：DR 公司盛氣凌人，IBM 轉(zhuǎn)身成就微軟

之六：32 位處理器的攻“芯”計(jì)：英特爾如何稱霸 PC 江湖？

之七：AMD 稱霸 PC 處理器市場(chǎng)的“曇花一現(xiàn)”

之八：CPU 兩大陣營(yíng)對(duì)擂，X86 構(gòu)架讓英特爾如日中天