# 微算機 Chapter2 Microcontroller Basics
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## Basic Blocks
1. ### CPU
2. ### input/output unit
- 透過I/O ports (一種 registers )來和microcontroller去交換傳遞data, status, and control signals.
3. ### memory unit
- 儲存intructions和data。
- 包含ROM和RAM。

## Basic Buses

1. ### Address Bus：
- 由CPU單方面的丟address到各處，也被稱為 *unidirectional bus*。
- address bus 的大小取決於 microcontroller 可取的 memory address。
- eg. 一個CPU with 16 address bits 可以產生 $2^{16} = 64536\ bytes$ 的不同 address，也就是可能在 address bus 上跑的 address。
2. ### Data Bus：
- 除了ROM因為不能寫之外，其他都是雙向可通的，也被稱為 *bidirectional bus*。
3. ### Control Bus：
- 不論是CPU或I/O device都可丟，但RAM和ROM都只能接收。
- 由數字和訊號組成，用來同步化各個微算機的元件。
- 包含 **clock signals**

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## Microcontroller architectures
前導知識：
- Program memory ： 包含 instructions 和 immediate data
- Data memory ： 包含 data 而他們的 address 會被 instructions 所使用
兩者的大小可能會不一樣
- ### Havard architecture：
program memory 和 data memory 兩者的 buses 是分開的，所以可以同時執行 instructions 和 access data。這種 architecture 需要 4 個 buses：

1.data bus for instructions
2.data bus for data
3.address bus for addresses of instructions
4.address bus for addresses of data

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## CPU

1. ### Basic CPU Register：
- instruction register(IR)：用來儲存 instruction。
- program counter(PC)：用來儲存下一個應該要被執行的 instruction，且program memory一個是16bit，所以PC一次就+2。
- memory address register(MAR)：用來儲存 data 的 address。
- accumulator：用來儲存大部分 ALU 執行完的結果。(即WREG)
:::warning
accumulator 使用addressing mode 去拿取資料(使用index register)
:::
- index register：當使用addressing mode的時候會用到。
- status register：當中每個bit代表一個flag表示目前的狀態。
- stack pointer register：在rcall的時候去存原本要執行的下一行。
2. ### control unit
- purpose：去翻譯(decode)instuctions from program memory.
- 主要就去翻譯instruction然後發出對應的signals去發動正確的ALU logic blocks達到instruction要的目的。
- two basic operations：
1. instruction interpretation：先從instruction register去讀instruction，然後去執行適當的functional units。
2. instruction sequencing：產生下一個要被執行的instruction的地址，然後放入program counter.
3. ### arithmetic-logic unit(ALU)
- size：取決於這個微算機是幾bit的。
- typical function：
1. Binary addition and logic operations.
2. Finding the one's complement of data.
3. Shifting or rotating the contents of a general-purpose register 1 bit to the left or right through carry.

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## RISC vs. CISC

| RISC | CISC |
| -------- | -------- |
| 適合嵌入式系統 | 實作pipeline困難 |
| 適合應用於影像處理、機器人技術與儀器技術| 執行相同複雜的操作，能使用較少的指令即可完成
| 因為指令短少，執行速度比CISC快|