高电平有效和低电平有效信号在嵌入式系统中如何工作？

这是关于微控制器通常的工作方式。

我们所做的编程由编译器转换为1和0，然后将这些机器可理解的代码加载到微控制器中。

微控制器对此有何反应。.我的意思是这些1和0通过DAC转换为相应的逻辑电压（5v和0）吗？如果是这样的话，这片小小的硅片如何决定如何处理5v和0v的各种组合？

我知道每个IC都由逻辑门组成，而这些门由晶体管组成。那么这些晶体管如何响应5v和0v的各种组合？

是什么让他们寻找这些逻辑。.我的意思是说，他们在通电时如何监视这些指令？

因此，肯定要在MCU中加载一个操作系统来告诉它要处理以及如何处理这些指令，不是吗。

接下来是..考虑一个计时器..它只是一个寄存器，在每个时钟周期后加一。我对吗？在那种情况下，用什么语言编写操作系统的所有代码？

我可以继续对不同的任务进行mcu编程，但是今天我很想知道此机器如何理解我的代码。

抱歉，我的问题读起来很冗长..请帮助我学习这些基本知识。

提前致谢..

无需使用DAC。按照惯例，电压用于表示1和0，0.8V以下（AKA“低”）为零，而2.4V以上（AKA“高”）为零。构建对这些代表性电压执行逻辑的电路相对简单。

例如，如果任一输入超过2.4V，则电路可以输出2.4V至5V范围内的某个值来表示“ 1”，否则输入小于0.8V的值，并且您具有“或”门。如果它要求两个输入都代表1才能输出2.4V，则您有一个AND门。当输入为低电平时，逆变器仅输出高电平，反之亦然。您可以只用很少的晶体管构建像这样的简单门，并执行组合布尔逻辑。通过使用位组来表示数字，您甚至可以构建电路以使用组合逻辑添加数字，而无需软件。

一旦使用了门，就可以构造触发器，并从中构造寄存器和计数器。触发器允许您从一个时间点存储1和0，并在以后使用。寄存器和计数器是对代表数字的位组执行功能的电路。寄存器会保存一个数字，直到您将新的数字加载到其中为止。计数器就像一个寄存器，但是有另一个输入，导致存储的数字递增。（也可以减少）。这使您进入了状态机和顺序逻辑的领域，仍然不需要任何软件。

内存系统是一种存储大量位的方法。在组件级别，有些存储器的构建就像大量的触发器一样，但是更常见的是另一种技术（DRAM），虽然不完全是触发器，但可以完成相同的工作。

下一步，您可以构建一个顺序和组合逻辑系统，该系统可以根据存储在存储系统中的位执行操作，包括将新值写回该存储系统。现在您已经达到了处理器的级别，处理器所做的一切，仅仅是执行许多简单任务的硬件。（尽管有微程序核）。此时，可以将您放入内存系统中的特定位组合视为机器语言软件。

获得Charles Petzold的书“代码：计算机硬件和软件的隐藏语言”。它很棒，易于阅读，并且会回答许多这样的问题。

如果您负担不起Petzold的书，请参阅Roger Young的“计算机如何工作”。它涵盖了许多相同的内容，并且HTML和PDF版本是免费的。

考虑一个NPN BJT；晶体管。最早发现的之一。

现在将其连接起来，使得集电极连接到可变逻辑输入，发射极连接到另一个逻辑输入，并串联一个电阻。然后，从发射极到地的电阻。

               logic
                 |
         10k   |/
logic --/\/\/--|  NPN
               |>
                 +-- output
                 |
                 /
                 \ 10k
                 /
                 |
                ---
                 -

您刚刚构建了一个AND门。仅当两个输入均为高电平时，输出才为高电平。无论如何，它都不是完美的，因为它取决于收集器的输入，并且扇形效果不佳，但是它使您了解了如何使用晶体管来计算函数。

然后，您还可以构造一个NOT门；

                5V
                 |
                 /
                 \  10k
                 /
                 +-- output
                 |
         10k   |/
logic --/\/\/--|  NPN
               |>
                 |
                ---
                 -

将其添加到刚刚构建的“与”门的输出上，可以得到一个“与非”门，您可能知道，使用“与非”门，您可以构造任何形式的逻辑。它还具有缓冲信号，增加扇出和链接能力的优势。

真正的处理器很少使用BJT，而是使用CMOS逻辑，但是原理相同。

也许您应该查找一些数字系统参考或研究VHDL之类的东西。MCU基本上是用构建块设计的，构建块可以是各种逻辑门和（较小的）构建块。最终，一切都归结为确实由晶体管组成的逻辑门。诸如PIC18F之类的典型简单MCU不能运行操作系统。加载到其中的程序是一堆机器指令，PIC可以连续运行这些指令。所有的处理都是由硬件完成的。

通用处理器通常具有ALU（计算特定指令的结果），并且在其周围有更多块来加载指令，管理堆栈和管理内存。该处理程序本身具有一些寄存器，主要用于加载输入并将结果存储在其中。您可能不会在C或另一种语言中看到很多，而在汇编中会看到很多。

ALU处理带有某些操作代码和输入的指令。例如，典型的指令可能是ADD 12 1，这意味着12 + 1 =13。结果存储在处理器本身的寄存器中。

根据体系结构，ALU例如为8位宽。一个简单的8位加法器可以由绑在一起的8个1位加法器组成（使用块构建更大的块）。使用布尔代数可以轻松地将1位加法器写入逻辑门。仅使用逻辑门手动写下整个8位加法器将是一项疯狂的工作。这就像在编写程序时根本无法使用任何函数或子例程一样。

为了使数字系统正常工作，大多数模块都设计为基于时钟的。每个数字系统都需要一定的时间才能达到其最终状态。这是由于晶体管的开关延迟和影响其他状态的状态。时钟信号是您应该熟悉的，处理器的运行速度也很高。计时器可能是一个非常简单的设备，它具有一个小的加法器模块，并且每获得一个时钟滴答就增加1。

这是一个大话题，我无法给出简单的答案，但是...

通过进行一些分而治之，您可以更接近此答案，并且由于另一个答案试图从硬件的角度来解决这个问题，因此我将从高层的SW角度尝试。

如果您用c代码（非常高的抽象水平）编写某些软件，您将不会真正看到正在发生的事情，而不会真正理解您所要求的所有爱好者的东西。

但是无论如何，让我们从那里开始。

一个仅包含变量的简单程序。

int main(void)
{
    int i=0;
    while(1) {
        i++;
    }
}

然后，我们需要获取汇编代码，以便我们了解发生了什么。此步骤可以在您使用的任何平台上完成，但为简单起见，我在PC上使用了gcc（但没关系...）

gcc -O0 -S main.c -o main.lst

然后，我们得到这样的结果：

    .file   "main.c"
    .text
.globl main
    .type   main, @function
main:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    subl    $16, %esp
    movl    $0, -4(%ebp)
.L2:
    addl    $1, -4(%ebp)
    jmp .L2
    .size   main, .-main
    .ident  "GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

然后，您尝试了解每一行代码及其作用。

然后您开始研究如何实现每条指令...例如subl

    subl    $16, %esp

在这一点上，不同的体系结构和x86有所不同，arm，pic有所不同...但是由于我的示例是x86。

• http://en.wikipedia.org/wiki/X86_assembly_language

  subl $ 4，％esp / *为该函数的局部变量分配4个字节的堆栈空间* /

在此级别上，当您阅读副本时，大多数操作看起来就像是在移动数字，从某种意义上说，这就是发生的事情。我们有一个预先定义的程序，我们可以通过该程序，该程序存储在某种闪存中，通常是某种电子逻辑，它将捕获一个逻辑电平。

如果您看到某种“ 触发器”每时每刻都 ”，那么您就很接近了，那么我们需要很多。在这里，我们开始查找您的1和0。

然后，为了使某些动作发生，我们添加了一些很酷的逻辑，可以将一个数字转换为另一个数字（CPU本身）。

然后，我们一次只执行一个程序，就知道我们在哪里，我们有一个程序计数器（PC）。然后将数字向前和向后移动，并将它们存储在另一个带有触发器的网格中。

但是，让我们再次回到特定示例中，为了更好地了解CPU，我们可以看一下ALU和这张简化的图片。从中可以看到，当我们将数据移入该逻辑块并使用OP引脚选择某些操作时，我们将在输出端获得新的结果。反过来，我们可以移回内存中的某个位置。

诅咒您的ALU在MCU的CPU部分比这要复杂得多，但它的工作原理相同。

在这一点上，我们可以看到一些逻辑电路在一侧完成“工作”，而另一侧则进行一些存储。存储分为两部分，一部分用于程序，另一部分用于数据。但是我们实际上是如何“移动”的，这些必须以某种方式连接起来...

这是我们将这些部分与一些总线相连的地方。

总线只是将不同部分连接在一起的一些电线，然后控制逻辑告诉内存哪些数据要发送到该总线上，以及CPU的哪个部分应侦听已发送的数据。这是通过一些并行控制线完成的，这些控制线将启用/禁用不同的部件。

...

因此，如果您选择mcu并剖析了一个很小的程序，并且只要您不了解正在发生的事情，就可以对其进行剖析，直到有了一个可以用来创建“ mcu”的漂亮小难题为止。

并且不要忘了阅读您的MCU的数据表，并查看它是由什么样的零件制成的，例如什么样的内存，ALU，总线等。

希望这有所帮助 ？？？

祝好运

除非您自己设计CPU，否则您实际上并不需要了解这些知识，但这全都归结为以硬件实现的大型状态机。

这种问题的最大问题是答案是巨大的并且占用了数年的大学课程，因此，您在此处获得的任何答案都只能从头开始。

如果您真的想知道CPU的内容，请查看以下内容的vhdl / verilog源代码： http //opencores.org/projects

仅仅学习vhdl和verilog本身就是一项艰巨的任务，因此您需要长期阅读：）

我的意思是说这些1和0是否通过DAC转换为相应的逻辑电压（5v和0）？

不，不是DAC。1和0从未真正存在。它们只是我们用来简化编程的数学抽象。实际的数字电压可能是5 V，3.3 V或1 V，具体取决于硬件。最终，计算机只是数字逻辑。存储器将1和0作为数字逻辑存储，数字逻辑电路将它们从存储器传输到处理器，处理器是可以对二进制数进行加，减或比较的数字逻辑电路等。

这小块二氧化硅如何

SILIC 一个是玻璃，硅和氧的混合物。芯片是由纯SILIC制成的，在特定的地方加入使所有晶体管的杂质。

我了解每个IC都是由逻辑门组成的

数字IC由逻辑门而非模拟IC制成。

那么这些晶体管如何响应5v和0v的各种组合？

阅读最简单的示例CMOS反相器。