第1章单片微型计算机概述精选文档.ppt

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1、第第1 1章章单片微型片微型计算算机概述机概述本讲稿第一页，共二十二页1.1 1.1 微型计算机发展概况微型计算机发展概况n19461946年，世界上出现第一台数字式电子计年，世界上出现第一台数字式电子计算机算机ENIACENIAC （电子数据积分器）电子数据积分器）n发展到以大规模集成电路为主要部件的第发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了四代，产生了微型计算机微型计算机n19711971年，年，IntelIntel公司设计了世界上第一个微处公司设计了世界上第一个微处理器芯片理器芯片Intel4004Intel4004 ，开创了一个全新的计开创了一个全新的计算机时代算机时代本讲稿第

2、二页，共二十二页19461946年由美国宾夕法尼亚大学研制年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIACENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculatorElectronic Numerical Integrator And calculator），），运算速度运算速度 5000 5000次次/秒，功耗秒，功耗150150kw/hkw/h，占地占地170170m m2 2,造价造价100100万美元。万美元。本讲稿第三页，共二十二页n第第1 1代代：4 4位和低档位和低档8 8位微机位微机I4004I4040I8008n第第2 2代代：中高档：中高

3、档8 8位微机位微机M6800、I8080、Z80、I8085 Apple-II 微机、MCS-48、MCS-51系列n第第3 3代代：1616位微机位微机 M68000M68000、Z8000Z8000I8086/8088 80286，IBM PC系列机本讲稿第四页，共二十二页n第第4 4代代：3232位微机位微机lI80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4n第第5 5代代：6464位微机位微机Titanium、64位RISC微处理器芯片本讲稿第五页，共二十二页单片机发展概况单片机发展概况n1976-1978 初级8位单片机 I

4、ntel MCS-48 系列n1978-1983 高档8位单片机 Intel MCS-51系列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/8752n低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/1051n1983-90年代初 16位单片机 Intel MCS-96 系列8098/8096、80C198/80C196,DSPn90年代初-至今 16位单片机高档32位单片机 ARM本讲稿第六页，共二十二页1.2 1.2 微型计算机系统微型计算机系统一、微处理器（一、微处理器（MicroprocessorMicroprocessor）n微处理器具有运算

5、和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称微处理器具有运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称中央处理器中央处理器CPUCPU（Central Processing UnitCentral Processing Unit）。由一片或几片大规模由一片或几片大规模集成电路组成，具有控制器和运算器功能。集成电路组成，具有控制器和运算器功能。n注意，微处理器并不是一台完整的计算机注意，微处理器并不是一台完整的计算机n微处理器的主要功能部件微处理器的主要功能部件（1 1）算术逻辑部件（算术逻辑部件（ALUALU）：用来进行算术和逻辑运算。用来进行算术和逻辑运算。例如，例如，SUB ALSUB AL，5

6、 5；AND AL AND AL，FEHFEH；ADD ALADD AL，1010；OR ALOR AL，01H01H；（2 2）累加器累加器A A：运算前存放操作数，运算后存放运算结果。运算前存放操作数，运算后存放运算结果。本讲稿第七页，共二十二页 （3 3）程序计数器程序计数器（Program Counter-PCProgram Counter-PC），也称指也称指令计数器令计数器（Instruction CounterInstruction Counter），由它指出下一由它指出下一条要执行指令所在存储单元的地址，具有加条要执行指令所在存储单元的地址，具有加1 1计计数的功能。数的功能。

7、（4 4）指令寄存器指令寄存器：用来存放从存储器中取出的指：用来存放从存储器中取出的指令码。令码。（5 5）指令译码器：指令译码器：对指令码进行译码，确定指令对指令码进行译码，确定指令的操作（如加、减、移位等）。的操作（如加、减、移位等）。（6 6）时序和控制部件时序和控制部件 本讲稿第八页，共二十二页系统总线系统总线n总线是指传递信息的一组公用导线总线是指传递信息的一组公用导线n总线是传送信息的公共通道总线是传送信息的公共通道n微机系统采用总线结构连接系统功能部件微机系统采用总线结构连接系统功能部件n总线信号可分成三组总线信号可分成三组l地址总线 AB：传送地址信息传送地址信息(单向单向)l

8、数据总线 DB：传送数据信息传送数据信息(双向双向)l控制总线 CB：传送控制信息(每根单向单向/双向双向)总总线线是是计计算算机机的的部部件件与与部部件件之之间间传传输输信信息息的的公公共共通通路路，它它能能分分时时地地发发送送和和接接收收各各部部件件的的信信息息。总总线线不不仅仅仅仅是是一一组组传传输输线线，它它还还包包括括与与数数据据传传输输有有关关的控制逻辑。所以，在一个计算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。的控制逻辑。所以，在一个计算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。本讲稿第九页，共二十二页总线信号总线信号n地址总线地址总线 ABABl输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址

9、l地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围n数据总线数据总线 DBDBlCPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU lCPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部l数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数n控制总线控制总线 CBCBl协调系统中各部件的操作，包括以下信号：控制信息（输出）、请求（输入）、状态联络（输入/出）l控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等本讲稿第十页，共二十二页 微型计算机微型计算机是指，以是指，以微处理器为核心，配上存储器、微处理器为核心，配上存储器、I/OI/O接口电路和系统总线所组成的计算机接口电路和系统总线所组成的计算机。微型计算机系统的硬件部

10、分通常由五部分组成微型计算机系统的硬件部分通常由五部分组成:输入设备输入设备运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器存储器存储器二、二、微型计算机微型计算机本讲稿第十一页，共二十二页这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成：这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成：多板机多板机 主板显卡声卡存储器接口网卡输入输出接口内存条内存条本讲稿第十二页，共二十二页80888088微微处处理理器器80878087协协处处理理器器82888288总线控制器总线控制器I/OI/O通通道道82598259中断控制中断控制器器随机存储器随机存储器RAMRAM只读存储器只读存储器ROMROM82538253定时控制器定

11、时控制器82378237DMADMA控制器控制器82558255并行接口并行接口控制总线控制总线数据总线数据总线地址总线地址总线地址锁存器地址锁存器数据收发器数据收发器扬声器扬声器接口接口82848284时钟发生器时钟发生器键盘键盘接口接口系统系统配置配置开关开关1.3.2 1.3.2 主机板组成主机板组成本讲稿第十三页，共二十二页CPU芯片内存条内存条存储器接口存储器芯片输入输出接口输入输出接口芯片定时计数器芯片A/D、D/A芯片单板机 印印 刷刷 电电 路路 板板本讲稿第十四页，共二十二页 单单 硅硅 晶晶 片片 CPU存储器控制电路定时器时钟电路I/O口单片机本讲稿第十五页，共二十二页本

12、讲稿第十六页，共二十二页本讲稿第十七页，共二十二页三、三、微型计算机系统微型计算机系统n 微型计算机系统包括硬件和软件两大部微型计算机系统包括硬件和软件两大部分，它以微型计算机为主体，配上系统软分，它以微型计算机为主体，配上系统软件和外部设备组成。件和外部设备组成。n外部设备：键盘、显示器、打印机等。外部设备：键盘、显示器、打印机等。n系统软件：操作系统和系统应用软件。系统软件：操作系统和系统应用软件。本讲稿第十八页，共二十二页微型计算机组成结构微型计算机组成结构微型计算机系统硬件微型计算机（主机）微处理器微处理器(CPUCPU)软件外围设备运算器控制器存储器存储器(内存)RAMROM外部设备

13、辅助设备 输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪)输出设备(显示器、打印机、绘图仪、)辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)输入输入/输出接口输出接口 (I/OI/O接口接口)总线(AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路时钟电路本讲稿第十九页，共二十二页1.41.4 微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程n程序：程序：为完成某项工作为完成某项工作,将一系列指令有序地组合。将一系列指令有序地组合。n指令：指令：计算机执行某种操作的命令。由操作码和操作数两部计算机执行某种操作的命令。由操作码和操作数两部分组成。分组成。n操作码操作码表示计算机执行什么具体操作。表示计算机执行什么具体操作。n操作数操作数表示参加操作的数或操作数所在地址。表示参加操作的数或操作数所在地址。n 计算机的工作过程就是执行程序的过程，即不断地取指令、译计算机的工作过程就是执行程序的过程，即不断地取指令、译码和执行指令的过程，直至遇到停机指令才暂停工作。码和执行指令的过程，直至遇到停机指令才暂停工作。本讲稿第二十页，共二十二页