第00章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

1、微機(jī)原理及實(shí)驗(yàn)微機(jī)原理及實(shí)驗(yàn)主講：王強(qiáng)主講：王強(qiáng)Telmail：蘭州大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院蘭州大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院課程目標(biāo)u 單片機(jī)的組成和工作原理u 了解微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳功能u 掌握單片機(jī)指令系統(tǒng)的尋址方式和指令系統(tǒng)u 掌握存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)u 熟悉常用的輸入輸出技術(shù)u 掌握單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)方法課堂講授及實(shí)驗(yàn)課堂講授課堂講授 54學(xué)時(shí) 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第三版）胡漢才，清華大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 36學(xué)時(shí) 星研單片機(jī)實(shí)驗(yàn)儀 自編教材 考查方式期末考試： 60 %實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 30 %作業(yè)及平時(shí)： 10 %第第1章章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)主講：王強(qiáng)主講：

2、王強(qiáng)蘭州大學(xué)核學(xué)院蘭州大學(xué)核學(xué)院教學(xué)目的：教學(xué)目的： 了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展 ； 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及2 2大分支；大分支； 單片機(jī)與微機(jī)的主要異同點(diǎn)；單片機(jī)與微機(jī)的主要異同點(diǎn)； 嵌入式系統(tǒng)定義、組成及特點(diǎn)；嵌入式系統(tǒng)定義、組成及特點(diǎn)； 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 。教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的組成、發(fā)展及特點(diǎn)。微型計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的組成、發(fā)展及特點(diǎn)。 1.1.1 1.1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史 l第一代：第一代： 194619461958 1958 電子管時(shí)代電子管時(shí)代l第二代：第二代： 195819581964 1964 晶體管時(shí)代晶

3、體管時(shí)代l第三代：第三代： 196419641971 1971 集成電路時(shí)代集成電路時(shí)代l第四代：第四代： 7070年代以后年代以后 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路l第五代：第五代： 人工智能機(jī)算機(jī)人工智能機(jī)算機(jī)l第六代：第六代： 神經(jīng)電腦計(jì)算機(jī)神經(jīng)電腦計(jì)算機(jī)1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及2大分支嵌入式計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）通用微型計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）Intel MCS-8051, 8096, Intel8080, Z80, MC6800, 6502, 微型處理器：286,386,486,586,Pentium,Core,Xeon操作系統(tǒng)：Windows系列， Unix類操作系統(tǒng) Linux類操作系統(tǒng) M

4、ac操作系統(tǒng) 1.1.3單片機(jī)與微機(jī)的主要異同點(diǎn) 相同點(diǎn)：計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)微處理器微處理器（CPU）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（內(nèi)存）（內(nèi)存）RAMROM輸入輸入/輸出接口輸出接口（I/O接口）接口）并行并行串行接口串行接口定時(shí)器定時(shí)器總線總線運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器寄存器寄存器不同點(diǎn)：用途不同，發(fā)展方向不同。因而結(jié)構(gòu)、外形、功能有很大差異單片機(jī)：所有的電路都集成在一塊芯片上，通常還包括其他輔助功能電路。一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)：把不同功能的芯片組成在一塊底板上，然后配上其他外設(shè)。1.1.3計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)字長(zhǎng)主頻運(yùn)算速度內(nèi)存容量1.2.1嵌入式系統(tǒng)的定義與特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的定

5、義l嵌入到對(duì)象系統(tǒng)（可以是一種裝置、儀表或設(shè)備等）中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) l嵌入式系統(tǒng)shi由嵌入式計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等組成。光傳感器光傳感器A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換系統(tǒng)系統(tǒng)控制器控制器電機(jī)電機(jī)閃存單元閃存單元計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)接口接口用戶開(kāi)關(guān)用戶開(kāi)關(guān)圖像存儲(chǔ)圖像存儲(chǔ)LCD顯示器顯示器鏡頭鏡頭例2.洗衣機(jī)控制原理功能專一； 抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高；自動(dòng)化程度高；體積??；功耗低；性能價(jià)格比高 。嵌入式系統(tǒng)shi由嵌入式計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等組成。嵌入式計(jì)算機(jī) (1) 嵌入式微處理器(EMPU) (2) 微控制器(MCU) (3) 嵌入式DSP處理器(EDSP) (4)

6、嵌入式片上系統(tǒng) (SoC) (5) 片上可編程系統(tǒng)（SoPC）外圍設(shè)備 存儲(chǔ)器、 接口、 人機(jī)交互設(shè)備嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件 u第一階段（19761978）探索階段，MCS-48為代表u第二階段（19781982）完善階段，MCS-51為代表u第三階段（19821990）發(fā)展階段，51系列大發(fā)展，MCS-96系列產(chǎn)生u第四階段（1990）微處理器全面發(fā)展階段，出現(xiàn)了高速、大容量、強(qiáng)運(yùn)算能力的32位單片機(jī)主要器件廠家美國(guó)：Intel、Motorola、Microchip 、Atmel、 SCT、Winbond、 荷蘭: Philips 德國(guó)：Siemens臺(tái)灣：華邦典型MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品 最

7、早Intel推出的6個(gè)芯片：8051、8751、8031、8052、8752、8032 隨后推出的CMOS型芯片：80C51、87C51、80C31、80C52、87C52、80C32 兼容廠家（Atmel, Philips）推出的Flash ROM 型: 89C51、89C52、89C58、89C2051、89C4051 Atmel推出的在線編程型：AT89S51/89S52、AT89Cxx停產(chǎn) 其它廠家命名規(guī)則可能相同或不同，但都采用8051內(nèi)核：如ADuC812(AD公司)、77E58、78LE52/54/58（華邦）等等。MCS-51系列單片機(jī)配置一覽表89系列單片機(jī)1） 內(nèi)部含F(xiàn)la

8、sh存儲(chǔ)器。 2） 89系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和80C51相近 3）工作原理和指令系統(tǒng)完全相同。 4）有些型號(hào)和80C51的引腳完全兼容。 主要特點(diǎn)如下：89系列單片機(jī)是MCS-51的典型代表1.4.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成微機(jī)主板及接口1.4.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展芯片的發(fā)展芯片的發(fā)展1.5.1 常用簡(jiǎn)單邏輯電路 1.5.2 觸發(fā)器 1.5.3 寄存器 （1）緩沖寄存器 （2） 移位寄存器 圖1-5所示即為一串行輸入移位寄存器電路。 （3）計(jì)數(shù)器 圖2.5就是由J-K觸發(fā)器組成的行波計(jì)數(shù)器的工作原理圖。 （4） 三態(tài)門 見(jiàn)圖2.6 為三態(tài)門 原理圖。圖2.7所示為一個(gè)4位的三態(tài)輸出緩沖寄

9、存器 三態(tài)門 三態(tài)輸出緩沖寄存器1.6.1 存儲(chǔ)器的分類1.6.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類（1）只讀存儲(chǔ)器）只讀存儲(chǔ)器ROM（ReadOnlyMemory） （2）隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM(RandomAccessMemory) （3） 可改寫的非易失存儲(chǔ)器1.常用名詞術(shù)語(yǔ)常用名詞術(shù)語(yǔ) 存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 、位（bit） 、字長(zhǎng) 、字節(jié) （Byte） 。2. 主要指標(biāo)1）容量 2) 存取速度1靜態(tài)RAM基本存儲(chǔ)電路六管 MOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元 圖2.9動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路l圖 2.10隨機(jī)存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)框圖The ENDl手動(dòng)式計(jì)算工具手動(dòng)式計(jì)算工具:算籌，算盤算籌，算盤l機(jī)械式計(jì)算工具機(jī)械式計(jì)算工具:

10、手搖式計(jì)算機(jī)，主要由機(jī)械齒輪組成。手搖式計(jì)算機(jī)，主要由機(jī)械齒輪組成。l機(jī)電式計(jì)算機(jī)機(jī)電式計(jì)算機(jī):由電動(dòng)、齒輪、繼電器組成。由電動(dòng)、齒輪、繼電器組成。打孔計(jì)算機(jī)打孔計(jì)算機(jī)分析機(jī)分析機(jī)（1） 世界上公認(rèn)的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)是1946年由年由 美國(guó)的美國(guó)的賓西法尼亞大賓西法尼亞大學(xué)學(xué)研制出來(lái)的，研制出來(lái)的，ENIAC (Electronic Numerical Integrater And Computer)電子電子數(shù)字積分器和計(jì)數(shù)器數(shù)字積分器和計(jì)數(shù)器第一代第一代計(jì)算機(jī)電子管計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)電子管計(jì)算機(jī)?？颂兀ㄓ遥┖湍死ㄗ螅┮蚬餐邪？颂兀ㄓ遥┖湍死ㄗ螅┮蚬餐兄瞥晒χ瞥晒

11、NIAC而名垂青史而名垂青史（2）第一臺(tái)通用）第一臺(tái)通用電子電子計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)： EDVAC( Electric Discrete Variable Automatic Computer) 電子離散變量自動(dòng)電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)。第一臺(tái)并行計(jì)算機(jī)第一臺(tái)并行計(jì)算機(jī)馮馮.諾伊曼計(jì)算機(jī)，諾伊曼計(jì)算機(jī)，兩個(gè)重要設(shè)想：兩個(gè)重要設(shè)想：采用二進(jìn)制和采用二進(jìn)制和“存儲(chǔ)存儲(chǔ)程序程序”。，并且進(jìn)一步明確指出，并且進(jìn)一步明確指出了整個(gè)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由五個(gè)部分了整個(gè)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由五個(gè)部分組成：組成：運(yùn)算器運(yùn)算器、控制器控制器、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器、輸入裝置輸入裝置和和輸出裝置輸出裝置應(yīng)用應(yīng)用晶體管晶體管代替電子管代

12、替電子管廣泛使用了廣泛使用了磁芯磁芯存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器。晶體管晶體管的特點(diǎn)：比電子管更可靠、成本也更的特點(diǎn)：比電子管更可靠、成本也更低。低。第二代第二代計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)19511951年，中國(guó)移民王安發(fā)明了磁年，中國(guó)移民王安發(fā)明了磁芯存儲(chǔ)器，芯存儲(chǔ)器，IBMIBM于于19561956年購(gòu)買了這年購(gòu)買了這項(xiàng)技術(shù)專利。項(xiàng)技術(shù)專利。集成電路集成電路是將單個(gè)的晶體管集成到一個(gè)硅片是將單個(gè)的晶體管集成到一個(gè)硅片上，從而極大的降低了成本，增加了穩(wěn)定性、上，從而極大的降低了成本，增加了穩(wěn)定性、速度、可靠性。速度、可靠性。集成電路的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)的集成電路的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)的普及普及成為可能。成

13、為可能。第三代第三代集成電路計(jì)算機(jī)集成電路計(jì)算機(jī)大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路LSI (Large Scale Integration)，指單片硅上能集成指單片硅上能集成1000個(gè)以上的晶體管。個(gè)以上的晶體管。1999年奔年奔騰騰微處理器上有微處理器上有750750萬(wàn)個(gè)晶體管。萬(wàn)個(gè)晶體管。一個(gè)一個(gè)超大規(guī)模集成電路，可集成上億個(gè)晶體管?？梢允钩笠?guī)模集成電路，可集成上億個(gè)晶體管?？梢允剐⌒陀?jì)算機(jī)中整個(gè)的中央處理器和大部分存儲(chǔ)器集成小型計(jì)算機(jī)中整個(gè)的中央處理器和大部分存儲(chǔ)器集成在一個(gè)芯片上，這就是在一個(gè)芯片上，這就是微處理器微處理器。第四代第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) 它能理解人的

14、語(yǔ)言，文字和圖形，人無(wú)需編寫程序，靠它能理解人的語(yǔ)言，文字和圖形，人無(wú)需編寫程序，靠講話就能對(duì)計(jì)算機(jī)下達(dá)命令，驅(qū)使它工作。講話就能對(duì)計(jì)算機(jī)下達(dá)命令，驅(qū)使它工作。它能將一種知識(shí)信息與有關(guān)的知識(shí)信息連貫起來(lái)，作為它能將一種知識(shí)信息與有關(guān)的知識(shí)信息連貫起來(lái)，作為對(duì)某一知識(shí)領(lǐng)域具有淵博知識(shí)的專家系統(tǒng)，成為人對(duì)某一知識(shí)領(lǐng)域具有淵博知識(shí)的專家系統(tǒng)，成為人們從事某方面工作的得力助手和參謀。們從事某方面工作的得力助手和參謀。還是能還是能思考思考的計(jì)算機(jī)，能幫助人進(jìn)行推理、判斷，具的計(jì)算機(jī)，能幫助人進(jìn)行推理、判斷，具有邏輯思維能力。有邏輯思維能力。巨型化巨型化、微型化微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化人們普遍認(rèn)為新一代計(jì)算機(jī)應(yīng)該是智能型的，它能模人們普遍認(rèn)為