哈爾濱工程大學(xué)單片機(jī)技術(shù)第1講

微機(jī)原理與接口技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)第1章計算機(jī)接口技術(shù)概述微機(jī)系統(tǒng)簡介微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成接口的概念、組成與功能1.1微機(jī)系統(tǒng)簡介

電子計算機(jī)是由各種電子器件組成的，能夠自動、高速、精確地進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯控制和信息處理的現(xiàn)代化設(shè)備。計算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域：（1）科學(xué)計算（數(shù)值計算）（2）信息處理（3）工業(yè)控制（4）計算機(jī)輔助技術(shù)（5）人工智能（6）網(wǎng)絡(luò)通信1.1.1計算機(jī)發(fā)展過程

1946年，美國賓夕法尼亞大學(xué)與美國陸軍阿伯丁彈道實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研制的電子數(shù)字積分計算機(jī)ENIC（ElectronicNumericalIntergratorandCalculator)研制成功，它被譽(yù)為世界上第一臺電子數(shù)字計算機(jī)。

1946年6月，美籍匈牙利科學(xué)家馮．諾依曼提出了“存儲程序”和“程序控制”的計算機(jī)設(shè)計方案，其特點(diǎn)是：1）采用二進(jìn)制輸?shù)男问絹肀硎緮?shù)據(jù)和指令。2）把指令和數(shù)據(jù)存儲在計算機(jī)內(nèi)部的存儲器中，按照在存儲器中存放的順序自動依次執(zhí)行指令。3）由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部件組成計算機(jī)的基本硬件。4）由控制器來控制程序和數(shù)據(jù)的存取及程序的執(zhí)行。5）以運(yùn)算器為核心，所有的執(zhí)行都經(jīng)過運(yùn)算器。輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲器運(yùn)算器控制器計算機(jī)系統(tǒng)——硬件+軟件馮.諾依曼計算機(jī)

第一代（1946~1958）：電子管階段第二代（1959~1964）：晶體管階段第三代（1965~1970）：集成電路階段第四代（1971~現(xiàn)在）：大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路階段第五代：智能型計算機(jī)

微處理器已發(fā)展了5代：第一代-4位或低檔8位微處理器Intel4004、Intel4040—4位微處理器Intel8008—低檔8位微處理器Intel4004Intel80081.1.2微處理器發(fā)展歷史第二代-中高檔8位微處理器Intel8080、MC6800、6501、6502—8位微處理器Intel8085、Z80、MC6809—高檔8位微處理器指令比較完善，有了中斷與DMA匯編、BASIC，F(xiàn)ORTRAN、PL/M后期配備CP/M操作系統(tǒng)

Intel8085第三代-16位微處理器Intel8086、Z8000、MC68000—16位

-8086數(shù)據(jù)總線16位、地址總線20位Intel8088—準(zhǔn)16位

-外部數(shù)據(jù)總線8位，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線16位

-IBMPC、IBMPC/XTIntel80286、MC68010—高檔16位

-數(shù)據(jù)總線16位，地址總線24位

-IBMPC/AT-實(shí)地址模式、虛地址保護(hù)模式

-虛地址模式可尋址16MB物理地址和1GB的虛擬地址空間第四代-32位高檔微處理器Intel80386—32位微處理器

-數(shù)據(jù)總線32位，地址總線32位

-實(shí)地址模式、虛地址保護(hù)模式、虛擬8086模式

-虛地址模式可尋址4GB(232)物理地址和64TB(246)的虛擬地址空間Intel80486—32位微處理器

-80386+80387+8KB的Cache-部分采用RISC技術(shù)、突發(fā)總線技術(shù)

-使用時鐘倍頻技術(shù)PentiumPro（高能奔騰）—32位微處理器

-64條數(shù)據(jù)線、36條地址線（區(qū)別Pentium的32條地址線）

-實(shí)現(xiàn)了動態(tài)執(zhí)行技術(shù)(亂序執(zhí)行)

PentiumII（奔騰2）—32位微處理器PentiumIII（奔騰3）—32位微處理器Pentium4—32位微處理器(非P6核心結(jié)構(gòu))第五代-64位高檔微處理器1.2微型計算機(jī)的組成微型計算機(jī)由硬件和軟件兩部分組成CPU存儲器I/O接口外設(shè)外設(shè)ABDBCB微機(jī)系統(tǒng)硬件軟件微處理器(CPU)用戶(應(yīng)用)軟件系統(tǒng)軟件外圍設(shè)備內(nèi)存儲器輸入輸出（I/O）設(shè)備及其接口電路運(yùn)算器（算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU))控制器（控制單元（CU））EPROMCache等RAM、ROM、EPROM寄存器陣列（RA）主機(jī)2外部設(shè)備過程控制I/O通道鼠標(biāo)、鍵盤等輸入設(shè)備顯示器、打印機(jī)等輸出設(shè)備軟驅(qū)、硬盤及磁帶等外存儲器A/D、D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)量等下肢康復(fù)機(jī)器人5自由度教學(xué)機(jī)器人上肢康復(fù)機(jī)器人主機(jī)（PC）PWM電流Meg16或DSP4編碼器4直流電機(jī)PWM驅(qū)動直流穩(wěn)壓電源AC220v減速器關(guān)節(jié)4正交編碼器信號Meg16或DSPPWM驅(qū)動PWM電流Meg16或DSPPWM驅(qū)動Meg16或DSPPWM驅(qū)動行程開關(guān)信號4串口卡（雙向）力信號(擴(kuò)展)I/OA/D需要工控機(jī)信號調(diào)理繼電器安全邏輯1.2.1微型計算機(jī)硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線（DB）控制總線（CB）CPU地址總線（AB）RAMI/O接口輸入設(shè)備ROM輸出設(shè)備定時電路微型計算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成概念：總線、接口按信號的作用，總線分為三類：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU地址總線的條數(shù)決定CPU的尋址能力10根→21010241K

20根→2201024K1M32根→232

22

×2304G36根→23626

×23064G數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度8根→一次傳送8位16根→一次傳送16位32根→一次傳送32位64根→一次傳送64位二、微處理器

計算機(jī)的核心部件用來實(shí)現(xiàn)指令的自動裝入和自動執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)本身的自動化。地址信號標(biāo)志寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP數(shù)據(jù)信號控制信號ALU三、存儲器

內(nèi)存是存儲程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、內(nèi)存單元等構(gòu)成。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)存單元內(nèi)存單元的地址內(nèi)存單元的內(nèi)容對內(nèi)存的讀/寫操作概念微型計算機(jī)的工作過程計算機(jī)的工作原理是：“存儲程序”+“程序控制”CPU總線內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指