第00章微型計算機基礎(chǔ)

1、微機原理及實驗微機原理及實驗主講：王強主講：王強Telmail：蘭州大學核科學與技術(shù)學院蘭州大學核科學與技術(shù)學院課程目標u 單片機的組成和工作原理u 了解微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳功能u 掌握單片機指令系統(tǒng)的尋址方式和指令系統(tǒng)u 掌握存儲器擴展技術(shù)u 熟悉常用的輸入輸出技術(shù)u 掌握單片機的接口設(shè)計方法課堂講授及實驗課堂講授課堂講授 54學時 單片機原理及其接口技術(shù)（第三版）胡漢才，清華大學出版社實驗實驗 36學時 星研單片機實驗儀 自編教材 考查方式期末考試： 60 %實驗成績： 30 %作業(yè)及平時： 10 %第第1章章 微型計算機基礎(chǔ)微型計算機基礎(chǔ)主講：王強主講：

2、王強蘭州大學核學院蘭州大學核學院教學目的：教學目的： 了解計算機的發(fā)展了解計算機的發(fā)展 ； 微型計算機的發(fā)展及微型計算機的發(fā)展及2 2大分支；大分支； 單片機與微機的主要異同點；單片機與微機的主要異同點； 嵌入式系統(tǒng)定義、組成及特點；嵌入式系統(tǒng)定義、組成及特點； 微型計算機系統(tǒng)概述微型計算機系統(tǒng)概述 。教學重點：教學重點：微型計算機與單片機的組成、發(fā)展及特點。微型計算機與單片機的組成、發(fā)展及特點。 1.1.1 1.1.1 計算機發(fā)展簡史計算機發(fā)展簡史 l第一代：第一代： 194619461958 1958 電子管時代電子管時代l第二代：第二代： 195819581964 1964 晶體管時代晶

3、體管時代l第三代：第三代： 196419641971 1971 集成電路時代集成電路時代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： 人工智能機算機人工智能機算機l第六代：第六代： 神經(jīng)電腦計算機神經(jīng)電腦計算機1.1.2 微型計算機的發(fā)展及2大分支嵌入式計算機（單片機）通用微型計算機（PC機）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單片機與微機的主要異同點 相同點：計計算算機機微處理器微處理器（CPU）存儲器存儲器（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器定時器總線總線運算器運算器控制器控制器寄存器寄存器不同點：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：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。一塊單片機芯片就是一臺計算機。微型計算機：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計算機的主要技術(shù)指標字長主頻運算速度內(nèi)存容量1.2.1嵌入式系統(tǒng)的定義與特點嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的定

5、義l嵌入到對象系統(tǒng)（可以是一種裝置、儀表或設(shè)備等）中的專用計算機系統(tǒng) l嵌入式系統(tǒng)shi由嵌入式計算機、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)、應用軟件等組成。光傳感器光傳感器A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換系統(tǒng)系統(tǒng)控制器控制器電機電機閃存單元閃存單元計算機計算機接口接口用戶開關(guān)用戶開關(guān)圖像存儲圖像存儲LCD顯示器顯示器鏡頭鏡頭例2.洗衣機控制原理功能專一； 抗干擾能力強、可靠性高；自動化程度高；體積??；功耗低；性能價格比高 。嵌入式系統(tǒng)shi由嵌入式計算機、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)、應用軟件等組成。嵌入式計算機 (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 存儲器、 接口、 人機交互設(shè)備嵌入式操作系統(tǒng)應用軟件 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、強運算能力的32位單片機主要器件廠家美國：Intel、Motorola、Microchip 、Atmel、 SCT、Winbond、 荷蘭: Philips 德國：Siemens臺灣：華邦典型MCS-51單片機產(chǎn)品 最

7、早Intel推出的6個芯片：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系列單片機配置一覽表89系列單片機1） 內(nèi)部含F(xiàn)la

8、sh存儲器。 2） 89系列單片機的內(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）有些型號和80C51的引腳完全兼容。 主要特點如下：89系列單片機是MCS-51的典型代表1.4.1 微型計算機系統(tǒng)的基本組成微機主板及接口1.4.2 微型計算機系統(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）計數(shù)器 圖2.5就是由J-K觸發(fā)器組成的行波計數(shù)器的工作原理圖。 （4） 三態(tài)門 見圖2.6 為三態(tài)門 原理圖。圖2.7所示為一個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 存儲器的分類1.6.2 半導體存儲器的分類（1）只讀存儲器）只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory） （2）隨機存儲器隨機存儲器RAM(RandomAccessMemory) （3） 可改寫的非易失存儲器1.常用名詞術(shù)語常用名詞術(shù)語 存儲單元存儲單元 、位（bit） 、字長 、字節(jié) （Byte） 。2. 主要指標1）容量 2) 存取速度1靜態(tài)RAM基本存儲電路六管 MOS靜態(tài)存儲單元 圖2.9動態(tài)基本存儲電路l圖 2.10隨機存儲器的基本結(jié)構(gòu)框圖The ENDl手動式計算工具手動式計算工具:算籌，算盤算籌，算盤l機械式計算工具機械式計算工具:

10、手搖式計算機，主要由機械齒輪組成。手搖式計算機，主要由機械齒輪組成。l機電式計算機機電式計算機:由電動、齒輪、繼電器組成。由電動、齒輪、繼電器組成。打孔計算機打孔計算機分析機分析機（1） 世界上公認的第一臺計算機是世界上公認的第一臺計算機是1946年由年由 美國的美國的賓西法尼亞大賓西法尼亞大學學研制出來的，研制出來的，ENIAC (Electronic Numerical Integrater And Computer)電子電子數(shù)字積分器和計數(shù)器數(shù)字積分器和計數(shù)器第一代第一代計算機電子管計算機計算機電子管計算機?？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）第一臺通用）第一臺通用電子電子計算機：計算機： EDVAC( Electric Discrete Variable Automatic Computer) 電子離散變量自動電子離散變量自動計算機。計算機。第一臺并行計算機第一臺并行計算機馮馮.諾伊曼計算機，諾伊曼計算機，兩個重要設(shè)想：兩個重要設(shè)想：采用二進制和采用二進制和“存儲存儲程序程序”。，并且進一步明確指出，并且進一步明確指出了整個計算機的結(jié)構(gòu)應由五個部分了整個計算機的結(jié)構(gòu)應由五個部分組成：組成：運算器運算器、控制器控制器、存儲器存儲器、輸入裝置輸入裝置和和輸出裝置輸出裝置應用應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器。存儲器。晶體管晶體管的特點：比電子管更可靠、成本也更的特點：比電子管更可靠、成本也更低。低。第二代第二代計算機晶體管計算機計算機晶體管計算機19511951年，中國移民王安發(fā)明了磁年，中國移民王安發(fā)明了磁芯存儲器，芯存儲器，IBMIBM于于19561956年購買了這年購買了這項技術(shù)專利。項技術(shù)專利。集成電路集成電路是將單個的晶體管集成到一個硅片是將單個的晶體管集成到一個硅片上，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)，使計算機的集成電路的出現(xiàn)，使計算機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算機集成電路計算機大規(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個以上的晶體管。個以上的晶體管。1999年奔年奔騰騰微處理器上有微處理器上有750750萬個晶體管。萬個晶體管。一個一個超大規(guī)模集成電路，可集成上億個晶體管?？梢允钩笠?guī)模集成電路，可集成上億個晶體管?？梢允剐⌒陀嬎銠C中整個的中央處理器和大部分存儲器集成小型計算機中整個的中央處理器和大部分存儲器集成在一個芯片上，這就是在一個芯片上，這就是微處理器微處理器。第四代第四代大規(guī)模集成電路計算機大規(guī)模集成電路計算機 它能理解人的

14、語言，文字和圖形，人無需編寫程序，靠它能理解人的語言，文字和圖形，人無需編寫程序，靠講話就能對計算機下達命令，驅(qū)使它工作。講話就能對計算機下達命令，驅(qū)使它工作。它能將一種知識信息與有關(guān)的知識信息連貫起來，作為它能將一種知識信息與有關(guān)的知識信息連貫起來，作為對某一知識領(lǐng)域具有淵博知識的專家系統(tǒng)，成為人對某一知識領(lǐng)域具有淵博知識的專家系統(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算機，能幫助人進行推理、判斷，具的計算機，能幫助人進行推理、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、智能化人們普遍認為新一代計算機應該是智能型的，它能模人們普遍認為