嵌入式系統(tǒng)基礎講課課件第一章微型計算機基礎

第1章微型計算機基礎復習主要課程：

計算機文化基礎（微型計算機原理）

包括以下幾個方面：1.1微型計算機的定義與工作過程1.2計算機中的數(shù)制和編碼1.3微型計算機的結構1.4中斷、定時器/計數(shù)器、并行通信、串行通信初步認識1.5CPU與外設的數(shù)據(jù)傳輸方式

第1章微型計算機基礎1.1微型計算機的定義與工作過程1.2計算機中的數(shù)制和編碼1.3微型計算機的結構1.4中斷、定時器/計數(shù)器、并行通信、串行通信初步認識1.5CPU與外設的數(shù)據(jù)傳輸方式

1.1微型計算機的定義與工作過程（微型計算機是什么、怎樣工作的）1.1.1定義1.1.2馮-諾依曼體系1.1.3工作過程1.1.1微型計算機(MC)定義1、定義以微處理器為核心，配上的半導體存儲器及可編程接口芯片，連上外設及電源所組成的計算機，稱為微型計算機，簡稱微型機或微機，有時又稱為PC（PersonalComputer）或MC（MicroComputer）。

微機加上系統(tǒng)軟件，就構成了微型計算機系統(tǒng)（MCS--微機系統(tǒng)）。

1.1.2馮·諾依曼體系:(JohnVonNeumann，1903－1957美籍匈牙利人-科學家

)①采用二進制代碼表示數(shù)據(jù)和指令。②采用存儲程序的工作方式，即先編寫程序，然后存儲程序，最后自動連續(xù)地執(zhí)行程序。(軟件系統(tǒng)）③由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備組成計算機硬件系統(tǒng)。微型計算機是由：

硬件和軟件相結合的產(chǎn)物。D1\DL1\(DL1KEY.C\DL1LED.C)輸入設備輸出設備相同的硬件，因不同的軟件發(fā)揮不同的作用。CPU存儲器I/O口1.1.3MC的工作過程程序的執(zhí)行過程。程序的執(zhí)行：

由CPU完成。程序存放在：

存儲器中。1.2計算機中的數(shù)制和編碼計算機在工作過程中就是對數(shù)據(jù)的處理。計算機只能識別0和1（二進制數(shù)）1.2.1計算機中的數(shù)制

二進制、十進制、十六進制1.2.2帶符號數(shù)的表示

原碼、反碼、補碼1.2.3計算機中常用的編碼

ASCII碼、BCD碼1.2.1計算機中的數(shù)制二進制、十進制、十六進制（P3）1.2.2帶符號數(shù)的表示（P4）

（原碼、反碼、補碼）1.2.3計算機中常用的編碼（269）

（ASCII碼、BCD碼）1.3MC結構硬件+軟件1.3.1硬件結構1.3.2軟件結構1.3.3CPU、存儲器、I/O口、總線1.3.1MC硬件結構輸入設備+輸出設備運算器+控制器CPU+存儲器MC基本結構（單板機、單片機）由：CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）口電路構成，各部分之間通過總線（Bus）連接。1.3.2MC的軟件概述計算機能夠脫離人的直接控制而自動地操作與運算，還必須要有軟件。軟件是指使用和管理計算機的各種程序（Program），而程序是由一條條指令（Instruction）組成的。程序的集合構成了計算機中的軟件系統(tǒng)。1.源程序與機器碼源程序：用助記符編寫的程序匯編語言C語言機器碼：二進制數(shù)【例1-2】63+56+36+14ORG0000HMOVA,#63ADDA,#56ADDA,#36ADDA,#14SJMP$voidmain(){unsignedcharsum;

sum=63+56+36+14;

while(1);}10202.機器碼在內(nèi)存中存放硬件與軟件的關系：（1）硬件和軟件有機結合的整體-MC。（2）硬件是計算機工作的基礎，沒有硬件的支持，軟件將無法正常工作；（3）軟件是計算機的靈魂，沒有軟件，硬件就是一個空殼，不能做任何工作。

沒有軟件的計算機稱為裸機。1.3.3CPU、存儲器、I/O口、總線

CPU、存儲器、I/O口是組成微型計算機的基本部分，在使用時廠家是以芯片的形式或I/O接口電路的形式提供給使用者的。CPU、存儲器、I/O口式通過總線聯(lián)系在一起的。1、微處理器—CPU中央處理單元.

是利用微電子技術制造的。無論那種CPU，其內(nèi)部基本組成總是大同小異，其內(nèi)部包括三部分：運算器、控制器、內(nèi)部寄存器陣列（工作寄存器組）典型微處理器結構圖：關鍵使用：內(nèi)部的寄存器---名字（符號）、大小、特殊性（關鍵是使用）2、存儲器作用：存放程序與數(shù)據(jù)。（記憶功能）組成：存儲器由一些能夠表示二進制數(shù)0和1狀態(tài)的物理器件組成。物理器件本身具有記憶的功能●基本的存儲單元：1位二進制●存儲單元：8位進制數(shù)●存儲器：多個存儲單元

（位、字節(jié)、半字節(jié)、字）（床位----—宿舍------樓）使用時用的是某存儲單元。存儲單元屬性：存儲單元中的內(nèi)容、

存儲單元的地址操作：對某存儲單元地址的操作

(讀、寫)

存儲器的分類按用途分：內(nèi)、外部存儲器按性質(zhì)分：存儲器的主要性能指標●存儲容量:

能夠存儲的二進制的位數(shù)。如某存儲器芯片有13條地址線A12～A0，8條數(shù)據(jù)線D7～D0，則該存儲器容量為8K*8B位。共有213個地址空間地址空間表示范圍為:0000H～1FFFH。●存取速度●功耗●可靠性●性能/價格比3、輸入/輸出接口電路接口：是連接CPU和外設之間的一個橋梁接口的功能：

●對輸入/輸出數(shù)據(jù)進行緩沖、隔離和鎖存●對信號的形式和數(shù)據(jù)格式進行交換與匹配●提供信息相互交換的應答聯(lián)絡信號●根據(jù)尋址信息選擇相應的外設CPU和I/O設備之間的信號：通常，我們把計算機與外設間的這種交換數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制命令的過程統(tǒng)稱為通信（Communication）。通信過程就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，在這個過程中要傳輸?shù)男畔⒂袛?shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息?！駭?shù)據(jù)信息：

數(shù)字量、模擬量、開關量●狀態(tài)信息：外設提供的●控制信息：

MC提供給外設的

數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息的含義不同，但都是數(shù)據(jù)；I/O接口的結構輸入/輸出接口屬性：

端口的內(nèi)容、端口的地址操作：對某I/O口的端口地址的操作(讀、寫)

4、總線

總線就是在微型計算機各芯片之間或芯片內(nèi)部各部件之間傳輸信息的一組公共通信線。在MC中使用比較多的是元件級總線。元件級總線包括:地址總線AB（AddressBus）數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）控制總線CB（ControlBus）三種。地址線總線：三態(tài)單向A15～A01K=1024數(shù)據(jù)線：三態(tài)雙向D7～D0控制線：/READ(/RD)、/WRITE(/WR)三態(tài)門:5、MC系統(tǒng)1.4中斷、定時器/計數(shù)器、并行通信、串行通信的初步認識

1.4.1中斷的初步認識舉例：生活中“洗衣服、燒開水”生活中“玩游戲、接電話”上課中“講課、敲門”（中斷請求、

中斷響應、中斷處理

中斷返回）（1）中斷---過程（主程序與中斷程序）（2）中斷源：內(nèi)部與外部（硬件）（3）中斷申請（中斷請求）、中斷響應（4）中斷服務程序、中斷服務程序入口地址（5）可屏蔽中斷與非屏蔽中斷（6）中斷的開放與禁止（7）中斷優(yōu)先級與中斷嵌套1.4.2定時器/計數(shù)器的初步認識

計算機在工作過程，需要知道從某個時間開始：

多長時間之后做什么—定時器或從某個時間開始：

計幾個數(shù)之后做什么—計數(shù)器。

無論是定時器還是計數(shù)器，其核心部件—計數(shù)寄存器（計數(shù)器）

從定時器/計數(shù)器內(nèi)部來說，定時器與計數(shù)器的工作過程，都是基于計數(shù)器的減1（或加1）工作。對周期信號的計數(shù)就變?yōu)槎〞r。計數(shù)器有兩種：加法計數(shù)器和減法計數(shù)器。

1.4.3并行通信與串行通信計算機與外設之間或計算機之間的信息交換或數(shù)據(jù)傳輸稱為通信（Communication）?；镜耐ㄐ欧绞接袃煞N，一種是并行通信，另一種是串行通信。比較：（1）通信距離（2）通信速率（3）抗干擾性能（4）設備和費用（5）硬件可靠性（6）軟件設計串行通信數(shù)據(jù)傳送的方向單工、半雙工、全雙工1.5CPU與外設的數(shù)據(jù)傳輸方式

MC和外設之間的數(shù)據(jù)傳送有四種方式，即:

無條件方式查詢方式中斷方式直接存儲器存取方式（DMA方式）。1、無條件傳輸方式CPU和外設之間只有BUS（數(shù)據(jù)線、地址線、控制線），無另外的聯(lián)絡信號線。2、程序查詢傳輸方式

CPU和外設之間除有BUS（數(shù)據(jù)線、地址線、控制線），還有一條聯(lián)絡信號線（外設提供，需要CPU主動讀，反映外設的狀態(tài)—忙/閑、準備好/沒準備好）。一個數(shù)據(jù)傳送過程由３個環(huán)節(jié)組成：①CPU從接口中讀出狀態(tài)字；②CPU檢測狀態(tài)字的對應位是否滿足“就緒”條件，如果不滿足，則回到前一步讀出狀態(tài)字；③如果狀態(tài)字表明外設已處于“就緒”狀態(tài)，則傳送數(shù)據(jù)。3、中斷傳輸方式CPU和外設之間除有BUS（數(shù)據(jù)線、地址線、控制線），還有