嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)講課課件第一章微型計算機基礎(chǔ)

第1章微型計算機基礎(chǔ)復(fù)習(xí)主要課程：

計算機文化基礎(chǔ)（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(jié)構(gòu)1.4中斷、定時器/計數(shù)器、并行通信、串行通信初步認(rèn)識1.5CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸方式

第1章微型計算機基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)1.4中斷、定時器/計數(shù)器、并行通信、串行通信初步認(rèn)識1.5CPU與外設(shè)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(dǎo)體存儲器及可編程接口芯片，連上外設(shè)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(gòu)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(xué)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(shè)備和輸出設(shè)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(jié)合的產(chǎn)物。D1\DL1\(DL1KEY.C\DL1LED.C)輸入設(shè)備輸出設(shè)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(jié)構(gòu)硬件+軟件1.3.1硬件結(jié)構(gòu)1.3.2軟件結(jié)構(gòu)1.3.3CPU、存儲器、I/O口、總線1.3.1MC硬件結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備+輸出設(shè)備運算器+控制器CPU+存儲器MC基本結(jié)構(gòu)（單板機、單片機）由：CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）口電路構(gòu)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(gòu)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(guān)系：（1）硬件和軟件有機結(jié)合的整體-MC。（2）硬件是計算機工作的基礎(chǔ)，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(shù)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(jié)構(gòu)圖：關(guān)鍵使用：內(nèi)部的寄存器---名字（符號）、大小、特殊性（關(guān)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(biāo)●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?！翊嫒∷俣取窆摹窨煽啃浴裥阅?價格比3、輸入/輸出接口電路接口：是連接CPU和外設(shè)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(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號●根據(jù)尋址信息選擇相應(yīng)的外設(shè)CPU和I/O設(shè)備之間的信號：通常，我們把計算機與外設(shè)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(guān)量●狀態(tài)信息：外設(shè)提供的●控制信息：

MC提供給外設(shè)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(jié)構(gòu)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(rèn)識

1.4.1中斷的初步認(rèn)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(yīng)、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(yīng)（4）中斷服務(wù)程序、中斷服務(wù)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(rèn)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(shè)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(shè)備和費用（5）硬件可靠性（6）軟件設(shè)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(shè)的數(shù)據(jù)傳輸方式

MC和外設(shè)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(shè)之間只有BUS（數(shù)據(jù)線、地址線、控制線），無另外的聯(lián)絡(luò)信號線。2、程序查詢傳輸方式

CPU和外設(shè)之間除有BUS（數(shù)據(jù)線、地址線、控制線），還有一條聯(lián)絡(luò)信號線（外設(shè)提供，需要CPU主動讀，反映外設(shè)的狀態(tài)—忙/閑、準(zhǔn)備好/沒準(zhǔn)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(yīng)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(shè)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(shè)之間除有BUS（數(shù)據(jù)線、地址線、控制線），還有